間伐改造對(duì)低效杉木林生物量和土壤肥力的影響

何瑩，張華峰，任曉旭，何禎，劉剛，張有志

(1.安吉縣濕地和野生動(dòng)植物保護(hù)中心，浙江 安吉 313300； 2.臨安區(qū)農(nóng)林技術(shù)推廣中心，浙江 臨安 311300；3.浙江旅游職業(yè)學(xué)院，浙江 杭州 310123； 4.浙江省林業(yè)技術(shù)推廣總站， 浙江 杭州 310020；5.浙江省林業(yè)資金管理中心，浙江 杭州 310020； 6.安吉縣龍山林場(chǎng)，浙江 安吉 313300)

杉木(Cunninghamialanceolata)是我國(guó)南方重要的速生豐產(chǎn)樹種，也是浙江省的速生優(yōu)質(zhì)用材樹種，具有生長(zhǎng)快、材質(zhì)好、產(chǎn)量高和用途廣等特點(diǎn)，在林業(yè)建設(shè)中具有重要的地位。從20世紀(jì)80—90年代開始，浙江省部分地區(qū)開始大面積集約經(jīng)營(yíng)人工杉木林，由于沒有適地適樹、經(jīng)營(yíng)水平不高或缺乏撫育管理，導(dǎo)致這些杉木林結(jié)構(gòu)單一，生態(tài)穩(wěn)定性差，生產(chǎn)力低下，整體林分質(zhì)量和效益不高，甚至有的地段出現(xiàn)杉木死亡現(xiàn)象。采用間伐改造等作業(yè)法向多功能經(jīng)營(yíng)方向轉(zhuǎn)變是加快低效杉木林林分更新和促進(jìn)正向演替的有效措施[1-4]。本研究通過對(duì)因上述原因產(chǎn)生的低效杉木林進(jìn)行間伐改造，再補(bǔ)植一部分闊葉樹，同時(shí)對(duì)杉木林改造前后的生長(zhǎng)情況和土壤肥力進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析，評(píng)價(jià)間伐改造的效果，探討低效杉木林改造方式，為低效杉木林多功能經(jīng)營(yíng)體系研究提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地設(shè)置

試驗(yàn)地選在杭州市臨安區(qū)於潛鎮(zhèn)泗州村5、6和8號(hào)小班(119°24′6″E—119°24′16″E, 30°14′39″N—30°14′46″N)，海拔167 m。該林分為2006年底被火燒殆盡后萌生形成，至2017年底未采取任何撫育措施，林齡12 a。林內(nèi)土壤為壤土，土層厚度60 cm以上，坡度10°～25°，立地條件一般。根據(jù)2017年12月的調(diào)查結(jié)果將該區(qū)域劃分為2種林分，分別為區(qū)域1(2.67 hm2)和區(qū)域2(4.00 hm2)，各區(qū)域內(nèi)杉木生長(zhǎng)情況基本一致，且排列整齊，株行距約1.5 m×1.5 m，萌生現(xiàn)象嚴(yán)重。整個(gè)試驗(yàn)地林分密度大，區(qū)域1密度為4 400～4 900株·hm-2，區(qū)域2密度為2 800～3 300株·hm-2；胸徑和樹高較小，區(qū)域1平均胸徑6～8 cm，區(qū)域2平均胸徑3～5 cm；區(qū)域1平均樹高5～7 m，區(qū)域2平均樹高2～4 m，屬于典型低效杉木林。杉木林內(nèi)沒有闊葉樹，基本上沒有灌草。

1.2 方法

設(shè)置15個(gè)大小為20 m×20 m的杉木純林樣地，區(qū)域1和區(qū)域2各設(shè)6個(gè)作業(yè)區(qū)樣地，另外設(shè)6個(gè)對(duì)照區(qū)樣地。項(xiàng)目點(diǎn)共分為2塊區(qū)域：區(qū)域1，為5號(hào)和8號(hào)小班，面積共2.67 hm2，采用60%與80%強(qiáng)度進(jìn)行間伐；區(qū)域2，為6號(hào)小班，面積共4 hm2，采用50%間伐強(qiáng)度進(jìn)行間伐。間伐時(shí)采取“伐3列留3列”的帶狀間伐作業(yè)法，采伐剩余物均勻分布在采伐跡地上，以便于清理和挖穴造林。在間伐林木的地塊和林分空隙處挖穴，大小40 cm×40 cm×40 cm，株行距為2 m×2 m，種植2年生以上容器苗。2塊區(qū)域補(bǔ)植楨楠、浙江樟、浙江楠闊葉樹，每667 m2平均補(bǔ)植20株左右。

