红松近自然直播造林配套技术研究

2023-06-20叶林李巍巍于添葛奕男

林业科技 2023年3期

叶林　李巍巍　于添　葛奕男

摘要：通过次生林林分选择、播种点选择和防护罩的应用，研制红松近自然直播造林配套技术，优化红松直播造林工艺流程，免除整地、幼林抚育作业环节，增加工艺流程的可操作性、大幅提高作业效率，与植苗造林相比每公顷用工量降低81%、造林成本降低61.5%。通过应用改良的防护罩，鼠害防治有效率达到100%，解决了红松直播造林鼠害防治的技术瓶颈。

关键词：红松；造林；自然直播；防护罩

中图分类号： S 791. 247 文献标识码： A 文章编号：１００1 － 9499（２０23）03 － 0018 － 05

Abstract By secondary forest stand selection、 seeding point selection and the application of protective cover. To develop the Matching technology of close-to-nature direct seeding afforestation of Pinus koraiensis. Optimize the direct seeding afforestation process of Pinus koraiensis， Land preparation and young forest tending operations are exempted， the operability of the process was Increased and the working efficiency was greatly improved. Compared with seedling planting， labor use per hectare was reduced by 81%. The cost of afforestation was reduced by 61.5%. By applying the improved Protective cover. The effective rate of rodent control reached 100%，the technical bottleneck of rodent control in direct seeding afforestation of Pinus koraiensis was solved.

Key words Pinus koraiensis； afforestation； close-to-nature direct seeding； protective cover

红松种群的恢复是阔叶红松林生态系统恢复的关键[ 1 ]，因此红松的更新造林一直是次生林经营的主要技术措施。直播造林作为红松人工更新造林方式，具有近自然、高效、低碳的优点。国内红松直播造林试验成功的经验主要有：在鼠害较少的荒山荒地进行直播造林，通过及时进行幼林和透光抚育，造林保存率与生长量与植苗造林对比无显著差异，9年生树高平均达到90.6 cm[ 2 ]；林冠下进行红松直播造林应选择适宜的造林地，在适度的林冠庇荫下直播造林，林内有适度光照，通风较好，地面生长的杂草和灌木比较稀疏，其保存率和生长量均明显高于全光下直播，这也是符合红松在幼龄阶段对环境条件要求的一般特性。其次是种子进行适当的催芽处理，适当的种子催芽措施，保障种子快速发芽以减轻鼠害对保存率的影响。第三就是幼树阶段的适时抚育，包括幼林抚育措施及之后的透光抚育[ 3 ]；红松直播成败的关键在于掌握与控制鼠情，利用鼠类数量从低到高3～4年一个周期的变动规律，在鼠类数量低年结合局部捕杀，或在鼠类数量丰年的春季在播种前采取全面捕杀，在鼠类数量铗日捕获率下降到“0”时播种，可保证直播获得成功。做好直播红松用种的催芽处理及适时播种也是红松直播成功不可缺少的重要条件[ 4 ]，只有鼠害低的年份或鼠害低的地塊（铗日捕获率不到1%），可不防鼠进行直播，鼠类量中等，必须进行灭鼠才能播种，鼠量高的年份（铗日捕获率5%以上）直播成功没有保证。红松直播过去曾采用灭鼠的措施，但短期内鼠类又能从区外迁入播种区，对于发芽慢的红松并非特别有效。其他各种避鼠的措施偶然性也比较大[ 5 ]。

虽然经过多年试验，黑龙江省2007年也发布实施了地方标准“天然次生林红松直播造林技术”，规定了红松直播造林改培林分的选择和抚育、种子处理、整地、鼠情调查与防治、直播造林和抚育等主要技术措施和指标[ 6 ]，但红松的直播造林技术一直未能在生产中推广应用。究其原因是现有的红松直播造林技术仍未摆脱植苗造林的技术路线和传统工艺流程，不能发挥其近自然、工艺简单、低碳环保的优势。同时鼠害的化学防治因破坏生态已被明令禁止，鼠情控制受自然因素影响和限制具有不确定性，其他各种避鼠措施的偶然性也比较大，防治效果无法得到保障，工艺流程的可操作性不强，无法在实际生产中大面积应用。本文以近自然森林经营理念为指导，模仿红松天然更新及森林演替过程，通过选择适应红松直播造林的次生林林分以及造林直播点，优化红松直播造林的工艺流程，探索简单易行、低碳、环保、可操作性强的红松近自然直播造林配套技术。通过应用改良的防护罩[ 7 ]，突破鼠害防治的限制瓶颈，建立模仿自然、优于自然的红松直播造林经营模式。

