赣南低效马尾松林改造技术研究

邓必平，李雪龙

(1.江西环境工程职业学院，江西 赣州 341000；2.江西省林业科技实验中心，江西 赣州 341000)

1 引言

由于种种原因，到20世纪80年代初，赣州市(原赣州地区)荒山面积达1678万亩，水土流失异常严重，生态环境十分恶劣，河道於塞，大量农田被毁。1984年当时的赣州地委、行署做出了“十年绿化赣南”的决定，举全区之力用了十年时间基本消灭了荒山。虽然消灭荒山后，林地变绿了，森林覆盖率提高了，但是森林质量不高，仍然存在大量低质低效马尾松林。此外，由于大面积的马尾松纯林容易发生森林病虫害，尤其是当前发生的松材线虫病，严重危害马尾松林的森林健康，有使马尾松林向低产低效化发展趋势。当前赣州市正在大面积实施低质低效林改造工作，但是缺乏有效的低质低效改造的技术措施，本文切合生产实际，开展低效马尾松林改造技术方面的研究，具有现实意义。

2 研究区概况

2.1 研究区基本情况

赣州市位于江西省南部，地处武夷山脉、南岭山脉与罗霄山脉的交汇地带，介于北纬24°29′～27°09′、东经113°54′～116°38′之间，总面积39379.64 km2，占江西省总面积的23.6%。是赣江、东江的发源地，属亚热带南缘，为东亚植物区系的发源地之一，是我国生物多样性富集区、古老植物种属的“避难所”、生物多样性保护的关键地区，是我国南方地区重要的生态屏障，生态战略地位十分重要[1～4]。

2.2 试验样地设置情况

选择马尾松纯林作为试验地，结合马尾松林松材线虫病疫木除治工作在林分内补植补造乡土阔叶树种，补植以带状方式进行，在清理带上种植阔叶树，进行穴状整地，规格为40 cm×40 cm×30 cm，按450株/hm2的密度进行补植，苗龄2～3年，容器苗。另外选择部分林分实施抚育作业，以砍灌除杂为主。分别在2016年、2018年和2021年实施低改作业的马尾松林分中设置18块样地，每个年度设置6块，其中三块进行抚育作业，三块不抚育，另外在未进行改造的马尾松林分和天然马尾松针阔混交林中各设置3块样地作为对照组(表1)。

表1 不同处理措施样地基本特征

3 研究方法

3.1 样地调查

每块样地面积设置为400 m2的方形样地，边长20 m，对每块样地进行每木检尺，测量每株树的胸高直径、树高和冠幅等因子，起测胸径5 cm。在每个乔木样地的4个角设置1 m×1 m小样方，采集凋落物带回实验室泡水称重和烘干称重。在每个样地的上中下坡位采集土样进行混合形成一个土壤样品，在实验室中进行风干和研磨处理，去除石粒、根系等杂物。土壤化学性质的测定采用常规性方法进行测定[5～7]。

3.2 数据分析方法

3.2.1 蓄积量计算

单株阔叶树和马尾松的蓄积采用山本式立木材积模型公式计算[8～11]，累加标准地内全部乔木蓄积得到标准地蓄积量。

Vi=aDbHc

(1)

(2)

公式(1)、(2)中的Vi表示单株立木蓄积量，D表示胸径值，H表示树高值，M表示标准地蓄积量，a、b、c为参数(表2)。

表2 立木材积估算模型参数值

3.2.2 林分碳储量计算

碳储量=乔木层碳储量+林下碳储量+土壤碳储量

(3)

乔木层碳储量=马尾松碳储量+硬阔碳储量+软阔碳储量

(4)

马尾松碳储量= 0.5144×0.091×(D2H)0.846

(5)

硬阔碳储量=0.4754×0.105×(D2H)0.897

(6)

软阔碳储量=0.4995×0.059×(D2H)0.959

(7)

林下碳储量=0.4434×凋落物生物量

(8)

土壤碳储量=SOC×h×SD

(9)

式(3)～(9)中：D表示胸径，H表示树高，SOC表示单位面积土壤有机碳储量(g/m2)，h表示土层深度，SD表示土壤质量(g/cm3)。

3.2.3 土壤综合肥力计算

根据全国土壤第二次普查分级标准计算分肥力系数，土壤综合肥力采用内梅罗指数法进行评价[12]。

(10)

(11)

公式(10)、(11)中的IFIi表示分肥力系数[13]，IFI表示土壤综合肥力，xa、xb和xc分别为全国土壤第二次普查标准设置的各个分级标准的上下限，x为待测定值，n为参与评价的指标个数。

4 结果与分析

4.1 不同改造模式对马尾松林分生长的影响

在改造初期(2021年实施改造)，抚育处理与未抚育改造处理相比，胸径高出0.86 cm，单株材积高出0.01 m3，林分蓄积高出13 m3(表3)，说明在改造初期抚育对林分生长因子(胸径、单株材积、林分蓄积)的增长都有益处，但效果不明显，差异不显著。而与马尾松纯林(C1)相比，各项生长因子均存在显著差异，说明改造处理对提升马尾松林分质量大有好处。

表3 不同处理的林木生长情况

在改造中期(2018年实施改造)，抚育处理与未抚育处理相比，胸径、单株材积、林分蓄积等林分生长因子相差很小，差异不明显，说明改造中期是否抚育对林分生长因子的影响甚小。

