沙地樟子松人工林密度調(diào)控技術(shù)研究

楊樹(shù)軍 尤國(guó)春 安宇寧 劉敏 曹怡立

摘要針對(duì)沙地樟子松人工林，分別對(duì)其幼齡期、中齡期、近熟期連續(xù)進(jìn)行密度調(diào)控技術(shù)試驗(yàn)，結(jié)果表明：密度調(diào)控對(duì)沙地樟子松人工林胸徑、蓄積生長(zhǎng)影響顯著，對(duì)樹(shù)高影響不顯著。幼齡期適宜保留密度為1300～1400株.hm-2，中齡期適宜保留密度為900～1000株.hm-2，近熟期適宜保留密度為500～600株.hm-2。首次密度調(diào)控時(shí)間以14～16年生為宜，間隔期為5～7年。

關(guān)鍵詞沙地；樟子松人工林；密度調(diào)控

中圖分類號(hào)：S791.253；S758.5文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：Adoi：10.13601/j.issn.1005-5215.2023.02.002

ResearchonDensityControlTechnologyofPinussylvestrisvar.mongolicaPlantationinSandyLand

YangShujun，YouGuochun，AnYuning，LiuMin，CaoYili

（LiaoningResearchInstituteofSandyLandControlandUtilization，LiaoningZhanggutaiHorqinSandyLandEcosystemResearchStation，F(xiàn)uxin123000，China）

AbstractThedensitycontroltechnologyofPinussylvestrisvar.mongolicaplantationinsandylandwasstudiedatyoung，middleandnearmaturitystages.TheresultsshowedthatdensitycontrolhadsignificanteffectonDBHandvolumegrowthofPinussylvestrisvar.mongolicaplantation，butnotontreeheight.Theoptimumretentiondensityatyoung，middleandnearmaturitystageswere1300-1400plants，900-1000plantsand500-600plantsperhectarerespectively.Theoptimumstandageofdensitycontrolforthefirsttimewas14-16years，andtheintervalwas5-7years.

Keywordssandyland;Pinussylvestrisvar.mongolicaplantation;densitycontrol

人工林密度調(diào)控，就是人為調(diào)控林分結(jié)構(gòu)，充分發(fā)揮林木生長(zhǎng)潛力，在實(shí)現(xiàn)速生、豐產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)的同時(shí)發(fā)揮最大的生態(tài)效益。在森林培育的整個(gè)過(guò)程中，林分密度是林業(yè)工作者所能控制的主要因子，密度是否合適直接影響人工林生產(chǎn)力的提高和功能的最大限度發(fā)揮[1，2]。在林分生長(zhǎng)過(guò)程中，由于自然稀疏或人工間伐，各年齡階段都存在最佳林分密度，它不是常數(shù)，是一個(gè)隨經(jīng)營(yíng)目的、造林樹(shù)種、立地條件和栽培技術(shù)等因素變動(dòng)而變化的數(shù)量范圍。因此，林分密度調(diào)控技術(shù)是造林后撫育間伐和森林經(jīng)營(yíng)管理的重要依據(jù)和關(guān)鍵技術(shù)。人工林密度調(diào)控研究，一直是國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究的熱點(diǎn)問(wèn)題[2]。自Reineke在1933年提出密度競(jìng)爭(zhēng)效應(yīng)[3]以后，林分密度方面的研究逐步摒棄了憑個(gè)人實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)、觀察等不科學(xué)的研究方法，進(jìn)入了數(shù)學(xué)模型數(shù)量化研究的新發(fā)展階段。幾十年來(lái)，一系列的研究方法被林學(xué)家們提出，常見(jiàn)的方法有：動(dòng)態(tài)規(guī)劃法[4，5]、變分法和最優(yōu)控制理論[6]、遺傳算法[7]、三次設(shè)計(jì)法[8]、林分密度指數(shù)SDI[9]等。

樟子松（Pinussylvestrisvar．mongolica）原產(chǎn)于我國(guó)大興安嶺和呼倫貝爾草原紅花爾基沙地，自20世紀(jì)50年代被人工引入遼寧省彰武縣章古臺(tái)用于固沙造林試驗(yàn)成功以來(lái)，人工造林發(fā)展很快[10-13]。目前，樟子松引種栽培已擴(kuò)大到我國(guó)三北防護(hù)林建設(shè)工程區(qū)的13個(gè)省區(qū)300余縣。第八次森林資源清查結(jié)果（2009—2013年）顯示，樟子松人工林面積已達(dá)到4.17×105hm2。樟子松的成功引種栽培，在我國(guó)三北地區(qū)產(chǎn)生了巨大的生態(tài)、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，現(xiàn)已成為我國(guó)三北風(fēng)沙地、山地、丘陵地區(qū)的主要造林樹(shù)種之一，是治沙造林中應(yīng)用最多的針葉樹(shù)種。

