沙地樟子松人工林密度调控技术研究

2023-05-30杨树军尤国春安宇宁刘敏曹怡立

防护林科技 2023年2期

关键词：沙地

杨树军尤国春安宇宁刘敏曹怡立

摘要针对沙地樟子松人工林，分别对其幼龄期、中龄期、近熟期连续进行密度调控技术试验，结果表明：密度调控对沙地樟子松人工林胸径、蓄积生长影响显著，对树高影响不显著。幼龄期适宜保留密度为1300～1400株.hm-2，中龄期适宜保留密度为900～1000株.hm-2，近熟期适宜保留密度为500～600株.hm-2。首次密度调控时间以14～16年生为宜，间隔期为5～7年。

关键词沙地；樟子松人工林；密度调控

中图分类号：S791.253；S758.5文献标识码：Adoi：10.13601/j.issn.1005-5215.2023.02.002

ResearchonDensityControlTechnologyofPinussylvestrisvar.mongolicaPlantationinSandyLand

YangShujun，YouGuochun，AnYuning，LiuMin，CaoYili

（LiaoningResearchInstituteofSandyLandControlandUtilization，LiaoningZhanggutaiHorqinSandyLandEcosystemResearchStation，Fuxin123000，China）

AbstractThedensitycontroltechnologyofPinussylvestrisvar.mongolicaplantationinsandylandwasstudiedatyoung，middleandnearmaturitystages.TheresultsshowedthatdensitycontrolhadsignificanteffectonDBHandvolumegrowthofPinussylvestrisvar.mongolicaplantation，butnotontreeheight.Theoptimumretentiondensityatyoung，middleandnearmaturitystageswere1300-1400plants，900-1000plantsand500-600plantsperhectarerespectively.Theoptimumstandageofdensitycontrolforthefirsttimewas14-16years，andtheintervalwas5-7years.

Keywordssandyland;Pinussylvestrisvar.mongolicaplantation;densitycontrol

人工林密度调控，就是人为调控林分结构，充分发挥林木生长潜力，在实现速生、丰产、优质的同时发挥最大的生态效益。在森林培育的整个过程中，林分密度是林业工作者所能控制的主要因子，密度是否合适直接影响人工林生产力的提高和功能的最大限度发挥[1，2]。在林分生长过程中，由于自然稀疏或人工间伐，各年龄阶段都存在最佳林分密度，它不是常数，是一个随经营目的、造林树种、立地条件和栽培技术等因素变动而变化的数量范围。因此，林分密度调控技术是造林后抚育间伐和森林经营管理的重要依据和关键技术。人工林密度调控研究，一直是国内外学者研究的热点问题[2]。自Reineke在1933年提出密度竞争效应[3]以后，林分密度方面的研究逐步摒弃了凭个人实践经验、观察等不科学的研究方法，进入了数学模型数量化研究的新发展阶段。几十年来，一系列的研究方法被林学家们提出，常见的方法有：动态规划法[4，5]、变分法和最优控制理论[6]、遗传算法[7]、三次設计法[8]、林分密度指数SDI[9]等。

樟子松（Pinussylvestrisvar．mongolica）原产于我国大兴安岭和呼伦贝尔草原红花尔基沙地，自20世纪50年代被人工引入辽宁省彰武县章古台用于固沙造林试验成功以来，人工造林发展很快[10-13]。目前，樟子松引种栽培已扩大到我国三北防护林建设工程区的13个省区300余县。第八次森林资源清查结果（2009—2013年）显示，樟子松人工林面积已达到4.17×105hm2。樟子松的成功引种栽培，在我国三北地区产生了巨大的生态、经济和社会效益，现已成为我国三北风沙地、山地、丘陵地区的主要造林树种之一，是治沙造林中应用最多的针叶树种。

