兩種塊狀整地方式造林的26 a生杉木純林生長效應(yīng)分析

龍永光,付品,陳波濤,3*

(1.黎平縣林業(yè)局,貴州 黎平 557300；2.貴州省核桃研究所,貴州 貴陽 550005；3.貴州省林業(yè)科學(xué)研究院,貴州 貴陽550005)

杉木(CunninghamialanceolataHook.)是我國特有的優(yōu)良用材和重要商品材樹種，也是貴州三大主要造林樹種之一，在全省廣為栽培，深受林農(nóng)喜愛，貴州杉木人工林面積和單位蓄積量位居全省主要喬木林之首[1]。整地是造林前的一個(gè)必要工序,以清除地上植被和采伐剩余物,并輔以翻墾為主的生產(chǎn)技術(shù)措施。整地必然會(huì)改變土壤的理化性狀和微生物數(shù)量與活性[2]，經(jīng)濟(jì)合理有效的整地方式是保障杉木基地速生的必要技術(shù)措施[3-5]。不同整地方式對杉木幼林生長有不同的影響[6]，陡坡使用塊狀整地的杉木林生長比全墾整地、帶狀整地的杉木生長好[7]，整地能促進(jìn)杉木幼林生長和使林分提早郁閉[8]，土層深厚疏松地方造林沒有必要采用挖壕和大穴整地[9]，不同整地方式對樹高生長的影響可以持續(xù)4 a[10]。立地指數(shù)14的杉木造林采用全墾大穴或大穴整地，立地指數(shù)16的采用大穴整地，立地指數(shù)18的采用中穴或小穴整地[11]；杉木造林理想的整地方式是塊狀整地[12]，3種整地方式造林的6 a生杉木幼林的生長效應(yīng)呈現(xiàn)全墾>帶墾>穴墾的趨勢，高規(guī)格整地18 a生以后的整地效應(yīng)逐漸消失不會(huì)影響最終生長量[13]。湘西喀斯特地貌區(qū)域杉木造林最理想的整地方式是撩壕整地，整地規(guī)格越高,越有利于生物量的累積[14]；全墾整地施肥處理效果最好[15]，合理整地的水土流失均輕微或均屬微度侵蝕[16-17]，陡坡杉木造林采用穴墾整地而平緩坡可采用全墾整地[18]；全面整地和穴狀整地均不利于土壤碳庫的保持，而在全面整地方式下的煉山比割灌利于土壤碳庫的保持[2]；標(biāo)準(zhǔn)[19-20]規(guī)范了全面整地、帶狀整地和塊狀整地的坡度要求。

塊狀整地是南方山地特別是切割較深的山地營造杉木林的主要整地方式，林農(nóng)對此高度認(rèn)同，但是，工程造林的標(biāo)準(zhǔn)塊狀整地即明穴塊狀整地需兩道工序施工，整地用工仍然較大且增加了施工難度，簡化塊狀整地在杉木主產(chǎn)區(qū)應(yīng)運(yùn)而生，與明穴塊狀整地對應(yīng)被稱為暗穴塊狀整地，一次施工即可植苗。基于了解明穴和暗穴塊狀整地方式造林的生長表現(xiàn)，1995年冬季至1996年春季，在黎平縣龍形街道羊角村石龍山林場，以暗穴和明穴兩種塊狀整地方式營造了110 hm2杉木速生豐產(chǎn)林。截至目前，未見暗穴塊狀整地方面的研究報(bào)道。應(yīng)用兩種塊狀整地方式造林的26 a生杉木純林樣地調(diào)查數(shù)據(jù)，分析探討暗穴和明穴塊狀整地方式造林的林分生長效應(yīng)，為簡化塊狀整地提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地位于黎平縣龍形街道石龍山林場，氣候?qū)僦衼啛釒Ъ撅L(fēng)濕潤氣候區(qū)，雨量充沛，冬無嚴(yán)寒，夏無酷暑。年平均氣溫16.3 ℃，最高氣溫36.5 ℃，極端最低氣溫-9.6 ℃，年總積溫5717.7 ℃，≥10 ℃的年活動(dòng)積溫為4865.5 ℃，年無霜期275 d，年平均降水量為1325.9 mm，雨季4-7月，年相對濕度80%。造林地的地貌為低山淺切割山地，海拔640～750 m，成土母巖以砂頁巖為主，土壤為山地黃壤，前茬為次生闊葉林及荒山緩坡，立地指數(shù)18以上。

