不同立地杉木人工林长期生产力分析

吴方明 杨 志 陈波涛 杨启东 杨 松

(1.黎平县林业局 贵州 黎平 557300；2.贵州省林业科学研究院 贵阳 550005)

杉木(CunninghamialanceolataHook．)是我国特有的优良用材和重要商品材树种，也是贵州三大主要造林树种之一，在全省广为栽培，深受林农喜爱[1]。2015年第四次森林资源调查显示，贵州杉木人工林面积105.68万hm2、蓄积9853.63万m3，单位蓄积量位居全省主要乔木林之首，为93.2m3/hm2。人工林生产力通常是指生物量，包含根、干、枝、叶的干重或鲜重，用材树种的生产力通常使用蓄积量来衡量，而长期生产力常使用单位蓄积量进行对比。我国人工林长期生产力保持的技术对策，应采取先进的集约育林措施[2]。杉木生长受本身的遗传特性、环境条件和经营措施的影响[3]，地形地势、海拔、坡位、坡向和坡度等立地因子对杉木生长的影响研究为造林地立地评价和林分经营提供理论依据，杉木人工林的生长在不同坡向、坡位、土壤肥力等级方面有明显差异，坡向对杉木生长有一定影响,但更多地表现为坡位上的差异[4]；坡位是划分立地条件的重要因子[5],坡位和坡形是影响杉木生长的主导因子[6]，海拔、坡向、坡位和土层厚度也是影响杉木生长的主导因子[7]。影响杉木宜林地立地质量的因子重要性依次为土层厚度、坡向、腐殖质厚度、地貌、海拔、土壤类型、坡度、坡位[8]，中心区杉木中龄林蓄积量与海拔呈线性负相关[9]。黎平县是“中国杉木之乡”，第四次森林资源调查结果表明杉木占全县乔木林地面积的58.4%，蓄积占乔木林地的66.6%，杉木人工林在黎平县国民经济中具有重要地位。本文基于区域大尺度对2015年黎平县第四次森林资源成果进行分析，探讨不同海拔、坡位、坡向及龄组的杉木人工林单位蓄积量，分析不同立地杉木人工林的长期生产力，为提高林分质量和杉木人工林可持续经营提供依据。

1 材料与方法

1.1 自然条件和森林资源概况

黎平县位于贵州省东南部，是贵州省林业生产重点县之一。总面积443920hm2，有“九山半水半分田”之称，山地占总面积的90.5%。海拔相对高差1452m，最高海拔位于老山界达1589m，最低海拔在地坪乡井郎河口为137m。黎平县气候属于中亚热带温暖湿润的季风气候区，年平均气温15.6℃,≥10℃的年活动积温5712.7℃；年平均总辐射量为3741.3MJ/cm2，年平均日照时数为1317.9h；年平均降水量1321.9mm,蒸发量为1000mm，雨日年平均为189天，相对湿度83%；无霜期年平均277天。黎平县土壤成土母岩主要是板岩、页岩、变质砂岩及部分碳酸岩，土壤类型以黄壤和黄红壤为主，其次是山地黄棕壤、石灰土和山地草甸土等。

黎平县第四次森林资源调查结果表明，全县林地面积为338475.86hm2，非林地中的乔木林地、竹林地、国家特别规定的灌木林地、未成林造林地等面积共计1079.30hm2，活立木总蓄积33650740.4m3，森林总面积317202.3hm2(含非林地上的森林面积986.76hm2)，森林覆盖率72.05%、林木绿化率72.64%。

1.2 数据来源及统计分析方法

黎平县第四次森林资源调查于2016年完成，区划调查小班103938个，完成系统样地调查270个。利用调查成果数据库筛选杉木人工林小班共1506个调查因子，基于ArcGIS平台进一步核对原区划小班和调整区划不当小班，修订完善调查成果数据库；使用Excel2020统计分析不同海拔、坡向、坡位等立地因子和相应龄组的面积和蓄积，计算单位面积蓄积量(生产力)。统计分析中，坡向的阴坡包括北坡和无坡向，半阴坡包括西北坡、东北坡和西坡，阳坡仅南坡，半阳坡包括东南坡、西南坡和东坡；坡位划分7个，即山脊、上坡、中坡、下坡、山谷、平地和全坡。

