长轮伐期杉木人工林近自然森林经营初探

陈洪华，黄秀美，张国良，郭建芳，蒋 亮，邓书苇

(福建省永安国有林场，福建 永安 366000)

杉木(Cunninghamialanceolata)是亚热带常绿阔叶林伴生树种，也是南方集体林区重要的人工造林和商品用材树种。20世纪90年代以来，为解决杉木人工林地的生产力下降、地力衰退和病虫害蔓延等问题，我国林业专家学者经过长期研究先后提出了树种轮栽、杉阔混交、林地施肥、林下间种、复合经营和适当延长轮伐期、降低造林密度、加强植被管理、营造人工复层林、近自然森林经营等技术措施[1-3]，以期减少地力消耗，恢复土壤肥力，维护杉木人工林长期生产力，实现杉木可持续经营。近自然森林经营是指遵循森林演替规律，利用森林的各种自然力，在森林全周期内实施目标树经营等人工干预措施，促进森林发育进程，形成稳定的、近自然化的复层、混交、异龄森林生态系统[4]。近自然森林经营的目标是培育“近自然林”,既满足人们对木材和森林直接产品的需求，又最大限度发挥森林生态效益和社会效益；其经营要求是长轮伐期、采用乡土树种、适地适树、目标树经营、单株择伐作业、复层异龄混交等[4-7]。目前，我国已见一些相关报道，如杉木幼林应用“近自然林业”经营法抚育经营效果[8-9]、中龄纯林通过间伐、择伐、开窗、补植目标树，经过择伐、补植的近自然改造效果[10-11]、成熟林目标树经营理论分析和试验研究[12]等。本试验于2016年在福建省永安国有林场37a林龄杉木人工林中设置了择伐+补植红锥(Castanopsishystrix)、择伐、对照3种处理的试验林，通过定期调查，研究杉木人工林长轮伐期培育大径材近自然森林经营效果，旨在为杉木人工林可持续经营提供参考。

1 试验地概况

福建省永安国有林场位于永安市城区及周边乡镇，属杉木中心产区，坐标25°53′52″～26°06′54″ N，117°18′32″～117°25′51″ E。试验地设在该场永浆工区66林班，海拔200～394 m，坡向东，长坡下坡位，坡度24°，面积18 hm2。土壤为山地红壤，土层厚度105 cm，立地等级Ⅰ级。前茬为宜林荒山。1980年冬炼山整地，次年春营造杉木纯林，栽植密度3 600株/hm2。1981—1985年按“2-2-2-1-1”连续5年进行全面锄草松土扶苗、深翻施肥作业。1988年首次间伐后保留2 400株/hm2；1992年第二次间伐后保留1 500株/hm2；1997年第三次间伐后保留1 035株/hm2。2016年开展近自然森林经营试验研究。

2 试验设计与研究方法

2.1 试验设计

试验采用随机区组设计，设3种处理(区组)。T1：择伐+补植红锥；T2：择伐；CK：对照，未采取任何作业。每种处理3次重复，共9个小区，每个小区设置25.83 m×25.83 m的正方形监测样地1个。

2016年应用“目标树”经营法进行择伐作业。择伐前林分平均保存密度825株/hm2，郁闭度0.8。择伐设置平均强度36.4%、平均保留密度525株/hm2。择伐后保留主伐目标胸径≥50 cm的杉木“目标树”105株/hm2、人工杉木和天然阔叶树辅助树420株/hm2。林分伐后郁闭度约0.6。2017年采用“近自然林业”经营法[8-9]在林冠下补植红锥。补植前整地、劈草耙带，挖规格为80 cm×50 cm×50 cm的明穴，施钙镁磷150 g/穴做基肥，回表土至高出土面5 cm。补植密度630株/hm2、苗木为2年生红锥容器苗，苗高60～80 cm。2017—2020年对红锥周围影响其生长的草灌，通过扩穴、培土、块锄、劈草、施肥、修枝等措施进行抚育作业，保留不妨碍其生长的天然更新阔叶树。

2.2 研究方法

试验林分别于2016年7月择伐作业后、择伐2 a后的2018年7月、择伐4 a后的2020年6月调查胸径、树高。单株材积计算采用二元立木材积公式计算。

V杉木=0.000 087 2D1.785 388 607H0.9321 392 369 7

V阔叶树=0.000 052 76D1.882 161H1.009 317

式中V为单株立木材积；D为胸径；H为树高。

林分蓄积生长量变化情况采用林分蓄积定期平均生长量PAI分析[10]。

PAI=(Vn-Vn-a)/a。

式中Vn、Vn-a分别为期末、期初胸径≥5cm的林木材积之和；a为间隔年数。

杉木单株生长量变化情况采用径阶年平均胸径生长量[10]分析。

I=(y2-y1)/(ni·a)

