長輪伐期杉木人工林近自然森林經營初探

陳洪華，黃秀美，張國良，郭建芳，蔣 亮，鄧書葦

(福建省永安國有林場，福建 永安 366000)

杉木(Cunninghamialanceolata)是亞熱帶常綠闊葉林伴生樹種，也是南方集體林區重要的人工造林和商品用材樹種。20世紀90年代以來，為解決杉木人工林地的生產力下降、地力衰退和病蟲害蔓延等問題，我國林業專家學者經過長期研究先后提出了樹種輪栽、杉闊混交、林地施肥、林下間種、復合經營和適當延長輪伐期、降低造林密度、加強植被管理、營造人工復層林、近自然森林經營等技術措施[1-3]，以期減少地力消耗，恢復土壤肥力，維護杉木人工林長期生產力，實現杉木可持續經營。近自然森林經營是指遵循森林演替規律，利用森林的各種自然力，在森林全周期內實施目標樹經營等人工干預措施，促進森林發育進程，形成穩定的、近自然化的復層、混交、異齡森林生態系統[4]。近自然森林經營的目標是培育“近自然林”,既滿足人們對木材和森林直接產品的需求，又最大限度發揮森林生態效益和社會效益；其經營要求是長輪伐期、采用鄉土樹種、適地適樹、目標樹經營、單株擇伐作業、復層異齡混交等[4-7]。目前，我國已見一些相關報道，如杉木幼林應用“近自然林業”經營法撫育經營效果[8-9]、中齡純林通過間伐、擇伐、開窗、補植目標樹，經過擇伐、補植的近自然改造效果[10-11]、成熟林目標樹經營理論分析和試驗研究[12]等。本試驗于2016年在福建省永安國有林場37a林齡杉木人工林中設置了擇伐+補植紅錐(Castanopsishystrix)、擇伐、對照3種處理的試驗林，通過定期調查，研究杉木人工林長輪伐期培育大徑材近自然森林經營效果，旨在為杉木人工林可持續經營提供參考。

1 試驗地概況

福建省永安國有林場位于永安市城區及周邊鄉鎮，屬杉木中心產區，坐標25°53′52″～26°06′54″ N，117°18′32″～117°25′51″ E。試驗地設在該場永漿工區66林班，海拔200～394 m，坡向東，長坡下坡位，坡度24°，面積18 hm2。土壤為山地紅壤，土層厚度105 cm，立地等級Ⅰ級。前茬為宜林荒山。1980年冬煉山整地，次年春營造杉木純林，栽植密度3 600株/hm2。1981—1985年按“2-2-2-1-1”連續5年進行全面鋤草松土扶苗、深翻施肥作業。1988年首次間伐后保留2 400株/hm2；1992年第二次間伐后保留1 500株/hm2；1997年第三次間伐后保留1 035株/hm2。2016年開展近自然森林經營試驗研究。

2 試驗設計與研究方法

2.1 試驗設計

試驗采用隨機區組設計，設3種處理(區組)。T1：擇伐+補植紅錐；T2：擇伐；CK：對照，未采取任何作業。每種處理3次重復，共9個小區，每個小區設置25.83 m×25.83 m的正方形監測樣地1個。

2016年應用“目標樹”經營法進行擇伐作業。擇伐前林分平均保存密度825株/hm2，郁閉度0.8。擇伐設置平均強度36.4%、平均保留密度525株/hm2。擇伐后保留主伐目標胸徑≥50 cm的杉木“目標樹”105株/hm2、人工杉木和天然闊葉樹輔助樹420株/hm2。林分伐后郁閉度約0.6。2017年采用“近自然林業”經營法[8-9]在林冠下補植紅錐。補植前整地、劈草耙帶，挖規格為80 cm×50 cm×50 cm的明穴，施鈣鎂磷150 g/穴做基肥，回表土至高出土面5 cm。補植密度630株/hm2、苗木為2年生紅錐容器苗，苗高60～80 cm。2017—2020年對紅錐周圍影響其生長的草灌，通過擴穴、培土、塊鋤、劈草、施肥、修枝等措施進行撫育作業，保留不妨礙其生長的天然更新闊葉樹。

2.2 研究方法

試驗林分別于2016年7月擇伐作業后、擇伐2 a后的2018年7月、擇伐4 a后的2020年6月調查胸徑、樹高。單株材積計算采用二元立木材積公式計算。

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

V闊葉樹=0.000 052 76D1.882 161H1.009 317

式中V為單株立木材積；D為胸徑；H為樹高。

林分蓄積生長量變化情況采用林分蓄積定期平均生長量PAI分析[10]。

PAI=(Vn-Vn-a)/a。

式中Vn、Vn-a分別為期末、期初胸徑≥5cm的林木材積之和；a為間隔年數。

杉木單株生長量變化情況采用徑階年平均胸徑生長量[10]分析。

I=(y2-y1)/(ni·a)

式中I為各徑階單株林木的胸徑年平均生長量；y2、y1分別為i徑階的林木期末、期初胸徑，n為i徑階林木株數；a為間隔期年數。

3 結果與分析

3.1 林分蓄積生長量變化分析

經過4年2個間隔期的近自然森林經營，試驗地林分蓄積生長量發生了動態變化(表1)。

表1 2016—2020年林分蓄積生長量

從林分蓄積年生長量PAI看，2016—2018年間隔期和2018—2020年間隔期，均表現為T1>T2>CK。4年間，T1、T2處理分別比CK增加了294.2%、252.9%。

