修枝抚育对杉木生长量的影响研究

林国刘

(云南省林业调查规划院，云南 昆明 650051)

杉木属杉科杉木属高大乔木，为亚热带树种，在我国南方地区广泛栽培，具有生长速度快、材质好、产量高、用途广等特点。长期以来，由于林权所有者经营管理意识薄弱，管理方式粗放，杉木生长潜能未得到有效发挥。为提高杉木生长能力和质量，科学实施森林抚育是提高杉木经营管理水平的重要举措之一。森林抚育是指从幼树郁闭成林到林分成熟前为实现培育目标所采取的各种调节自然选择和树木竞争的营林措施的总称，包括抚育采伐、补植、修枝、浇水、施肥、人工促进天然更新以及视情况进行的割灌、割藤、除草等辅助作业活动。林木在生长过程中，因枝叶过于茂盛，加剧了林木对空间、光热、水分的争夺，影响林木生长，降低林木质量的现象较为显著。因此，树木修枝成为培养高质量、无节子健康树木的重要作业措施，也是提高木材价值的有效方法[1]。为探索杉木修枝抚育对于林木生长的作用，通过设置修枝抚育监测样地和未抚育对照样地，对比分析其平均胸径、平均树高、蓄积、森林生物量、碳储量等生长因子差异情况，研究修枝抚育为杉木生长的影响程度，以期为杉木可持续发展及科学经营管理提供借鉴。

1 研究区域概况

马关县位于云南省东南部，总面积 2 676 km2，辖4乡9镇118个行政村和6个社区。县城驻地马白镇距州府文山54 km，距省会昆明386 km，海拔 1 340 m。年均温17.8℃，年降雨量 1 879.7 mm[2]。全县林地总面积 155 215.3 hm2，其中：有林地 108 625.5 hm2，疏林地 2 155.7 hm2，灌木林地 28 822.8 hm2，未成林造林地 9 227.3 hm2，苗圃地21.9 hm2，无立木林地 2 073.0 hm2，宜林地 4 284.8 hm2，辅助生产林地4.3 hm2。森林覆盖率44.81%，林木绿化率55.21%。主要优势树种(组)有杉木、其他阔叶、桤木、栎类、云南松等。杉木是当地主要用材树种，杉木林面积 37 649.2 hm2，占全县有林地面积的34.66%，郁闭度≥0.70面积 7 493.2 hm2，郁闭度为0.49～0.69面积 27 535.4 hm2，郁闭度为0.20～0.39面积 2 620.6 hm2[3]。

2 数据与方法

2.1 样地设置与调查

2010年，在马关县金城林场森林抚育试点区选择具有代表性杉木纯林地块，分别设置面积为 0.102 4 hm2的方形监测样地和对照样地各一块。样地杉木均为中龄林(1996年造林)，两块样地海拔、土壤、坡位、坡向等立地因子完全一致。监测样地于2010年进行修枝抚育，修去树高度 1/2 以下的枝条。修枝抚育前郁闭度为0.86，抚育后郁闭度为0.65。

观测样地时间分别为抚育当年(2010年)、抚育后第一年(2011年)、抚育后第三年(2013年)、抚育后第六年(2016年)4个时段，对样地内已达检尺(D≥5 cm)的杉木活立木进行每木检尺，逐一记录胸径，选取样地内平均胸径代表木5株实测树高(H)。对照样地未进行任何抚育措施，其调查年度和调查方法与监测样地相同(表1)。

表1 样地数据

2.2 数据处理

样地内树木采用胸高断面积加权计算平均胸径(D)，采用实测样木算术平均法求算平均树高(H)，采用二元材积表(公式)求算样地蓄积，以样地蓄积推算每公顷蓄积，以每公顷蓄积计算森林生物量，以森林生物量计算森林碳储量。

1)杉木蓄积计算采用胸高形数法：

V=G×FHFH=aHb/Dc

式中，V为蓄积，G为断面积，FH为二元形高，H为平均树高，D为平均胸径，a、b、c为参数，其中a=1.01191464，b=0.91284379，c=0.1710456。

