目标树经营对油松人工林生长的影响

房子怡,贾彦龙,许中旗,马荣,张颂安

(1河北农业大学 林学院,河北 保定 071000;2河北省木兰围场国有林场管理局,河北 围场 068450)

抚育是人工林经营的主要环节之一,不同的抚育措施会对林分产生不同的影响[1-2]。通过科学合理的抚育措施可以使林分结构、林分密度趋于合理,促进林木生长,进而提高林分质量[3-4]。目标树经营的要点是选择少数生长状况较优的林木作为目标树,并采用择伐的方式采伐生长在目标树周围且影响其生长的干扰树,释放目标树的生长空间,从而促进目标树的生长。目标树经营是大径材国家战略储备林的重要经营模式[5-8]。油松为阳性树种,具有适应性强、耐干旱、抗瘠薄等特点,是我国北方地区主要造林树种之一[9]。油松在华北地区具有广泛的分布,而且多以人工林的形式存在,通过科学经营提高油松人工林的造林质量是当地林业部门当前的重要任务。曹云等发现,经过6年人工抚育的油松林的生长状况明显优于未经过人工抚育的油松林[2]。修勤绪研究了适合中国北方油松人工林的近自然经营体系,发现经营措施明显提高了油松人工林林下更新的树种数量[10]。目标树经营是从德国引进的一种大径材培育方法,但是目标树经营对油松人工林的生长有怎样的影响尚不明确。本研究以冀北山地的油松人工林为研究对象,采用木芯法研究了目标树经营对油松人工林胸径生长的影响,为冀北山地油松人工林的科学经营提供依据。

1 研究地概况

研究地点位于承德市围场县木兰围场国有林场的五道沟林场。地理位置为E 116°49′20″～116°59′4″,N 41°52′1″～42°1′8″,海拔1 000～1 800 m;气候为中温带大陆性季风型高原山地气候,年降水量为400～500 mm;该地区植物资源丰富,有植物96科382属693种,其中,国家级保护植物21种,森林覆盖率达到了92.1%。五道沟林场内多为沙壤土,植被类型主要为油松林,杨桦次生林以及华北落叶松人工林。

本研究的油松林年龄为33年,于2014年开始进行目标树经营。目标树经营的主要做法为：在林地中选择生长旺盛、树干通直、树冠饱满的林木作为目标树,进行标记,目标树数量90株/hm2。同时,将周围影响目标树生长的林木确定为干扰树,然后进行伐除,同时,伐除林分中长势、干型较差,没有培养前途的林木。

2 研究方法

2.1 样地布设

在五道沟林场选择采取目标树经营和未经营的林分,分别设置20 m×30 m的调查样地。其中,对照样地1块,经营样地3块。在各样地内进行每木检尺,调查树高与胸径,同时记录海拔、坡向、坡度、坡位等立地条件以及林分密度、郁闭度、植被状况等基本条件。样地基本情况见表1。

表1 样地基本信息统计Table 1 Basic information statistics of the experimental area

2.2 径生长调查

在各样地内分别选择3～4株优势木和平均木,用生长锥钻取木芯。每株树分别从东西和南北2个方向钻取2个木芯,共获木芯40个;获得的木芯用纸包好,并做好记录。对钻取的木芯逐年调查胸径的年生长量,分析胸径的年际生长规律、抚育前后胸径生长及胸高断面积生长规律。

2.3 数据分析

试验数据使用Excel 2010 和SPSS 24.0软件进行统计及分析。

3 结果与分析

3.1 目标树经营对油松人工林径级结构的影响

2014年和2018年对照样地和经营样地油松林径级结构见图1、图2和图3。

图1 2018年对照和经营油松林径级结构Figure 1 DBH class structure of P. tabulaeformis forest in comparison and management in 2018

图2 经营样地2014年和2018年油松林径级结构Figure 2 DBH class structure of P. tabulaeformis forest was managed in 2014 and 2018

图3 对照样地2014年和2018年油松林径级结构Figure 3 DBH class structure of P. tabulaeformis forest was controlled in 2014 and 2018

由图1可知,采取目标树经营4年后,油松人工林径级结构与对照样地有明显不同。对照油松林径级结构范围为4～22 cm,14 cm径级所占比例最大,为20.49%,目标树经营样地为10～22 cm,在16 cm时出现峰值,为32.43%。同时,由图2、图3可知,目标树经营样地油松人工林的径级结构从2014年到2018年发生了明显变化,2014年占比例最大的径级为14 cm,2018年为16 cm,同时,18 cm、20 cm和22 cm径级所占比例明显增加;对照样地从2014年到2018年,较大径级所占比例也有所增加,但占比例最大的径级没有发生变化,仍为14 cm。以上结果说明,采取目标树经营之后,油松林径级结构明显向右偏移,未进行目标树经营的对照样地则未发生明显偏移。

3.2 经营与未经营样地油松胸径生长过程的比较

对照和经营样地平均木胸径、胸径断面积生长过程见图4和图5。

图4 对照和经营样地平均木胸径生长过程Figure 4 DBH growth process of average woods of control and management plots

图5 对照和经营样地平均木胸径断面积增长过程Figure 5 Basal area growth process of average woods of control and management plots

由图4可知,经营前,即2014年之前,对照样地平均木的胸径连年生长量与经营样地相近。间伐后,即2014年之后,经营样地则明显高于对照样地(P<0.01)。2014年之后,经营样地平均木胸径连年生长量在0.28～0.44 cm之间,平均为0.38 cm;对照样地的平均木胸径连年生长量则在0.20～0.30 cm之间,平均为0.24 cm,前者为后者的1.55倍。由图5可知,从胸高断面积的生长量来看,经营样地断面积生长量同样明显高于未经营样地(P<0.01),经营样地在0.000 73～0.001 06 m2之间,平均为0.000 85 m2,对照样地断面积增长量在0.000 38～0.000 56 m2之间,平均为0.000 47 m2,前者为后者的1.81倍。以上结果说明,采取目标树经营措施油松林的胸径及胸高断面积的年生长量明显高于未经营林分,而且经营效果马上就会显现。

