元谋干热河谷区薪炭林造林树种及模式研究*

2015-01-17路卫华

西部林业科学 2015年2期

路卫华

(中国林业科学研究资源昆虫研究所，云南昆明650224)

元谋干热河谷区位于金沙江中游，具有热带“飞地”的雅称，气候炎热干燥，是云南省农村能源极为匮乏的地区之一。据统计，该区农村人口约12万人，土地面积8．0×104hm2，约占元谋县土地面积的40%，农村能源资源量13 040 t标准煤，人均110．5 kg标准煤，仅相当于全国平均水平的1/4。目前，当地农村的能源消费量为45 736 t标准煤，人均387．6 kg标准煤。在其能源结构中，薪材资源量为4 040 t标准煤，约占能源资源总量的31%，而同期薪材消费总量占到了能源消费总量的53%左右。由于能源缺口大，导致部分农民不得不通过扒草皮、挖树根、剥树皮等原始方式来弥补能源的不足，在一定程度上降低了森林的防护功能，同时也加剧了当地生态环境恶化的趋势。为增加农村能源资源，缓解生态恶化的局面，可为生物质薪炭林的推广提供依据。目前，元谋干热河谷区薪炭林面积已逾1 000 hm2，并已产生初步效益，其相关造林技术措施得以初步完善［2～8］。近年来，已在当地开展薪炭林课题的试验研究［1］，激发了群众营造薪炭林的热情。

1 研究区自然概况

元谋干热河谷区地处滇中高原中北部，横断山的东部，位于金沙江一级支流龙川江的下游，其地理位置为北纬 25°23'～ 26°06'，东经 101°35'～102°06'。河谷区平均海拔1 100～1 300 m，四周山体包围形成一个封闭的河谷盆地，是我国最具代表性的金沙江干热河谷之一。本区年均气温21．9℃，最高月 (5月)平均气温27．1℃，最低月 (12月)平均气温15．2℃，≥10℃的年有效积温8 418℃。年均降水量613．8 mm，年蒸发量3 911．2 mm，是降水量的6倍多，年平均相对湿度为53%，一年之中最小相对湿度为零，为云南省最低。日照时数2 670 h，属具有明显的干湿季交替的亚热带季风气候类型，是云南最为干燥的地区。本区土壤类型多样，主要为燥红土，另有变性土、薄层土及紫色土。

2 材料与方法

2.1 参试树种

元谋干热河谷区薪炭林树种选择工作开始于2011年。先后对19个树种进行了跟踪调查研究，其中包括9个乡土树种和10个外引树种，树种有:苏门答腊金合欢 (Acacia suma)、马占相思(A．mangium)、念珠相思 (A．torulosa)、黑荆(A．mearnsii)、圣诞 (A．dealbata)、山合欢 (Albizia kalkora)、香须 (Al．odoratissima)、白花羊蹄甲(Bauhinia acuminate)、木豆 (Cajanus cajian)、铁刀木 (Cassia siamea)、木麻黄(Casoarina equisetifolia)、泰国赤桉(Eucalyptus camaldulensis var．tailanthensis)、窿缘桉 (E．exserta)、柠檬桉 (E．citriodora)、赤桉(E．camaldulensis)、银合欢 (Leucaena leucocephala)、苦楝 (Melia azedarach)、刺槐 (Robinia pseudoacacia)和山毛豆 (Tephrosia candida)。但在本项研究中，以苏门答腊金合欢、银合欢、山合欢、山毛豆、木豆和赤桉6个树种为对象，测算元谋干热河谷区薪炭林的热容量和热能产值。

2.2 造林措施设计

2．2．1 育苗

根据元谋春季燥热的特点，对种壳坚硬的种子如相思类，采用2次沸水浸种法，播种之日起，每日早晚各浇水1次。所用营养土配方为细土︰牛马粪︰细沙︰磷肥 =60︰25︰10︰5，育苗袋育苗。此外，还完善了幼苗期覆盖措施，在播种之后及时用稻草覆盖，至幼苗出土时逐渐减薄，当幼苗8～10 cm时全部除去覆盖物。

2．2．2 不同整地方式对幼林生长的影响

采用撩壕和大塘2种整地方法，(1)撩壕整地，深度60～80 cm，底宽60 cm;(2)大塘整地，长度40 cm深40 cm，底宽35～40 cm。并以当地采用的牛犁沟作为对照。参试树种为赤桉、窿缘桉、苏门答腊金合欢、马占相思、念珠相思、黑荆、圣诞、银合欢、香须、山合欢、刺槐。