合理的經(jīng)營(yíng)密度是提高林分生產(chǎn)力和質(zhì)量的重要途徑，也是多年來(lái)樟子松研究的熱點(diǎn)之一。樟子松固沙林在早期的生產(chǎn)實(shí)踐中一般按兼用林經(jīng)營(yíng)，為取得最佳防護(hù)效益和經(jīng)濟(jì)效益，過(guò)分地強(qiáng)調(diào)固沙效果和木材生產(chǎn)，導(dǎo)致林分密度過(guò)大，超出環(huán)境的承載能力[14-16]。進(jìn)入20世紀(jì)90年代，隨著沙地樟子松人工林衰退現(xiàn)象的出現(xiàn)和人們認(rèn)識(shí)的提高，開(kāi)始注重合理經(jīng)營(yíng)與復(fù)壯乃至改造技術(shù)，以及病害的生態(tài)控制技術(shù)及可持續(xù)經(jīng)營(yíng)研究。有關(guān)沙地樟子松人工林的密度調(diào)控主要圍繞水分因子開(kāi)展研究，楊文斌等[17]、苑增武等[18]、曾德慧等[19]從水量平衡角度，分析了可供不同年齡沙地樟子松人工林利用的有效水量，在保證土壤供水充足的條件下，估算出不同年齡單株樟子松的年蒸騰水量，據(jù)此推算出不同年齡單株樟子松的合理水分營(yíng)養(yǎng)面積及合理密度，為建立穩(wěn)定的沙地人工林提供科學(xué)依據(jù)。韓輝等[20]利用液流速率和邊材面積結(jié)合同步觀測(cè)的降水、林冠截留量、林內(nèi)蒸發(fā)散量和土壤水分含量，用水量平衡的方法，推算出了不同徑階（齡級(jí)）沙地樟子松人工林可以維持水量平衡而應(yīng)采取的合理密度。多年的科學(xué)研究已經(jīng)取得了顯著的成效，但林分密度管理是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，從幼林到成熟林的整個(gè)過(guò)程中，在不同生長(zhǎng)階段進(jìn)行經(jīng)營(yíng)密度的動(dòng)態(tài)調(diào)控，保證林分始終處于合理的密度水平，始終處于合理的林分結(jié)構(gòu)，是保持林分穩(wěn)定、健康的前提，也是今后發(fā)展的趨勢(shì)。本研究以章古臺(tái)沙地樟子松人工林為對(duì)象，綜合幼齡林、中齡林、近熟林30余年的定位觀測(cè)結(jié)果，總結(jié)分析沙地樟子松人工林各生長(zhǎng)期的適宜經(jīng)營(yíng)密度。

1研究區(qū)概況

試驗(yàn)地位于科爾沁沙地南緣的章古臺(tái)地區(qū)，地處42°43′N，122°22′E，海拔226.5m，屬暖溫帶亞濕潤(rùn)干旱氣候區(qū)。主要?dú)夂蛱攸c(diǎn)是干旱多風(fēng)；年降水量500mm左右，且多集中于6—8月；年均蒸發(fā)量1553.2mm，約為降水量的3倍；空氣相對(duì)濕度60.4%。年均氣溫6.1℃，平均無(wú)霜期154d。年均風(fēng)速3.0～3.7m.s-1。土壤類型以風(fēng)沙土為主。植物區(qū)系屬于蒙古區(qū)系西遼河小區(qū)，主要代表性植物有：刺沙蓬（Salsolaruthenica）、豬毛蒿（Artemisiascoparia），拂子茅（Calamagrostisepigejos），中華隱子草（Cleistogeneschinensis）、小黃柳（Salixgordejevii）、鼠李（Rhamnusdavurica）、榆樹(shù)（Ulmuspumila）等。