1 研究区概况

伊春市位于黑龙江省东北部，地处127°37′～130°46′E，46°28′～49°26′N，属北温带大陆性季风气候，年平均气温-1～1℃，最冷为1月份，气温-20～ -25℃；最热为7月份，气温20～21℃，极端最高气温为35℃；全年≥10℃活动积温1 800～2 400℃，无霜期90～120天；年平均日照数（2，355～2，400）h，年降雨量550～670 mm，多集中在夏季。干湿指数1.13～

0.92，属湿润地区。伊春地貌特征为“八山半水半草一分田”，整个地势西北高、东南低，南部地势较陡，中部较缓，北部较平坦，海拔高度平均600 m。境内千米以上高峰77座，最高山为平顶山，海拔1 423 m。伊春林区经营总面积382.4万hm2，有林地面积318.7万hm2，森林覆被率83.4%，山地土壤以暗棕壤为主。

2 研究方法

2. 1 红松直播造林林分选择

模仿自然选择红松天然更新良好的次生林作为适合红松直播造林的林分。寻找小面积已结实的红松天然林或人工林，调查其周围有红松天然更新的次生林，将其作为适合红松直播造林的目标林分。调查样地面积20 m×20 m，调查内容：坡向、坡位、坡度、土层厚度、黑土层厚度，林分平均树高、平均胸径、林分密度、郁闭度，灌木平均高度、盖度，草本层平均高度、盖度，松塔塔核数量、红松幼苗数量、红松幼苗的苗高和年龄、种源距离等。以样地红松天然更新幼苗数为因变量，样地松塔塔核数量、种源距离、林分密度、林分平均胸径等样地调查因子为自变量，用统计软件spss18进行多元线性回归分析，筛选与红松天然更新幼苗数相关显著的调查因子，作为红松直播造林次生林林分的选择指标。

2. 2 红松直播造林播种点选择

建立次生林太阳辐射调查样地，面积50 m×50 m。在观测样地内按10 m×10 m均匀布点，在保持灌木和草本植被自然状态的条件下，观测乔木树冠层下、灌木层和草本层的光合有效辐射强度，记载每个观测点上方乔木树种组成、树冠层分布状态、郁闭度，灌木层和草本层的高度、盖度和稠密程度。统计地面的光合有效辐射达到红松幼苗光补偿点（100μmol/m2·s）[ 8 ]之上观测点的植被特征，作为红松直播造林播种点的选择标准。

2. 3 直播造林及鼠害防治试验

在次生林内进行红松直播造林试验，选择郁闭度0.6～0.7的次生林，采用带状清林，割带1 m、保留带2 m。清除带内灌木和高大的杂草，保留针叶树种、珍贵阔叶树种（三大硬阔、山槐、紫椴等）的幼树、经济树种（五味子、刺五加、刺嫩芽、山葡萄、猕猴桃、刺玫果、蓝靛果忍冬等）。割灌茬高≤10 cm，割除物顺带落地堆放于保留带边缘。通过清林形成直播造林的作业带，方便造林作业及后期管理。造林密度1 100株/hm2，株行距3 m×3 m。采用经夏越冬埋藏催芽法[ 9 ]处理的红松种子进行直播造林，春季穴面5 cm深地温稳定在6～8℃时进行播种。直播试验设计3个处理：

处理I 常规直播造林（对照）：按现行黑龙江省地方标准“天然次生林红松直播造林技术（DB23/T 1179-2007）[ 6 ]”的要求暗穴整地，铲除草皮，直径60 cm，然后刨穴，直径50 cm，深25 cm，打碎土块、拣出杂物，将土填回穴内，并略高于地面[ 8 ]。在平整的穴面上用镐扒刨坑深度3～5 cm，每穴播种4～ 6粒，覆平土坑、轻踩即可，直播种子萌发后根据穴面的杂草生长情况适时除草。

处理II 不整地直播造林：直播造林直接在草皮上用镐刨扒出深至土层3 cm左右的缝隙，每穴播种4～6粒，覆平、轻踏恢复草皮原状，直播种子萌发后根据穴面的杂草生长情况适时除草。