2)杉木森林生物量计算公式[4-6]：

y=A×V×BEF BEF=a+b/V

式中，y为生物量，A为面积，BEF为对应的换算因子，a、b为参数，a=0.3999，b=22.5410。

3)杉木碳储量计算公式[7]：

C=B×CF

式中，C为碳储量，B为生物量，CF为生物量含碳率(CF=0.485 4)。

2.3 研究方法

根据采集的观测数据，计算2010年、2011年、2013年、2016年抚育样地、未抚育样地的平均胸径、平均树高、蓄积、生物量、碳储量5项指数，以及2011年、2013年、2016年5项指数较2010年 5项指数的增长量和增长率，对比分析修枝抚育和未抚育对杉木5项指数的影响程度。

3 结果分析

3.1 平均胸径增长量分析

通过对2011年、2013年、2016年数据进行分析，抚育林分与未抚育林分平均胸径增长量和增长率存在明显差异(表2)。

表2 平均胸径增长量

从表2可以看出，抚育后第一年(2011年)监测样地平均胸径较2010年增加了0.5 cm，对照样地平均胸径较2010年增加了0.7 cm，监测样地平均胸径增长量小于对照样地0.2 cm；抚育后第三年(2013年)监测样地平均胸径较2010年增加了1.6 cm，对照样地平均胸径较2010年增加了1.3 cm，监测样地平均胸径增长量高于对照样地0.3 cm；抚育后第六年(2016年)监测样地平均胸径较2010年增加了2.4 cm，对照样地平均胸径较2010年增加了1.9 cm，监测样地平均胸径增长量高于对照样地0.5 cm。由此可见，抚育监测样地平均胸径增长量从抚育后第三年开始明显高于未抚育对照样地。

从表2可以看出，抚育后第一年监测样地平均胸径较2010年增长了3.4%，对照样地平均胸径较2010年增长了5.4%，监测样地平均胸径增长率低于对照样地2%；抚育后第三年监测样地平均胸径较2010年增长了10.9%，对照样地平均胸径较2010年增长了10.1%，监测样地平均胸径增长率高于对照样地0.8%；抚育后第六年监测样地平均胸径较2010年增长了16.3%，对照样地平均胸径较2010年增长了14.7%，监测样地平均胸径增长率高于对照样地1.6%。由此可见，抚育监测样地平均胸径增长率从抚育后第三年开始明显高于未抚育对照样地(图1)。

图1 平均胸径增长趋势(率)对比Fig.1 Comparison of average DBH growth trend(rate)

从图1可以看出，抚育后第一年监测样地平均胸径小于对照样地平均胸径增长率，抚育后第三年开始，监测样地增长率明显大于对照样地，且差距呈上升态势。因此，修枝抚育有利于杉木胸径增长。

3.2 平均树高增长量分析

通过对2011年、2013年、2016年数据进行分析，抚育林分与未抚育林分平均树高增长量和增长率存在明显差异(表3)。

表3 平均树高增长量

从表3可以看出，抚育后第一年监测样地平均树高较2010年增加了1.7 m，对照样地平均树高较2010年增加了0.3 m，监测样地平均树高增长量高于对照样地1.4 m；抚育后第三年监测样地平均树高较2010年增加了2.6 m，对照样地平均树高较2010年增加了0.8 m，监测样地平均树高增长量高于对照样地1.8 m；抚育后第六年监测样地平均树高较2010年增加了3.6 m，对照样地平均树高较2010年增加了1.5 m，监测样地平均树高增长量高于对照样地2.1 m。由此可见，抚育监测样地平均树高增长量明显高于未抚育对照样地。

从表3可以看出，抚育后第一年监测样地平均树高较2010年增长了16.2%，对照样地平均树高较2010年增长了3.0%，监测样地平均树高增长率高于对照样地13.2%；抚育后第三年监测样地平均树高较2010年增长了24.8%，对照样地平均树高较2010年增长了7.9%，监测样地平均树高增长率高于对照样地16.9%；抚育后第六年监测样地平均树高较2010年增长了34.3%，对照样地平均树高较2010年增长了14.9%，监测样地平均树高增长率高于对照样地19.4%。由此可见，抚育监测样地平均树高增长率明显高于未抚育对照样地(图2)。