在改造后期(2016年实施改造)，抚育和未抚育之间相比，在胸径和林分蓄积两项因子上呈现出显著差异，单株材积差异不明显，说明改造后期进行抚育处理有利于林木胸径增长和林分蓄积提高。与天然马尾松针阔混交林(C2)相比，改造后期抚育处理的各项生长因子都无显著差异，说明通过人工改造并加以抚育的马尾松林分趋同于天然马尾松针阔混交林。

4.2 不同改造模式对马尾松林分碳储量的影响

从表4中可以看出，森林的碳储量主要包括土壤层的碳储量和乔木层碳储量两大类，凋落物碳储量对森林碳储量的贡献很小，并且各种处理对凋落物碳储量的影响很小，各处理间不存在显著差异。

表4 不同处理的马尾松林碳储量

在改造初期，抚育处理与未抚育处理相比，总碳储量和土壤层碳储量均差异显著，乔木层碳储量和凋落物碳储量呈现出非显著差异，改造初期未抚育处理与马尾松纯林(C1)之间相比各项碳储量均不存在显著差异，说明改造初期抚育处理对提升土壤层碳储量和总碳储量有利，改造初期经抚育处理的总碳储量和土壤层碳储量相对于马尾松纯林分别提高了34.3 t/ha和27 t/ha。改造中期，除了乔木层碳储量相对改造初期提升明显，其余的碳储量提升幅度均不明显，说明这个时间段的森林碳储量的增量主要来源于乔木层碳储量。改造后期相对于改造中期而言，总碳储量和土壤层碳储量均有较大幅度提高，增幅显著，而乔木层碳储量和凋落物碳储量增幅不明显，说明这个时间段的森林碳储量的增加主要来源于土壤层碳储量，而与马尾松针阔混交林(C2)相比，总碳储量和土壤层碳储量明显高于对照C2，乔木层碳储量又显著低于对照C2，只有凋落物碳储量相差甚微。

4.3 不同改造模式对马尾松林土壤肥力的影响

根据表5可以看出，全氮的含量在各种处理中马尾松纯林(对照组C1)最低，天然马尾松针阔混交林(对照组C2)最高，改造初期、中期以及后期，经抚育处理的全氮含量均低于未抚育处理的，说明抚育处理不利于提高土壤全氮含量。全磷含量在各种处理中，改造中期抚育处理(MT)最高，改造初期未抚育处理(ENT)最低，在同一时期，土壤全磷含量在不同的处理之间差异显著，同时同种处理在不同的时期也存在着显著差异。土壤全钾含量在抚育处理的不同时期存在显著差异，未抚育处理的后期与初期和中期之间存在显著差异，初期与中期之间差异不明显，对照组C1与对照组C2之间存在着显著差异。

表5 不同处理的马尾松林土壤肥力

土壤水解氮含量在对照组C2中含量最高，对照组C1中含量最低，改造处理的次之，在改造处理初期，抚育处理与未抚育处理之间的水解氮含量差异不明显，在改造中期和后期，抚育处理与未抚育处理之间的水解氮含量存在显著差异，除改造后期抚育处理和改造中期抚育处理外，同种处理在时间尺度上也存在显著差异。土壤有效磷含量在改造初期和中期，抚育处理与未抚育处理之间存在显著差异，改造后期，抚育与未抚育两种处理之间差异不明显，未抚育处理在不同时期的有效磷含量差异显著，抚育处理在改造的初期和中期与改造的后期之间差异显著。土壤速效钾含量在改造初期和中期，不同处理之间存在显著性差异，未抚育处理在不同的时间尺度上速效钾含量差异显著。土壤有机质含量，在对照组C1、改造林(处理组)、对照组C2之间存在显著差异，对照组(C2)中的含量最高，改造初期和中期，抚育与未抚育之间差异显著，改造后期，两种处理差异不明显，未抚育处理在不同改造时期有机质含量差异显著，抚育处理改造初期与改造中期和后期之间存在显著差异。

根据土壤分级标准要求，采用有机质、全氮、水解氮、速效钾、有效磷5项指标代入公式(10)和公式(11)进行计算综合肥力指数，结果显示土壤综合肥力指数最小的为改造初期未进行抚育处理的地块，而土壤综合肥力指数最大的为改造中期未进行抚育处理的地块。

5 结论

(1)改造处理对提升马尾松林分质量大有好处，改造初期抚育对林分生长因子(胸径、单株材积、林分蓄积)的增长都有益处，但效果不明显，改造中期是否抚育对林分生长因子的影响甚小，改造后期进行抚育处理有利于林木胸径增长和林分蓄积提高，通过人工改造并加以抚育的马尾松林分趋同于天然马尾松针阔混交林。

(2)改造初期抚育处理对提升土壤层碳储量和总碳储量有利，改造初期经抚育处理的总碳储量和土壤层碳储量相对于马尾松纯林分别提高了34.3 t/ha和27 t/ha，改造中期的森林碳储量的增量主要来源于乔木层碳储量，改造后期的森林碳储量的增加主要来源于土壤层碳储量。

(3)抚育处理不利于提高土壤全氮含量。全磷含量在各种处理中，改造中期抚育处理(MT)最高，改造初期未抚育处理(ENT)最低，在同一时期，土壤全磷含量在不同的处理之间差异显著，同时同种处理在不同的时期也存在着显著差异。土壤全钾含量在抚育处理的不同时期存在显著差异，未抚育处理的后期与初期和中期之间存在显著差异。