目標(biāo)樹經(jīng)營對油松人工林生長的影響

房子怡,賈彥龍,許中旗,馬榮,張頌安

(1河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 林學(xué)院,河北 保定 071000;2河北省木蘭圍場國有林場管理局,河北 圍場 068450)

撫育是人工林經(jīng)營的主要環(huán)節(jié)之一,不同的撫育措施會對林分產(chǎn)生不同的影響[1-2]。通過科學(xué)合理的撫育措施可以使林分結(jié)構(gòu)、林分密度趨于合理,促進(jìn)林木生長,進(jìn)而提高林分質(zhì)量[3-4]。目標(biāo)樹經(jīng)營的要點(diǎn)是選擇少數(shù)生長狀況較優(yōu)的林木作為目標(biāo)樹,并采用擇伐的方式采伐生長在目標(biāo)樹周圍且影響其生長的干擾樹,釋放目標(biāo)樹的生長空間,從而促進(jìn)目標(biāo)樹的生長。目標(biāo)樹經(jīng)營是大徑材國家戰(zhàn)略儲備林的重要經(jīng)營模式[5-8]。油松為陽性樹種,具有適應(yīng)性強(qiáng)、耐干旱、抗瘠薄等特點(diǎn),是我國北方地區(qū)主要造林樹種之一[9]。油松在華北地區(qū)具有廣泛的分布,而且多以人工林的形式存在,通過科學(xué)經(jīng)營提高油松人工林的造林質(zhì)量是當(dāng)?shù)亓謽I(yè)部門當(dāng)前的重要任務(wù)。曹云等發(fā)現(xiàn),經(jīng)過6年人工撫育的油松林的生長狀況明顯優(yōu)于未經(jīng)過人工撫育的油松林[2]。修勤緒研究了適合中國北方油松人工林的近自然經(jīng)營體系,發(fā)現(xiàn)經(jīng)營措施明顯提高了油松人工林林下更新的樹種數(shù)量[10]。目標(biāo)樹經(jīng)營是從德國引進(jìn)的一種大徑材培育方法,但是目標(biāo)樹經(jīng)營對油松人工林的生長有怎樣的影響尚不明確。本研究以冀北山地的油松人工林為研究對象,采用木芯法研究了目標(biāo)樹經(jīng)營對油松人工林胸徑生長的影響,為冀北山地油松人工林的科學(xué)經(jīng)營提供依據(jù)。

1 研究地概況

研究地點(diǎn)位于承德市圍場縣木蘭圍場國有林場的五道溝林場。地理位置為E 116°49′20″～116°59′4″,N 41°52′1″～42°1′8″,海拔1 000～1 800 m;氣候?yàn)橹袦貛Т箨懶约撅L(fēng)型高原山地氣候,年降水量為400～500 mm;該地區(qū)植物資源豐富,有植物96科382屬693種,其中,國家級保護(hù)植物21種,森林覆蓋率達(dá)到了92.1%。五道溝林場內(nèi)多為沙壤土,植被類型主要為油松林,楊樺次生林以及華北落葉松人工林。

本研究的油松林年齡為33年,于2014年開始進(jìn)行目標(biāo)樹經(jīng)營。目標(biāo)樹經(jīng)營的主要做法為：在林地中選擇生長旺盛、樹干通直、樹冠飽滿的林木作為目標(biāo)樹,進(jìn)行標(biāo)記,目標(biāo)樹數(shù)量90株/hm2。同時,將周圍影響目標(biāo)樹生長的林木確定為干擾樹,然后進(jìn)行伐除,同時,伐除林分中長勢、干型較差,沒有培養(yǎng)前途的林木。

2 研究方法

2.1 樣地布設(shè)

在五道溝林場選擇采取目標(biāo)樹經(jīng)營和未經(jīng)營的林分,分別設(shè)置20 m×30 m的調(diào)查樣地。其中,對照樣地1塊,經(jīng)營樣地3塊。在各樣地內(nèi)進(jìn)行每木檢尺,調(diào)查樹高與胸徑,同時記錄海拔、坡向、坡度、坡位等立地條件以及林分密度、郁閉度、植被狀況等基本條件。樣地基本情況見表1。