3.3 目标树经营前后油松生长的差异

经营前后油松平均木的胸径连年生长量、胸径断面积平均增长量的比较见图6、图7。

图6 经营前后油松平均木的胸径连年生长量Figure 6 Annual increment in DBH of average woods of P. tabulaeformis before and after management

图7 经营前后经营样地油松胸径断面积平均增长量比较Figure 7 Comparison of average growth of basal area of P. tabulaeformis before and after management

由图6可知,油松林目标树经营前后5年胸径年生长量分别为0.44 cm和0.54 cm,经营后为经营前的1.22倍;平均木经营前后则分别为0.27 cm和0.38 cm,经营后为经营前的1.40倍,二者具有显著差异(P<0.01)。由图7可知,从断面积的生长量来看,目标树经营前后5年断面积年生长量分别为0.001 1 m2和0.001 6 m2,经营后为经营前的1.45倍,二者具有显著差异(P<0.01);平均木胸径断面积年增长量经营后同样明显高于经营前(P<0.01),分别为0.000 6 m2和0.000 9 m2,经营后为经营前1.5倍。以上结果说明,目标树经营对于油松林目标树及非目标树的生长均具有明显的促进作用。

3.4 目标树与非目标树生长的差异

油松胸径连年生长量对比、胸径断面积增长量对比见图8、图9。

图8 油松胸径年生长量对比Figure 8 Comparison of annual growth of breast diameter of P. tabulaeformis

图9 油松胸径断面积增长量对比Figure 9 Comparison of the growth of basal area of P. tabulaeformis

由图8可知,经营样地目标树胸径连年生长量的变化趋势与平均木一致,但是目标树明显高于平均木,前者约为后者的1.24～1.58倍;由图9可知,目标树胸高断面积的年生长量同样明显高于平均木,前者为后者的1.55～2.01倍。其变化趋势一致是由于目标树与平均木生长过程中所经历的环境条件的变化一样。目标树的生长量明显高于平均木,反映了目标树经营的效果。目标树的经营围绕目标树开展,核心技术是伐除影响目标树生长的干扰树,为目标树的生长创造最大的营养空间,以充分发挥目标树的生长潜力,因此,目标树的胸径生长量要明显高于非目标树。

3.5 目标树经营对林分蓄积量的影响

对照和经营样地林分蓄积量对比见图10。

图10 对照和经营样地林分蓄积量对比Figure 10 Comparison of stand stock between control and management plots

由图10可知,对照样地2014年的单位面积林分蓄积量为369.59 m3/hm2,2018年则为453.90 m3/hm2,2018年是2014年的1.23倍,蓄积生长率为4.10%;经营样地2014年单位面积林分蓄积量为212.66 m3/hm2,2018年则为284.01 m3/hm2,2018年是2014年的1.34倍,蓄积生长率为5.75%,经营样地蓄积生长率为对照样地的1.40倍。

目标树的经营目标是培育大径级优质木材,从大径级林木(DBH>20 cm)的生长量来看,对照样地由2014年的34.63 m3/hm2增长到2018年的43.37 m3/hm2,生长率为4.48%;而经营样地则由2014年的25.67 m3/hm2增长到2018年的34.70 m3/hm2,生长率为5.98%,经营样地大径级蓄积生长率为对照样地的1.33倍。

4 讨论

目标树经营是以大径材为培育目标的一种经营方法,其经营要点是伐除不利于目标树生长的林木,即干扰树,从而为目标树的生长创造足够的生长空间,达到促进目标树生长的目的[11-13]。本研究发现,目标树的胸径连年生长量为平均木的1.24～1.58倍,胸高断面积的年生长量则为平均木的1.55～2.01倍,这说明,目标树经营明显促进了目标树的生长。同时,本研究还发现,目标树经营不但促进了目标树的生长,而且对其他林木的生长也有促进作用。经营样地平均木的胸径连年生长量为0.38 cm,对照样地则为0.24 cm,前者为后者的1.55倍,胸高断面积的连年生长量经营样地是对照样地的1.81倍。干扰树的伐除,不只是为目标树的生长提供了足够的生长空间,同时也使林分的密度整体下降,因此也可以提高其他林木的生长量[14-17]。同时,本研究还发现,油松的生长对于经营措施反应非常迅速,在伐除干扰树之后,经营林分与对照林分的差异能够迅速显现出来,二者的生长过程曲线表现出了明显的分化。这与李亚男等关于华北落叶松林、白桦林对抚育间伐响应的研究结果一致,这说明林分对抚育间伐等人为措施反映敏感是一个普遍规律[18]。同时,本研究也发现,采取目标树经营之后,DBH>20 cm的大径级林木的蓄积生长率为5.98%,而对照样地则为4.48%,经营样地为对照样地的1.33倍。这说明,目标树经营明显促进了大径级林木的蓄积生长量,达到了培育大径材的目标。

5 结论

(1)目标树经营措施实施4年后,油松人工林的径级结构发生明显改变,对照样地的径级结构则未发生明显变化。

(2)目标树经营明显提高了油松人工林目标树的胸径及胸高断面积的生长量,非目标树的生长量也有明显提高。

(3)目标树经营明显促进了大径级林木的蓄积生长量,经营样地大径级林木生长率为对照样地的1.33倍,达到了培育大径级林木的目标。