式中I为各径阶单株林木的胸径年平均生长量；y2、y1分别为i径阶的林木期末、期初胸径，n为i径阶林木株数；a为间隔期年数。

3 结果与分析

3.1 林分蓄积生长量变化分析

经过4年2个间隔期的近自然森林经营，试验地林分蓄积生长量发生了动态变化(表1)。

表1 2016—2020年林分蓄积生长量

从林分蓄积年生长量PAI看，2016—2018年间隔期和2018—2020年间隔期，均表现为T1>T2>CK。4年间，T1、T2处理分别比CK增加了294.2%、252.9%。

从新进阶蓄积量Vi看，2016—2018年3种样地均无新进阶蓄积。2018—2020年间隔期T1样地中林冠下补植的6年生人工红锥和4年生天然阔叶树部分林木已经进入胸径≥5 cm的起测径阶，其原因在于经过择伐和林冠下补植、抚育，改善林内水、光、热条件，促进林下补植红锥和天然更新阔叶树幼苗幼树生长。T2处理的天然更新阔叶树尚未进入起测径阶。

从枯死木蓄积量Vm看，2016—2018年、2018—2020年，T1和T2样地均无杉木枯死木蓄积，这是因为37 a林龄杉木人工林经过择伐作业，伐除了干扰树，增加了林内生长空间，减缓了林木间竞争，使主林层杉木恢复了生机。CK样地的杉木枯死木蓄积分别为7.78 m3、24.72 m3，说明对照林分由于保存密度过大，林木竞争过于激烈，生长发育期已经进入过熟林[13]阶段，可以主伐利用。

综上所述，杉木人工林在Ⅰ类立地的较好立地条件下，通过多次间伐或择伐使林分控制在合理密度，可以延长轮伐期、培育大径材，实现可持续经营目标。根据2020年调查监测数据，T1样地41 a林龄杉木，保存密度540株/hm2，平均胸径27.0 cm、树高25.4 m、蓄积量364.37 m3/hm2；林冠下6 a林龄人工红锥和4 a林龄天然阔叶树，保存密度570株/hm2，平均树高5.5 m、胸径4.6 cm、蓄积量1.95 m3/hm2；T2样地杉木保存密度495株/hm2，平均胸径29.9 cm、树高27.7 m、蓄积量415.10 m3/hm2。

3.2 主林层杉木单株生长量变化分析

经过4年的近自然森林经营，T1和T2处理的主林层杉木单株平均胸径年均生长量分别为0.43 cm、0.36 cm，分别比CK增加了53.6%、28.6%(表2)。根据2020年样地监测数据，CK样地中胸径12～20 cm的杉木年均生长量仅为0.08～0.15 cm，生长缓慢，胸径22～40 cm径阶的杉木株数为465株/hm2，与择伐作业后T1保留株数540株/hm2、T2保留株数495株/hm2相接近。由此可以说明，杉木成熟林择伐比较适宜的保留密度为450～525株/hm2。

由2020年监测的主林层杉木“目标树”生长性状看，T1和T2样地的杉木“目标树”在2016—2020年间隔期胸径年平均生长比较接近，分别为0.71 cm/a、0.64 cm/a；而CK样地杉木“目标树”胸径年平均生长量只有0.39 cm/a，说明择伐作业促进了杉木“目标树”生长(表3)。

表2 主林层杉木单株胸径各径阶年生长量 cm

表3 杉木“目标树”生长性状表现

3.3 林下补植红锥生长分析

2017年3月林冠下补植红锥，栽植密度630株/hm2、平均苗高76 cm。2020年6月调查，保存密度540株/hm2，保存率为85.7%；平均树高5.47 m、胸径4.47 cm、冠幅3.78 m；树高年均生长量1.45 m。最优单株树高7.5 m，年均生长2.08 m；胸径6.1 cm，年均生长1.88 cm；材积0.012 1 m3。由此表明，林下补植的红锥保存率及其早期生长达到《红锥丰产栽培技术规程》[14]指标，表现出速生优良特性。

红锥是我国南亚热带优良速生树种，在福建省主要分布在华安、南靖、安溪等县和龙岩、漳平南部海拔200～500 m的低山丘陵地带，华安县以北未见其天然分布[15]。福建省永安国有林场2002年从福建省华安金山国有林场引进红锥种子育苗，2004年将2年生裸根苗在永安市部分低海拔地区进行造林试验，目前红锥人工林生长表现良好。

4 小结与讨论

福建省永安国有林场2016年建立的杉木人工林近自然森林经营试验林，经过2016—2018年、2018—2020年2个间隔期的样地监测，结果表明，设置的择伐+林下补植红锥、择伐2种处理林分，杉木平均胸径年均生长量分别达到0.43 cm、0.36 cm，分别比对照增加53.6%、28.6%；林分蓄积年均生长量分别为8.79 m3/hm2、7.87 m3/hm2，比对照增加294.2%、252.9%。择伐+林下补植红锥林分主林层杉木生长良好，林冠下6 a林龄人工红锥也达到了速生标准，4 a林龄天然阔叶树也能正常生长，初步形成了人工杉木、红锥和天然阔叶树复层异龄混交林，为后续进一步研究杉木人工林长轮伐期大径材近自然森林经营提供基础。杉木长轮伐期大径材主伐年龄、“目标树”密度及其主伐时目标胸径，有待于后续进一步试验研究。