2．2．3 造林

(1)不同株行距 (密度)对幼林生长的影响株行距设置0．5 m ×2．0 m，1．0 m ×2．0 m，1．5 m×2．0 m等3种;参试树种为赤桉、木豆、银合欢、山毛豆、苏门答腊金合欢。

(2)不同定植时间对幼林生长的影响定植时间设置为夏至前后10天、小暑、大暑等3个时间段;参试树种为赤桉、银合欢、苏门答腊金合欢。

(3)不同营养袋处理方式对幼林生长的影响营养袋有2种处理方式，营养袋不撕底部，撕掉营养袋底部。参试树种为赤桉、隆缘桉、柠檬桉、念珠相思、马占相思、台湾相思。

定植方法是选择透雨 (回填土壤湿润深度30 cm以上)天或雨后1～3天之内，用撕去全部塑料膜的营养袋苗定植;庇护植物，采用木豆、山毛豆和车桑子等，与林木定植同时，在主行距间直接播种，2年后砍除。从间种到砍除行间间种植物，在此期间木豆等间种植物的高度和地径的生长量分别为2．7 m和3．3 cm;赤桉、隆缘桉等林木高度和地径的生长量分别为4．1 m和4．5 cm。

2.3 生物量和热能产值测算

2．3．1 生物量测算

2011年11月，采用样方法和标准木法比照进行。所谓样方法，就是按照样方面积100 m2，对选中的林分实行皆伐。伐桩高度设置10 cm、30 cm、50 cm等3个水平，以便进行萌发力的比较。标准木法，则是在林分调查的基础上选取中等大小的植株，通常是3～5株，实施采伐。林木砍伐后在野外分别统计主干、枝条和树叶各部分的鲜重，随后各抽取样品1．0 kg，带回室内风干称重，再粉碎、烘干 (105℃烘4 h)，分别计算出气干材重和绝干材重。

2．3．2 热能产值测算

热能产值测算方法，见杨成源等“滇中高原及干热河谷薪材树种热值研究”［9］。先用氧弹式热量计测得主干、枝条和树叶的低热值，QDW=DDT-6W①，式中，QDW为薪材最低热值 (J/g)，DDT为氧弹式热量计测得的弹筒热值 (J/g)，W为常数，数值上等于含水量。

而后根据生物量计算出单位面积薪炭林的热能产值，公式为，QY=DDW×Wq②，式中，Wq为单位面积生物量气干重。

3 结果与分析

3.1 参试树种对薪炭林生物量和热能产值的影响

3．1．1 不同树种生物量的比较

参试树种有19种，是不同年度、批次造林树种累加的结果。表1中所列6种是第一批造林采纳的树种，其余13个树种生物量将在后续表格中介绍。不同薪炭林树种生物量的测算结果见表1和表2。赤桉、泰国赤桉、窿缘桉、柠檬桉、苏门答腊金合欢、银合欢6个树种年平均生物量 (气干材，下同)为3．0 t/a。木豆、山毛豆在水肥好的地带，年均生物量为2．0 t/a。念珠相思、香须、山合欢、苦楝保存率虽高，但生物量比较低 (表4)。

表1 元谋不同薪炭林树种生物量的比较Tab．1 Biomass comparison of different species of energy forest

3．1．2 不同树种之间热能产值比较

对赤桉等树种的生物量、热容量、热能产量测算结果见表2。元谋干热河谷区营造薪炭林，若以3年生投产，那么，首伐期5个树种平均热能产值为21．55 MJ/hm2(年平均为 7．18 MJ/hm2)。其中薪材13．05 MJ/hm2(年平均为 4．35 MJ/hm2)，细枝叶 2．77 MJ/hm2(年平均为 0．92 MJ/hm2)。此外落叶贮藏能量为5．47 MJ/hm2(年平均为1．82 MJ/hm2)。不同树种纯林比较，首伐期苏门答腊金合欢和赤桉的热能产值比较高，热能产值分别达31．15 MJ/hm2(干︰枝︰叶 =5．63 ︰ 2．78 ︰ 1)和30．54 MJ/hm2(干︰枝︰叶 =5．95︰0．75︰1);其次为木豆和银合欢，首伐期热能产值分别为28．84 MJ/hm2和 22．66 MJ/hm2;而山毛豆热能产值比较低，仅为7．25 MJ/hm2。混交林与纯林比较，混交林显示了较大的优势，如赤桉与苏门答腊金合欢混交林首伐期热能产值高达39．40 MJ/hm2(干︰枝︰叶 =7．08︰1．46︰1)。

