長輪伐期杉木人工林近自然森林經(jīng)營初探

陳洪華，黃秀美，張國良，郭建芳，蔣 亮，鄧書葦

(福建省永安國有林場，福建 永安 366000)

杉木(Cunninghamialanceolata)是亞熱帶常綠闊葉林伴生樹種，也是南方集體林區(qū)重要的人工造林和商品用材樹種。20世紀(jì)90年代以來，為解決杉木人工林地的生產(chǎn)力下降、地力衰退和病蟲害蔓延等問題，我國林業(yè)專家學(xué)者經(jīng)過長期研究先后提出了樹種輪栽、杉闊混交、林地施肥、林下間種、復(fù)合經(jīng)營和適當(dāng)延長輪伐期、降低造林密度、加強(qiáng)植被管理、營造人工復(fù)層林、近自然森林經(jīng)營等技術(shù)措施[1-3]，以期減少地力消耗，恢復(fù)土壤肥力，維護(hù)杉木人工林長期生產(chǎn)力，實現(xiàn)杉木可持續(xù)經(jīng)營。近自然森林經(jīng)營是指遵循森林演替規(guī)律，利用森林的各種自然力，在森林全周期內(nèi)實施目標(biāo)樹經(jīng)營等人工干預(yù)措施，促進(jìn)森林發(fā)育進(jìn)程，形成穩(wěn)定的、近自然化的復(fù)層、混交、異齡森林生態(tài)系統(tǒng)[4]。近自然森林經(jīng)營的目標(biāo)是培育“近自然林”,既滿足人們對木材和森林直接產(chǎn)品的需求，又最大限度發(fā)揮森林生態(tài)效益和社會效益；其經(jīng)營要求是長輪伐期、采用鄉(xiāng)土樹種、適地適樹、目標(biāo)樹經(jīng)營、單株擇伐作業(yè)、復(fù)層異齡混交等[4-7]。目前，我國已見一些相關(guān)報道，如杉木幼林應(yīng)用“近自然林業(yè)”經(jīng)營法撫育經(jīng)營效果[8-9]、中齡純林通過間伐、擇伐、開窗、補(bǔ)植目標(biāo)樹，經(jīng)過擇伐、補(bǔ)植的近自然改造效果[10-11]、成熟林目標(biāo)樹經(jīng)營理論分析和試驗研究[12]等。本試驗于2016年在福建省永安國有林場37a林齡杉木人工林中設(shè)置了擇伐+補(bǔ)植紅錐(Castanopsishystrix)、擇伐、對照3種處理的試驗林，通過定期調(diào)查，研究杉木人工林長輪伐期培育大徑材近自然森林經(jīng)營效果，旨在為杉木人工林可持續(xù)經(jīng)營提供參考。

1 試驗地概況

福建省永安國有林場位于永安市城區(qū)及周邊鄉(xiāng)鎮(zhèn)，屬杉木中心產(chǎn)區(qū)，坐標(biāo)25°53′52″～26°06′54″ N，117°18′32″～117°25′51″ E。試驗地設(shè)在該場永漿工區(qū)66林班，海拔200～394 m，坡向東，長坡下坡位，坡度24°，面積18 hm2。土壤為山地紅壤，土層厚度105 cm，立地等級Ⅰ級。前茬為宜林荒山。1980年冬煉山整地，次年春營造杉木純林，栽植密度3 600株/hm2。1981—1985年按“2-2-2-1-1”連續(xù)5年進(jìn)行全面鋤草松土扶苗、深翻施肥作業(yè)。1988年首次間伐后保留2 400株/hm2；1992年第二次間伐后保留1 500株/hm2；1997年第三次間伐后保留1 035株/hm2。2016年開展近自然森林經(jīng)營試驗研究。

2 試驗設(shè)計與研究方法

2.1 試驗設(shè)計

試驗采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計，設(shè)3種處理(區(qū)組)。T1：擇伐+補(bǔ)植紅錐；T2：擇伐；CK：對照，未采取任何作業(yè)。每種處理3次重復(fù)，共9個小區(qū)，每個小區(qū)設(shè)置25.83 m×25.83 m的正方形監(jiān)測樣地1個。

