采伐剩余物管理措施对2代22年生杉木人工林生长的影响

赵文东, 李 凯, 何宗明, 陈清山, 范少辉, 翁贤权, 林文清

(1.福建农林大学林学院，福建 福州 350002;2.国际竹藤网络中心，北京 100102;3.福建省南平葫芦山国有林场，福建 南平 353005)

采伐剩余物管理措施在林业生产中对于林木生产力的维持具有极其重要的作用，通过对初代林分采伐剩余物的合理安置，可有效改善土壤养分条件，进而提高2代人工林的生产力.有关采伐剩余物管理措施对人工林生产力影响的研究报道也不少[1-2]，但相关报道多以短期临时样地为主，长期定点定位的持续观察研究较为少见.Gonçalves et al[3]发现不同采伐剩余物管理措施可显著提高巴西桉树的生产力；Simpson et al[4]对昆士兰州外来松的研究发现，采伐剩余物管理措施对松树的存活率无显著影响；Lee et al[5]研究发现对采伐剩余物焚烧后可短期提高桉树生产力，但不利于长期生产力的维持.可见采伐剩余物管理措施对林木生产力的影响会随着树种、立地条件及气候产生不同的效应.

杉木(Cunninghamialanceolata(Lamb.)Hook.)在中国栽植历史悠久，广泛分布于中国长江流域、秦岭淮河线以南地区，栽培范围广，生长迅速，是经济价值较高的用材树种.第八次全国森林资源清查结果[6]显示，全国杉木林面积为1.096×107hm2，占所清查乔木总面积的6.7%.但随着杉木人工林面积的不断扩增以及连栽代数的递增，普遍的地力衰退和生产力下降现象已成为广大林业工作者亟待解决的问题[7-10]，而合理的采伐剩余物理措施可在有效改善地力衰退的同时提高杉木生产力.范少辉等[11]研究发现，加倍采伐剩余物最有利于杉木的生长却不利于地被物的生长；林光耀等[12]研究表明加倍采伐剩余物可以显著促进杉木的生长；黄跃岩[13]研究表明加倍采伐剩余物有利于杉木生长，而炼山处理不利于杉木生长.本文探究采伐剩余物管理措施对2代22年生杉木人工林生产力的影响，以期为杉木人工林生产力的提高提供依据.

1 材料与方法

1.1 研究区概况

试验地位于福建省南平峡阳国有林场，地处丘陵地带(117°59′E，26°48′N)，海拔200～300 m，平均坡度20°～30°；属于亚热带季风气候，气候湿润，年均气温20 ℃，降水充足，年降水量1 500～1 600 mm，雨季约3～6个月，无霜期达290 d以上.土壤为山地红壤，土层厚，养分充足.该地处杉木中心产区，日照时间长，光照充足，较适宜杉木生长.林下主要植被有福建莲座蕨(AngiopterisfokiensisHieron.)、薄盖短肠蕨(DiplaziumhachijoenseNakai)、五节芒(Miscanthusfloridulus(Labill.)Warburg ex K.Schumann)、芒萁(Dicranopterispedata(Houtt.)Nakaike)、粗叶榕(FicushirtaVahl)、杨桐(Adinandramillettii(Hook.& Arn.)Benth.& Hook.f.ex Hance)、钩藤(Uncariarhynchophylla(Miq.)Miq.ex Havil.)等[14]，试验地前茬采伐前为第1代29年生人工杉木纯林,其样地土壤理化性质见表1.

表1 造林前0～20 cm土层土壤的理化性质

1.2 试验设计

采用完全随机区组试验设计，设置4个区组，每区组内5个小区，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ区组面积为416 m2，Ⅳ区组面积为420 m2，每个小区内设置1种处理，每个小区的四角均埋下水泥桩做标记[15].采伐后设置5种采伐剩余物处理[16].BL0：全部清理，从各小区中彻底清理地上部分有机质.BL1：全树收获，清理符合商业尺寸大小杉木的地上部分.BL2：收获商业可用的树干和树皮，采伐剩余物保留原地.BL3：加倍采伐剩余物处理，将BL1中的采伐剩余物放入该小区.SB：炼山，采伐方式与BL2相同，火烧采伐剩余物.