表1 樣地基本信息統(tǒng)計(jì)Table 1 Basic information statistics of the experimental area

2.2 徑生長調(diào)查

在各樣地內(nèi)分別選擇3～4株優(yōu)勢木和平均木,用生長錐鉆取木芯。每株樹分別從東西和南北2個方向鉆取2個木芯,共獲木芯40個;獲得的木芯用紙包好,并做好記錄。對鉆取的木芯逐年調(diào)查胸徑的年生長量,分析胸徑的年際生長規(guī)律、撫育前后胸徑生長及胸高斷面積生長規(guī)律。

2.3 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)使用Excel 2010 和SPSS 24.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)及分析。

3 結(jié)果與分析

3.1 目標(biāo)樹經(jīng)營對油松人工林徑級結(jié)構(gòu)的影響

2014年和2018年對照樣地和經(jīng)營樣地油松林徑級結(jié)構(gòu)見圖1、圖2和圖3。

圖1 2018年對照和經(jīng)營油松林徑級結(jié)構(gòu)Figure 1 DBH class structure of P. tabulaeformis forest in comparison and management in 2018

圖2 經(jīng)營樣地2014年和2018年油松林徑級結(jié)構(gòu)Figure 2 DBH class structure of P. tabulaeformis forest was managed in 2014 and 2018

圖3 對照樣地2014年和2018年油松林徑級結(jié)構(gòu)Figure 3 DBH class structure of P. tabulaeformis forest was controlled in 2014 and 2018

由圖1可知,采取目標(biāo)樹經(jīng)營4年后,油松人工林徑級結(jié)構(gòu)與對照樣地有明顯不同。對照油松林徑級結(jié)構(gòu)范圍為4～22 cm,14 cm徑級所占比例最大,為20.49%,目標(biāo)樹經(jīng)營樣地為10～22 cm,在16 cm時出現(xiàn)峰值,為32.43%。同時,由圖2、圖3可知,目標(biāo)樹經(jīng)營樣地油松人工林的徑級結(jié)構(gòu)從2014年到2018年發(fā)生了明顯變化,2014年占比例最大的徑級為14 cm,2018年為16 cm,同時,18 cm、20 cm和22 cm徑級所占比例明顯增加;對照樣地從2014年到2018年,較大徑級所占比例也有所增加,但占比例最大的徑級沒有發(fā)生變化,仍為14 cm。以上結(jié)果說明,采取目標(biāo)樹經(jīng)營之后,油松林徑級結(jié)構(gòu)明顯向右偏移,未進(jìn)行目標(biāo)樹經(jīng)營的對照樣地則未發(fā)生明顯偏移。

3.2 經(jīng)營與未經(jīng)營樣地油松胸徑生長過程的比較

對照和經(jīng)營樣地平均木胸徑、胸徑斷面積生長過程見圖4和圖5。

圖4 對照和經(jīng)營樣地平均木胸徑生長過程Figure 4 DBH growth process of average woods of control and management plots

圖5 對照和經(jīng)營樣地平均木胸徑斷面積增長過程Figure 5 Basal area growth process of average woods of control and management plots

由圖4可知,經(jīng)營前,即2014年之前,對照樣地平均木的胸徑連年生長量與經(jīng)營樣地相近。間伐后,即2014年之后,經(jīng)營樣地則明顯高于對照樣地(P<0.01)。2014年之后,經(jīng)營樣地平均木胸徑連年生長量在0.28～0.44 cm之間,平均為0.38 cm;對照樣地的平均木胸徑連年生長量則在0.20～0.30 cm之間,平均為0.24 cm,前者為后者的1.55倍。由圖5可知,從胸高斷面積的生長量來看,經(jīng)營樣地?cái)嗝娣e生長量同樣明顯高于未經(jīng)營樣地(P<0.01),經(jīng)營樣地在0.000 73～0.001 06 m2之間,平均為0.000 85 m2,對照樣地?cái)嗝娣e增長量在0.000 38～0.000 56 m2之間,平均為0.000 47 m2,前者為后者的1.81倍。以上結(jié)果說明,采取目標(biāo)樹經(jīng)營措施油松林的胸徑及胸高斷面積的年生長量明顯高于未經(jīng)營林分,而且經(jīng)營效果馬上就會顯現(xiàn)。

