不同立地杉木人工林長期生產(chǎn)力分析

吳方明 楊 志 陳波濤 楊啟東 楊 松

(1.黎平縣林業(yè)局 貴州 黎平 557300；2.貴州省林業(yè)科學(xué)研究院 貴陽 550005)

杉木(CunninghamialanceolataHook．)是我國特有的優(yōu)良用材和重要商品材樹種，也是貴州三大主要造林樹種之一，在全省廣為栽培，深受林農(nóng)喜愛[1]。2015年第四次森林資源調(diào)查顯示，貴州杉木人工林面積105.68萬hm2、蓄積9853.63萬m3，單位蓄積量位居全省主要喬木林之首，為93.2m3/hm2。人工林生產(chǎn)力通常是指生物量，包含根、干、枝、葉的干重或鮮重，用材樹種的生產(chǎn)力通常使用蓄積量來衡量，而長期生產(chǎn)力常使用單位蓄積量進行對比。我國人工林長期生產(chǎn)力保持的技術(shù)對策，應(yīng)采取先進的集約育林措施[2]。杉木生長受本身的遺傳特性、環(huán)境條件和經(jīng)營措施的影響[3]，地形地勢、海拔、坡位、坡向和坡度等立地因子對杉木生長的影響研究為造林地立地評價和林分經(jīng)營提供理論依據(jù)，杉木人工林的生長在不同坡向、坡位、土壤肥力等級方面有明顯差異，坡向?qū)ι寄旧L有一定影響,但更多地表現(xiàn)為坡位上的差異[4]；坡位是劃分立地條件的重要因子[5],坡位和坡形是影響杉木生長的主導(dǎo)因子[6]，海拔、坡向、坡位和土層厚度也是影響杉木生長的主導(dǎo)因子[7]。影響杉木宜林地立地質(zhì)量的因子重要性依次為土層厚度、坡向、腐殖質(zhì)厚度、地貌、海拔、土壤類型、坡度、坡位[8]，中心區(qū)杉木中齡林蓄積量與海拔呈線性負(fù)相關(guān)[9]。黎平縣是“中國杉木之鄉(xiāng)”，第四次森林資源調(diào)查結(jié)果表明杉木占全縣喬木林地面積的58.4%，蓄積占喬木林地的66.6%，杉木人工林在黎平縣國民經(jīng)濟中具有重要地位。本文基于區(qū)域大尺度對2015年黎平縣第四次森林資源成果進行分析，探討不同海拔、坡位、坡向及齡組的杉木人工林單位蓄積量，分析不同立地杉木人工林的長期生產(chǎn)力，為提高林分質(zhì)量和杉木人工林可持續(xù)經(jīng)營提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 自然條件和森林資源概況

黎平縣位于貴州省東南部，是貴州省林業(yè)生產(chǎn)重點縣之一。總面積443920hm2，有“九山半水半分田”之稱，山地占總面積的90.5%。海拔相對高差1452m，最高海拔位于老山界達1589m，最低海拔在地坪鄉(xiāng)井郎河口為137m。黎平縣氣候?qū)儆谥衼啛釒嘏瘽駶櫟募撅L(fēng)氣候區(qū)，年平均氣溫15.6℃,≥10℃的年活動積溫5712.7℃；年平均總輻射量為3741.3MJ/cm2，年平均日照時數(shù)為1317.9h；年平均降水量1321.9mm,蒸發(fā)量為1000mm，雨日年平均為189天，相對濕度83%；無霜期年平均277天。黎平縣土壤成土母巖主要是板巖、頁巖、變質(zhì)砂巖及部分碳酸巖，土壤類型以黃壤和黃紅壤為主，其次是山地黃棕壤、石灰土和山地草甸土等。

黎平縣第四次森林資源調(diào)查結(jié)果表明，全縣林地面積為338475.86hm2，非林地中的喬木林地、竹林地、國家特別規(guī)定的灌木林地、未成林造林地等面積共計1079.30hm2，活立木總蓄積33650740.4m3，森林總面積317202.3hm2(含非林地上的森林面積986.76hm2)，森林覆蓋率72.05%、林木綠化率72.64%。

1.2 數(shù)據(jù)來源及統(tǒng)計分析方法

黎平縣第四次森林資源調(diào)查于2016年完成，區(qū)劃調(diào)查小班103938個，完成系統(tǒng)樣地調(diào)查270個。利用調(diào)查成果數(shù)據(jù)庫篩選杉木人工林小班共1506個調(diào)查因子，基于ArcGIS平臺進一步核對原區(qū)劃小班和調(diào)整區(qū)劃不當(dāng)小班，修訂完善調(diào)查成果數(shù)據(jù)庫；使用Excel2020統(tǒng)計分析不同海拔、坡向、坡位等立地因子和相應(yīng)齡組的面積和蓄積，計算單位面積蓄積量(生產(chǎn)力)。統(tǒng)計分析中，坡向的陰坡包括北坡和無坡向，半陰坡包括西北坡、東北坡和西坡，陽坡僅南坡，半陽坡包括東南坡、西南坡和東坡；坡位劃分7個，即山脊、上坡、中坡、下坡、山谷、平地和全坡。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同海拔的杉木人工林長期生產(chǎn)力

