间伐改造对低效杉木林生物量和土壤肥力的影响

何莹，张华峰，任晓旭，何祯，刘刚，张有志

(1.安吉县湿地和野生动植物保护中心，浙江 安吉 313300； 2.临安区农林技术推广中心，浙江 临安 311300；3.浙江旅游职业学院，浙江 杭州 310123； 4.浙江省林业技术推广总站， 浙江 杭州 310020；5.浙江省林业资金管理中心，浙江 杭州 310020； 6.安吉县龙山林场，浙江 安吉 313300)

杉木(Cunninghamialanceolata)是我国南方重要的速生丰产树种，也是浙江省的速生优质用材树种，具有生长快、材质好、产量高和用途广等特点，在林业建设中具有重要的地位。从20世纪80—90年代开始，浙江省部分地区开始大面积集约经营人工杉木林，由于没有适地适树、经营水平不高或缺乏抚育管理，导致这些杉木林结构单一，生态稳定性差，生产力低下，整体林分质量和效益不高，甚至有的地段出现杉木死亡现象。采用间伐改造等作业法向多功能经营方向转变是加快低效杉木林林分更新和促进正向演替的有效措施[1-4]。本研究通过对因上述原因产生的低效杉木林进行间伐改造，再补植一部分阔叶树，同时对杉木林改造前后的生长情况和土壤肥力进行监测分析，评价间伐改造的效果，探讨低效杉木林改造方式，为低效杉木林多功能经营体系研究提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验地设置

试验地选在杭州市临安区於潜镇泗州村5、6和8号小班(119°24′6″E—119°24′16″E, 30°14′39″N—30°14′46″N)，海拔167 m。该林分为2006年底被火烧殆尽后萌生形成，至2017年底未采取任何抚育措施，林龄12 a。林内土壤为壤土，土层厚度60 cm以上，坡度10°～25°，立地条件一般。根据2017年12月的调查结果将该区域划分为2种林分，分别为区域1(2.67 hm2)和区域2(4.00 hm2)，各区域内杉木生长情况基本一致，且排列整齐，株行距约1.5 m×1.5 m，萌生现象严重。整个试验地林分密度大，区域1密度为4 400～4 900株·hm-2，区域2密度为2 800～3 300株·hm-2；胸径和树高较小，区域1平均胸径6～8 cm，区域2平均胸径3～5 cm；区域1平均树高5～7 m，区域2平均树高2～4 m，属于典型低效杉木林。杉木林内没有阔叶树，基本上没有灌草。

1.2 方法

设置15个大小为20 m×20 m的杉木纯林样地，区域1和区域2各设6个作业区样地，另外设6个对照区样地。项目点共分为2块区域：区域1，为5号和8号小班，面积共2.67 hm2，采用60%与80%强度进行间伐；区域2，为6号小班，面积共4 hm2，采用50%间伐强度进行间伐。间伐时采取“伐3列留3列”的带状间伐作业法，采伐剩余物均匀分布在采伐迹地上，以便于清理和挖穴造林。在间伐林木的地块和林分空隙处挖穴，大小40 cm×40 cm×40 cm，株行距为2 m×2 m，种植2年生以上容器苗。2块区域补植桢楠、浙江樟、浙江楠阔叶树，每667 m2平均补植20株左右。

1.3 林分生长监测

2017年12月在间伐改造前，对林分进行基线调查。改造1 a后(2018年12月)和2 a后(2019年12月)分别对作业区和对照区样地内的所有杉木进行调查，测量胸径和树高，计算断面积和蓄积量。

胸径和树高测量：用胸径围尺在距离树根1.3 m处的上坡位测量胸径值；用超声波测高器测量树高，测量3次取平均值。

断面积和蓄积量计算：根据每木检尺测量数据，使用GB/T 4815—2009《杉原条材积表》的计量方法计算断面积、材积和蓄积量。

1.4 土壤样品采集、处理与测定

1.4.1 土壤采集和处理

每个样地挑选5个采样点，每个采样点清除表层的杂草、凋落物等杂物与腐殖质层，取200 g表层土，将各个点的土样集中起来混合均匀即为土壤混合样品，以确保采集的土样具有代表性。野外采回的土壤样品风干、磨细、过筛、混合、制成分析样品保存，进行各项分析。