1.3 栽培管理

2代杉木林栽培管理措施参考文献[17].1代29年生杉木林的起源为福建省南平峡阳国有林场当地种源杉木老树种子培育的实生苗.而当地种源杉木属于杉木中心产区的核心区，其种质优良，杉木生产力极高.为减小不同种质对杉木生长的影响，在营造2代杉木林时采用福建省洋口林场2代种子园良种培育的实生苗(当地种源)，同时通过合理抚育措施尽可能平衡立地条件差异带来的影响.试验林在2013年10月进行第一次间伐，间伐株数强度约25%，保留密度为1 500株·hm-2左右；2016年10月在Ⅰ、Ⅱ和Ⅳ区组进行第二次间伐，间伐株数强度约20%，保留密度为1 200株·hm-2左右；区组Ⅲ由于生长慢没有实施间伐.

1.4 调查方法

于2019年1月进行22年生杉木生长量的调查，调查项目包括树高、胸径、林龄、冠幅、存活率，每100 m2选取1株优势木，并计算其平均树高.调查方法参考文献[18]，单株材积采用福建省杉木人工林二元材积公式计算.

1.5 数据处理

采用Excel 2010进行数据的初步整理，采用SPSS Statistics 23软件进行单因素方差分析，比较不同处理间各生长指标的差异；应用LSD法进行多重比较，用OriginPro 2018软件绘图.

2 结果与分析

2.1 不同小区22 年生杉木生长量

从20个小区22年生杉木生长量指标来看，各指标在不同处理、不同小区、不同区组间表现各不相同(表2).BL2树高4个重复值的平均值(21.04 m)在5个处理的平均值中最大，但小于区组Ⅰ中BL0(21.84 m)、BL1(22.06 m)、BL2(21.65 m)、BL3(21.81 m)，仅比SB处理大0.37 m.区组Ⅰ中BL3的胸径为26.51 cm，大于其他处理，但在其他各区组中BL3处理的胸径不是最大.区组Ⅰ中BL3蓄积量达668.92 m3·hm-2，为各区组各处理蓄积量的最大值，而区组Ⅲ中BL3处理的蓄积量仅为411.87 m3·hm-2，小于同区组的其他处理.Ⅲ区组各小区的单株材积为0.300 6～0.366 7 m3，明显小于其他区组.

表2 不同小区2代22年生杉木生长量

2.2 不同处理22 年生杉木生长量

区组Ⅲ土壤立地条件较差，对其所在小区内各处理产生了较大影响，故在比较不同处理时将其剔除(表3).不同处理下22年生杉木胸径的大小排序为BL2>BL3>BL1>SB>BL0，其中BL2(23.96 cm)较BL0(23.23 cm)大0.73 cm.树高的排序为BL2>BL1>SB>BL0>BL3，BL2(21.04 m)较BL3(20.36 m)高0.68 m，但方差分析结果显示各处理间差异未达显著水平(P>0.05).各处理蓄积量为486.27～528.96 m3·hm-2，BL2蓄积量最大，为528.96 m3·hm-2；而BL0蓄积量最小，为486.27 m3·hm-2(表4).多重比较结果显示不同采伐剩余物管理方式对杉木的生长量无显著影响.尽管不同处理没有对2代22年生杉木的生长产生显著影响，但BL2处理的1代杉木生长指标均不是最高值，其2代22年生的生长指标表现较好，胸径和蓄积量较其他处理好.不同处理下2代杉木林的地位指数均达到22级，两代地位指数的排序为SB>BL3>BL2>BL0>BL1，方差分析显示不同处理间差异并未达到显著水平(P>0.05).总体来看，SB和BL0两个处理不利于2代杉木长期生产力的维持.造林22 a后，SB处理的蓄积量是BL2蓄积量的93.01%，而BL0的蓄积量均小于其他处理.

表3 不同区组2代22年生杉木生长量1)

表4 不同处理2代22 年生杉木生长量1)

2.3 不同处理下1代29年生杉木生长量与2代22年生杉木生长量的比较

将2代22年生与1代29年生杉木生长量指标(图1)对比后发现，在不同处理下2代22年生杉木生长良好，一些处理杉木的生长指标出现了不同程度的反超，尤其地位指数；各处理下的2代22年生杉木地位指数均超过了1代，达到了22级.BL3处理下2代22年生平均胸径仅比其相同位置上种植的前茬——第1代29年生杉木短0.2 cm，而BL0处理下2代22年生平均胸径却比1代大0.2 cm.BL0、BL2、SB处理下2代22年生杉木的平均树高分别比其相同位置上种植的前茬——第1代29年生杉木高0.33、0.30、0.18 m.此外，BL2和BL3处理下2代22年生杉木蓄积量均大于其相同位置上种植的前茬——第1代29 年生杉木，分别比1代大1.44和31.08 m3·hm-2.

