杉木人工林近自然经营技术的应用效果研究

林同龙

杉木人工林近自然经营技术的应用效果研究

林同龙

（南平市林业局，福建 南平 353000）

对杉木人工林开展近自然经营技术的长期定位试验研究。通过对近自然经营后的林分树种组成、植被多样性、土壤肥力以及林分生产力的分析，结果表明：采用近自然经营技术后，杉木林分中嵌入了多种乡土阔叶树种，林地生物多样性达74.3±4.0，比常规经营的提高了52.88%；土壤肥力得到了提高，表现在土壤水分物理性质和土壤交换性能得到了较大的改善，土壤养分含量有较大的增加；近自然经营法明显促进了杉木的生长， 提高了林分生产力，17年生林分平均胸径、平均树高、单株材积、杉木蓄积和林分总蓄积量分别比常规法经营提高了9.24%～17.64%、8.61%～17.29%、27.94%～58.46%、2.38%～28.64%和8.63%～37.55%;立地条件越差，各效应指标改善的程度或增加的量的幅度越大。

近自然林业；杉木人工林；经营技术；应用效应

人工林是我国森林资源的重要组成部分。在我国林业可持续发展及森林分类经营战略的指导下，解决人工林生态环境问题和实现林业的可持续发展，是森林资源培育的重要任务。20世纪80年代开始流行于欧洲并于20世纪90年代传入我国的＂近自然林业＂理念兼顾森林保护和利用,即在保护森林生态持续健康的前提下让人类能够持久地获取木材的一种森林经营模式[1]。在德国等欧洲国家的实践证明，近自然林业经营是克服人工林地力衰退、多样性低、稳定性差等缺点乃至提高林分的生产力与生态效益的有效途径[2]。近自然林业理论产生至今已有100多年，但在我国真正开始应用到实际操作中的时间很短，许多经营方法和操作技术还处于不断研究实践当中[3]，因为近自然经营技术不是某一固定不变的模式，而是因区域、地理气候、树种、林分结构、培育目标而异，特别是在人工用材林上，近些年来，仅见在马尾松、油松、桉树等有关采用“近自然林业”的理论论述和建议[4-8]，而具体技术措施除本项目研究的幼林期阶段性报道[9]外，未见报道。

杉木Cunninghamia lanceolata是我国南方最重要的造林树种，是福建省造林面积最大的人工用材树种。长期以来，杉木人工纯林造成的地力衰退、生物多样性下降、生态失衡以及经营过程中的水土流失等现象，严重阻碍了杉木的可持续发展，同时也对整个人类赖以生存的生态环境造成了诸多负面影响[10-11]。鉴于此，1994年起，该项目将“近自然林业”的经营思想应用于杉木人工林的经营之中并进行长期的定位观测，探讨近自然经营法的应用效果，摸索适合我国国情、可操作性强的杉木近自然经营技术措施，为杉木等人工林的持续经营提供理论和实践参考。

1 试验地概况

试验地位于福建北部的松溪县旧县乡林场，地 处 东 经 118°33′～ 118°55′， 北 纬 27°24′～27°51′，属中亚热带海洋性季风气候，地带性的顶级植被为亚热带常绿阔叶林。年平均温度 16.2 ℃，年平均相对湿度 84%，年平均降水量 l 890 mm，极端最低、最高温分别为 -7.4℃ 和38.2℃。试验地海拔高320 m，土壤为片麻岩发育而成的山地红壤，土层厚度大于1 m。

试验林地为该林场的45林班，3大班，1、4小班，面积28.2 hm2，前茬为次生天然林，于1994年采伐改造，迹地清理为不炼山带状整地，1995年春营造杉木，穴规格40 cm×40 cm×40 cm，造林密度为2 500株/ hm2。