1.2 試驗(yàn)林建立

種苗為黎平縣國有東風(fēng)林場第一代無性系種子園自由授粉混系種子，山地培育1 a生裸根苗。采用明穴和暗穴兩種塊狀整地方式造林，第一種明穴塊狀整地方式，為人工開挖40 cm×40 cm×30 cm規(guī)格明穴，表土和心土分開堆放，檢查合格后先填表土再填心土，回填后的種植穴高出原表土15 cm左右，采用兩道工序施工；第二種暗穴塊狀整地方式，挖長和寬各40 cm、深20 cm左右的A層或AB層土堆放于穴旁，挖深挖松20 cm左右、打碎土塊，清理樹根和石塊，再把穴旁土層一起回填，回填土壤不夠的從穴上部挖表土，回填后種植穴高出原表土10 cm左右。暗穴塊狀整地是林業(yè)主產(chǎn)區(qū)穴狀整地的簡化和一鋤法的改進(jìn)，明穴塊狀整地需完成整地20 d以后植苗才能保障成活率85%以上，暗穴塊狀整地挖好后即可植苗。貴州省林業(yè)工程造林采用明穴塊狀整地方式植苗，集體及林農(nóng)自發(fā)造林主要是暗穴塊狀整地方式植苗。

試驗(yàn)林營建于1995年冬季至1996年春季，位于黎平縣龍形街道石龍山林場，采用明穴和暗穴兩種塊狀整地方式造林，土壤條件相對較好的地段采用暗穴塊狀整地，較差的則采用明穴塊狀整地，暗穴塊狀整地的地塊立地指數(shù)約高于明穴塊狀整地1個(gè)地位級，坡下部全部為暗穴塊狀整地，坡中部和上部有明穴和暗穴整地。造林株行距為2 m×2 m、密度2500株/hm2，暗穴塊狀整地造林面積為48.96 hm2。造林后前三年每年割灌除草2次，第四年開始除護(hù)林防火外放任自然生長，執(zhí)行天然林保護(hù)限制采伐政策，僅在第十五年實(shí)施了1次生長伐。

1.3 樣地調(diào)查與統(tǒng)計(jì)分析

以最新森林資源調(diào)查數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，2021年冬季，結(jié)合黎平縣國家戰(zhàn)略儲(chǔ)備林建設(shè)需要，考慮不同小班的林分生長狀況，采用分層抽樣法，分坡位、坡向設(shè)置典型調(diào)查樣地，調(diào)查樣地內(nèi)立木胸徑、樹高。圓形樣地半徑為14.57 m，面積為667 m2，共調(diào)查15個(gè)樣地，共1234株立木，調(diào)查樣地基本情況見表1。

表1 兩種塊狀整地方式造林的26 a生杉木純林調(diào)查樣地基本情況

采用Excel2010統(tǒng)計(jì)分析調(diào)查原始數(shù)據(jù)，開展成對雙樣本均值Z-檢驗(yàn)分析。變異系數(shù)(CV/%)=標(biāo)準(zhǔn)差/平均值×100。

2 結(jié)果與分析

2.1 杉木純林總體生長表現(xiàn)

26 a生杉木純林的立木平均胸徑20.2 cm，平均樹高16.0 m，平均單株材積0.3213 m3，杉木林蓄積量為398.81 m3/hm2。26 a生杉木林年均蓄積生長量為15.31 m3/hm2，超過行標(biāo)[19]規(guī)定的45.7%，超過省標(biāo)[20]規(guī)定立地指數(shù)18的年均蓄積生長量下限的28.2%、上限的11.5%，超過立地指數(shù)20的平均蓄積生長量的3.6%。

