安曹下杉木豐產(chǎn)林生長(zhǎng)規(guī)律研究

安曹下杉木豐產(chǎn)林生長(zhǎng)規(guī)律研究

杉木是中國(guó)南方的重要速生樹種。種植已經(jīng)種植了幾千年。據(jù)統(tǒng)計(jì)，杉木人工林面積約占全國(guó)人工林面積的24%。前人對(duì)杉木林已進(jìn)行了許多研究,但主要集中在幼林和中齡林,雖在一特定時(shí)間對(duì)老齡林進(jìn)行了土壤肥力、水源涵養(yǎng)功能、生物多樣性等方面的研究,卻未對(duì)老齡林在經(jīng)過較長(zhǎng)時(shí)間演替后群落變化特征、種群數(shù)量動(dòng)態(tài)等方面的研究。安曹下老齡杉木豐產(chǎn)林(1919年用插條造林)是世界上現(xiàn)存杉木人工林中年齡和單位面積蓄積量最大的林分之一,具有極大的科學(xué)研究?jī)r(jià)值,幾十年來,先后有國(guó)內(nèi)外許多專家、學(xué)者前來參觀考察。1958年40年生時(shí)林業(yè)部綜合隊(duì)和中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院林業(yè)研究所調(diào)查,木材蓄積量為834.5m3·hm-2;林杰等對(duì)64年生林分進(jìn)行了全林實(shí)測(cè),測(cè)得全林林分蓄積量為2072m3·hm-2、平均蓄積量為739.5m3·hm-2。前者采用樣地法(面積為0.27hm2),后者采用全林實(shí)測(cè)法,兩者在數(shù)值精確性上存在一定的偏差,且時(shí)間相隔20多年。目前安曹下杉木豐產(chǎn)林林分結(jié)構(gòu)與產(chǎn)量特征未見具體報(bào)道,鑒于此,開展安曹下老齡杉木豐產(chǎn)林不同階段生長(zhǎng)調(diào)查研究,可以進(jìn)一步了解老齡杉木豐產(chǎn)林在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)的生長(zhǎng)動(dòng)態(tài),揭示杉木老齡豐產(chǎn)林的結(jié)構(gòu)與功能,為現(xiàn)有杉木老齡豐產(chǎn)林的經(jīng)營(yíng)管理提供一定的依據(jù)。1試驗(yàn)地與土壤試驗(yàn)地位于福建省南平市安曹下,東經(jīng)117°57′,北緯26°28′,屬中亞熱帶季風(fēng)氣候,年均氣溫19.3℃,年均降水量1699mm,降雨多集中在3-8月,年均蒸發(fā)量1413mm,年均相對(duì)濕度83%。土壤是燕山晚期白云母化中細(xì)?；◢弾r發(fā)育的山地暗紅壤,土壤厚度在100cm以上,A+AB層厚度為20-35cm,土壤表層疏松,但均含有一定量的石礫,質(zhì)地為礫質(zhì)輕壤土。試驗(yàn)地海拔20-40m。林地的前身植物為天然闊葉林,1918年10月進(jìn)行砍樹、劈草、煉山,翌年立春后插杉。插條選自經(jīng)過煉山的健壯2年生杉木萌芽條頂枝,長(zhǎng)50cm,留在地面部分20-25cm,插條后復(fù)土并踏實(shí)土壤,使切口與土壤緊接,便于吸水生根。造林的初植密度為3600株·hm-2,造林后的前3a鋤草3次,第4-5年每年劈草2次,幼林郁閉后在第8年與第11年各劈草1次,并結(jié)合砍除部分生長(zhǎng)不良木,起到調(diào)節(jié)密度和改善林內(nèi)環(huán)境的作用。2全林分調(diào)查的內(nèi)容在福建省南平市王臺(tái)鎮(zhèn)溪后村安曹下老齡杉木豐產(chǎn)林中進(jìn)行全林分調(diào)查,調(diào)查面積2.85hm2,調(diào)查喬木層(胸徑>5cm)的物種種類、胸徑、樹高;群落內(nèi)灌木、幼苗、幼樹與草本種類、高度、蓋度及分布情況。3結(jié)果與分析3.18杉木死亡原因分析根據(jù)全林分實(shí)測(cè)材料,分別計(jì)算杉木活立木、斷梢木和枯死木的立木株數(shù)、平均胸徑、平均樹高、平均蓄積量等(表1-2)。該杉木豐產(chǎn)林活立木各徑階的株數(shù)基本遵循正態(tài)分布(表1),平均胸徑為30.37cm、平均樹高為30.82m、林分蓄積量為966.58m3·hm-2,小于平均直徑的株數(shù)占總株數(shù)的57.7%左右,這與測(cè)樹學(xué)中許多學(xué)者研究的規(guī)律基本吻合。