2 研究方法

在试验林分内，分别于不同立地类型上选择同一水平带、同一坡向，设置近自然经营法和常规经营法对比试验样地，样地面积25.8 m×25.8 m，重复3次。其中，近自然经营法的具体措施是：以充分利用乡土植物促进杉木的生长，并在最大程度上维护地力，以保证高效持续地发展杉木人工林为原则。经营时，只对杉木单株树冠范围内进行抚育，对其周围影响杉木生长的草灌乔进行清除或打枝等，而不影响杉木生长的则任其自然生长。抚育后将清除或打枝的枝叶培于杉木根兜附近。同时，在林分开始郁闭后（造林后3 a），每年在其生长季节观测杉木与当地萌生的乡土树种的种间关系，并随时进行调节，以去除长势不良、干性不好、生长速度过快或过慢的树种（与杉木相比较）。掌握留疏去密、去病留健的原则，在同等条件下，留落叶阔叶，去常绿阔叶，并去除虽然长势良好，但无培育前途的种类，如黄瑞木、山油麻、盐肤木、山苍子等小乔木种类为原则。常规经营法的具体措施是：全面铲除杂草灌木，扩穴连带。2种经营法均连续抚育 3 a。在7年生时，对试验林分进行了1次抚育间伐。

1999年8月，于林分高度郁闭时（5年生幼林）进行了一次全面的调查、测定并总结了初步结果，2011年9月（17年生成林）对试验样地再次全面调查，调查内容包括：树高、胸径、形数、单位面积蓄积量；植物种类（多样性）；土壤有机质，土壤N、P、K，土壤水分物理状况。

土壤养分含量按国标分析方法测定[12]；立木材积按福建省林木二元材积公式计算：V杉木= 0.000 058 06 D1.955335H0.894033，V阔=0.000 052 76D1.882161H1.009317，蓄积量=单株平均立木材积×林分保留株数；物种丰富度根据种—面积曲线确定的群落最小面积上出现的种数计。

3 结果与分析

3.1 近自然经营法对杉木林分树种组成的影响

杉木人工林应用近自然经营技术后，林分的树种组成发生了较大的变化，不同立地条件下的林分树种组成在幼林期与成林期基本上相似，由常规经营法的杉木纯林（10杉）演化为8杉2阔（乔木）左右（以株数计），2阔的植物种类主要有檫树Sassafras tsumu、福建青冈（萌芽）Cyclobalanopsis chungii、 栲 树 Castanopsis fargesii、 枫 香 Liquidamba formosana、 拟 赤 杨Alniphyllum fortunei、 木 荷 Schima superba、 甜 槠Castanopsis eyrei、罗浮栲Castanopsis fabri、紫树Nyssa sinensis、福建山樱花Prunus campanulata、山苍子Litsea cubeba、中华杜英Elaeocarpus chinensis、江南桤木Alnus trabeculosa、毛竹Phyllostachys heterocycla、南酸枣Choerospondias axillaris、杨梅Myrica rubra、化香树Platycarya strobilacea、青钱柳Cyclocarya paliurus、虎皮楠Daphniphyllum oldhami等乡土阔叶树种（见表1）。

表1 近自然林业经营法的杉木（17年生）林分组成阔叶树种类Table 1 Broad-leaved species of 17-year-old C.lanceolata plantation cultivated by approximating-nature forestry management method

杉木林内出现的阔叶树按照株树大约占杉木试验林分单位面积株树的20%，但如果按照覆盖度来计算，则占30%左右，形成混交林—同龄林的林分组成结构。由于德国等欧洲国家（温带、暖温带）采伐的方式主要为择伐，他们采用近自然经营所形成的林分是混交林一异龄林—复层林[13]。而亚热带（包括我国）现行的采伐基本为皆伐，因此应用近自然林业经营法后，形成的林分是混交林—同龄林。另外，从表2看出，近自然林业经营法的林分植物种类丰富度不论是5年生幼林期还是17年生成林期，均明显高于常规经营法的林分，丰富了林地植物种类的多样性。调查测定表明，幼林期的丰富度达到63.2±4.8，比常规法平均提高了183.41%；进入中成林后，虽然人为干扰频率减少以及林木正常生长所致，不论是哪种经营法的林分植被丰富度都有增加，但近自然法所带来的效应强度大，17年生时林分植被丰富度达到了74.3±4.0（含乔灌草层），仍比常规法提高了52.88%。