處理III 近自然直播造林：不整地用播种器直接在草皮上点播造林，播种深度3～5 cm，每穴播种4～6粒，抚平点播器拔开的土壤和草皮，轻踏，用直播造林用防护罩[ 7 ]盖住直播点，防护罩底脚插入土层5 cm。直播造林时在播种带内选择适合红松幼苗生长的地段为播种点。播种点选择局部林冠层郁闭度0.5～0.7、灌木和草本植被的盖度都在30%左右、植被稠密度适中的地段，避开灌木、草本发育过于稠密以及针叶幼树下地面光照条件极差、寸草不生的地段，同时还应避开局部低洼经常积水的地段，直播造林后免除幼林抚育作业环节，直播种子萌发生长1年以上、幼苗木质化后撤除防护罩。

该直播造林用防护罩是由2个塑料材质的环形连接件与多个钢丝拦截单元构成的长方体，长方体的4个矩形侧立面和1个顶面是由钢丝构成的栅栏状结构，使用时防护罩的侧立面下脚插入表土层，防护罩与地面共同形成保护空间使直播的种子及萌发的幼苗免受鼠类等森林动物的危害。该防护罩可拆卸为体积小易携带的简单组件，组装、拆卸操作简单快捷，方便野外作业和长距离搬运，防护罩的组件结实可靠，可重复使用以降低成本[ 7 ]。

直播造林试验按直播带布设，每个处理100穴为一个小组，每个处理（小组）3个重复，造林前鼠害调查日铗捕率为3.3%。

3 结果与分析

3. 1 影响红松天然更新主要因子分析

多元线性逐步回归结果（表1）显示，以F检验概率危险率≤0.05为入选标准、危险率≥0.1为剔除标准，入选的因变量只有林分密度和平均胸径。方差分析显示：F=112.52，显著性概率Sig.=0.000<0.05，证明回归模型相关极显著。因此，次生林的林分密度和平均胸径是制约林内红松天然更新的主要因子。

由表2可知，林分密度和平均胸径的t检验显著性概率Sig.=0.000<0.05，说明样地红松天然更新幼苗数量与林分密度和平均胸径相关极显著；林分密度和平均胸径两因子的回归系数均为正值，表示次生林内红松天然更新幼苗数量与林分密度和平均胸径均呈正相关。

调查样地的红松更新幼苗数回归方程：

M=-251.414+0.158N+7.63D（1）

式中，M为样地红松天然更新幼苗数；N为林分密度；D为林分平均胸径。

3. 2 次生林内光辐射空间分布规律

林冠层的郁闭度和透光率对次生林内灌木层和草本层的盖度及稠密程度产生深刻的影响，从而决定了林分地面的光照辐射强度。

由表3可知，次生林内局部郁闭度大于0.7的地段，乔木树冠层截留了几乎全部太阳辐射，使林内的光合有效辐射强度低于100μmol/m2·s，灌木层和草本层盖度均小于25%、发育稀疏，地面的光合有效辐射强度过低，大多处于红松幼苗生长发育的光补偿点之下，微立地环境不适合红松幼苗的生长发育。

次生林内的大林隙下，局部郁闭度小于0.4的地段，虽然林冠层有较高的透光率，但由于灌木层发育过于旺盛，盖度大、稠密度高，使地面的光照辐射强度同样呈现过低的状态。

次生林内局部郁闭度达到0.5～0.7的地段，乔木主林层的透光率适中，灌木层和草本层发育适中、盖度30%～40%，地面的光合有效辐射达到100～ 400 μmol/m2·s，处于红松幼苗光补偿点之上，适宜红松幼苗生长，是红松直播造林适宜的播种点。

3. 3 红松直播造林及鼠害防治

统计数据（表4）显示，三种直播造林处理的成活率、鼠害发生率差异显著：

处理I ：整地作业使穴面的土层裸露，增加鼠类探寻的注意力，使直播造林的种子大多在没有萌发之前就被老鼠迅速找到并吃掉，造成高达90%以上的鼠害发生率，直播成活率只有17.3%；

处理II ：没有整地作业，直播造林的成活率优于处理I（接近50%），但鼠害发生率仍超过60%，而30%的发芽苗受害率说明直播造林的种子很多是在萌发之后被找到的，老鼠对新萌发的红松幼苗也有较高破坏率；

处理III ：防护罩可以为直播的红松种子及新萌发的幼苗提供有效率100%的保护，鼠害发生率、发芽苗受害率皆为零。5%的缺苗率只是由于直播穴内的几个种子都没能发芽形成的小概率事件。