合理的经营密度是提高林分生产力和质量的重要途径，也是多年来樟子松研究的热点之一。樟子松固沙林在早期的生产实践中一般按兼用林经营，为取得最佳防护效益和经济效益，过分地强调固沙效果和木材生产，导致林分密度过大，超出环境的承载能力[14-16]。进入20世纪90年代，随着沙地樟子松人工林衰退现象的出现和人们认识的提高，开始注重合理经营与复壮乃至改造技术，以及病害的生态控制技术及可持续经营研究。有关沙地樟子松人工林的密度调控主要围绕水分因子开展研究，杨文斌等[17]、苑增武等[18]、曾德慧等[19]从水量平衡角度，分析了可供不同年龄沙地樟子松人工林利用的有效水量，在保证土壤供水充足的条件下，估算出不同年龄单株樟子松的年蒸腾水量，据此推算出不同年龄单株樟子松的合理水分营养面积及合理密度，为建立稳定的沙地人工林提供科学依据。韩辉等[20]利用液流速率和边材面积结合同步观测的降水、林冠截留量、林内蒸发散量和土壤水分含量，用水量平衡的方法，推算出了不同径阶（龄级）沙地樟子松人工林可以维持水量平衡而应采取的合理密度。多年的科学研究已经取得了显著的成效，但林分密度管理是一项系统工程，从幼林到成熟林的整个过程中，在不同生长阶段进行经营密度的动态调控，保证林分始终处于合理的密度水平，始终处于合理的林分结构，是保持林分稳定、健康的前提，也是今后发展的趋势。本研究以章古台沙地樟子松人工林为对象，综合幼龄林、中龄林、近熟林30余年的定位观测结果，总结分析沙地樟子松人工林各生长期的适宜经营密度。

1研究区概况

试验地位于科尔沁沙地南缘的章古台地区，地处42°43′N，122°22′E，海拔226.5m，属暖温带亚湿润干旱气候区。主要气候特点是干旱多风；年降水量500mm左右，且多集中于6—8月；年均蒸发量1553.2mm，约为降水量的3倍；空气相对湿度60.4%。年均气温6.1℃，平均无霜期154d。年均风速3.0～3.7m.s-1。土壤类型以风沙土为主。植物区系属于蒙古区系西辽河小区，主要代表性植物有：刺沙蓬（Salsolaruthenica）、猪毛蒿（Artemisiascoparia），拂子茅（Calamagrostisepigejos），中华隐子草（Cleistogeneschinensis）、小黄柳（Salixgordejevii）、鼠李（Rhamnusdavurica）、榆树（Ulmuspumila）等。

2研究方法

试验地设在辽宁省沙地治理与利用研究所1980年营造的樟子松密度试验林内。按照不同密度、不同株行距，共设25个试验小区，每个小区面积为0.64hm2，密度625～10000株.hm-2。造林后在各小区内设置面积0.06～0.1hm2永久观测样地。试验区分布集中，土壤性质、林下生境等情况基本一致。永久观测样地外的保护性林木于1992年进行了卫生伐清理抚育，1994年开展幼龄林抚育间伐试验。试验设对照、10%～15%、16%～20%、21%～25%、26%～30%和35%～40%6个间伐强度，对应保留密度分别为1800、1500、1400、1300、1200、1000株.hm-26个密度梯度，每个处理作业面积0.5hm2以上。2002年在幼龄林抚育间伐试验的基础上，进一步开展中龄林密度调控，设计保留密度约1100、1000、900、800、700、600、500株.hm-27个密度梯度，每个梯度作业面积0.1hm2；2004年扩大了作业面积，保证每个梯度作业面积在0.5hm2以上。2013年在中龄林密度试验基础上，进一步开展近熟林密度调控，设计保留密度约800、700、600、500、400、300、100株.hm-27个密度梯度。