表2 近自然林业经营法的林分植被丰富度Table 2 Stand’s vegetation richness of C.lanceolata plantation cultivated by approximating-nature forestry management method

3.2 近自然经营法对杉木林地土壤肥力的影响

3.2.1 近自然经营法对林地土壤水分物理性能的影响

土壤物理性能是土壤重要肥力因子，其在调节土壤水分、空气，保持土壤养分，促进植物根系的生长以及调节河川径流等方面都起着重要的作用[14]。

从表3可以看出，杉木人工林采用近自然经营法经营后，林地土壤水分物理性质得到了较好的改善，首先表现为土壤容重值下降，但下降的土层基本仅在0～20 cm土层，而20～40 cm土层的容重值基本不变。其次表现为土壤总孔隙度的增加，在0～20 cm土层，Ⅱ类地增加了5%～10%，Ⅰ类地增加了5%左右；而在20～40 cm土层，无论是Ⅰ类地还是Ⅱ类地，都基本无甚增加。毛管孔隙与非毛管孔隙的变化与土壤容重和总孔隙度的变化基本一致，均为采用近自然抚育法经营的杉木林分土壤0～20 cm土层均有不同程度的增加，增加的幅度以非毛管孔隙更大些。土壤水分物理性质的改善，对土壤保水保肥、调节土壤的水肥气热有着积极的意义。

定位研究表明，采用近自然法经营杉木林分，在所试验的年限中，对土壤水分物理性能改良的土层基本仅局限于土壤的表层，从改善土壤水分物理性质的程度看，以立地条件较差的Ⅱ类地更佳。

表3 近自然经营法的杉木(17年生)林地土壤水分物理性能Table 3 Soil moisture physical properties of 17-year-old C.lanceolata plantation cultivated by approximating-nature forestry management method

3.2.2 近自然经营法对林地土壤化学性状的影响

土壤交换性能的好坏是土壤养分能否被吸收和吸收难易的重要指标[15]。从近自然经营法对土壤交换性能的影响（见表4）看，采用近自然林业经营杉木人工林，17年生时林地土壤的交换性能得到了较大的改善，且各指标变化趋势与5年生时的幼林期相似。其中，土壤酸度增大，表现在pH值降低、水解性总酸度增加，原因可能是由于采用近自然经营后，杉木人工林植被覆盖度大幅度增加，植物根系分泌物数量和土壤腐殖化程度也得到相应的提高，导致土壤酸度在一定程度上得以提高；土壤交换性盐基总量也有了大幅度的提高，这对于提高土壤肥力有着重要的意义，测定表明0～20 cm土层提高了20%～30%，而20～40 cm土层提高得很少，个别土层甚至基本保持不变；土壤阳离子交换量（CEC，包括交换性盐基总量和水解性总酸度），无论是Ⅰ类地还是Ⅱ类地，0～20 cm土层和20～40 cm土层都有不同程度的提高，以0～20 cm土层和Ⅱ类地提高的幅度为大。诚然，土壤 CEC值的增加并不能表明土壤肥力的提高，需视土壤盐基饱和度值即土壤盐基总量和水解性总酸度二者比值的大小。从表4可看出，采用近自然抚育法经营杉木林分后，土壤0～20 cm土层盐基饱和度提高了，提高的幅度以Ⅱ类地更大。我国南方由于高温多雨，造成土壤盐基总量低下和盐基高度不饱和，其往往是制约土壤肥力提高的主要因素。近自然经营后的盐基饱和度的增加对于提高土壤肥力无疑有着重要的意义。