从图2可以看出，监测样地平均树高生长率明显大于对照样地，且差距呈上升态势。因此，修枝抚育对杉木平均树高增长影响较大，能有效促进杉木树高增长。

3.3 蓄积增长量分析

通过对2011年、2013年、2016年数据进行分析，抚育林分与未抚育林分公顷蓄积增长量和增长率存在明显差异(表4)。

从表4可以看出，抚育后第1年监测样地公顷蓄积较2010年增长了40.986 m3，对照样地公顷蓄积较2010年增长了 15.67 4 m3，监测样地公顷蓄积增长量高于对照样地25.312 m3；抚育后第三年监测样地公顷蓄积较2010年增长了86.651 m3，对照样地公顷蓄积较2010年增长了40.772 m3，监测样地公顷蓄积增长量高于对照样地45.879 m3；抚育后第六年监测样地公顷蓄积较2010年增长了131.455 m3，对照样地公顷蓄积较2010年增长了64.981 m3，监测样地公顷蓄积增长量高于对照样地66.474 m3。由此可见，抚育监测样地公顷蓄积增长量明显高于未抚育对照样地。

从表4可以看出，抚育后第一年监测样地公顷蓄积较2010年增长了21.8%，对照样地公顷蓄积较2010年增长了11.7%，监测样地公顷蓄积增长率高于对照样地10.1%；抚育后第三年监测样地公顷蓄积较2010年增长了46.0%，对照样地公顷蓄积较2010年增长了30.3%，监测样地公顷蓄积增长率高于对照样地15.7%；抚育后第六年监测样地公顷蓄积较2010年增长了69.8 %，对照样地公顷蓄积较2010年增长了48.4%，监测样地公顷蓄积增长率高于对照样地21.4%。由此可见，抚育监测样地公顷蓄积增长率明显高于未抚育对照样地(图3)。

表4 蓄积增长量

从图3可以看出，2011—2016年蓄积增长率一直处于逐年上升状态，监测样地公顷蓄积增长率明显大于对照样地。因此，修枝抚育能有效促进杉木蓄积增长。

3.4 森林生物量增长量分析

通过对2011年、2013年、2016年数据进行分析，抚育林分与未抚育林分公顷森林生物量增长量和增长率存在明显差异(表5)。

从表5可以看出，抚育后第一年监测样地公顷森林生物量较2010年增长了16.4 t，对照样地公顷森林生物量较2010年增长了6.2 t，监测样地公顷森林生物量增长量高于对照样地10.2 t；抚育后第三年监测样地公顷森林生物量较2010年增长了34.6 t，对照样地公顷森林生物量较2010年增长了16.3 t，监测样地公顷森林生物量增长量高于对照样地18.3 t；抚育后第六年监测样地公顷森林生物量较2010年增长了52.5 t，对照样地公顷森林生物量较2010年增长了26.0 t，监测样地公顷森林生物量增长量高于对照样地26.5 t。由此可见，抚育监测样地公顷森林生物量增长量明显高于未抚育对照样地。

表5 森林生物量增长量

从表5可以看出，抚育后第一年监测样地公顷森林生物量较2010年增长了16.8%，对照样地公顷森林生物量较2010年增长了8.1%，监测样地公顷森林生物量增长率高于对照样地8.7%；抚育后第三年监测样地公顷森林生物量较2010年增长了35.3%，对照样地公顷森林生物量较2010年增长了21.4%，监测样地公顷森林生物量增长率高于对照样地13.9%；抚育后第六年监测样地公顷森林生物量较2010年增长了53.8%，对照样地公顷森林生物量较2010年增长了34.1%，监测样地公顷森林生物量增长率高于对照样地19.7%。由此可见，抚育监测样地公顷森林生物量增长率明显高于未抚育对照样地(图4)。

从图4可以看出，2011—2016年，监测样地森林生物量增长率一直处于较快上升状态，且与对照样地森林生物量差距逐年拉大，因此，修枝抚育对杉木森林生物量增长量影响较大，有利于杉木森林生物量增长。

图4 森林生物量增长趋势(率)对比Fig.4 Comparison of biomass growth trend(rate)