暗穴塊狀整地方式造林的26 a生杉木純林的立木平均胸徑、樹高和單株材積均大于明穴塊狀整地方式造林，明穴和暗穴造林地的杉木胸徑、樹高和單株材積的變異系數(shù)接近，單株材積變異系數(shù)最大，其次是胸徑，樹高的變異系數(shù)最小(表2)。暗穴塊狀整地方式造林的杉木單位面積蓄積量為417.891 m3/hm2，大于明穴塊狀整地方式的376.871 m3/hm2，暗穴和明穴塊狀整地方式造林的26 a生杉木純林年均蓄積生長量分別為16.11 m3/hm2和14.51 m3/hm2，暗穴造林地的杉木年均生長量大于明穴造林地的1.61 m3/hm2，這主要是土壤條件差異導(dǎo)致的，暗穴塊狀整地的土層厚度和肥力明顯優(yōu)于明穴，立地指數(shù)18以上的林地營造杉木速生豐產(chǎn)林宜采用暗穴塊狀整地。

表2 兩種塊狀整地方式造林的26 a生杉木純林主要生長性狀統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果

暗穴和明穴兩種塊狀整地方式造林的26 a生杉木純林的立木平均胸徑、平均樹高和單株平均材積差異極顯著(表3)，其胸徑、樹高和單株材積雙樣本均值Z-檢驗(yàn)的z值分別為10.9726、16.2746、2.8988，均大于相應(yīng)的z單尾臨界2.3263(α=0.01)。

表3 兩種塊狀整地方式造林的26 a生杉木純林主要生長性狀雙樣本均值z-檢驗(yàn)結(jié)果

2.2 不同坡位杉木純林生長表現(xiàn)及主要性狀均值檢驗(yàn)結(jié)果

26 a生杉木純林在坡下部生長表現(xiàn)最好，其平均單株材積為0.3832 m3，其次是坡上部，平均單株材積為0.3123 m3，坡中部生長相對最差，平均單株材積為0.3097 m3(表4)，坡上部生長優(yōu)于中部，主要是因?yàn)樯喜吭炝值厥峭翆虞^厚且肥力好的次生闊葉林。

表4 不同坡位兩種塊狀整地方式造林的26 a生杉木純林主要生長性狀統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果

26 a生杉木純林坡上部調(diào)查樣地的均值Z-檢驗(yàn)結(jié)果(表5)，表明上坡暗穴和明穴塊狀整地方式造林的杉木胸徑和樹高差異達(dá)極顯著水平(∣Z∣>Zα單尾臨界，α=0.01)而單株材積不顯著(∣Z∣Zα單尾臨界=1.68448，α=0.05)，樹高極顯著(∣Z∣=7.3297>Zα單尾臨界=2.3263，α=0.01)，單株材積不顯著(∣Z∣=1.4000

表5 上坡兩種塊狀整地方式造林的26 a生杉木純林生長性狀的雙樣本均值Z-檢驗(yàn)結(jié)果

表6 中坡兩種塊狀整地方式造林的26 a生杉木純林生長性狀雙樣本均值Z-檢驗(yàn)分析結(jié)果

2.3 不同坡向杉木純林生長表現(xiàn)及主要性狀差異分析

杉木純林在不同坡向的主要生長性狀(表7)，結(jié)果表明：在陰坡及半陰坡暗穴塊狀整地方式造林的26 a生杉木純林的立木平均胸徑、樹高和單株材積分別為20.3 cm、16.1m和0.3252m3，明穴塊狀整地方式造林的杉木平均胸徑、樹高和單株材積分別為20.3 cm、16.1 m和0.3252m3；在陽坡及半陽坡暗穴塊狀整地方式造林的26 a生杉木純林的立木平均胸徑、樹高和單株材積分別為21.3 cm、17.3 m和0.3820 m3，明穴塊狀整地方式的26 a生杉木純林的立木平均胸徑、樹高和單株材積分別為18.3 cm、13.8 m和0.2389 m3。坡向南、西南和東南暗穴塊狀整地方式造林的26 a生杉木純林單位蓄積量超過4001 m3/hm2，南向暗穴塊狀整地方式造林的26 a生杉木純林單位蓄積量最高為538.91 m3/hm2，明穴塊狀整地方式造林的26 a生杉木純林僅有西北向的單位蓄積量超過400 m3/hm2，明穴塊狀整地方式造林中單位蓄積量最高為434.41 m3/hm2，東向明穴塊狀整地方式造林的單位蓄積量最低僅為340.61 m3/hm2。