2016年應(yīng)用“目標(biāo)樹”經(jīng)營法進(jìn)行擇伐作業(yè)。擇伐前林分平均保存密度825株/hm2，郁閉度0.8。擇伐設(shè)置平均強(qiáng)度36.4%、平均保留密度525株/hm2。擇伐后保留主伐目標(biāo)胸徑≥50 cm的杉木“目標(biāo)樹”105株/hm2、人工杉木和天然闊葉樹輔助樹420株/hm2。林分伐后郁閉度約0.6。2017年采用“近自然林業(yè)”經(jīng)營法[8-9]在林冠下補(bǔ)植紅錐。補(bǔ)植前整地、劈草耙?guī)?，挖?guī)格為80 cm×50 cm×50 cm的明穴，施鈣鎂磷150 g/穴做基肥，回表土至高出土面5 cm。補(bǔ)植密度630株/hm2、苗木為2年生紅錐容器苗，苗高60～80 cm。2017—2020年對紅錐周圍影響其生長的草灌，通過擴(kuò)穴、培土、塊鋤、劈草、施肥、修枝等措施進(jìn)行撫育作業(yè)，保留不妨礙其生長的天然更新闊葉樹。

2.2 研究方法

試驗林分別于2016年7月?lián)穹プ鳂I(yè)后、擇伐2 a后的2018年7月、擇伐4 a后的2020年6月調(diào)查胸徑、樹高。單株材積計算采用二元立木材積公式計算。

V杉木=0.000 087 2D1.785 388 607H0.9321 392 369 7

V闊葉樹=0.000 052 76D1.882 161H1.009 317

式中V為單株立木材積；D為胸徑；H為樹高。

林分蓄積生長量變化情況采用林分蓄積定期平均生長量PAI分析[10]。

PAI=(Vn-Vn-a)/a。

式中Vn、Vn-a分別為期末、期初胸徑≥5cm的林木材積之和；a為間隔年數(shù)。

杉木單株生長量變化情況采用徑階年平均胸徑生長量[10]分析。

I=(y2-y1)/(ni·a)

式中I為各徑階單株林木的胸徑年平均生長量；y2、y1分別為i徑階的林木期末、期初胸徑，n為i徑階林木株數(shù)；a為間隔期年數(shù)。

3 結(jié)果與分析

3.1 林分蓄積生長量變化分析

經(jīng)過4年2個間隔期的近自然森林經(jīng)營，試驗地林分蓄積生長量發(fā)生了動態(tài)變化(表1)。

表1 2016—2020年林分蓄積生長量

從林分蓄積年生長量PAI看，2016—2018年間隔期和2018—2020年間隔期，均表現(xiàn)為T1>T2>CK。4年間，T1、T2處理分別比CK增加了294.2%、252.9%。

從新進(jìn)階蓄積量Vi看，2016—2018年3種樣地均無新進(jìn)階蓄積。2018—2020年間隔期T1樣地中林冠下補(bǔ)植的6年生人工紅錐和4年生天然闊葉樹部分林木已經(jīng)進(jìn)入胸徑≥5 cm的起測徑階，其原因在于經(jīng)過擇伐和林冠下補(bǔ)植、撫育，改善林內(nèi)水、光、熱條件，促進(jìn)林下補(bǔ)植紅錐和天然更新闊葉樹幼苗幼樹生長。T2處理的天然更新闊葉樹尚未進(jìn)入起測徑階。

從枯死木蓄積量Vm看，2016—2018年、2018—2020年，T1和T2樣地均無杉木枯死木蓄積，這是因為37 a林齡杉木人工林經(jīng)過擇伐作業(yè)，伐除了干擾樹，增加了林內(nèi)生長空間，減緩了林木間競爭，使主林層杉木恢復(fù)了生機(jī)。CK樣地的杉木枯死木蓄積分別為7.78 m3、24.72 m3，說明對照林分由于保存密度過大，林木競爭過于激烈，生長發(fā)育期已經(jīng)進(jìn)入過熟林[13]階段，可以主伐利用。

綜上所述，杉木人工林在Ⅰ類立地的較好立地條件下，通過多次間伐或擇伐使林分控制在合理密度，可以延長輪伐期、培育大徑材，實現(xiàn)可持續(xù)經(jīng)營目標(biāo)。根據(jù)2020年調(diào)查監(jiān)測數(shù)據(jù)，T1樣地41 a林齡杉木，保存密度540株/hm2，平均胸徑27.0 cm、樹高25.4 m、蓄積量364.37 m3/hm2；林冠下6 a林齡人工紅錐和4 a林齡天然闊葉樹，保存密度570株/hm2，平均樹高5.5 m、胸徑4.6 cm、蓄積量1.95 m3/hm2；T2樣地杉木保存密度495株/hm2，平均胸徑29.9 cm、樹高27.7 m、蓄積量415.10 m3/hm2。