從新進階蓄積量Vi看，2016—2018年3種樣地均無新進階蓄積。2018—2020年間隔期T1樣地中林冠下補植的6年生人工紅錐和4年生天然闊葉樹部分林木已經進入胸徑≥5 cm的起測徑階，其原因在于經過擇伐和林冠下補植、撫育，改善林內水、光、熱條件，促進林下補植紅錐和天然更新闊葉樹幼苗幼樹生長。T2處理的天然更新闊葉樹尚未進入起測徑階。

從枯死木蓄積量Vm看，2016—2018年、2018—2020年，T1和T2樣地均無杉木枯死木蓄積，這是因為37 a林齡杉木人工林經過擇伐作業，伐除了干擾樹，增加了林內生長空間，減緩了林木間競爭，使主林層杉木恢復了生機。CK樣地的杉木枯死木蓄積分別為7.78 m3、24.72 m3，說明對照林分由于保存密度過大，林木競爭過于激烈，生長發育期已經進入過熟林[13]階段，可以主伐利用。

綜上所述，杉木人工林在Ⅰ類立地的較好立地條件下，通過多次間伐或擇伐使林分控制在合理密度，可以延長輪伐期、培育大徑材，實現可持續經營目標。根據2020年調查監測數據，T1樣地41 a林齡杉木，保存密度540株/hm2，平均胸徑27.0 cm、樹高25.4 m、蓄積量364.37 m3/hm2；林冠下6 a林齡人工紅錐和4 a林齡天然闊葉樹，保存密度570株/hm2，平均樹高5.5 m、胸徑4.6 cm、蓄積量1.95 m3/hm2；T2樣地杉木保存密度495株/hm2，平均胸徑29.9 cm、樹高27.7 m、蓄積量415.10 m3/hm2。

3.2 主林層杉木單株生長量變化分析

經過4年的近自然森林經營，T1和T2處理的主林層杉木單株平均胸徑年均生長量分別為0.43 cm、0.36 cm，分別比CK增加了53.6%、28.6%(表2)。根據2020年樣地監測數據，CK樣地中胸徑12～20 cm的杉木年均生長量僅為0.08～0.15 cm，生長緩慢，胸徑22～40 cm徑階的杉木株數為465株/hm2，與擇伐作業后T1保留株數540株/hm2、T2保留株數495株/hm2相接近。由此可以說明，杉木成熟林擇伐比較適宜的保留密度為450～525株/hm2。

由2020年監測的主林層杉木“目標樹”生長性狀看，T1和T2樣地的杉木“目標樹”在2016—2020年間隔期胸徑年平均生長比較接近，分別為0.71 cm/a、0.64 cm/a；而CK樣地杉木“目標樹”胸徑年平均生長量只有0.39 cm/a，說明擇伐作業促進了杉木“目標樹”生長(表3)。

表2 主林層杉木單株胸徑各徑階年生長量 cm

表3 杉木“目標樹”生長性狀表現

3.3 林下補植紅錐生長分析

2017年3月林冠下補植紅錐，栽植密度630株/hm2、平均苗高76 cm。2020年6月調查，保存密度540株/hm2，保存率為85.7%；平均樹高5.47 m、胸徑4.47 cm、冠幅3.78 m；樹高年均生長量1.45 m。最優單株樹高7.5 m，年均生長2.08 m；胸徑6.1 cm，年均生長1.88 cm；材積0.012 1 m3。由此表明，林下補植的紅錐保存率及其早期生長達到《紅錐豐產栽培技術規程》[14]指標，表現出速生優良特性。

紅錐是我國南亞熱帶優良速生樹種，在福建省主要分布在華安、南靖、安溪等縣和龍巖、漳平南部海拔200～500 m的低山丘陵地帶，華安縣以北未見其天然分布[15]。福建省永安國有林場2002年從福建省華安金山國有林場引進紅錐種子育苗，2004年將2年生裸根苗在永安市部分低海拔地區進行造林試驗，目前紅錐人工林生長表現良好。

4 小結與討論

福建省永安國有林場2016年建立的杉木人工林近自然森林經營試驗林，經過2016—2018年、2018—2020年2個間隔期的樣地監測，結果表明，設置的擇伐+林下補植紅錐、擇伐2種處理林分，杉木平均胸徑年均生長量分別達到0.43 cm、0.36 cm，分別比對照增加53.6%、28.6%；林分蓄積年均生長量分別為8.79 m3/hm2、7.87 m3/hm2，比對照增加294.2%、252.9%。擇伐+林下補植紅錐林分主林層杉木生長良好，林冠下6 a林齡人工紅錐也達到了速生標準，4 a林齡天然闊葉樹也能正常生長，初步形成了人工杉木、紅錐和天然闊葉樹復層異齡混交林，為后續進一步研究杉木人工林長輪伐期大徑材近自然森林經營提供基礎。杉木長輪伐期大徑材主伐年齡、“目標樹”密度及其主伐時目標胸徑，有待于后續進一步試驗研究。