目標樹經營對油松人工林生長的影響

房子怡,賈彥龍,許中旗,馬榮,張頌安

(1河北農業大學 林學院,河北 保定 071000;2河北省木蘭圍場國有林場管理局,河北 圍場 068450)

撫育是人工林經營的主要環節之一,不同的撫育措施會對林分產生不同的影響[1-2]。通過科學合理的撫育措施可以使林分結構、林分密度趨于合理,促進林木生長,進而提高林分質量[3-4]。目標樹經營的要點是選擇少數生長狀況較優的林木作為目標樹,并采用擇伐的方式采伐生長在目標樹周圍且影響其生長的干擾樹,釋放目標樹的生長空間,從而促進目標樹的生長。目標樹經營是大徑材國家戰略儲備林的重要經營模式[5-8]。油松為陽性樹種,具有適應性強、耐干旱、抗瘠薄等特點,是我國北方地區主要造林樹種之一[9]。油松在華北地區具有廣泛的分布,而且多以人工林的形式存在,通過科學經營提高油松人工林的造林質量是當地林業部門當前的重要任務。曹云等發現,經過6年人工撫育的油松林的生長狀況明顯優于未經過人工撫育的油松林[2]。修勤緒研究了適合中國北方油松人工林的近自然經營體系,發現經營措施明顯提高了油松人工林林下更新的樹種數量[10]。目標樹經營是從德國引進的一種大徑材培育方法,但是目標樹經營對油松人工林的生長有怎樣的影響尚不明確。本研究以冀北山地的油松人工林為研究對象,采用木芯法研究了目標樹經營對油松人工林胸徑生長的影響,為冀北山地油松人工林的科學經營提供依據。

1 研究地概況

研究地點位于承德市圍場縣木蘭圍場國有林場的五道溝林場。地理位置為E 116°49′20″～116°59′4″,N 41°52′1″～42°1′8″,海拔1 000～1 800 m;氣候為中溫帶大陸性季風型高原山地氣候,年降水量為400～500 mm;該地區植物資源豐富,有植物96科382屬693種,其中,國家級保護植物21種,森林覆蓋率達到了92.1%。五道溝林場內多為沙壤土,植被類型主要為油松林,楊樺次生林以及華北落葉松人工林。

本研究的油松林年齡為33年,于2014年開始進行目標樹經營。目標樹經營的主要做法為：在林地中選擇生長旺盛、樹干通直、樹冠飽滿的林木作為目標樹,進行標記,目標樹數量90株/hm2。同時,將周圍影響目標樹生長的林木確定為干擾樹,然后進行伐除,同時,伐除林分中長勢、干型較差,沒有培養前途的林木。

2 研究方法

2.1 樣地布設

在五道溝林場選擇采取目標樹經營和未經營的林分,分別設置20 m×30 m的調查樣地。其中,對照樣地1塊,經營樣地3塊。在各樣地內進行每木檢尺,調查樹高與胸徑,同時記錄海拔、坡向、坡度、坡位等立地條件以及林分密度、郁閉度、植被狀況等基本條件。樣地基本情況見表1。

表1 樣地基本信息統計Table 1 Basic information statistics of the experimental area

2.2 徑生長調查

在各樣地內分別選擇3～4株優勢木和平均木,用生長錐鉆取木芯。每株樹分別從東西和南北2個方向鉆取2個木芯,共獲木芯40個;獲得的木芯用紙包好,并做好記錄。對鉆取的木芯逐年調查胸徑的年生長量,分析胸徑的年際生長規律、撫育前后胸徑生長及胸高斷面積生長規律。

2.3 數據分析

試驗數據使用Excel 2010 和SPSS 24.0軟件進行統計及分析。

3 結果與分析

3.1 目標樹經營對油松人工林徑級結構的影響

2014年和2018年對照樣地和經營樣地油松林徑級結構見圖1、圖2和圖3。

圖1 2018年對照和經營油松林徑級結構Figure 1 DBH class structure of P. tabulaeformis forest in comparison and management in 2018

