采伐剩余物管理措施對(duì)2代22年生杉木人工林生長(zhǎng)的影響

趙文東, 李 凱, 何宗明, 陳清山, 范少輝, 翁賢權(quán), 林文清

(1.福建農(nóng)林大學(xué)林學(xué)院，福建 福州 350002;2.國(guó)際竹藤網(wǎng)絡(luò)中心，北京 100102;3.福建省南平葫蘆山國(guó)有林場(chǎng)，福建 南平 353005)

采伐剩余物管理措施在林業(yè)生產(chǎn)中對(duì)于林木生產(chǎn)力的維持具有極其重要的作用，通過對(duì)初代林分采伐剩余物的合理安置，可有效改善土壤養(yǎng)分條件，進(jìn)而提高2代人工林的生產(chǎn)力.有關(guān)采伐剩余物管理措施對(duì)人工林生產(chǎn)力影響的研究報(bào)道也不少[1-2]，但相關(guān)報(bào)道多以短期臨時(shí)樣地為主，長(zhǎng)期定點(diǎn)定位的持續(xù)觀察研究較為少見.Gon?alves et al[3]發(fā)現(xiàn)不同采伐剩余物管理措施可顯著提高巴西桉樹的生產(chǎn)力；Simpson et al[4]對(duì)昆士蘭州外來松的研究發(fā)現(xiàn)，采伐剩余物管理措施對(duì)松樹的存活率無顯著影響；Lee et al[5]研究發(fā)現(xiàn)對(duì)采伐剩余物焚燒后可短期提高桉樹生產(chǎn)力，但不利于長(zhǎng)期生產(chǎn)力的維持.可見采伐剩余物管理措施對(duì)林木生產(chǎn)力的影響會(huì)隨著樹種、立地條件及氣候產(chǎn)生不同的效應(yīng).

杉木(Cunninghamialanceolata(Lamb.)Hook.)在中國(guó)栽植歷史悠久，廣泛分布于中國(guó)長(zhǎng)江流域、秦嶺淮河線以南地區(qū)，栽培范圍廣，生長(zhǎng)迅速，是經(jīng)濟(jì)價(jià)值較高的用材樹種.第八次全國(guó)森林資源清查結(jié)果[6]顯示，全國(guó)杉木林面積為1.096×107hm2，占所清查喬木總面積的6.7%.但隨著杉木人工林面積的不斷擴(kuò)增以及連栽代數(shù)的遞增，普遍的地力衰退和生產(chǎn)力下降現(xiàn)象已成為廣大林業(yè)工作者亟待解決的問題[7-10]，而合理的采伐剩余物理措施可在有效改善地力衰退的同時(shí)提高杉木生產(chǎn)力.范少輝等[11]研究發(fā)現(xiàn)，加倍采伐剩余物最有利于杉木的生長(zhǎng)卻不利于地被物的生長(zhǎng)；林光耀等[12]研究表明加倍采伐剩余物可以顯著促進(jìn)杉木的生長(zhǎng)；黃躍巖[13]研究表明加倍采伐剩余物有利于杉木生長(zhǎng)，而煉山處理不利于杉木生長(zhǎng).本文探究采伐剩余物管理措施對(duì)2代22年生杉木人工林生產(chǎn)力的影響，以期為杉木人工林生產(chǎn)力的提高提供依據(jù).

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗(yàn)地位于福建省南平峽陽國(guó)有林場(chǎng)，地處丘陵地帶(117°59′E，26°48′N)，海拔200～300 m，平均坡度20°～30°；屬于亞熱帶季風(fēng)氣候，氣候濕潤(rùn)，年均氣溫20 ℃，降水充足，年降水量1 500～1 600 mm，雨季約3～6個(gè)月，無霜期達(dá)290 d以上.土壤為山地紅壤，土層厚，養(yǎng)分充足.該地處杉木中心產(chǎn)區(qū)，日照時(shí)間長(zhǎng)，光照充足，較適宜杉木生長(zhǎng).林下主要植被有福建蓮座蕨(AngiopterisfokiensisHieron.)、薄蓋短腸蕨(DiplaziumhachijoenseNakai)、五節(jié)芒(Miscanthusfloridulus(Labill.)Warburg ex K.Schumann)、芒萁(Dicranopterispedata(Houtt.)Nakaike)、粗葉榕(FicushirtaVahl)、楊桐(Adinandramillettii(Hook.& Arn.)Benth.& Hook.f.ex Hance)、鉤藤(Uncariarhynchophylla(Miq.)Miq.ex Havil.)等[14]，試驗(yàn)地前茬采伐前為第1代29年生人工杉木純林,其樣地土壤理化性質(zhì)見表1.