3.3 目標(biāo)樹經(jīng)營前后油松生長的差異

經(jīng)營前后油松平均木的胸徑連年生長量、胸徑斷面積平均增長量的比較見圖6、圖7。

圖6 經(jīng)營前后油松平均木的胸徑連年生長量Figure 6 Annual increment in DBH of average woods of P. tabulaeformis before and after management

圖7 經(jīng)營前后經(jīng)營樣地油松胸徑斷面積平均增長量比較Figure 7 Comparison of average growth of basal area of P. tabulaeformis before and after management

由圖6可知,油松林目標(biāo)樹經(jīng)營前后5年胸徑年生長量分別為0.44 cm和0.54 cm,經(jīng)營后為經(jīng)營前的1.22倍;平均木經(jīng)營前后則分別為0.27 cm和0.38 cm,經(jīng)營后為經(jīng)營前的1.40倍,二者具有顯著差異(P<0.01)。由圖7可知,從斷面積的生長量來看,目標(biāo)樹經(jīng)營前后5年斷面積年生長量分別為0.001 1 m2和0.001 6 m2,經(jīng)營后為經(jīng)營前的1.45倍,二者具有顯著差異(P<0.01);平均木胸徑斷面積年增長量經(jīng)營后同樣明顯高于經(jīng)營前(P<0.01),分別為0.000 6 m2和0.000 9 m2,經(jīng)營后為經(jīng)營前1.5倍。以上結(jié)果說明,目標(biāo)樹經(jīng)營對于油松林目標(biāo)樹及非目標(biāo)樹的生長均具有明顯的促進(jìn)作用。

3.4 目標(biāo)樹與非目標(biāo)樹生長的差異

油松胸徑連年生長量對比、胸徑斷面積增長量對比見圖8、圖9。

圖8 油松胸徑年生長量對比Figure 8 Comparison of annual growth of breast diameter of P. tabulaeformis

圖9 油松胸徑斷面積增長量對比Figure 9 Comparison of the growth of basal area of P. tabulaeformis

由圖8可知,經(jīng)營樣地目標(biāo)樹胸徑連年生長量的變化趨勢與平均木一致,但是目標(biāo)樹明顯高于平均木,前者約為后者的1.24～1.58倍;由圖9可知,目標(biāo)樹胸高斷面積的年生長量同樣明顯高于平均木,前者為后者的1.55～2.01倍。其變化趨勢一致是由于目標(biāo)樹與平均木生長過程中所經(jīng)歷的環(huán)境條件的變化一樣。目標(biāo)樹的生長量明顯高于平均木,反映了目標(biāo)樹經(jīng)營的效果。目標(biāo)樹的經(jīng)營圍繞目標(biāo)樹開展,核心技術(shù)是伐除影響目標(biāo)樹生長的干擾樹,為目標(biāo)樹的生長創(chuàng)造最大的營養(yǎng)空間,以充分發(fā)揮目標(biāo)樹的生長潛力,因此,目標(biāo)樹的胸徑生長量要明顯高于非目標(biāo)樹。

3.5 目標(biāo)樹經(jīng)營對林分蓄積量的影響

對照和經(jīng)營樣地林分蓄積量對比見圖10。

圖10 對照和經(jīng)營樣地林分蓄積量對比Figure 10 Comparison of stand stock between control and management plots