表7 不同坡向兩種塊狀整地方式造林的26 a生杉木純林主要生長性狀統(tǒng)計(jì)結(jié)果

在陰坡及半陰坡暗穴塊狀整地方式造林的26 a生杉木純林胸徑、樹高和單株材積與明穴塊狀整地方式造林的成對均值Z-檢驗(yàn)未達(dá)0.05顯著水平，在陰坡及半陰坡的暗穴與明穴塊狀整地差異不顯著，明穴塊狀整地的樣地蓄積和單位面積蓄積量高于暗穴塊狀整地；西北陰坡的明穴塊狀整地的樣地蓄積和單位面積蓄積量大于暗穴，半陰坡東北與之相反，成對均值Z-檢驗(yàn)的胸徑、樹高和單株材積達(dá)0.01極顯著水平。在陽坡及半陽坡的暗穴塊狀整地方式造林的26 a生杉木純林胸徑、樹高、單株材積、樣地蓄積和單位面積蓄積量分別為20.9 cm、16.9 m、0.3618 m3、27.9 m3、417.91 m3/hm2，分別超過明穴塊狀整地方式造林的7.9%、11.7%、27.1%、11.2%和10.9%；陽坡及半陽坡暗穴塊狀整地的林分平均胸徑、樹高、單株材積與明穴塊狀整地的雙樣本均值Z-檢驗(yàn)分析結(jié)果達(dá)到極顯著水平(表8)。暗穴塊狀整地的前茬為次生闊葉林，明穴塊狀整地主要是荒山緩坡，暗穴塊狀整地的微環(huán)境土層厚度和肥力明顯優(yōu)于明穴塊狀整地仍然是主要原因。

表8 陽坡及坡半陽坡暗穴與明穴塊狀整地方式造林的26 a生杉木純林生長性狀的雙樣本均值Z-檢驗(yàn)分析結(jié)果

3 結(jié)論與討論

在立地條件較好的地段宜采用暗穴塊狀整地即簡化塊狀整地方式營造杉木速生豐產(chǎn)林，暗穴塊狀整地可降低造林成本。26 a生杉木速生豐產(chǎn)林的年均蓄積生長量為15.31 m3/hm2，暗穴塊狀整地方式造林的26 a生杉木純林的立木平均胸徑、樹高和單株材積均大于明穴塊狀整地方式造林的，暗穴和明穴塊狀整地方式造林的林分年均蓄積生長量分別為16.1 m3/hm2和14.51 m3/hm2。

在同一區(qū)域尺度內(nèi)，杉木人工林單位木材蓄積量等生長指標(biāo)表現(xiàn)為下坡位>中坡位>上坡位[21-22]，在半陽坡和坡下更有利于杉木的早期生長[23]，這是基于坡向一致的土壤厚度及肥力多表現(xiàn)為下坡位>中坡位>上坡位。微小地形對杉木生長影響大[24]，特別是微小地形局部地段林地土壤肥力較好的上坡位生長表現(xiàn)好于中坡。在氣候條件一致的區(qū)域尺度內(nèi)，坡位和坡向等地形因子通過影響光照、溫度、濕度等分配和土壤條件的差異而影響林木生長表現(xiàn)，同一良種苗木的杉木生長表現(xiàn)取決于種植地的土壤條件、濕度和溫度，最佳立地選擇是保障商品林速生高產(chǎn)高效的關(guān)鍵。

通過整地改善土壤的理化性質(zhì)來促進(jìn)杉木前期生長[8]；不同的整地方法能促進(jìn)幼林生長，特別是對樹高生長的影響可以持續(xù)長達(dá)4年，但對成林材積生長的影響未達(dá)到顯著程度[10]，杉木生長主要受所處立地條件影響，整地方式不可能根本改變立地質(zhì)量；在較好的立地條件下(立地指數(shù)18以上的林地)，整地方式對杉木生長幾乎無影響[11]；塊狀整地挖穴造林方式可以明顯降低造林成本和提高林分經(jīng)濟(jì)效益，杉木高規(guī)格整地效應(yīng)隨著林齡的增長會(huì)消失[12-14，25-26]。采用暗穴塊狀整地方式造林是對貴州杉木主產(chǎn)區(qū)立地條件較好地段明穴塊狀整地方式的優(yōu)化，可有效降低山地造林成本。