表1 造林前0～20 cm土層土壤的理化性質(zhì)

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用完全隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)設(shè)計(jì)，設(shè)置4個(gè)區(qū)組，每區(qū)組內(nèi)5個(gè)小區(qū)，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ區(qū)組面積為416 m2，Ⅳ區(qū)組面積為420 m2，每個(gè)小區(qū)內(nèi)設(shè)置1種處理，每個(gè)小區(qū)的四角均埋下水泥樁做標(biāo)記[15].采伐后設(shè)置5種采伐剩余物處理[16].BL0：全部清理，從各小區(qū)中徹底清理地上部分有機(jī)質(zhì).BL1：全樹收獲，清理符合商業(yè)尺寸大小杉木的地上部分.BL2：收獲商業(yè)可用的樹干和樹皮，采伐剩余物保留原地.BL3：加倍采伐剩余物處理，將BL1中的采伐剩余物放入該小區(qū).SB：煉山，采伐方式與BL2相同，火燒采伐剩余物.

1.3 栽培管理

2代杉木林栽培管理措施參考文獻(xiàn)[17].1代29年生杉木林的起源為福建省南平峽陽國(guó)有林場(chǎng)當(dāng)?shù)胤N源杉木老樹種子培育的實(shí)生苗.而當(dāng)?shù)胤N源杉木屬于杉木中心產(chǎn)區(qū)的核心區(qū)，其種質(zhì)優(yōu)良，杉木生產(chǎn)力極高.為減小不同種質(zhì)對(duì)杉木生長(zhǎng)的影響，在營(yíng)造2代杉木林時(shí)采用福建省洋口林場(chǎng)2代種子園良種培育的實(shí)生苗(當(dāng)?shù)胤N源)，同時(shí)通過合理撫育措施盡可能平衡立地條件差異帶來的影響.試驗(yàn)林在2013年10月進(jìn)行第一次間伐，間伐株數(shù)強(qiáng)度約25%，保留密度為1 500株·hm-2左右；2016年10月在Ⅰ、Ⅱ和Ⅳ區(qū)組進(jìn)行第二次間伐，間伐株數(shù)強(qiáng)度約20%，保留密度為1 200株·hm-2左右；區(qū)組Ⅲ由于生長(zhǎng)慢沒有實(shí)施間伐.

1.4 調(diào)查方法

于2019年1月進(jìn)行22年生杉木生長(zhǎng)量的調(diào)查，調(diào)查項(xiàng)目包括樹高、胸徑、林齡、冠幅、存活率，每100 m2選取1株優(yōu)勢(shì)木，并計(jì)算其平均樹高.調(diào)查方法參考文獻(xiàn)[18]，單株材積采用福建省杉木人工林二元材積公式計(jì)算.

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)的初步整理，采用SPSS Statistics 23軟件進(jìn)行單因素方差分析，比較不同處理間各生長(zhǎng)指標(biāo)的差異；應(yīng)用LSD法進(jìn)行多重比較，用OriginPro 2018軟件繪圖.

2 結(jié)果與分析

2.1 不同小區(qū)22 年生杉木生長(zhǎng)量

從20個(gè)小區(qū)22年生杉木生長(zhǎng)量指標(biāo)來看，各指標(biāo)在不同處理、不同小區(qū)、不同區(qū)組間表現(xiàn)各不相同(表2).BL2樹高4個(gè)重復(fù)值的平均值(21.04 m)在5個(gè)處理的平均值中最大，但小于區(qū)組Ⅰ中BL0(21.84 m)、BL1(22.06 m)、BL2(21.65 m)、BL3(21.81 m)，僅比SB處理大0.37 m.區(qū)組Ⅰ中BL3的胸徑為26.51 cm，大于其他處理，但在其他各區(qū)組中BL3處理的胸徑不是最大.區(qū)組Ⅰ中BL3蓄積量達(dá)668.92 m3·hm-2，為各區(qū)組各處理蓄積量的最大值，而區(qū)組Ⅲ中BL3處理的蓄積量?jī)H為411.87 m3·hm-2，小于同區(qū)組的其他處理.Ⅲ區(qū)組各小區(qū)的單株材積為0.300 6～0.366 7 m3，明顯小于其他區(qū)組.