表2 元谋薪炭林生物量和热能潜力的比较Tab．2 Comparison on biomass and potential energy of energy forest in Yuanmou

薪炭林的热能产值亦可看作是薪炭林对太阳辐射能的固定能力。由表2可测算出，元谋干热河谷薪炭林固定太阳辐射能的能力为立木热能产值+枯枝落叶热能产值 =(7．18 MJ/hm2)+(1．82 MJ/hm2)=(9．00 MJ/hm2)。经折算薪炭林固定太阳辐射能的能力为9 000 J/(m2·a)，相当于该地区太阳辐射能641 800 J/(m2·a)的1．7%。据此，表3所列5个树种比较，它们固定太阳辐射能的能力大小依次为赤桉、木豆、苏门答腊金合欢、银合欢、山毛豆。

3.2 不同造林因素对植株生物量的影响

3．2．1 整地对植株生长的影响

整地是为了给植株生长创造一个较好的环境。其作用的大小则取决于整地的深度和广度。试验结果 (表3)表明，随着整地深度的增加，参试树种的高度和直径生长均有明显的增加。撩壕、大塘和牛犁沟3种整地方式比较，撩壕整地效果比较明显，大塘整地次之，牛犁沟整地效果最差。5个树种3年生植株平均高生长量分别为撩壕内3．26 m、大塘内2．34 m、牛犁沟内1．82 m;相应的直径生长量分别为撩壕内2．14 cm、大塘内1．52 cm和牛犁沟内0．90 cm。

表3 不同整地方式植株生长量的比较Tab．3 Comparison on growth of the trees in different soil preparation patterns

从表4可以看出，以大塘整地为参照，在撩壕整地条件下，不同定植密度对10个树种生物量的影响。在采用撩壕整地条件下，定植密度大 (每公顷10 000株)的林分，幼林单株生物量较小 (0．54 kg/株)，而单位面积生物量较大 (5．41 t/hm2)，而定植密度较小 (每公顷3 333株)的林分，幼林单株生物量较大 (0．56 kg/株)，而单位面积生物量较小 (1．85 t/hm2)。但在定植密度相同 (每公顷5 000株)的条件下，大塘和撩壕两种整地方式比较，撩壕整地对促进植株生长、尽早郁闭成林有积极的作用。调查表明，在10个参试树种中，撩壕整地下3年生林分的平均单株生物量和单位面积生物量，分别较大塘整地提高68．49%和98．11%(表4);而平均树高和直径，分别较大塘整地提高27．30%和42．60%(表3)。

表4 不同整地方式对薪炭林树种生物量的影响Tab．4 Effects of different soil preparation patterns on biomass of energy forest species

3．2．2 定植节令对植株生长的影响

元谋干热河谷的特点之一，就是树木生长与雨水同步。因此，在雨水落地后应不失时机地尽早造林，以使定植植株有较长的生长期和较高的抗逆性。实际造林结果 (表5、表6)表明，夏至节令前后造林，植株生长比较快，小暑节令次之，大暑节令造林植株生长量仅仅是夏至的1/2。不仅如此，不同节令的差异还将影响第2、3年的生长量，如苏门答腊金合欢。

表5 不同定植节令1年生幼林高生长的比较Tab．5 Comparison on growth of the trees in different seasons for colonization m

表6 不同定植节令3年生苏门答腊金合欢植株生长量的比较Tab．6 Comparison on growth of 3-year-old trees of Acacia suma in different seasons for colonization

3．2．3 定植方法对植株生长的影响

元谋干热河谷造林，虽然都采用塑料袋苗，但在实际操作中却通行着两种办法。(1)定植时仅撕去塑料袋底部;(2)撕去全部塑料袋。两种方法实施，造林的效果差异是显而易见的。以赤桉为例，用全部撕去塑料袋的苗木造林，成活率达95%，年底植株平均高为52．5 cm。而仅撕去地部的苗木造林，成活率仅70%，同龄植株平均高只有30．9 cm。