1.4.2 土壤样品测定

土壤pH采用电位法(酸度计Starter 2100型，土∶水1∶5)测量，有效氮(碱解氮)(AN)采用碱解扩散法测定，有效磷(AP)用HCl-NH4F浸提-钼锑钪比色法测定，速效钾(AK)采用乙酸铵提取-火焰分光光度法测定。

2 结果与分析

2.1 林分结构

作业区在采取间伐改造前，树种组成为杉木纯林，树种单一，结构简单，林龄集中，生态稳定性较弱；改造后，增加了多种阔叶树，树种多样性增加，年龄多样性增加。杉木同龄纯林改造为杉阔混交异龄林。

垂直结构：作业林分改造前只有一个5～6 m林层；改造后多了一个2 m左右的林层，林分从单层林向复层林转变。

胸径结构：对照区林分胸径结构如图1，试验初期林分胸径介于5～13 cm；试验末期胸径介于5～14 cm；占比最大的径阶由试验前期的7 cm向试验后期的8 cm转变，整体结构无显著变化。作业区林分胸径结构如图1，改造前林分胸径介于5～10 cm，集中分布在5～8 cm，分布较为集中；试验末期林分胸径分布在5～12 cm，集中分布在8～10 cm，整体表现出正态分布的趋势；占比最大的径阶由改造前的6 cm转变为改造后的10 cm，林分胸径结构较改造前发生较大改变，说明间伐可以有效改善林分胸径结构。

图1 试验林林分胸径结构的变化

2.2 林分生长情况

由表1可知，作业区间伐改造后，与对照区相比，年平均生长量增加更快。作业区区域1和区域2平均胸径增加量分别是对照增加量的2倍和3倍以上。对照区每hm2断面积由监测初期的26.74 m2增加到监测末期的28.88 m2，增加了8.00%；作业区区域1由监测初期的6.56 m2增加到监测末期的7.87 m2，增加了19.97%；区域2由监测初期的4.69 m2增加到监测末期的6.78 m2，增加了44.56%。对照区林分每hm2蓄积量由监测初期的92.28 m3增加到监测末期的102.47 m3，增加了11.04%；而作业区的区域1由监测初期的20.70 m3增加到监测末期的29.29 m3，增加41.50%；区域2由监测初期的11.51 m3增加到监测末期的24.04 m3，增加108.86%。可见间伐改造对杉木林胸径、断面积和蓄积的增加都有较大幅度的提升。

表1 试验林样地调查结果

2.3 土壤肥力

由表2可知，对照区pH变化不大，作业区pH有增加的趋势；对照区土壤碱解氮含量减少，由中变为缺；而作业区含量微增。对照区和作业区的土壤有效磷含量未发生变化，分级水平均为极缺。对照区土壤速效钾含量下降，作业区区域1土壤速效钾含量略微增加，分级未发生变化，区域2速效钾分级由中上级改善为丰富级。间伐改造措施保持了林地的连续覆盖，避免了土壤直接裸露，有效保留了林地土壤碱解氮和速效钾含量。预计随着补植阔叶树的生长，林地养分状况将会逐步好转。

表2 试验区土壤肥力指标测定结果

3 小结与讨论

3.1 间伐改造能明显促进林分生长

试验区林分未改造前，由于长期保持纯林状态，且缺乏管理，土壤肥力各指标较低。经过间伐改造和补植后，林分树种结构、胸径结构、垂直结构等方面都得到改善，林分的健康性和稳定性增强。间伐改造后明显提高了杉木的胸径和改造区域林分的年平均生长量，单株林木平均生长速度大大提高，林分生产力得到明显提升。

3.2 土壤肥力状况得到一定改善

从指标测定值来看，改造区域的区域1和区域2中土壤pH、碱解氮、速效钾3个肥力指标值都有所增加，而对照区指标值减少，说明间伐改造对于改善林分土壤肥力有一定作用。土壤pH、碱解氮、速效钾与对照区相比逐渐有所改善。从土壤肥力指标分级来看，部分区域的土壤肥力指标分级有所提高，其中区域1碱解氮分级由中级转变为中上级，区域2速效钾指标分级由中上转变为丰富。

由于试验只有2 a时间，新补植的阔叶树生态效益尚未充分发挥，低效杉木林的改造效果表现不明显。今后还需继续监测和总结，综合研究间伐改造对新补植阔叶树、林下灌木、草本等植物的影响，以便更好地研究低效杉木林多功能经营改造的有效措施和方式。