图中误差线表示标准误，样本数n=4，不同小写字母表示相同处理下1代与2代之间差异显著.

3 小结与讨论

本研究结果表明不同处理下2代22年生杉木生长指标表现为BL2处理最佳，BL3和BL1次之；而BL0和SB处理下杉木生长指标最差.各处理平均胸径(23.47 cm)与平均树高(20.67 m)分别是27年生杉木[19]的1.3和1.5倍，但在不同处理下，杉木的生长差异并不显著.通过对比1代29年生和2代22年生杉木生长指标发现，2代杉木生产力不仅没有下降，反而出现了明显的增长.这表明虽然不同处理对杉木生长影响的差异不显著，但其重要作用不可忽视.Siregar et al[20]采用与本研究类似的采伐剩余物管理措施，结果表明第2代马占相思生产力得到了极大提高.Simpson et al[4]研究发现虽然不同处理没有影响成活率，但却显著影响树高，而本研究中加倍采伐剩余物处理下的杉木树高和胸径同样表现极佳.

研究[21-22]发现，采伐剩余物管理措施对杉木生长具有显著的促进作用，即BL3处理下的生长量最好；而本研究结果表明BL2处理下杉木生长最好.同时SB处理下的杉木林在造林初期生长量也不是最差，而在本研究中却表现较差(其胸径和蓄积量均表现较差).Mendham et al[23]的研究结果也与本研究结果类似，随着林龄的增长不同处理对林木生长的促进作用发生了变化，造林初期采伐剩余物加倍及炼山处理对桉树生长的提高较其他处理显著;而第10年各处理对桉树生长均无显著影响，且对土壤碳储量、全氮和全磷含量均没有显著影响.翁贤权[24]和陈杰[25]研究结果表明加倍采伐剩余物处理的杉木林的生长量在第10 年和第12年仍然维持生长优势，而炼山处理的杉木林生长量优势从第7年开始下降后未发生改变，与本研究结果存在一定差异；而林宝平[14]的研究结果与本研究结果相同.说明采伐剩余物的不同处理方式在杉木的不同林龄阶段起到不同的作用.本研究所选试验地土壤肥沃，极其适合杉木生长，除第Ⅲ区组土壤条件相对较差外，其余3个区组土壤条件极为接近，同时通过保持种源的相对一致性来减弱其他因素对试验结果的影响，不同采伐剩余物管理措施下土壤性质也会产生不同的变化，致使杉木生长出现差异.

Smith et al[26]通过定位研究发现，不同处理影响土壤理化性质，加倍采伐剩余物和炼山处理会使土壤中有机碳、全氮和有效阳离子浓度增大；而本研究发现不同处理对杉木生长的影响在不同时期的表现不同，说明随着时间推移各处理使土壤性质发生了改变，从而对杉木生长产生了不同影响.本研究中炼山处理下杉木生长蓄积量为492.02 m3·hm-2，比其他处理差.炼山在短期内对土壤具有激肥效应，使土壤中速效矿质养分迅速增加，促进杉木幼林的生长，但从研究结果可知其长期效应表现较差，不利于杉木长期生产力的维持.Lee et al[5]对刚果桉树人工林的研究表明，采伐剩余物被焚烧时养分更快释放到土壤中，树木的生长得到了改善，而这些影响在21个月后不显著，与本研究结果相似.陈养[27]和黄云玲等[28]研究表明炼山只在幼林龄时对林木生长具有促进作用，随着林龄的增长优势逐渐丧失，被不炼山的对照反超，对林木生长的优势不再明显，反而出现地力衰退、生产力下降等问题，本研究结果与此相符.由此可见炼山不利于杉木长期生产力的维持.总之，BL2处理较利于杉木生长，而SB和BL0两种处理不利于杉木生长，在22 a后5种采伐剩余物管理措施对杉木生产力的影响均不显著，采伐剩余物管理措施对杉木生长的影响随着林龄的增加逐渐衰退.