表2 不同小區(qū)2代22年生杉木生長(zhǎng)量

2.2 不同處理22 年生杉木生長(zhǎng)量

區(qū)組Ⅲ土壤立地條件較差，對(duì)其所在小區(qū)內(nèi)各處理產(chǎn)生了較大影響，故在比較不同處理時(shí)將其剔除(表3).不同處理下22年生杉木胸徑的大小排序?yàn)锽L2>BL3>BL1>SB>BL0，其中BL2(23.96 cm)較BL0(23.23 cm)大0.73 cm.樹高的排序?yàn)锽L2>BL1>SB>BL0>BL3，BL2(21.04 m)較BL3(20.36 m)高0.68 m，但方差分析結(jié)果顯示各處理間差異未達(dá)顯著水平(P>0.05).各處理蓄積量為486.27～528.96 m3·hm-2，BL2蓄積量最大，為528.96 m3·hm-2；而BL0蓄積量最小，為486.27 m3·hm-2(表4).多重比較結(jié)果顯示不同采伐剩余物管理方式對(duì)杉木的生長(zhǎng)量無顯著影響.盡管不同處理沒有對(duì)2代22年生杉木的生長(zhǎng)產(chǎn)生顯著影響，但BL2處理的1代杉木生長(zhǎng)指標(biāo)均不是最高值，其2代22年生的生長(zhǎng)指標(biāo)表現(xiàn)較好，胸徑和蓄積量較其他處理好.不同處理下2代杉木林的地位指數(shù)均達(dá)到22級(jí)，兩代地位指數(shù)的排序?yàn)镾B>BL3>BL2>BL0>BL1，方差分析顯示不同處理間差異并未達(dá)到顯著水平(P>0.05).總體來看，SB和BL0兩個(gè)處理不利于2代杉木長(zhǎng)期生產(chǎn)力的維持.造林22 a后，SB處理的蓄積量是BL2蓄積量的93.01%，而BL0的蓄積量均小于其他處理.

表3 不同區(qū)組2代22年生杉木生長(zhǎng)量1)

表4 不同處理2代22 年生杉木生長(zhǎng)量1)

2.3 不同處理下1代29年生杉木生長(zhǎng)量與2代22年生杉木生長(zhǎng)量的比較

將2代22年生與1代29年生杉木生長(zhǎng)量指標(biāo)(圖1)對(duì)比后發(fā)現(xiàn)，在不同處理下2代22年生杉木生長(zhǎng)良好，一些處理杉木的生長(zhǎng)指標(biāo)出現(xiàn)了不同程度的反超，尤其地位指數(shù)；各處理下的2代22年生杉木地位指數(shù)均超過了1代，達(dá)到了22級(jí).BL3處理下2代22年生平均胸徑僅比其相同位置上種植的前茬——第1代29年生杉木短0.2 cm，而BL0處理下2代22年生平均胸徑卻比1代大0.2 cm.BL0、BL2、SB處理下2代22年生杉木的平均樹高分別比其相同位置上種植的前茬——第1代29年生杉木高0.33、0.30、0.18 m.此外，BL2和BL3處理下2代22年生杉木蓄積量均大于其相同位置上種植的前茬——第1代29 年生杉木，分別比1代大1.44和31.08 m3·hm-2.

圖中誤差線表示標(biāo)準(zhǔn)誤，樣本數(shù)n=4，不同小寫字母表示相同處理下1代與2代之間差異顯著.

3 小結(jié)與討論

本研究結(jié)果表明不同處理下2代22年生杉木生長(zhǎng)指標(biāo)表現(xiàn)為BL2處理最佳，BL3和BL1次之；而BL0和SB處理下杉木生長(zhǎng)指標(biāo)最差.各處理平均胸徑(23.47 cm)與平均樹高(20.67 m)分別是27年生杉木[19]的1.3和1.5倍，但在不同處理下，杉木的生長(zhǎng)差異并不顯著.通過對(duì)比1代29年生和2代22年生杉木生長(zhǎng)指標(biāo)發(fā)現(xiàn)，2代杉木生產(chǎn)力不僅沒有下降，反而出現(xiàn)了明顯的增長(zhǎng).這表明雖然不同處理對(duì)杉木生長(zhǎng)影響的差異不顯著，但其重要作用不可忽視.Siregar et al[20]采用與本研究類似的采伐剩余物管理措施，結(jié)果表明第2代馬占相思生產(chǎn)力得到了極大提高.Simpson et al[4]研究發(fā)現(xiàn)雖然不同處理沒有影響成活率，但卻顯著影響樹高，而本研究中加倍采伐剩余物處理下的杉木樹高和胸徑同樣表現(xiàn)極佳.