由圖10可知,對照樣地2014年的單位面積林分蓄積量為369.59 m3/hm2,2018年則為453.90 m3/hm2,2018年是2014年的1.23倍,蓄積生長率為4.10%;經(jīng)營樣地2014年單位面積林分蓄積量為212.66 m3/hm2,2018年則為284.01 m3/hm2,2018年是2014年的1.34倍,蓄積生長率為5.75%,經(jīng)營樣地蓄積生長率為對照樣地的1.40倍。

目標(biāo)樹的經(jīng)營目標(biāo)是培育大徑級優(yōu)質(zhì)木材,從大徑級林木(DBH>20 cm)的生長量來看,對照樣地由2014年的34.63 m3/hm2增長到2018年的43.37 m3/hm2,生長率為4.48%;而經(jīng)營樣地則由2014年的25.67 m3/hm2增長到2018年的34.70 m3/hm2,生長率為5.98%,經(jīng)營樣地大徑級蓄積生長率為對照樣地的1.33倍。

4 討論

目標(biāo)樹經(jīng)營是以大徑材為培育目標(biāo)的一種經(jīng)營方法,其經(jīng)營要點(diǎn)是伐除不利于目標(biāo)樹生長的林木,即干擾樹,從而為目標(biāo)樹的生長創(chuàng)造足夠的生長空間,達(dá)到促進(jìn)目標(biāo)樹生長的目的[11-13]。本研究發(fā)現(xiàn),目標(biāo)樹的胸徑連年生長量為平均木的1.24～1.58倍,胸高斷面積的年生長量則為平均木的1.55～2.01倍,這說明,目標(biāo)樹經(jīng)營明顯促進(jìn)了目標(biāo)樹的生長。同時,本研究還發(fā)現(xiàn),目標(biāo)樹經(jīng)營不但促進(jìn)了目標(biāo)樹的生長,而且對其他林木的生長也有促進(jìn)作用。經(jīng)營樣地平均木的胸徑連年生長量為0.38 cm,對照樣地則為0.24 cm,前者為后者的1.55倍,胸高斷面積的連年生長量經(jīng)營樣地是對照樣地的1.81倍。干擾樹的伐除,不只是為目標(biāo)樹的生長提供了足夠的生長空間,同時也使林分的密度整體下降,因此也可以提高其他林木的生長量[14-17]。同時,本研究還發(fā)現(xiàn),油松的生長對于經(jīng)營措施反應(yīng)非常迅速,在伐除干擾樹之后,經(jīng)營林分與對照林分的差異能夠迅速顯現(xiàn)出來,二者的生長過程曲線表現(xiàn)出了明顯的分化。這與李亞男等關(guān)于華北落葉松林、白樺林對撫育間伐響應(yīng)的研究結(jié)果一致,這說明林分對撫育間伐等人為措施反映敏感是一個普遍規(guī)律[18]。同時,本研究也發(fā)現(xiàn),采取目標(biāo)樹經(jīng)營之后,DBH>20 cm的大徑級林木的蓄積生長率為5.98%,而對照樣地則為4.48%,經(jīng)營樣地為對照樣地的1.33倍。這說明,目標(biāo)樹經(jīng)營明顯促進(jìn)了大徑級林木的蓄積生長量,達(dá)到了培育大徑材的目標(biāo)。

5 結(jié)論

(1)目標(biāo)樹經(jīng)營措施實(shí)施4年后,油松人工林的徑級結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯改變,對照樣地的徑級結(jié)構(gòu)則未發(fā)生明顯變化。

(2)目標(biāo)樹經(jīng)營明顯提高了油松人工林目標(biāo)樹的胸徑及胸高斷面積的生長量,非目標(biāo)樹的生長量也有明顯提高。

(3)目標(biāo)樹經(jīng)營明顯促進(jìn)了大徑級林木的蓄積生長量,經(jīng)營樣地大徑級林木生長率為對照樣地的1.33倍,達(dá)到了培育大徑級林木的目標(biāo)。