2 结果与分析

2.1 不同海拔的杉木人工林长期生产力

截至2016年，黎平县不同海拔和坡向的杉木人工林资源统计结果见表1，全县杉木人工林面积173223.78 hm2、蓄积21983290.2 m3，林地平均长期生产力为126.9m3/hm2。海拔800m以下人工林的长期生产力最高，单位蓄积量为130.0m3/hm2；其次是海拔1000m以上的，单位蓄积量为127.7 m3/hm2；海拔800m～1000m的长期生产力表现最低，单位蓄积量为118.7m3/hm2。导致海拔800m～1000m的杉木林生产力低于海拔1000m以上的主要原因：一是海拔800m～1000m的无蓄积幼林占全县无蓄积幼林的26.7%，所占比率较大，而海拔1000m以上的无蓄积幼林占全县无蓄积幼林的4.2%，占比较小；二是海拔800m～1000m的杉木人工林的中龄林、近熟林、成熟林、过熟林面积占比较大而单位蓄积量明显低于海拔1000m以上的；三是海拔1000m以上的杉木林以公益林居多、采伐利用少，而海拔800m～1000m的杉木人工林中的商品林所占比率较大、采伐利用相对较多等造成单位蓄积量的变化异常。

表1 不同海拔的杉木人工林单位蓄积量

2.2 不同坡向的杉木人工林长期生产力

位于无坡向的杉木人工林单位蓄积量最高,为137.7m3/hm2，其次是西坡132.0m3/hm2，东北坡最低120.0m3/hm2，西南坡与北坡、西北坡的单位蓄积量接近，东坡和南坡也接近(图1)。相同气候生态区，杉木在阴坡和半阴坡生长优于阳坡和半阳坡，这是杉木生物生态学特性和林学习性导致的。从黎平县杉木人工林的单位蓄积量来看，坡位因海拔不同单位蓄积量表现不一致，海拔≥1000的杉木人工林阳坡和半阳坡单位蓄积量大于阴坡和半阳坡(表2)。海拔<1000m的阴坡和半阴坡杉木人工林长期生产力高于阳坡和半阳坡的，而海拔≥1000m的阴坡和半阴坡长期生产力则低于阳坡和半阳坡。杉木生长在热量条件满足的条件下，土壤和空气湿度大则生产力较高，反之则较低。在一定区域内随着造林地海拔的升高气温呈现降低，满足杉木生长的热量条件不够，在湿度等条件满足下需要充足阳光从而增加生长积温是导致阳坡和半阳坡的杉木人工林长期生产力较高的主要原因。

图1 不同坡向杉木人工林的单位蓄积量(m3/hm2)

2.3 不同坡位的杉木人工林长期生产力

黎平县杉木人工林不同坡位单位蓄积量情况见图2，平地单位蓄积量最高为142.7m3/hm2，山脊最低为110.0 m3/hm2，山谷仅高于山脊低于其他坡位，下坡低于上坡和中坡，全坡仅低于平地高于其他坡位。下坡低于上坡和中坡的原因，与黎平县杉木人工林的土壤条件整体良好、大尺度的地势高低土壤肥力差异小以及小班区划不当等有关。山谷单位蓄积量较低的主要原因是采伐利用程度较高，现存的以杉木阔叶树种和杉木楠竹混交林居多，近熟林、成熟林、过熟林中的杉木所占比重较低导致单位蓄积量小。

图2 杉木人工林不同坡位的单位蓄积量(m3/hm2)

表2 不同坡向的杉木人工林单位蓄积量

2.4 不同立地杉木人工林不同龄组的长期生产力

杉木在不同生长发育时期除受土壤养分供给影响外，满足生长所需的水热条件也是必须的，特别是在生长后期因光合作用的需要，光照更是成为林分竞争的主要因素。不同立地杉木人工林分龄组统计结果见表3，位于阴坡和半阴坡的幼龄林和中龄林单位蓄积量均大于阳坡和半阳坡，<1000m海拔的近熟林、成熟林、过熟林也如此，≥1000m海拔的近熟林、成熟林、过熟林则是阳坡和半阳坡的单位蓄积量大于阴坡和半阴坡的。