各生长期密度调控试验均为各处理设置3块调查样地，面积0.1hm2。间伐时按照留优去劣、兼顾密度原则，根据试验设计要求，弱度间伐主要清除克拉夫特分级法的Ⅴ和Ⅳ级木；强度间伐时首先伐去全部的Ⅴ、Ⅳ级木，再伐除部分或全部Ⅲ级木，同时去掉大树冠的Ⅰ、Ⅱ级木。间伐前后进行本底生长因子调查，之后每年冬季实行定时、定株、定位观测，测定内容包括胸径、树高、枝下高、郁闭度等。材积和蓄积利用樟子松人工林二元立木材积表计算。

3结果与分析

3.1密度调控对树高生长的影响

经营密度对林分平均高的影响比较复杂，结论也不一。有些研究表明，密度对树高生长有影响，但影响较弱，在相当宽的一个中等密度范围内无显著影响[21]。从表1可以看出：密度调控对沙地樟子松人工林树高生长的影响不显著。幼龄期密度调控6年后平均树高6.86～7.05m，年均生长0.42～0.47cm，幼龄期树高生长有随密度增大而增大的趋势，说明在幼龄期适当增大保留密度，维持树木个体间适度的竞争，可以促进树高生长。中龄期密度调整6年后平均树高8.32～9.21m，年均生长0.18～0.26cm，近熟期密度调整6年后平均树高9.98～11.57m，年均生长0.13～0.26cm。中龄期、近熟期密度调控对树高影响呈随密度增大而减小的趋势，说明密度调控对树高生长有一定的促进作用。

3.2密度调控对胸径生长的影响

沙地樟子松人工林3个生长期的密度调控试验结果见表2、表3、表4。密度调控对胸径生长影响显著，胸径生长随密度的减小而增大，说明密度調控改善了林木生长的营养空间，促进了林木胸径的生长。从密度调控后各阶段的平均增长量可以看出，密度调控对胸径生长的影响主要体现在调控后的1～3a，之后逐渐减弱，各处理胸径生长都趋于一致。

幼龄期密度调控的结果（表2）表明：调控9a后平均生长量为0.62～0.81cm，不同密度处理Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ调控9a后胸径分别较CK提高4.8%、9.9%、11.1%、12.4%和19.9%。经方差分析，F=3.38＞F0.05=3.17，说明幼龄期密度调控对胸径生长影响显著。1～3a平均增长量为0.76～0.96cm，Ⅱ、Ⅲ处理（1300～1400株.hm-2）相对较大；4～5a平均增长量为0.67～1.07cm，Ⅳ、Ⅴ处理（1000～1200株.hm-2）相对较大；6～9a时各处理平均增长量逐渐下降到0.4～0.5cm，这说明密度调控对低密度林分胸径生长的影响时效性较长。

中龄期密度调控的结果（表3）表明：调控8a后平均生长量为0.35～0.51cm，处理Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ调控8年后胸径分别较仅伐除被压木的处理Ⅰ提高5.4%、6.3%、7.1%、16.1%、23.6%和29.7%。经方差分析，F=3.47＞F0.05=2.96，说明中龄期密度调控对胸径生长影响显著。密度调控对保留密度较小的处理Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ（500～700株.hm-2）胸径生长的影响时效性较长，1～6a胸径平均增长量始终保持在较高水平。

近熟期密度调控的结果（表4）表明：调控7a后平均生长量为0.32～0.68cm，处理Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ调控7年后胸径分别较处理Ⅰ提高4.3%、10.9%、20.8%、19.8%、25.4%和50.6%。经方差分析，F=3.26＞F0.05=2.96，说明近熟期密度调控对胸径生长影响显著。

3.3密度调控对蓄积生长的影响

林分的蓄积取决于立木材积和株数密度，而立木的材积主要取决于胸径、树高。密度调控主要通过影响胸径生长，进而影响蓄积的生长。沙地樟子松人工林3个生长期的密度调控试验结果均表明：密度调控对蓄积生长影响显著。综合试验林的观测结果，保留密度较小的林分蓄积增长较快，保留密度较大的林分蓄积增长较慢，林分蓄积生长量呈现随林龄增长差异逐渐变小的趋势。