从林地土壤养分含量（见表5）看，采用近自然林业经营后，与常规法相比，杉木17年生时林地土壤无论是Ⅰ类地还是Ⅱ类地，0～20 cm和20～40 cm土层土壤有机C、全氮、全磷以及速效氮、磷钾等养分含量指标都有不同程度的增加，且增加的趋势与5年生幼林期基本相似，表现为：0～20 cm土层比20～40 cm土层增加的幅度大，立地条件好的养分增加幅度比立地稍差的幅度小。其中，Ⅰ类地0～20 cm土层的有机碳、全氮、全磷以及速效氮、磷、钾含量分别提高了7.55%、10.45%、20.26%、19.92%、40.76% 和25.57%，20～40 cm土层的上述指标相应地分别提高了7.43%、9.40%、11.04%、15.42%、26.42%和20.17%；同样地，Ⅱ类地0～20 cm土层的土壤养分含量分别提高了9.67%、15.07%、35.39%、44.02%、59.15%和36.49%，20～40 cm土层的分别提高7.61%、10.40%、17.03%、26.13%、45.57%和28.75%。土壤有机物质增加的来源应该有以下几个方面：一是林分中的阔叶乡土树种的枯落物及其分解增加了土壤的有机物质和养分含量；二是林地始终保持着较高的植被覆盖率，减少了林地的水土流失特别是钾素的流失，以及植被的增加相应地地下植物根系也增加，而植物根系在生命活动过程中分泌的有机酸，可将不可利用的养分转化为植物可利用的养分，如磷的有效性提高，这在众多的研究中都得到了证实；三是土壤减少了扰动，降低了土壤的呼吸强度，使较多的土壤有机碳及其他养分保持在土壤中，特别是氮素，南方山地土壤盐基高度不饱和，土壤颗粒，特别是土壤黏粒表面多以负离子基团的形式呈现，这样就使得NH4+不易淋失，而N不易被土粒吸附而淋失，这样就在一定程度上保持了土壤氮素。

表4 近自然经营的杉木（17年生）林地土壤交换性能Table 4 Soil exchange properties of 17-year-old C.lanceolata plantation cultivated by approximating-nature forestry management method

表5 近自然经营的杉木林分（17年生）土壤养分含量Table 5 Soil nutrient content of 17-year-old C.lanceolata plantation cultivated by approximating-nature forestry management method

此外，与5年生幼林期的相比，近自然经营后17年生林地各养分指标的增幅更大，例如5年生幼林地0～20 cm土层的有机碳含量与常规法比提高了6.44%～8.66%[9]，而17年生林分提高幅度为7.55%～ 9.67%。这主要是中成林后人为干扰少，加上枯枝落叶的分解转化、根系改土效应等往往需要相对较长的时间，此时的土壤肥力指标更能反映近自然经营的效应。

3.3 近自然经营法对杉木林分生长的影响

近自然经营与常规经营的林分生长状况调查结果见表6。从表6看出，杉木人工林采用近自然林业经营技术后，17年生林分的胸径、树高、单株材积和蓄积量（加上阔叶树材积）以及林木的干形质量都得到了提高。其中，Ⅰ类地经近自然经营后，17年生林分平均胸径、平均树高、单株材积、杉木蓄积和林分总蓄积量分别比常规法提高 了9.24%、8.61%、27.94%、2.38%和8.63%；而Ⅱ类地增产效果更为明显，上述指标分别比常规经营法提高了17.64%、17.29%、58.46%、28.64%和37.55%。经成对T检验表明，近自然经营与常规经营间的胸径、树高、单株材积以及杉木蓄积的差异达到了显著或极显著水平，特别是Ⅱ类地上述指标都达到了极显著的差异水平。这就表明：立地条件较差的杉木林分，采用近自然林业法经营的促生效果更好。这种近自然林业经营法促进林分生长的主要原因是：首先，人工纯林由于枯落物组成的单一性引起分解困难，直接地影响了人工林生态系统的养分循环，在林地上保留当地乡土阔叶树种（株树增加20%左右），林地增加了较多的阔叶枯落物，这为林地提高有机物质、改善土壤肥力提供了良好的物质基础；其次，采用近自然经营法后，林地在当年就始终保持植被覆盖度在85%以上，降低了林地的水土流失，维护了林地的土壤肥力；最后，采用近自然林业经营，通常将影响杉木生长的其他幼树、灌木、杂草，或者影响杉木生长的枝条除去后，较多的堆放在杉木根兜的附近，这些杂灌草分解后可在一定程度上为杉木幼树提供养分。