3.2 主林層杉木單株生長量變化分析

經(jīng)過4年的近自然森林經(jīng)營，T1和T2處理的主林層杉木單株平均胸徑年均生長量分別為0.43 cm、0.36 cm，分別比CK增加了53.6%、28.6%(表2)。根據(jù)2020年樣地監(jiān)測數(shù)據(jù)，CK樣地中胸徑12～20 cm的杉木年均生長量僅為0.08～0.15 cm，生長緩慢，胸徑22～40 cm徑階的杉木株數(shù)為465株/hm2，與擇伐作業(yè)后T1保留株數(shù)540株/hm2、T2保留株數(shù)495株/hm2相接近。由此可以說明，杉木成熟林擇伐比較適宜的保留密度為450～525株/hm2。

由2020年監(jiān)測的主林層杉木“目標(biāo)樹”生長性狀看，T1和T2樣地的杉木“目標(biāo)樹”在2016—2020年間隔期胸徑年平均生長比較接近，分別為0.71 cm/a、0.64 cm/a；而CK樣地杉木“目標(biāo)樹”胸徑年平均生長量只有0.39 cm/a，說明擇伐作業(yè)促進(jìn)了杉木“目標(biāo)樹”生長(表3)。

表2 主林層杉木單株胸徑各徑階年生長量 cm

表3 杉木“目標(biāo)樹”生長性狀表現(xiàn)

3.3 林下補(bǔ)植紅錐生長分析

2017年3月林冠下補(bǔ)植紅錐，栽植密度630株/hm2、平均苗高76 cm。2020年6月調(diào)查，保存密度540株/hm2，保存率為85.7%；平均樹高5.47 m、胸徑4.47 cm、冠幅3.78 m；樹高年均生長量1.45 m。最優(yōu)單株樹高7.5 m，年均生長2.08 m；胸徑6.1 cm，年均生長1.88 cm；材積0.012 1 m3。由此表明，林下補(bǔ)植的紅錐保存率及其早期生長達(dá)到《紅錐豐產(chǎn)栽培技術(shù)規(guī)程》[14]指標(biāo)，表現(xiàn)出速生優(yōu)良特性。

紅錐是我國南亞熱帶優(yōu)良速生樹種，在福建省主要分布在華安、南靖、安溪等縣和龍巖、漳平南部海拔200～500 m的低山丘陵地帶，華安縣以北未見其天然分布[15]。福建省永安國有林場2002年從福建省華安金山國有林場引進(jìn)紅錐種子育苗，2004年將2年生裸根苗在永安市部分低海拔地區(qū)進(jìn)行造林試驗，目前紅錐人工林生長表現(xiàn)良好。

4 小結(jié)與討論

福建省永安國有林場2016年建立的杉木人工林近自然森林經(jīng)營試驗林，經(jīng)過2016—2018年、2018—2020年2個間隔期的樣地監(jiān)測，結(jié)果表明，設(shè)置的擇伐+林下補(bǔ)植紅錐、擇伐2種處理林分，杉木平均胸徑年均生長量分別達(dá)到0.43 cm、0.36 cm，分別比對照增加53.6%、28.6%；林分蓄積年均生長量分別為8.79 m3/hm2、7.87 m3/hm2，比對照增加294.2%、252.9%。擇伐+林下補(bǔ)植紅錐林分主林層杉木生長良好，林冠下6 a林齡人工紅錐也達(dá)到了速生標(biāo)準(zhǔn)，4 a林齡天然闊葉樹也能正常生長，初步形成了人工杉木、紅錐和天然闊葉樹復(fù)層異齡混交林，為后續(xù)進(jìn)一步研究杉木人工林長輪伐期大徑材近自然森林經(jīng)營提供基礎(chǔ)。杉木長輪伐期大徑材主伐年齡、“目標(biāo)樹”密度及其主伐時目標(biāo)胸徑，有待于后續(xù)進(jìn)一步試驗研究。