2研究方法

試驗(yàn)地設(shè)在遼寧省沙地治理與利用研究所1980年?duì)I造的樟子松密度試驗(yàn)林內(nèi)。按照不同密度、不同株行距，共設(shè)25個(gè)試驗(yàn)小區(qū)，每個(gè)小區(qū)面積為0.64hm2，密度625～10000株.hm-2。造林后在各小區(qū)內(nèi)設(shè)置面積0.06～0.1hm2永久觀測(cè)樣地。試驗(yàn)區(qū)分布集中，土壤性質(zhì)、林下生境等情況基本一致。永久觀測(cè)樣地外的保護(hù)性林木于1992年進(jìn)行了衛(wèi)生伐清理?yè)嵊?994年開(kāi)展幼齡林撫育間伐試驗(yàn)。試驗(yàn)設(shè)對(duì)照、10%～15%、16%～20%、21%～25%、26%～30%和35%～40%6個(gè)間伐強(qiáng)度，對(duì)應(yīng)保留密度分別為1800、1500、1400、1300、1200、1000株.hm-26個(gè)密度梯度，每個(gè)處理作業(yè)面積0.5hm2以上。2002年在幼齡林撫育間伐試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步開(kāi)展中齡林密度調(diào)控，設(shè)計(jì)保留密度約1100、1000、900、800、700、600、500株.hm-27個(gè)密度梯度，每個(gè)梯度作業(yè)面積0.1hm2；2004年擴(kuò)大了作業(yè)面積，保證每個(gè)梯度作業(yè)面積在0.5hm2以上。2013年在中齡林密度試驗(yàn)基礎(chǔ)上，進(jìn)一步開(kāi)展近熟林密度調(diào)控，設(shè)計(jì)保留密度約800、700、600、500、400、300、100株.hm-27個(gè)密度梯度。

各生長(zhǎng)期密度調(diào)控試驗(yàn)均為各處理設(shè)置3塊調(diào)查樣地，面積0.1hm2。間伐時(shí)按照留優(yōu)去劣、兼顧密度原則，根據(jù)試驗(yàn)設(shè)計(jì)要求，弱度間伐主要清除克拉夫特分級(jí)法的Ⅴ和Ⅳ級(jí)木；強(qiáng)度間伐時(shí)首先伐去全部的Ⅴ、Ⅳ級(jí)木，再伐除部分或全部Ⅲ級(jí)木，同時(shí)去掉大樹(shù)冠的Ⅰ、Ⅱ級(jí)木。間伐前后進(jìn)行本底生長(zhǎng)因子調(diào)查，之后每年冬季實(shí)行定時(shí)、定株、定位觀測(cè)，測(cè)定內(nèi)容包括胸徑、樹(shù)高、枝下高、郁閉度等。材積和蓄積利用樟子松人工林二元立木材積表計(jì)算。

3結(jié)果與分析

3.1密度調(diào)控對(duì)樹(shù)高生長(zhǎng)的影響

經(jīng)營(yíng)密度對(duì)林分平均高的影響比較復(fù)雜，結(jié)論也不一。有些研究表明，密度對(duì)樹(shù)高生長(zhǎng)有影響，但影響較弱，在相當(dāng)寬的一個(gè)中等密度范圍內(nèi)無(wú)顯著影響[21]。從表1可以看出：密度調(diào)控對(duì)沙地樟子松人工林樹(shù)高生長(zhǎng)的影響不顯著。幼齡期密度調(diào)控6年后平均樹(shù)高6.86～7.05m，年均生長(zhǎng)0.42～0.47cm，幼齡期樹(shù)高生長(zhǎng)有隨密度增大而增大的趨勢(shì)，說(shuō)明在幼齡期適當(dāng)增大保留密度，維持樹(shù)木個(gè)體間適度的競(jìng)爭(zhēng)，可以促進(jìn)樹(shù)高生長(zhǎng)。中齡期密度調(diào)整6年后平均樹(shù)高8.32～9.21m，年均生長(zhǎng)0.18～0.26cm，近熟期密度調(diào)整6年后平均樹(shù)高9.98～11.57m，年均生長(zhǎng)0.13～0.26cm。中齡期、近熟期密度調(diào)控對(duì)樹(shù)高影響呈隨密度增大而減小的趨勢(shì)，說(shuō)明密度調(diào)控對(duì)樹(shù)高生長(zhǎng)有一定的促進(jìn)作用。

3.2密度調(diào)控對(duì)胸徑生長(zhǎng)的影響

沙地樟子松人工林3個(gè)生長(zhǎng)期的密度調(diào)控試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2、表3、表4。密度調(diào)控對(duì)胸徑生長(zhǎng)影響顯著，胸徑生長(zhǎng)隨密度的減小而增大，說(shuō)明密度調(diào)控改善了林木生長(zhǎng)的營(yíng)養(yǎng)空間，促進(jìn)了林木胸徑的生長(zhǎng)。從密度調(diào)控后各階段的平均增長(zhǎng)量可以看出，密度調(diào)控對(duì)胸徑生長(zhǎng)的影響主要體現(xiàn)在調(diào)控后的1～3a，之后逐漸減弱，各處理胸徑生長(zhǎng)都趨于一致。

