杉木皆伐更新杉木木荷混交林生长效益分析

张 超

(福建省永安国有林场,福建 永安 366031)

杉木(Cunninghamialanceolata(Lamb.)Hook.)为杉科(Taxodiaceae)杉木属(Cunninghamia)常绿乔木,是我国南方最主要造林树种[1]。国家林业和草原局2019年公布的第九次全国森林资源清查结果表明,我国杉木人工林面积9.87万hm2、蓄积量7.55亿m3,均居主要造林树种首位。但是,杉木多代连栽,土壤水分和养分下降,导致杉木林分生产力下降[2-3]。前人研究表明,营造杉阔混交林是防治杉木人工林地力衰退,实现杉木人工林持续速生丰产的主要技术措施之一[4-7]。

木荷(Schimasuperba)为山茶科(Theaceae)木荷属(Schima)常绿乔木,具有造林成活率高、萌芽力强、树冠浓密、耐火烧、材质好、用途广、效益好等特点。树干圆满通直,材质坚韧,结构细致,耐久用,易加工,是纺织工业制作纱锭、纱管的上等材料,也是桥梁、船舶、建筑、家具、农具、胶合板等优良用材,近年来木材市场销售价格与杉木媲美。木荷是我国南方最主要森林防火树种、阔叶树优质用材和优良混交树种[8-10];也是福建省主要栽培乡土常绿阔叶树种,2020年列入福建省第三批主要栽培珍贵树种参考名录。

为探索解决杉木连栽地力衰退问题的有效途径,寻找生产操作容易、经营效益好的杉木人工林迹地更新树种及其栽培模式,以期实现杉木人工林可持续经营。福建省永安国有林场于1991年在杉木人工纯林皆伐迹地更新杉木、木荷混交林,经过31 a栽培,已达到杉木主伐年龄[9]和木荷轮伐期[10]。本文通过调查,对比分析32 a林龄杉木木荷混交林与杉木纯林的林分生长效果,以期为杉木迹地更新提供参考。

1 试验地概况

试验林设在福建省永安国有林场永浆管护站66林班07大班070小班(北纬25°57′39″、东经117°23′27″),面积1.6 hm2。地处永安市城区,是福建省杉木中心产区Ⅰ级立地[12]。试验地海拔245—305 m,坡向西北,坡位下部,坡度25°。土壤为山地红壤,土层厚度100 cm,腐殖质层厚度20 cm。属中亚热带大陆性兼海洋性季风气候,冬无严寒、夏无酷暑,雨量充沛、温暖湿润。年均气温19.1 ℃,1月均温8.6 ℃,极端低温-7.6 ℃,7月均温28.1 ℃,极端高温40.5 ℃,年无霜期295 d;年均降水量1569 mm,呈夏雨型分布;年均相对湿度80.0%。

前茬为杉木人工纯林,1959年1月造林,栽植密度3600株·hm-2;1989年12月调查32 a林龄杉木纯林蓄积量为508.70 m3·hm-2(林分密度1050 株·hm-2、平均树高20.5 m、平均胸径26.1 cm、单株立木材积0.4915 m3);1990年皆伐生产木材396.45 m3·hm-2。同年采伐迹地经炼山清杂,块状整地,按株行距1.67 m×2 m定点,挖面宽60 cm×60 cm、底宽40 cm×40 cm、穴深40 cm的明穴,施钙镁磷250 g·穴-1作基肥,回表土至穴满;1991年2月更新8杉木2木荷(苗木规格:杉木地径≥0.35 cm、苗高≥20 cm,木荷地径≥0.40 cm、苗高≥30 cm)混交林(顺坡4∶1排列);以杉木纯林为对照,栽植密度均为3000株·hm-2。1991—1992年每年4—5月、8—9月各全面锄草1次,1993年3月施碳酸氢铵250 g·株-1;2001年10—12月(12 a林龄)抚育间伐,生产木材40.5 m3·hm-2,保留密度1170株·hm-2。