圖2 經營樣地2014年和2018年油松林徑級結構Figure 2 DBH class structure of P. tabulaeformis forest was managed in 2014 and 2018

圖3 對照樣地2014年和2018年油松林徑級結構Figure 3 DBH class structure of P. tabulaeformis forest was controlled in 2014 and 2018

由圖1可知,采取目標樹經營4年后,油松人工林徑級結構與對照樣地有明顯不同。對照油松林徑級結構范圍為4～22 cm,14 cm徑級所占比例最大,為20.49%,目標樹經營樣地為10～22 cm,在16 cm時出現峰值,為32.43%。同時,由圖2、圖3可知,目標樹經營樣地油松人工林的徑級結構從2014年到2018年發生了明顯變化,2014年占比例最大的徑級為14 cm,2018年為16 cm,同時,18 cm、20 cm和22 cm徑級所占比例明顯增加;對照樣地從2014年到2018年,較大徑級所占比例也有所增加,但占比例最大的徑級沒有發生變化,仍為14 cm。以上結果說明,采取目標樹經營之后,油松林徑級結構明顯向右偏移,未進行目標樹經營的對照樣地則未發生明顯偏移。

3.2 經營與未經營樣地油松胸徑生長過程的比較

對照和經營樣地平均木胸徑、胸徑斷面積生長過程見圖4和圖5。

圖4 對照和經營樣地平均木胸徑生長過程Figure 4 DBH growth process of average woods of control and management plots

圖5 對照和經營樣地平均木胸徑斷面積增長過程Figure 5 Basal area growth process of average woods of control and management plots

由圖4可知,經營前,即2014年之前,對照樣地平均木的胸徑連年生長量與經營樣地相近。間伐后,即2014年之后,經營樣地則明顯高于對照樣地(P<0.01)。2014年之后,經營樣地平均木胸徑連年生長量在0.28～0.44 cm之間,平均為0.38 cm;對照樣地的平均木胸徑連年生長量則在0.20～0.30 cm之間,平均為0.24 cm,前者為后者的1.55倍。由圖5可知,從胸高斷面積的生長量來看,經營樣地斷面積生長量同樣明顯高于未經營樣地(P<0.01),經營樣地在0.000 73～0.001 06 m2之間,平均為0.000 85 m2,對照樣地斷面積增長量在0.000 38～0.000 56 m2之間,平均為0.000 47 m2,前者為后者的1.81倍。以上結果說明,采取目標樹經營措施油松林的胸徑及胸高斷面積的年生長量明顯高于未經營林分,而且經營效果馬上就會顯現。

3.3 目標樹經營前后油松生長的差異

經營前后油松平均木的胸徑連年生長量、胸徑斷面積平均增長量的比較見圖6、圖7。

圖6 經營前后油松平均木的胸徑連年生長量Figure 6 Annual increment in DBH of average woods of P. tabulaeformis before and after management

圖7 經營前后經營樣地油松胸徑斷面積平均增長量比較Figure 7 Comparison of average growth of basal area of P. tabulaeformis before and after management

由圖6可知,油松林目標樹經營前后5年胸徑年生長量分別為0.44 cm和0.54 cm,經營后為經營前的1.22倍;平均木經營前后則分別為0.27 cm和0.38 cm,經營后為經營前的1.40倍,二者具有顯著差異(P<0.01)。由圖7可知,從斷面積的生長量來看,目標樹經營前后5年斷面積年生長量分別為0.001 1 m2和0.001 6 m2,經營后為經營前的1.45倍,二者具有顯著差異(P<0.01);平均木胸徑斷面積年增長量經營后同樣明顯高于經營前(P<0.01),分別為0.000 6 m2和0.000 9 m2,經營后為經營前1.5倍。以上結果說明,目標樹經營對于油松林目標樹及非目標樹的生長均具有明顯的促進作用。

3.4 目標樹與非目標樹生長的差異

油松胸徑連年生長量對比、胸徑斷面積增長量對比見圖8、圖9。

圖8 油松胸徑年生長量對比Figure 8 Comparison of annual growth of breast diameter of P. tabulaeformis

圖9 油松胸徑斷面積增長量對比Figure 9 Comparison of the growth of basal area of P. tabulaeformis