根據(jù)全林調(diào)查,發(fā)現(xiàn)林分中杉木出現(xiàn)了大量斷梢現(xiàn)象,斷梢的杉木徑階為5-45cm(表2),其中大部分集中在10-30cm的中小徑階,說明在該林分中杉木胸徑越小出現(xiàn)斷梢的概率越大。因?yàn)橹行侥臼艽髲侥九艛D,生長(zhǎng)不良,在遭受風(fēng)折、雪壓等自然災(zāi)害的侵害時(shí)易成為風(fēng)折木。林分中斷梢的杉木數(shù)量達(dá)到林分總株數(shù)的12%,說明杉木的斷梢現(xiàn)象比較嚴(yán)重,在選擇造林地時(shí),宜避開北風(fēng)的風(fēng)口,謹(jǐn)防冬春季節(jié)的惡劣天氣、雪壓等。雖然樹木死亡有時(shí)是突然的,但更多的是屬于多種復(fù)雜因子綜合作用的逐漸過程。樹木致死原因有非生物因子與生物因子、人為因素與自然因素、外因與內(nèi)因等。在亞熱帶森林中,森林火災(zāi)、病蟲害、林木競(jìng)爭(zhēng)和抑制作用都能導(dǎo)致活立木直接或間接地死亡。林木死亡往往是多因子綜合作用的結(jié)果,因而徹底了解林木死亡原因比較困難,文中主要從林木死亡的類型上分析安曹下杉木豐產(chǎn)林林木的死亡原因。在杉木林中,死亡大部分以枯立形式出現(xiàn),因此,可能是林木成熟老死、病蟲害和被壓等造成的,且死亡林木胸徑都小于25cm(表2),這說明杉木的死亡與老死關(guān)系不大。根據(jù)調(diào)查的實(shí)地情況死于病蟲害的可能性也不大,顯然,杉木的死亡在很大程度上與被壓有關(guān),即受自然稀疏機(jī)制作用的影響。當(dāng)林分郁閉后,由于林木間爭(zhēng)奪營(yíng)養(yǎng)空間,使這種分化過程更加激烈,處于林冠上層的健壯高大的植株得到充足的陽光和生長(zhǎng)空間,處于林冠下層的林木生長(zhǎng)逐漸落后,并且隨著林分的繼續(xù)生長(zhǎng),這種差異越來越大,森林密度相對(duì)差也越來越大,林木的分化現(xiàn)象越來越強(qiáng)烈。林木分化的直接結(jié)果是導(dǎo)致一部分生長(zhǎng)落后的林木死亡,這說明了林木個(gè)體大小是影響林木分化的一個(gè)因素。從整個(gè)林分來看,該林分生長(zhǎng)良好,產(chǎn)量高,活立木平均蓄積高達(dá)966.58m3·hm-2,斷梢木平均蓄積量達(dá)67.33m3·hm-2,合計(jì)1033.9m3·hm-2,是全國(guó)針葉林分92.9m3·hm-2的10倍還多,枯立木平均蓄積量為5.54m3·hm-2。整個(gè)林分共有立木2851株,其中活立木2329株,占總數(shù)的82%;斷梢木466株,占總數(shù)的16%;枯立木56株,占總數(shù)的2%(表3)。斷梢木和枯立木在林分中占有一定的比例,合計(jì)占總株數(shù)的18%,其個(gè)體大部分是胸徑小于25cm的中小杉木,說明林分結(jié)構(gòu)不利于中小杉木個(gè)體的生長(zhǎng)。3.2不同密度杉木的生長(zhǎng)規(guī)律生長(zhǎng)是測(cè)樹學(xué)中一個(gè)重要的概念,樹木生長(zhǎng)量的大小與生長(zhǎng)速率,一方面受樹木本身遺傳因素的影響,另一方面受外界環(huán)境條件的影響。在這雙重因素的影響下,經(jīng)過樹木內(nèi)部生理生化的復(fù)雜過程,表現(xiàn)在樹高、胸徑、材積、形狀等因子的生長(zhǎng)變化過程。文中根據(jù)杉木實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與文獻(xiàn)的數(shù)據(jù),整理得出杉木胸徑、樹高、材積、林分蓄積量、林分密度的動(dòng)態(tài)生長(zhǎng)過程(表4)。由于鄭萬鈞等的調(diào)查是采用樣地調(diào)查法,可能受人為的影響,樣地林分生長(zhǎng)比平均水平更好,故其胸徑、平均樹高和平均單株材積均較64年生大(64年生的調(diào)查是全林調(diào)查,因而認(rèn)為更準(zhǔn)確)。理論上講,杉木后期胸徑生長(zhǎng)較前期緩慢,但杉木生長(zhǎng)的持續(xù)性很長(zhǎng),到了一定的年齡生長(zhǎng)變緩慢,甚至停止,只要有良好的立地條件和合理的生長(zhǎng)空間,后期生長(zhǎng)量還是很可觀的。采用二元材積公式計(jì)算安曹下杉木豐產(chǎn)林林木個(gè)體的單株材積、林木材積與胸徑、樹高成正比。安曹下杉木豐產(chǎn)林胸徑、樹高從40年生到82年生持續(xù)保持生長(zhǎng),因此單株材積也保持增長(zhǎng),說明該杉木林分仍然具有材積生長(zhǎng)潛力。