表3 不同立地杉木人工林分龄组的单位蓄积量统计结果

在同一气候生态区，地势高低即海拔是影响水热条件的主要立地因子，不同坡向和坡位的水、热、光照条件差异较大，而坡位是土壤厚度及养分差异的主要因素。黎平县最适宜杉木生长的海拔高度是≤800m，二类森林资源调查数据库统计不同立地条件下不同龄组的杉木人工林单位蓄积量见表4，不同坡位统计结果因坡向和龄组不同其单位蓄积量的变化趋势不明显，出现很多例外，如山脊和上坡的成熟林、过熟林的单位蓄积量高于中坡、下坡，出现原因主要是小班区划不合理。

3 结论与讨论

3.1不同立地杉木人工林生产力差异大，杉木中心产区人工林以海拔800m以下、阴坡和半阴坡、坡中下部的长期生产力最高，阴坡和半阴坡高于阳坡和半阳坡，阴坡和半阴坡的全坡表现最高而阳坡和半阳坡的平地最高。在发展杉木人工林时,选择造林地不但要考虑土壤肥力,同时还要考虑其他相关因子[10]。由于人工林生产周期长，必须贯彻“良种良法”的原则，做到“适地适树适种源、适地适树适家系、适地适树适无性系”，否则就会造成几十年时间和物质上的巨大损失，选地不当是大面积杉木人工林低产低效低质的主要原因。

3.2林木生长发育与气候、地形地势、树种的生物生态学特性、树龄和经营措施等关系密切。杉木、马尾松、桉树人工林的生物量随林龄的增长呈增加趋势[11]，不同气候区域的杉木生长量差异很大[12]。区域尺度杉木人工林总生物量和林龄之间有很好的相关性,利用森林资源清查中的蓄积量数据计算的各龄级生物量比实测数据更能代表林分的实际平均生长情况，使用平均生产力并不能真正代表杉木人工林每年的实际生产力变化情况[13]。

表4 海拔≤800m的杉木人工林不同坡向、坡位分龄组单位蓄积量

3.3在区域尺度内海拔是热量分配的地形主导因子，坡向主导了日照的分配，坡位是影响林地土层厚度和养分分布差异的重要因子。区域尺度的不一致和遗传背景的差异，研究结果不完全一致。影响杉木人工林胸径、树高生长的各地形因子的重要程度依次为坡形>坡位>坡向>海拔>坡度,坡向、海拔和坡度对杉木人工林生长影响不显著[14]；同一区域尺度内杉木人工林单位木材蓄积量等生长指标表现为下坡位>中坡位>上坡位[15,16]；扦插苗造林，在半阳坡和坡下更有利于杉木的早期生长[17]，微小地形对杉木生长影响大[18]。

3.4我国重点或示范性、试验性小面积人工林生长量很高，而大面积人工林生产力不高，主要原因是大面积人工林仍属于粗放经营，集约育林措施未得到推广，适地适树适品种未能认真贯彻[2]。森林生物量与生产力是研究森林生态系统结构与功能的基本数据[19]，森林生产力与森林结构有着密不可分的内在联系[20]；杉木人工林生产的生态特性、净生产量及生产力的研究，为人工林合理经营提供科学依据[21]；杉木生长期长度与生产力呈二次曲线关系，中带的生产力较高为8t/hm2.a～18t/hm2.a，南带和北带的生产力较低为3t/hm2.a～8t/hm2.a，这是杉木的生态遗传性和产区的环境条件综合影响的结果[22]。在同一立地条件下，杉木良种改良世代的高低决定了人工林生产力的高低，但是，应用森林资源调查结果将无法排除良种增益的影响来分析比较生产力，加之小班区划存在问题和经营措施不一致等，无法确保评价区域尺度的一致性，平地单位蓄积量不能真正代表人工林的长期生产力，如何排除良种遗传差异和统一评价区域尺度有待深入研究。