幼齡期密度調(diào)控的結(jié)果（表2）表明：調(diào)控9a后平均生長(zhǎng)量為0.62～0.81cm，不同密度處理Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ調(diào)控9a后胸徑分別較CK提高4.8%、9.9%、11.1%、12.4%和19.9%。經(jīng)方差分析，F(xiàn)=3.38＞F0.05=3.17，說(shuō)明幼齡期密度調(diào)控對(duì)胸徑生長(zhǎng)影響顯著。1～3a平均增長(zhǎng)量為0.76～0.96cm，Ⅱ、Ⅲ處理（1300～1400株.hm-2）相對(duì)較大；4～5a平均增長(zhǎng)量為0.67～1.07cm，Ⅳ、Ⅴ處理（1000～1200株.hm-2）相對(duì)較大；6～9a時(shí)各處理平均增長(zhǎng)量逐漸下降到0.4～0.5cm，這說(shuō)明密度調(diào)控對(duì)低密度林分胸徑生長(zhǎng)的影響時(shí)效性較長(zhǎng)。

中齡期密度調(diào)控的結(jié)果（表3）表明：調(diào)控8a后平均生長(zhǎng)量為0.35～0.51cm，處理Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ調(diào)控8年后胸徑分別較僅伐除被壓木的處理Ⅰ提高5.4%、6.3%、7.1%、16.1%、23.6%和29.7%。經(jīng)方差分析，F(xiàn)=3.47＞F0.05=2.96，說(shuō)明中齡期密度調(diào)控對(duì)胸徑生長(zhǎng)影響顯著。密度調(diào)控對(duì)保留密度較小的處理Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ（500～700株.hm-2）胸徑生長(zhǎng)的影響時(shí)效性較長(zhǎng)，1～6a胸徑平均增長(zhǎng)量始終保持在較高水平。

近熟期密度調(diào)控的結(jié)果（表4）表明：調(diào)控7a后平均生長(zhǎng)量為0.32～0.68cm，處理Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ調(diào)控7年后胸徑分別較處理Ⅰ提高4.3%、10.9%、20.8%、19.8%、25.4%和50.6%。經(jīng)方差分析，F(xiàn)=3.26＞F0.05=2.96，說(shuō)明近熟期密度調(diào)控對(duì)胸徑生長(zhǎng)影響顯著。

3.3密度調(diào)控對(duì)蓄積生長(zhǎng)的影響

林分的蓄積取決于立木材積和株數(shù)密度，而立木的材積主要取決于胸徑、樹(shù)高。密度調(diào)控主要通過(guò)影響胸徑生長(zhǎng)，進(jìn)而影響蓄積的生長(zhǎng)。沙地樟子松人工林3個(gè)生長(zhǎng)期的密度調(diào)控試驗(yàn)結(jié)果均表明：密度調(diào)控對(duì)蓄積生長(zhǎng)影響顯著。綜合試驗(yàn)林的觀測(cè)結(jié)果，保留密度較小的林分蓄積增長(zhǎng)較快，保留密度較大的林分蓄積增長(zhǎng)較慢，林分蓄積生長(zhǎng)量呈現(xiàn)隨林齡增長(zhǎng)差異逐漸變小的趨勢(shì)。

幼齡期密度調(diào)控的結(jié)果（表5）表明：調(diào)控9a后各處理蓄積量為75.30～85.9m3.hm-2，蓄積增長(zhǎng)量為52.95～65.66m3.hm-2。處理Ⅱ、Ⅲ蓄積生長(zhǎng)較大。經(jīng)方差分析，F(xiàn)=8.57＞F0.05=3.17，說(shuō)明處理Ⅱ、Ⅲ的林分結(jié)構(gòu)較合理，有效促進(jìn)了蓄積生長(zhǎng)。因此，幼齡期的適宜經(jīng)營(yíng)密度應(yīng)為1300～1400株.hm-2。

中齡期密度調(diào)控的結(jié)果（表6）表明：調(diào)控8a后各處理蓄積量為58.87～72.99m3.hm-2，蓄積增長(zhǎng)量為26.52～34.45m3.hm-2。處理Ⅱ、Ⅲ蓄積生長(zhǎng)較大。經(jīng)方差分析，F(xiàn)=7.28＞F0.05=2.96，說(shuō)明處理Ⅱ、Ⅲ的林分結(jié)構(gòu)較合理，有效促進(jìn)了蓄積生長(zhǎng)。因此，中齡期的適宜經(jīng)營(yíng)密度應(yīng)為900～1000株.hm-2。