3．2．4 不同造林密度对植株生长的影响

元谋干热河谷在长期人工造林的工作中，为了减少植株间的水分竞争，通常提倡“稀植造林法”。但在这种思想指导下，常常出现“造林不见林”的想象。究其原因，主要是轻视了森林对小气候的调节功能。试验结果 (表7)表明，元谋干热河谷造林仍然需要适当密植，使之尽早形成林地环境，以利于调节小气候。

3种密度比较，桉树类、马占相思、念珠相思等定植密度以每公顷5 000株 (1．0 m×2．0 m)为宜;香须、银合欢、苏门答腊金合欢等以每公顷10 000株 (0．5 m ×2．0 m)为宜;黑荆、圣诞和刺槐以每公顷3 500株 (1．5 m ×2．0 m)为宜。此外，为促使林地环境早日形成，还应在主行距间直播木豆，或山毛豆、车桑子。

表7 不同定植密度植株生长量的比较Tab．7 Comparison on growth of the trees in different colonization density

3.3 地形对薪炭林生长的影响

3．3．1 坡位对植株生长的影响

尽管元谋干热河谷山地高差不大，但不同坡位的水热状况仍存在明显差异。统计分析表明 (表8)，在坡上、中、下3个坡位上，赤桉的树高和直径生长量均有显著差异，其中坡下位的生长量较高，中部次之，坡上部生长量仅为坡下部的1/2。

表8 不同坡位赤桉生长量的比较Tab．8 Comparison on growth of Eucalyptus camaldulensis in different slope positions

3．3．2 坡向对植株生长的影响

坡向不同所接受太阳辐射能的数量亦不相同。从而引起土壤水热状况的差异，影响植株的生长。根据试验结果 (表9～11)，调查了6个树种，坡向的差异对1年生植株影响比较大;柠檬桉、赤桉和银合欢3个树种生长量指标进行调查，不同坡向对2、3年生植株影响较小。原因主要是元谋干热河谷相对高差较小，随着林地环境的形成和自身调节功能的增强，使得不同坡向植株间的差异有缩小的趋势。这里需要说明的是，表9～11中树种数量和树种不一致的原因在于，3个试验不是在同一个年度内实施，而是分3个年度进行的。

表9 不同坡向1年生植株生长量的比较Tab．9 Comparison on growth of 1-year trees in different slope directions

表10 不同坡向3年生植株生长量的比较Tab．10 Comparison on growth of 3-year trees in different slope directions

表11 不同坡向2年生植株生长量的比较Tab．11 Comparison on growth of 2-year trees in different slope directions

在此需特别说明，本次调查的造林地不是完整的坡面，主要分布在比较破碎的地形地貌上，并先后在不同的年度营造，实际调查对坡向的选择很难完全一致。因此，在考察坡向对林木生长的影响方面，只能针对不同的林龄级别进行初步对比，而无法在一个完整有序的设计区域内实施系统的坡向分析。

4 结语

通过对元谋小横山试验林的多年跟踪调查研究，从19个供试树种中筛选出赤桉、泰国赤桉、柠檬桉、银合欢、苏门答腊金合欢、念珠相思等6个树种为元谋干热河谷区薪炭林的适宜树种。3年投产，生物量 (气干材)达9．0 t/hm2以上 (年平均3．0 t/hm2)，其中薪材7．65 t/hm2。适宜的造林措施如下。

(1)整地方式以撩壕为佳，大塘其次。

(2)造林密度桉树类5 000株/hm2;银合欢、苏门答腊金合欢、念珠相思、山毛豆等10 000株/hm2。

(3)定植季节夏至到大暑节令之间。

(4)定植方法选择透雨 (回填土壤湿润深度30 cm以上)天或雨后1～3天之内，用撕去全部塑料膜的营养袋苗定植。

(5)幼林庇护在新造林地主行距间直接播种木豆，或山毛豆、车桑子，主要林木高度达到1．5～2．0 m时，再除去庇护 (间作)植物。

此外，作为荒山造林树种选择，除上述树种外，香须、山合欢、绢毛相思、念珠相思等具有较强的适应性，在褐红壤、石质土和膨胀土上均能正常生长。因此，在开展面上造林时，应给予充分的重视。

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