3.5 森林碳储量增长量分析

通过对2011年、2013年、2016年数据进行分析，抚育林分与未抚育林分公顷森林碳储量增长量和增长率存在明显差异(表6)。

从表6可以看出，抚育后第一年监测样地公顷森林碳储量较2010年增长了8.0 t，对照样地公顷森林碳储量较2010年增长了3.0 t，监测样地公顷森林碳储量增长量高于对照样地5.0 t；抚育后第三年监测样地公顷森林碳储量较2010年增长了16.8 t，对照样地公顷森林碳储量较2010年增长了7.9 t，

表6 森林碳储量增长量

监测样地公顷森林碳储量增长量高于对照样地8.9 t；抚育后第六年监测样地公顷森林碳储量较2010年增长了25.5 t，对照样地公顷森林碳储量较2010年增长了12.7 t，监测样地公顷森林碳储量增长量高于对照样地12.8 t。由此可见，抚育监测样地公顷森林碳储量增长量明显高于未抚育对照样地。

从表6可以看出，抚育后第一年监测样地公顷森林碳储量较2010年增长了16.8%，对照样地公顷森林碳储量较2010年增长了8.1%，监测样地公顷森林碳储量增长率高于对照样地8.7%；抚育后第三年监测样地公顷森林碳储量较2010年增长了35.4%，对照样地公顷森林碳储量较2010年增长了21.4%，监测样地公顷森林碳储量增长率高于对照样地14.0%；抚育后第六年监测样地公顷森林碳储量较2010年增长了53.7%，对照样地公顷森林碳储量较2010年增长了34.3%，监测样地公顷森林碳储量增长率高于对照样地19.4%。抚育监测样地公顷森林碳储量增长率明显高于未抚育对照样地(图5)。

从图5可以看出，监测样地公顷森林碳储量增长趋势明显高于未抚育森林碳储量，且一直处于上升趋势。因此，修枝抚育是增加杉木碳储量，提高碳汇能力的重要途径之一。

4 结论与讨论

4.1 结论

通过以上分析可以看出，在研究期内，杉木修枝抚育后林分平均胸径、平均树高、蓄积、森林生物量、森林碳储量增长量和增长率均明显高于未抚育林分，并且一定时期处于上升态势。

1)样地平均胸径增长量高于未抚育样地0.5 cm，抚育样地平均胸径增长率高于未抚育样地1.6%；抚育样地平均树高增长量高于未抚育样地2.1 m，抚育样地平均树高增长率高于未抚育样地19.4%。

2)抚育样地平均胸径、平均树高的增长，也相应促进了每公顷蓄积、生物量、碳储量增长，使抚育样地公顷蓄积增长量高于未抚育样地66.474 m3，抚育样地公顷蓄积增长率高于未抚育样地21.4%；抚育样地公顷森林生物量增长量高于未抚育样地26.5 t，抚育样地公顷森林生物量增长率高于未抚育样地19.7%。抚育样地公顷森林碳储量增长量高于未抚育样地12.8 t，抚育样地公顷森林碳储量增长率高于未抚育样地19.4%。

3)平均胸径、平均树高、蓄积、森林生物量、森林碳储量5项指数增长的同时，修枝抚育促进了杉木整枝速度加快、节结减少、树干通直圆满，也促进了林木健康生长，有助于提高林木材质等级，益于中大径材培育。

4.2 讨论

从分析数据来看，修枝抚育能有效提高杉木平均胸径、平均树高生长量和生长率，但本研究监测样地抚育后第一年平均胸径增长量小于未抚育样地，抚育样地平均胸径增长率小于未抚育样地。分析其原因：(1)修枝抚育过程中，因施工作业不规范，导致林木一定程度受损，林木粗生长需要一定时间才能恢复正常生长；(2)修枝抚育后杉木枝叶减少，降低了林木对水分、光热的吸收，导致杉木胸径短时间内生长较为缓慢；(3)修枝抚育过程中，林下植被和腐殖质层不同程度遭到破坏，造成一定程度水土流失，导致土壤养分供给不足，影响林木生长。

4.3 建议

1)加强杉木林分的森林经营管理，适时开展包括修枝在内的森林抚育，改善杉木生长空间。

2)严格按照抚育相关技术要求开展森林抚育，以免造成不必要树木损伤。

3)抚育过程中要避免破坏林下植被和腐殖质层，以免造成生物多样性减少、水土流失和土壤肥力下降。