1.3 林分生長(zhǎng)監(jiān)測(cè)

2017年12月在間伐改造前，對(duì)林分進(jìn)行基線調(diào)查。改造1 a后(2018年12月)和2 a后(2019年12月)分別對(duì)作業(yè)區(qū)和對(duì)照區(qū)樣地內(nèi)的所有杉木進(jìn)行調(diào)查，測(cè)量胸徑和樹高，計(jì)算斷面積和蓄積量。

胸徑和樹高測(cè)量：用胸徑圍尺在距離樹根1.3 m處的上坡位測(cè)量胸徑值；用超聲波測(cè)高器測(cè)量樹高，測(cè)量3次取平均值。

斷面積和蓄積量計(jì)算：根據(jù)每木檢尺測(cè)量數(shù)據(jù)，使用GB/T 4815—2009《杉原條材積表》的計(jì)量方法計(jì)算斷面積、材積和蓄積量。

1.4 土壤樣品采集、處理與測(cè)定

1.4.1 土壤采集和處理

每個(gè)樣地挑選5個(gè)采樣點(diǎn)，每個(gè)采樣點(diǎn)清除表層的雜草、凋落物等雜物與腐殖質(zhì)層，取200 g表層土，將各個(gè)點(diǎn)的土樣集中起來混合均勻即為土壤混合樣品，以確保采集的土樣具有代表性。野外采回的土壤樣品風(fēng)干、磨細(xì)、過篩、混合、制成分析樣品保存，進(jìn)行各項(xiàng)分析。

1.4.2 土壤樣品測(cè)定

土壤pH采用電位法(酸度計(jì)Starter 2100型，土∶水1∶5)測(cè)量，有效氮(堿解氮)(AN)采用堿解擴(kuò)散法測(cè)定，有效磷(AP)用HCl-NH4F浸提-鉬銻鈧比色法測(cè)定，速效鉀(AK)采用乙酸銨提取-火焰分光光度法測(cè)定。

2 結(jié)果與分析

2.1 林分結(jié)構(gòu)

作業(yè)區(qū)在采取間伐改造前，樹種組成為杉木純林，樹種單一，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，林齡集中，生態(tài)穩(wěn)定性較弱；改造后，增加了多種闊葉樹，樹種多樣性增加，年齡多樣性增加。杉木同齡純林改造為杉闊混交異齡林。

垂直結(jié)構(gòu)：作業(yè)林分改造前只有一個(gè)5～6 m林層；改造后多了一個(gè)2 m左右的林層，林分從單層林向復(fù)層林轉(zhuǎn)變。

胸徑結(jié)構(gòu)：對(duì)照區(qū)林分胸徑結(jié)構(gòu)如圖1，試驗(yàn)初期林分胸徑介于5～13 cm；試驗(yàn)?zāi)┢谛貜浇橛?～14 cm；占比最大的徑階由試驗(yàn)前期的7 cm向試驗(yàn)后期的8 cm轉(zhuǎn)變，整體結(jié)構(gòu)無顯著變化。作業(yè)區(qū)林分胸徑結(jié)構(gòu)如圖1，改造前林分胸徑介于5～10 cm，集中分布在5～8 cm，分布較為集中；試驗(yàn)?zāi)┢诹址中貜椒植荚?～12 cm，集中分布在8～10 cm，整體表現(xiàn)出正態(tài)分布的趨勢(shì)；占比最大的徑階由改造前的6 cm轉(zhuǎn)變?yōu)楦脑旌蟮?0 cm，林分胸徑結(jié)構(gòu)較改造前發(fā)生較大改變，說明間伐可以有效改善林分胸徑結(jié)構(gòu)。