幼龄期密度调控的结果（表5）表明：调控9a后各处理蓄积量为75.30～85.9m3.hm-2，蓄积增长量为52.95～65.66m3.hm-2。处理Ⅱ、Ⅲ蓄积生长较大。经方差分析，F=8.57＞F0.05=3.17，说明处理Ⅱ、Ⅲ的林分结构较合理，有效促进了蓄积生长。因此，幼龄期的适宜经营密度应为1300～1400株.hm-2。

中龄期密度调控的结果（表6）表明：调控8a后各处理蓄积量为58.87～72.99m3.hm-2，蓄积增长量为26.52～34.45m3.hm-2。处理Ⅱ、Ⅲ蓄积生长较大。经方差分析，F=7.28＞F0.05=2.96，说明处理Ⅱ、Ⅲ的林分结构较合理，有效促进了蓄积生长。因此，中龄期的适宜经营密度应为900～1000株.hm-2。

近熟期密度调控的结果（表7）表明：调控7a后各处理蓄积量为29.86～91.45m3.hm-2，蓄积增长量为10.85～33.96m3.hm-2。处理Ⅲ、Ⅳ蓄积生长较大。经方差分析，F=6.33＞F0.05=2.96，说明处理Ⅲ、Ⅳ的林分结构较合理，有效促进了蓄积生长。因此，近熟期的适宜经营密度应为500～600株.hm-2。

3.4密度调控开始期和间隔期的确定

间伐起始期一般参照林分连年生长量确定[22，23]。当林分胸径连年生长量出现明显下降时，说明林分密度过大，林木生长受到抑制。不同造林密度的樟子松人工林解析木的胸径生长曲线表明（图1）：胸径生长在林龄6～8a时进入旺盛期，10～12a为最旺盛期，之后开始下降，14～16a时开始低于胸径平均生长量。调查发现，14～16a时林分郁闭度达0.85以上，林分内树干下部已出现枯死枝，平均枝下高1.74～2.96m，占树高的33.46%～45.31%，平均枝下高已达到平均树高的1/3以上。这也表明林分已到了抚育间伐期，需要及时实施首次间伐。因此，将沙地樟子松人工林进行首次抚育间伐的时间确定为14～16a。

间伐间隔期的长短与林分的生长量和经营措施密切相关[21]。沙地樟子松人工林幼龄期、中龄期、近熟期密度调控后的胸径生长过程均表明：间伐后胸径生长很快进入速生期，3～4年时达到最旺盛生长期，之后开始下降；7年后低于平均生长量并趋于平稳，表明此时林分已到了第2次间伐的时间。因此，根据试验林目前的生长状况和生产实践，把樟子松人工林抚育间伐的间隔期确定为5～7年较为合理。

4结论与讨论

4.1密度调控对沙地樟子松人工林胸径、蓄积生长影响显著，对树高影响效果不显著。胸径生长随保留密度的减小而增大，其影响主要体现在调控后的1～4a，之后逐渐下降。对蓄积的影响体现在保留密度较小的林分蓄积增长较快，保留密度较大的林分蓄积增长较慢，林分蓄积生长量差异呈现随林龄增长逐渐变小的趋势。

4.2沙地樟子松人工林3个生长期的密度调控试验结果表明：幼龄期适宜保留密度为1300～1400株.hm-2，中龄期适宜保留密度为900～1000株.hm-2，近熟期适宜保留密度为500～600株.hm-2。本试验结果是在地位级10以上的林分中获得的，其他地位级林分不同生长期的适宜保留密度可据此进行适当调整。

4.3沙地樟子松人工林进行首次抚育间伐的时间以14～16年生为宜，间隔期5～7年较为合理。具体生产实践中应酌情考虑造林密度、立地条件和经营措施等，造林密度较大林分应尽早间伐，造林密度较小林分可以适当推迟；立地条件好，林分年均生长量大，间隔期短，反之，间隔期应长；间伐强度越大，林冠恢复郁闭所需年限越长，间隔期也越长。

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