截至2016年，黎平縣不同海拔和坡向的杉木人工林資源統(tǒng)計結(jié)果見表1，全縣杉木人工林面積173223.78 hm2、蓄積21983290.2 m3，林地平均長期生產(chǎn)力為126.9m3/hm2。海拔800m以下人工林的長期生產(chǎn)力最高，單位蓄積量為130.0m3/hm2；其次是海拔1000m以上的，單位蓄積量為127.7 m3/hm2；海拔800m～1000m的長期生產(chǎn)力表現(xiàn)最低，單位蓄積量為118.7m3/hm2。導(dǎo)致海拔800m～1000m的杉木林生產(chǎn)力低于海拔1000m以上的主要原因：一是海拔800m～1000m的無蓄積幼林占全縣無蓄積幼林的26.7%，所占比率較大，而海拔1000m以上的無蓄積幼林占全縣無蓄積幼林的4.2%，占比較?。欢呛０?00m～1000m的杉木人工林的中齡林、近熟林、成熟林、過熟林面積占比較大而單位蓄積量明顯低于海拔1000m以上的；三是海拔1000m以上的杉木林以公益林居多、采伐利用少，而海拔800m～1000m的杉木人工林中的商品林所占比率較大、采伐利用相對較多等造成單位蓄積量的變化異常。

表1 不同海拔的杉木人工林單位蓄積量

2.2 不同坡向的杉木人工林長期生產(chǎn)力

位于無坡向的杉木人工林單位蓄積量最高,為137.7m3/hm2，其次是西坡132.0m3/hm2，東北坡最低120.0m3/hm2，西南坡與北坡、西北坡的單位蓄積量接近，東坡和南坡也接近(圖1)。相同氣候生態(tài)區(qū)，杉木在陰坡和半陰坡生長優(yōu)于陽坡和半陽坡，這是杉木生物生態(tài)學(xué)特性和林學(xué)習(xí)性導(dǎo)致的。從黎平縣杉木人工林的單位蓄積量來看，坡位因海拔不同單位蓄積量表現(xiàn)不一致，海拔≥1000的杉木人工林陽坡和半陽坡單位蓄積量大于陰坡和半陽坡(表2)。海拔<1000m的陰坡和半陰坡杉木人工林長期生產(chǎn)力高于陽坡和半陽坡的，而海拔≥1000m的陰坡和半陰坡長期生產(chǎn)力則低于陽坡和半陽坡。杉木生長在熱量條件滿足的條件下，土壤和空氣濕度大則生產(chǎn)力較高，反之則較低。在一定區(qū)域內(nèi)隨著造林地海拔的升高氣溫呈現(xiàn)降低，滿足杉木生長的熱量條件不夠，在濕度等條件滿足下需要充足陽光從而增加生長積溫是導(dǎo)致陽坡和半陽坡的杉木人工林長期生產(chǎn)力較高的主要原因。

圖1 不同坡向杉木人工林的單位蓄積量(m3/hm2)

2.3 不同坡位的杉木人工林長期生產(chǎn)力

黎平縣杉木人工林不同坡位單位蓄積量情況見圖2，平地單位蓄積量最高為142.7m3/hm2，山脊最低為110.0 m3/hm2，山谷僅高于山脊低于其他坡位，下坡低于上坡和中坡，全坡僅低于平地高于其他坡位。下坡低于上坡和中坡的原因，與黎平縣杉木人工林的土壤條件整體良好、大尺度的地勢高低土壤肥力差異小以及小班區(qū)劃不當(dāng)?shù)扔嘘P(guān)。山谷單位蓄積量較低的主要原因是采伐利用程度較高，現(xiàn)存的以杉木闊葉樹種和杉木楠竹混交林居多，近熟林、成熟林、過熟林中的杉木所占比重較低導(dǎo)致單位蓄積量小。

圖2 杉木人工林不同坡位的單位蓄積量(m3/hm2)

表2 不同坡向的杉木人工林單位蓄積量

2.4 不同立地杉木人工林不同齡組的長期生產(chǎn)力

杉木在不同生長發(fā)育時期除受土壤養(yǎng)分供給影響外，滿足生長所需的水熱條件也是必須的，特別是在生長后期因光合作用的需要，光照更是成為林分競爭的主要因素。不同立地杉木人工林分齡組統(tǒng)計結(jié)果見表3，位于陰坡和半陰坡的幼齡林和中齡林單位蓄積量均大于陽坡和半陽坡，<1000m海拔的近熟林、成熟林、過熟林也如此，≥1000m海拔的近熟林、成熟林、過熟林則是陽坡和半陽坡的單位蓄積量大于陰坡和半陰坡的。