2 调查及统计方法

2021年12月,在32 a林龄的杉木木荷混交(比例:8∶2)林分和杉木纯林中,分别设置3个25.82 m×25.82 m调查样地,每木调查胸径,分树种、径阶选择代表木测量树高。统计样地株数、平均胸径、平均树高;计算单株立木材积和单位面积蓄积量。单株立木材积估算采用福建省林业勘察设计院1988年编制的《森林调查用表》[11]中杉木人工林、阔叶树二元立木材积公式:杉木V=0.0000872D1.785388607H0.9313923697;木荷V=0.00005276D1.882161H1.009317。

前茬32 a林龄的杉木人工纯林调查资料查询生产技术档案。1989年12月依照福建省国营林场伐区调查设计规范采用半径3.26 m样圆群每木调查胸径,选择平均木测量其树高。统计样圆株数、平均胸径、平均树高;计算单株立木材积和单位面积蓄积量。

3 结果与分析

3.1 杉木生长分析

32年生杉木2代林与1代林树高、胸径、单株材积和单位面积蓄积生长量见表1。从表1可以看出,32 a林龄的8杉2荷林分中,杉木平均胸径25.8 cm、平均树高20.1 m,蓄积量425.43 m3·hm-2,年均蓄积增量13.3 m3·hm-2,达到DB 35/T 518—2003杉木速生丰产林技术规程[12]最适宜区Ⅰ级立地32 a林龄大径材生长量指标(胸径24.5 cm、树高16.4 m、蓄积量277.83 m3·hm-2)。

表1 32年生杉木2代林与1代林树高、胸径、单株材积和单位面积蓄积生长比较

3.1.1 杉木树高生长分析 从表1可知,杉木2代纯林平均树高(18.0 m)比杉木1代纯林平均树高(20.5 m)减少12.2%,差异极显著。由此说明,连栽使杉木树高生长下降。在8杉2荷林分中,杉木平均树高20.1 m,比2代杉木纯林平均树高(18.0 m)增加11.7%,差异极显著。由此可见,杉木连栽存在林地生长力下降问题,杉木与木荷混交能够缓解由于杉木连栽引起的地力衰退导致的杉木树高生长量下降问题。

3.1.2 杉木胸径生长分析 从表1可知,杉木2代纯林平均胸径为23.6 cm,比1代纯林平均胸径(26.1 cm)减少9.6%,差异极显著,可见杉木连栽导致胸径生长量下降。在8杉2荷混交林中,杉木平均胸径25.80 cm,比1代杉木纯林平均胸径(26.1 cm)减少1.1%,差异不显著;比2代杉木纯林平均胸径增加9.3%,差异极显著。由此可见,杉荷混交林能够缓解杉木连栽导致的杉木林分胸径生长量下降问题。

3.1.3 杉木单株立木材积生长分析 从表1可知,杉木2代纯林单株立木材积0.3628 m3·株-1,比1代杉木纯林单株立木材积(0.4923 m3·株-1)减少26.3%,差异极显著,说明杉木连栽使杉木林分单株立木材积生产力下降。在2代8杉2荷混交林中,杉木单株立木材积0.4727 m3·株-1,比1代杉木纯林单株立木材积(0.4923 m3·株-1)减少4.0%,差异不显著;比2代杉木纯林单株立木材积(0.3628 m3·株-1)增加30.3%,差异极显著。由此可见,杉荷混交能够缓解杉木连栽引起的地力衰退导致的林分杉木单株立木材积生长量下降问题。