此外，从表6还可看出，采用近自然林业法经营，也促进干形的发育，与常规法比，胸高形率提高了13.3%～19.4%，这是由于林地上保留的乡土阔叶树种能在一定的程度上给予杉木侧方辅佐，加之造林后林地上保留了较高的覆盖度，也在一定程度上促进了杉木的高生长。树木胸高形率的提高，无疑将提高树木采伐后的出材率，提高木材利用率，增加经济收益。

表6 不同经营法17年生杉木林分生长状况†Table 6 Growth status of 17-year-old C.lanceolata plantation with different operating method

4 结 论

杉木人工林采用近自然林业经营技术后，林分的树种组成结构有了明显改善，实施后的杉木林分中出现了乡土阔叶树种（占杉木单位面积株树的20%左右，按照覆盖度来计则占30%左右），形成了混交林—同龄林结构，丰富了林地植物种类的多样性，17年生成林期林分植物种类丰富度达到了74.3±4.0（含乔灌草层），比常规经营法的林分植物种类的丰富度提高了52.88%。

采用近自然林业经营法后，林地土壤肥力得到了提高，表现在土壤水分物理性质得到改善，土壤交换性能有了较大的提高，土壤养分含量有较大的增加。各理化性状指标的改善幅度趋势为0～20 cm土层比20～40 cm土层的改善幅度大，立地稍差的比立地条件好的幅度大。例如Ⅰ类地0～20 cm土层的有机碳提高了7.55%，20～40 cm土层的提高了7.43%；Ⅱ类地0～20 cm和20～40 cm土层的有机碳则分别提高了9.67%和7.61%。

杉木人工林采用近自然经营法后，由于促进了乡土阔叶树种的发育和林下植被的保留，改良了土壤肥力，进而促进了林分生长。17年生林分平均胸径、平均树高、单株材积、杉木蓄积和林分总蓄积量分别比常规法提高了9.24%～17.64%、8.61%～ 17.29%、27.94%～ 58.46%、2.38%～28.64%和8.63%～37.55%；而且Ⅱ类地增产效果更为明显，显示立地条件较差的林地采用近自然林业经营法更为必要。

人工林的经营能否维护和提高地力是保证人工林高效持续的关键。生产力提高了，但如不能维护和提高地力，这种高效是不能持续的。经过多年的栽培实践证明，采用近自然林业经营法对杉木进行抚育经营，与常规经营法相比，林地土壤肥力、林分结构与组成、林分生产力都得到了提高或改善，有望成为杉木人工林在确保良种前提下，实现持续经营的有效措施。

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Application effect research on intimate natural forestry management techniques for Cunninghamia lanceolata plantation

LIN Tong-long
(Forestry Bureau of Nanping City, Nanping 353000, Fujian, China)

Approximating-nature forestry management technique application research is developed in C.lanceolata plantation for 17 years at Jiuxian Forest Farm in Songxi county, Fujian province，The results show that the biodiversity of the C.lanceolata plantation was increased from 48.5±3.3 to 74.6±3.3 after adopting close-to-nature forestry management technique.Compared with conventional management method，the tested forest’s soil fertility was improved; the manifestations were devided into following aspects： the soil moisture-physical properties and soil exchange properties were ameliorated，the soil nutrient contents were increased; the average breast height，average tree height, individual volume, Chinese fir stand volume and stand total volume were promoted by 9.24%～17.64%、8.61%～17.29%、27.94%～58.46%、2.38%～28.64% and 8.63%～37.55% respectively.The worse the site conditions, the effect indexes with close-to-nature forestry management technique were improved greater than those under better site conditions.

approximating-nature forestry；Cunninghamia lanceolata plantation；management technique; application effect

S791.27

A

1673-923X(2012)03-0011-06

2011-10-20

福建省教育厅科研项目“杉木、马尾松人工林‘近自然林业’经营理念和技术的应用研究”(K2001046)

林同龙（1965-），男，福建平潭人，高级工程师，从事森林培育工作；E-mail：ltl117@126.com

[本文编校：谢荣秀]