林分蓄積是鑒定森林?jǐn)?shù)量的主要指標(biāo),單位面積蓄積的大小反映林地生產(chǎn)力的高低及經(jīng)營(yíng)措施的效果。因此,林分蓄積的測(cè)定是林分調(diào)查主要目的之一,它為森林經(jīng)營(yíng)和采伐利用提供重要的數(shù)量依據(jù),調(diào)查可知安曹下杉木豐產(chǎn)林林分蓄積量為1000m3·hm-2左右,是世界人工林蓄積量之最(表4)。3.3林分密度的變化種群密度與林木生長(zhǎng)規(guī)律是在同一立地條件和林分生長(zhǎng)階段的林分,其林木生長(zhǎng)隨種群密度變化而變化,種群密度與胸徑生長(zhǎng)、年齡之間存在著一定的關(guān)系。由表5可知,當(dāng)年齡不斷增大,杉木林分密度不斷減小,40年生時(shí)密度為1289株·hm-2,64年生時(shí)密度為1115株·hm-2,82年生時(shí)密度為982株·hm-2,64年生與82年生密度分別比40年生下降了6.9%、18.2%,這充分體現(xiàn)了杉木自疏機(jī)制的作用。老齡杉木林隨著年齡增長(zhǎng)與個(gè)體增大,個(gè)體數(shù)量不斷減小,而群落中又無杉木幼苗或中齡樹,造成杉木種群呈衰退狀態(tài),而個(gè)體增大勢(shì)必增強(qiáng)種群內(nèi)個(gè)體之間對(duì)各種環(huán)境要素的競(jìng)爭(zhēng),在一定程度上造成一些個(gè)體退出種群,因此,密度與胸徑、年齡存在顯著的關(guān)系。3.4林下植被生物多樣性安曹下老齡杉木豐產(chǎn)林群落喬木層除有杉木個(gè)體外,已有一些闊葉樹種生長(zhǎng)良好并進(jìn)入主林層,如涼傘樹、絲栗栲等。林下無杉木幼苗幼樹,草本層以福建觀音蓮座、黑莎草、狗脊為主。林下更新的殼斗科、樟科等常綠闊葉植被成分豐富,殼斗科的絲栗栲、青岡,樟科的絨楠,山茶科的黃瑞木、木荷等闊葉樹種的幼苗幼樹密度均較大。整個(gè)群落內(nèi)共有維管束植物154種,分屬14科18屬19種,物種豐富度相對(duì)較大,這與該群落內(nèi)林下透光度較大,土壤濕潤(rùn),林下植被擁有良好的生境有關(guān)。根據(jù)林杰等1982年對(duì)該群落的調(diào)查,林下草本以福建觀音座蓮、狗脊為主,伴有少量菝葜、芒萁等,與本次調(diào)查的草本基本相似,而林下灌木以黃瑞木、毛冬青、杜莖山、涼傘樹、絨楠等為主,未見有大量的殼斗科、樟科樹種,說明經(jīng)過22a的演替,較杉木更適應(yīng)的常綠闊葉樹種已在群落中占據(jù)大量空間。鄭萬鈞等1958年對(duì)該群落進(jìn)行了調(diào)查,當(dāng)時(shí)草本以芒萁為主,林下更新的闊葉樹種較少,以檵木為主,其它樹種少見。通過以上3個(gè)階段演替分析,老齡杉木豐產(chǎn)林在無人為干擾的前提下最終將自然演替為地帶性的中亞熱帶常綠闊葉林。杉木林下植被生物多樣性是杉木人工林生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分,也是杉木人工林群落結(jié)構(gòu)和功能的具體表現(xiàn),在保護(hù)生物多樣性、促進(jìn)系統(tǒng)養(yǎng)分循環(huán)和提高林地肥力方面起巨大作用。從40年生到82年生杉木林,林分物種呈多樣化,結(jié)構(gòu)也呈復(fù)雜化。4安曹下杉木豐產(chǎn)林的生長(zhǎng)量與密度安曹下杉木豐產(chǎn)林現(xiàn)實(shí)林分林木各徑階的株數(shù)基本遵循正態(tài)分布,平均胸徑達(dá)30.37cm,平均樹高達(dá)30.82m,活立木平均蓄積高達(dá)966.58m3·hm-2,比全國(guó)針葉林林分平均蓄積92.9m3·hm-2的10倍還多,仍為世界之最。斷梢木和枯立木在林分中占有一定的比例,合計(jì)占總株數(shù)的18%,其個(gè)體大部分是胸徑小于25cm的中小杉木,斷梢木以風(fēng)折為主,枯立木主要受競(jìng)爭(zhēng)處于劣勢(shì)而形成。杉木豐產(chǎn)林分的平均胸徑、平均樹高、平均材積和平均蓄積量均隨著年齡的增加而增加,其中前期相對(duì)后期生長(zhǎng)量高;林分植被也隨著時(shí)間的推移而復(fù)雜化、多樣化;由于自疏機(jī)制的作用,林分密度隨時(shí)間和胸徑的增大而減小。杉木在生長(zhǎng)過程中,受立地條件的影響很