3.2 杉木木荷混交林径阶分布

32年生杉木木荷混交林胸径径阶分布调查结果见表2。从径阶分布看,在8杉2荷林分中,杉木径阶分布在12～40 cm,以大径材为主,26～40 cm大径木465株·hm-2,占51.7%;16～24 cm中径木375株·hm-2,占41.7%;12～14 cm小径木60株·hm-2,占6.6%。径阶分布覆盖度大,比较分散,有利于森林资源可持续经营,也有利于培育大径材[13]。木荷径阶分散在14～28 cm,以中径材为主,大、中、小径材分别为45、90、30株·hm-2,分别占27.3%、54.5%、18.2%。对照(10杉)林分以中径材为主,径阶分布10～36 cm,其中26～36 cm大径木375株·hm-2,占34.7%;16～24 cm中径木615株·hm-2,占57.0%;10～14 cm小径木90株·hm-2,占8.3%。

表2 32 a林龄杉荷混交林和杉木纯林径阶分布 株·hm-2

3.3 杉荷混交林与杉木纯林投入产出对比分析

以福建省永安国有林场2021年度整地14760元·hm-2(其中林地清理3900元·hm-2、挖明穴施基肥回表土9330元·hm-2、钙镁磷基肥款1530元·hm-2)、栽植4680元·hm-2(其中栽植工资3120元·hm-2、苗木款1560元·hm-2)、抚育23280元(其中全面锄草8580元·hm-2、施肥750元·hm-2、碳酸氢铵追肥款13950元·hm-2)为依据计算造林重置成本(不考虑管护费用和投资利息);抚育间伐工资6600元·hm-2,杉木间伐材平均销售单价707元·m-3、木荷间伐材平均销售单价584元·m-3;皆伐工资400元·m-3,杉木平均出材率73.7%、平均销售单价1076元·m-3,木荷平均出材率54.3%、平均销售单价743元·m-3为依据估算木材生产成本、销售收入。32年生杉荷混交林投入产出比为1∶5.69,杉木纯林投入产出比为1∶5.11(表3)。由此可见,在杉木人工林迹地营造杉荷混交林比杉木纯林能够取得更好的经济效益。

表3 32 a林龄杉荷混交与杉木纯林(2代林)投入产出分析 元·hm-2

4 结论与讨论

本研究对福建省永安国有林场杉木人工林采伐迹地更新木荷杉木混交林和杉木纯林的生长状况和经济效益进行调查分析。结果表明:杉木连栽,2代杉木比1代杉木树高、胸径、单株材积分别减少12.2%、9.6%、26.3%;1代杉木迹地更新杉木木荷(8杉2荷)混交林中,杉木平均树高、平均胸径和平均单株立木材积均分别比2代杉木纯林增加11.7%、9.3%、30.3%;8杉2荷混交林(2代林)有利于杉木大径材培育,杉木大径木占比为51.7%,比杉木纯林(2代林)增加17.0%。杉木与木荷混交林能促进杉木生长,究其原因:一是木荷是阔叶树种,树冠浓密,凋落物量大、分解较快、养分含量高[14],具有培肥改土功效,能有效提高土壤肥力;二是杉荷混交林水源涵养功能大于杉木纯林[8],有利于充分吸收水分,提高土壤保水供水能力;三是杉荷混交,种间关系比较协调,能充分利用林冠和土壤不同层次水分和养分。混交林中杉木树高11.0～27.0 m,木荷树高11.5～26.0 m,两者在垂直空间分布上交错生长。窄冠幅杉木与宽冠幅木荷树冠交错镶嵌,受光面积大、光合作用充分。能够促进幼年需侧方庇荫、喜上方光照的杉木和较耐阴的木荷生长。木荷根系垂直深度比杉木深,水平根幅比杉木大[14],形成杉木在上、木荷在下的层次结构[15]。

欧斌等[16]研究江西省崇义林业股份有限公司高坌林场杉木人工林更新杉木纯林(10～11 a林龄)、木荷纯林(13 a林龄)和荷杉混交林(1∶2和1∶4混交林,9 a林龄),结果表明荷杉混交林模式是较好的杉木人工林更新方式。本研究杉木人工林皆伐迹地更新杉木与木荷混交林,林分生长优良,增产效果明显,可作为杉木2代林更新栽培模式在生产上推广应用。