由圖8可知,經營樣地目標樹胸徑連年生長量的變化趨勢與平均木一致,但是目標樹明顯高于平均木,前者約為后者的1.24～1.58倍;由圖9可知,目標樹胸高斷面積的年生長量同樣明顯高于平均木,前者為后者的1.55～2.01倍。其變化趨勢一致是由于目標樹與平均木生長過程中所經歷的環境條件的變化一樣。目標樹的生長量明顯高于平均木,反映了目標樹經營的效果。目標樹的經營圍繞目標樹開展,核心技術是伐除影響目標樹生長的干擾樹,為目標樹的生長創造最大的營養空間,以充分發揮目標樹的生長潛力,因此,目標樹的胸徑生長量要明顯高于非目標樹。

3.5 目標樹經營對林分蓄積量的影響

對照和經營樣地林分蓄積量對比見圖10。

圖10 對照和經營樣地林分蓄積量對比Figure 10 Comparison of stand stock between control and management plots

由圖10可知,對照樣地2014年的單位面積林分蓄積量為369.59 m3/hm2,2018年則為453.90 m3/hm2,2018年是2014年的1.23倍,蓄積生長率為4.10%;經營樣地2014年單位面積林分蓄積量為212.66 m3/hm2,2018年則為284.01 m3/hm2,2018年是2014年的1.34倍,蓄積生長率為5.75%,經營樣地蓄積生長率為對照樣地的1.40倍。

目標樹的經營目標是培育大徑級優質木材,從大徑級林木(DBH>20 cm)的生長量來看,對照樣地由2014年的34.63 m3/hm2增長到2018年的43.37 m3/hm2,生長率為4.48%;而經營樣地則由2014年的25.67 m3/hm2增長到2018年的34.70 m3/hm2,生長率為5.98%,經營樣地大徑級蓄積生長率為對照樣地的1.33倍。

4 討論

目標樹經營是以大徑材為培育目標的一種經營方法,其經營要點是伐除不利于目標樹生長的林木,即干擾樹,從而為目標樹的生長創造足夠的生長空間,達到促進目標樹生長的目的[11-13]。本研究發現,目標樹的胸徑連年生長量為平均木的1.24～1.58倍,胸高斷面積的年生長量則為平均木的1.55～2.01倍,這說明,目標樹經營明顯促進了目標樹的生長。同時,本研究還發現,目標樹經營不但促進了目標樹的生長,而且對其他林木的生長也有促進作用。經營樣地平均木的胸徑連年生長量為0.38 cm,對照樣地則為0.24 cm,前者為后者的1.55倍,胸高斷面積的連年生長量經營樣地是對照樣地的1.81倍。干擾樹的伐除,不只是為目標樹的生長提供了足夠的生長空間,同時也使林分的密度整體下降,因此也可以提高其他林木的生長量[14-17]。同時,本研究還發現,油松的生長對于經營措施反應非常迅速,在伐除干擾樹之后,經營林分與對照林分的差異能夠迅速顯現出來,二者的生長過程曲線表現出了明顯的分化。這與李亞男等關于華北落葉松林、白樺林對撫育間伐響應的研究結果一致,這說明林分對撫育間伐等人為措施反映敏感是一個普遍規律[18]。同時,本研究也發現,采取目標樹經營之后,DBH>20 cm的大徑級林木的蓄積生長率為5.98%,而對照樣地則為4.48%,經營樣地為對照樣地的1.33倍。這說明,目標樹經營明顯促進了大徑級林木的蓄積生長量,達到了培育大徑材的目標。

5 結論

(1)目標樹經營措施實施4年后,油松人工林的徑級結構發生明顯改變,對照樣地的徑級結構則未發生明顯變化。

(2)目標樹經營明顯提高了油松人工林目標樹的胸徑及胸高斷面積的生長量,非目標樹的生長量也有明顯提高。

(3)目標樹經營明顯促進了大徑級林木的蓄積生長量,經營樣地大徑級林木生長率為對照樣地的1.33倍,達到了培育大徑級林木的目標。