4 结论与讨论

4. 1 红松直播造林次生林林分选择

次生林内红松幼苗的生长是一个漫长的过程，依靠人工抚育措施维持其生存、生长所需生境条件的作业难度及工作量巨大，大面积实施的可操作性不强。因此通过林分选择，使次生林内的生境适宜红松幼苗的自然生长和演替，是红松直播造林近自然经营技术路线的重要环节。

研究表明，次生林恢复阔叶红松林所需的红松种群数量为700株/hm2[ 1 ]，换算成样地的红松更新幼苗数M=400（m2）×700（株）/10 000（m2）=28（株），代入公式（1）计算为满足红松人工更新种群数量，次生林林分平均胸径所对应的最低林分密度，并以此做为次生林选择的定量指标，变换后的计算公式为：

N=（28+251.414-7.63D）/0.158 （2）

式中，N为林分密度；D为林分平均胸径。

用公式（2）计算红松直播造林次生林分应满足的最低林分密度，结果见表5。

红松天然更新幼苗数量回归模型是由有红松天然更新、适合红松幼苗生长的次生林中取样建成的，表5是确保次生林的整体生境能够形成700株/ hm2 红松天然更新幼苗的最低密度，模仿自然以此做为红松直播造林次生林选择的定量指标。

4. 2 红松直播造林植苗点选择

次生林林分受人为干扰较严重，林内微生境复杂，并非所有的地段都适合红松幼苗的生存。地面的光合有效辐射达到100～400μmol/m2·s的地段是红松直播造林的适宜播种点。实际生产中可以通过地面灌木和草本植被的发育状态来判断，选择局部郁閉度0.5～0.7，灌木层和草本层发育的稠密度适中、盖度30%～40%、没有经常性积水的地段作为直播造林的播种点。

为准确判断地面草本植被的稠密程度，可以选择草本植被生长最旺盛的7～8月进行夏季造林。用未经催芽处理的种子进行直播造林，通过应用防护罩杜绝鼠害的影响，使直播的红松种子在林地内经夏越冬在第二年春季自然萌发。近自然直播造林通过播种点选择，使红松幼苗处于能够生存的自然微生境，造林后可免除幼林抚育作业环节，同时也增加其后续自然生长演替、突破灌草层进入演替层的概率，以近自然的技术路线提高次生林下红松人工更新的成林率。

4. 3 直播造林效果分析

近自然直播造林通过采用防护罩取得防鼠害有效率100%的效果，为直播造林的成功提供可靠保障。近自然直播造林模仿自然简化工艺流程，免除了育苗、播前的次生林抚育、整地和幼林抚育作业流程，只保留了清林、直播、防护罩撤除三个作业流程，用工量只有5.2个/hm2，仅有植苗造林用工量的19%、常规直播造林用工量的13.8%；造林成本只有1 894.4元/hm2，相比植苗造林和常规直播造林分别下降了61.5%和59.7%（表6）。因此近自然直播造林高效、低碳、对自然生态的人为干扰小，符合天然林保护工程及碳达峰、碳中和的产业政策。

4. 4 红松近自然直播造林配套技术

4. 4. 1 红松直播造林林分选择

选择排水良好的山坡地（暗棕壤）、林分郁闭度0.6～0.7的次生林或过伐林，林分密度大于表5中的最低密度。

4. 4. 2 清林

采用带状清林，割带1 m、保留带2 m，清除带内灌木和高大的杂草，保留针叶树种、珍贵阔叶树种（三大硬阔、山槐、紫椴等）的幼树、经济树种（五味子、刺五加、刺嫩芽、山葡萄、猕猴桃、刺玫果、蓝靛果忍冬等）。割灌茬高≤10 cm，割除物顺带落地堆放于保留带边缘[ 11 ]。

4. 4. 3 造林设计

造林密度1 100株/hm2，株行距3 m×3 m；

春季造林：采用经夏越冬埋藏催芽法[ 9 ]处理的种子，5月初土壤5 cm深处地温稳定在6～8℃时直播造林；

夏季造林：用未经催芽处理的种子，在草本植被生长最旺盛的7～8月直播造林，种子在防护罩的保护下经夏越冬在第二年春季自然萌发。

4. 4. 4 造林直播点选择

选择林内局部郁闭度0.5～0.7，灌木和草本植被的盖度都在30%～40%、植被稠密度适中的地段为造林直播点，避开林窗下灌木发育过于稠密和针叶幼树下地面光照条件极差、寸草不生的地段，同时也应避开局部低洼经常积水的地段。

4. 4. 5 直播作业