研究[21-22]發(fā)現(xiàn)，采伐剩余物管理措施對(duì)杉木生長(zhǎng)具有顯著的促進(jìn)作用，即BL3處理下的生長(zhǎng)量最好；而本研究結(jié)果表明BL2處理下杉木生長(zhǎng)最好.同時(shí)SB處理下的杉木林在造林初期生長(zhǎng)量也不是最差，而在本研究中卻表現(xiàn)較差(其胸徑和蓄積量均表現(xiàn)較差).Mendham et al[23]的研究結(jié)果也與本研究結(jié)果類似，隨著林齡的增長(zhǎng)不同處理對(duì)林木生長(zhǎng)的促進(jìn)作用發(fā)生了變化，造林初期采伐剩余物加倍及煉山處理對(duì)桉樹生長(zhǎng)的提高較其他處理顯著;而第10年各處理對(duì)桉樹生長(zhǎng)均無顯著影響，且對(duì)土壤碳儲(chǔ)量、全氮和全磷含量均沒有顯著影響.翁賢權(quán)[24]和陳杰[25]研究結(jié)果表明加倍采伐剩余物處理的杉木林的生長(zhǎng)量在第10 年和第12年仍然維持生長(zhǎng)優(yōu)勢(shì)，而煉山處理的杉木林生長(zhǎng)量?jī)?yōu)勢(shì)從第7年開始下降后未發(fā)生改變，與本研究結(jié)果存在一定差異；而林寶平[14]的研究結(jié)果與本研究結(jié)果相同.說明采伐剩余物的不同處理方式在杉木的不同林齡階段起到不同的作用.本研究所選試驗(yàn)地土壤肥沃，極其適合杉木生長(zhǎng)，除第Ⅲ區(qū)組土壤條件相對(duì)較差外，其余3個(gè)區(qū)組土壤條件極為接近，同時(shí)通過保持種源的相對(duì)一致性來減弱其他因素對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響，不同采伐剩余物管理措施下土壤性質(zhì)也會(huì)產(chǎn)生不同的變化，致使杉木生長(zhǎng)出現(xiàn)差異.

Smith et al[26]通過定位研究發(fā)現(xiàn)，不同處理影響土壤理化性質(zhì)，加倍采伐剩余物和煉山處理會(huì)使土壤中有機(jī)碳、全氮和有效陽離子濃度增大；而本研究發(fā)現(xiàn)不同處理對(duì)杉木生長(zhǎng)的影響在不同時(shí)期的表現(xiàn)不同，說明隨著時(shí)間推移各處理使土壤性質(zhì)發(fā)生了改變，從而對(duì)杉木生長(zhǎng)產(chǎn)生了不同影響.本研究中煉山處理下杉木生長(zhǎng)蓄積量為492.02 m3·hm-2，比其他處理差.煉山在短期內(nèi)對(duì)土壤具有激肥效應(yīng)，使土壤中速效礦質(zhì)養(yǎng)分迅速增加，促進(jìn)杉木幼林的生長(zhǎng)，但從研究結(jié)果可知其長(zhǎng)期效應(yīng)表現(xiàn)較差，不利于杉木長(zhǎng)期生產(chǎn)力的維持.Lee et al[5]對(duì)剛果桉樹人工林的研究表明，采伐剩余物被焚燒時(shí)養(yǎng)分更快釋放到土壤中，樹木的生長(zhǎng)得到了改善，而這些影響在21個(gè)月后不顯著，與本研究結(jié)果相似.陳養(yǎng)[27]和黃云玲等[28]研究表明煉山只在幼林齡時(shí)對(duì)林木生長(zhǎng)具有促進(jìn)作用，隨著林齡的增長(zhǎng)優(yōu)勢(shì)逐漸喪失，被不煉山的對(duì)照反超，對(duì)林木生長(zhǎng)的優(yōu)勢(shì)不再明顯，反而出現(xiàn)地力衰退、生產(chǎn)力下降等問題，本研究結(jié)果與此相符.由此可見煉山不利于杉木長(zhǎng)期生產(chǎn)力的維持.總之，BL2處理較利于杉木生長(zhǎng)，而SB和BL0兩種處理不利于杉木生長(zhǎng)，在22 a后5種采伐剩余物管理措施對(duì)杉木生產(chǎn)力的影響均不顯著，采伐剩余物管理措施對(duì)杉木生長(zhǎng)的影響隨著林齡的增加逐漸衰退.