表3 不同立地杉木人工林分齡組的單位蓄積量統(tǒng)計結(jié)果

在同一氣候生態(tài)區(qū)，地勢高低即海拔是影響水熱條件的主要立地因子，不同坡向和坡位的水、熱、光照條件差異較大，而坡位是土壤厚度及養(yǎng)分差異的主要因素。黎平縣最適宜杉木生長的海拔高度是≤800m，二類森林資源調(diào)查數(shù)據(jù)庫統(tǒng)計不同立地條件下不同齡組的杉木人工林單位蓄積量見表4，不同坡位統(tǒng)計結(jié)果因坡向和齡組不同其單位蓄積量的變化趨勢不明顯，出現(xiàn)很多例外，如山脊和上坡的成熟林、過熟林的單位蓄積量高于中坡、下坡，出現(xiàn)原因主要是小班區(qū)劃不合理。

3 結(jié)論與討論

3.1不同立地杉木人工林生產(chǎn)力差異大，杉木中心產(chǎn)區(qū)人工林以海拔800m以下、陰坡和半陰坡、坡中下部的長期生產(chǎn)力最高，陰坡和半陰坡高于陽坡和半陽坡，陰坡和半陰坡的全坡表現(xiàn)最高而陽坡和半陽坡的平地最高。在發(fā)展杉木人工林時,選擇造林地不但要考慮土壤肥力,同時還要考慮其他相關(guān)因子[10]。由于人工林生產(chǎn)周期長，必須貫徹“良種良法”的原則，做到“適地適樹適種源、適地適樹適家系、適地適樹適無性系”，否則就會造成幾十年時間和物質(zhì)上的巨大損失，選地不當(dāng)是大面積杉木人工林低產(chǎn)低效低質(zhì)的主要原因。

3.2林木生長發(fā)育與氣候、地形地勢、樹種的生物生態(tài)學(xué)特性、樹齡和經(jīng)營措施等關(guān)系密切。杉木、馬尾松、桉樹人工林的生物量隨林齡的增長呈增加趨勢[11]，不同氣候區(qū)域的杉木生長量差異很大[12]。區(qū)域尺度杉木人工林總生物量和林齡之間有很好的相關(guān)性,利用森林資源清查中的蓄積量數(shù)據(jù)計算的各齡級生物量比實測數(shù)據(jù)更能代表林分的實際平均生長情況，使用平均生產(chǎn)力并不能真正代表杉木人工林每年的實際生產(chǎn)力變化情況[13]。

表4 海拔≤800m的杉木人工林不同坡向、坡位分齡組單位蓄積量

3.3在區(qū)域尺度內(nèi)海拔是熱量分配的地形主導(dǎo)因子，坡向主導(dǎo)了日照的分配，坡位是影響林地土層厚度和養(yǎng)分分布差異的重要因子。區(qū)域尺度的不一致和遺傳背景的差異，研究結(jié)果不完全一致。影響杉木人工林胸徑、樹高生長的各地形因子的重要程度依次為坡形>坡位>坡向>海拔>坡度,坡向、海拔和坡度對杉木人工林生長影響不顯著[14]；同一區(qū)域尺度內(nèi)杉木人工林單位木材蓄積量等生長指標(biāo)表現(xiàn)為下坡位>中坡位>上坡位[15,16]；扦插苗造林，在半陽坡和坡下更有利于杉木的早期生長[17]，微小地形對杉木生長影響大[18]。

3.4我國重點或示范性、試驗性小面積人工林生長量很高，而大面積人工林生產(chǎn)力不高，主要原因是大面積人工林仍屬于粗放經(jīng)營，集約育林措施未得到推廣，適地適樹適品種未能認(rèn)真貫徹[2]。森林生物量與生產(chǎn)力是研究森林生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能的基本數(shù)據(jù)[19]，森林生產(chǎn)力與森林結(jié)構(gòu)有著密不可分的內(nèi)在聯(lián)系[20]；杉木人工林生產(chǎn)的生態(tài)特性、凈生產(chǎn)量及生產(chǎn)力的研究，為人工林合理經(jīng)營提供科學(xué)依據(jù)[21]；杉木生長期長度與生產(chǎn)力呈二次曲線關(guān)系，中帶的生產(chǎn)力較高為8t/hm2.a～18t/hm2.a，南帶和北帶的生產(chǎn)力較低為3t/hm2.a～8t/hm2.a，這是杉木的生態(tài)遺傳性和產(chǎn)區(qū)的環(huán)境條件綜合影響的結(jié)果[22]。在同一立地條件下，杉木良種改良世代的高低決定了人工林生產(chǎn)力的高低，但是，應(yīng)用森林資源調(diào)查結(jié)果將無法排除良種增益的影響來分析比較生產(chǎn)力，加之小班區(qū)劃存在問題和經(jīng)營措施不一致等，無法確保評價區(qū)域尺度的一致性，平地單位蓄積量不能真正代表人工林的長期生產(chǎn)力，如何排除良種遺傳差異和統(tǒng)一評價區(qū)域尺度有待深入研究。