圖1 試驗(yàn)林林分胸徑結(jié)構(gòu)的變化

2.2 林分生長(zhǎng)情況

由表1可知，作業(yè)區(qū)間伐改造后，與對(duì)照區(qū)相比，年平均生長(zhǎng)量增加更快。作業(yè)區(qū)區(qū)域1和區(qū)域2平均胸徑增加量分別是對(duì)照增加量的2倍和3倍以上。對(duì)照區(qū)每hm2斷面積由監(jiān)測(cè)初期的26.74 m2增加到監(jiān)測(cè)末期的28.88 m2，增加了8.00%；作業(yè)區(qū)區(qū)域1由監(jiān)測(cè)初期的6.56 m2增加到監(jiān)測(cè)末期的7.87 m2，增加了19.97%；區(qū)域2由監(jiān)測(cè)初期的4.69 m2增加到監(jiān)測(cè)末期的6.78 m2，增加了44.56%。對(duì)照區(qū)林分每hm2蓄積量由監(jiān)測(cè)初期的92.28 m3增加到監(jiān)測(cè)末期的102.47 m3，增加了11.04%；而作業(yè)區(qū)的區(qū)域1由監(jiān)測(cè)初期的20.70 m3增加到監(jiān)測(cè)末期的29.29 m3，增加41.50%；區(qū)域2由監(jiān)測(cè)初期的11.51 m3增加到監(jiān)測(cè)末期的24.04 m3，增加108.86%?？梢婇g伐改造對(duì)杉木林胸徑、斷面積和蓄積的增加都有較大幅度的提升。

表1 試驗(yàn)林樣地調(diào)查結(jié)果

2.3 土壤肥力

由表2可知，對(duì)照區(qū)pH變化不大，作業(yè)區(qū)pH有增加的趨勢(shì)；對(duì)照區(qū)土壤堿解氮含量減少，由中變?yōu)槿?；而作業(yè)區(qū)含量微增。對(duì)照區(qū)和作業(yè)區(qū)的土壤有效磷含量未發(fā)生變化，分級(jí)水平均為極缺。對(duì)照區(qū)土壤速效鉀含量下降，作業(yè)區(qū)區(qū)域1土壤速效鉀含量略微增加，分級(jí)未發(fā)生變化，區(qū)域2速效鉀分級(jí)由中上級(jí)改善為豐富級(jí)。間伐改造措施保持了林地的連續(xù)覆蓋，避免了土壤直接裸露，有效保留了林地土壤堿解氮和速效鉀含量。預(yù)計(jì)隨著補(bǔ)植闊葉樹的生長(zhǎng)，林地養(yǎng)分狀況將會(huì)逐步好轉(zhuǎn)。

表2 試驗(yàn)區(qū)土壤肥力指標(biāo)測(cè)定結(jié)果

3 小結(jié)與討論

3.1 間伐改造能明顯促進(jìn)林分生長(zhǎng)

試驗(yàn)區(qū)林分未改造前，由于長(zhǎng)期保持純林狀態(tài)，且缺乏管理，土壤肥力各指標(biāo)較低。經(jīng)過間伐改造和補(bǔ)植后，林分樹種結(jié)構(gòu)、胸徑結(jié)構(gòu)、垂直結(jié)構(gòu)等方面都得到改善，林分的健康性和穩(wěn)定性增強(qiáng)。間伐改造后明顯提高了杉木的胸徑和改造區(qū)域林分的年平均生長(zhǎng)量，單株林木平均生長(zhǎng)速度大大提高，林分生產(chǎn)力得到明顯提升。

3.2 土壤肥力狀況得到一定改善

從指標(biāo)測(cè)定值來看，改造區(qū)域的區(qū)域1和區(qū)域2中土壤pH、堿解氮、速效鉀3個(gè)肥力指標(biāo)值都有所增加，而對(duì)照區(qū)指標(biāo)值減少，說明間伐改造對(duì)于改善林分土壤肥力有一定作用。土壤pH、堿解氮、速效鉀與對(duì)照區(qū)相比逐漸有所改善。從土壤肥力指標(biāo)分級(jí)來看，部分區(qū)域的土壤肥力指標(biāo)分級(jí)有所提高，其中區(qū)域1堿解氮分級(jí)由中級(jí)轉(zhuǎn)變?yōu)橹猩霞?jí)，區(qū)域2速效鉀指標(biāo)分級(jí)由中上轉(zhuǎn)變?yōu)樨S富。

由于試驗(yàn)只有2 a時(shí)間，新補(bǔ)植的闊葉樹生態(tài)效益尚未充分發(fā)揮，低效杉木林的改造效果表現(xiàn)不明顯。今后還需繼續(xù)監(jiān)測(cè)和總結(jié)，綜合研究間伐改造對(duì)新補(bǔ)植闊葉樹、林下灌木、草本等植物的影響，以便更好地研究低效杉木林多功能經(jīng)營(yíng)改造的有效措施和方式。