近熟期密度調(diào)控的結(jié)果（表7）表明：調(diào)控7a后各處理蓄積量為29.86～91.45m3.hm-2，蓄積增長(zhǎng)量為10.85～33.96m3.hm-2。處理Ⅲ、Ⅳ蓄積生長(zhǎng)較大。經(jīng)方差分析，F(xiàn)=6.33＞F0.05=2.96，說(shuō)明處理Ⅲ、Ⅳ的林分結(jié)構(gòu)較合理，有效促進(jìn)了蓄積生長(zhǎng)。因此，近熟期的適宜經(jīng)營(yíng)密度應(yīng)為500～600株.hm-2。

3.4密度調(diào)控開(kāi)始期和間隔期的確定

間伐起始期一般參照林分連年生長(zhǎng)量確定[22，23]。當(dāng)林分胸徑連年生長(zhǎng)量出現(xiàn)明顯下降時(shí)，說(shuō)明林分密度過(guò)大，林木生長(zhǎng)受到抑制。不同造林密度的樟子松人工林解析木的胸徑生長(zhǎng)曲線表明（圖1）：胸徑生長(zhǎng)在林齡6～8a時(shí)進(jìn)入旺盛期，10～12a為最旺盛期，之后開(kāi)始下降，14～16a時(shí)開(kāi)始低于胸徑平均生長(zhǎng)量。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，14～16a時(shí)林分郁閉度達(dá)0.85以上，林分內(nèi)樹(shù)干下部已出現(xiàn)枯死枝，平均枝下高1.74～2.96m，占樹(shù)高的33.46%～45.31%，平均枝下高已達(dá)到平均樹(shù)高的1/3以上。這也表明林分已到了撫育間伐期，需要及時(shí)實(shí)施首次間伐。因此，將沙地樟子松人工林進(jìn)行首次撫育間伐的時(shí)間確定為14～16a。

間伐間隔期的長(zhǎng)短與林分的生長(zhǎng)量和經(jīng)營(yíng)措施密切相關(guān)[21]。沙地樟子松人工林幼齡期、中齡期、近熟期密度調(diào)控后的胸徑生長(zhǎng)過(guò)程均表明：間伐后胸徑生長(zhǎng)很快進(jìn)入速生期，3～4年時(shí)達(dá)到最旺盛生長(zhǎng)期，之后開(kāi)始下降；7年后低于平均生長(zhǎng)量并趨于平穩(wěn)，表明此時(shí)林分已到了第2次間伐的時(shí)間。因此，根據(jù)試驗(yàn)林目前的生長(zhǎng)狀況和生產(chǎn)實(shí)踐，把樟子松人工林撫育間伐的間隔期確定為5～7年較為合理。

4結(jié)論與討論

4.1密度調(diào)控對(duì)沙地樟子松人工林胸徑、蓄積生長(zhǎng)影響顯著，對(duì)樹(shù)高影響效果不顯著。胸徑生長(zhǎng)隨保留密度的減小而增大，其影響主要體現(xiàn)在調(diào)控后的1～4a，之后逐漸下降。對(duì)蓄積的影響體現(xiàn)在保留密度較小的林分蓄積增長(zhǎng)較快，保留密度較大的林分蓄積增長(zhǎng)較慢，林分蓄積生長(zhǎng)量差異呈現(xiàn)隨林齡增長(zhǎng)逐漸變小的趨勢(shì)。

4.2沙地樟子松人工林3個(gè)生長(zhǎng)期的密度調(diào)控試驗(yàn)結(jié)果表明：幼齡期適宜保留密度為1300～1400株.hm-2，中齡期適宜保留密度為900～1000株.hm-2，近熟期適宜保留密度為500～600株.hm-2。本試驗(yàn)結(jié)果是在地位級(jí)10以上的林分中獲得的，其他地位級(jí)林分不同生長(zhǎng)期的適宜保留密度可據(jù)此進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。

4.3沙地樟子松人工林進(jìn)行首次撫育間伐的時(shí)間以14～16年生為宜，間隔期5～7年較為合理。具體生產(chǎn)實(shí)踐中應(yīng)酌情考慮造林密度、立地條件和經(jīng)營(yíng)措施等，造林密度較大林分應(yīng)盡早間伐，造林密度較小林分可以適當(dāng)推遲；立地條件好，林分年均生長(zhǎng)量大，間隔期短，反之，間隔期應(yīng)長(zhǎng)；間伐強(qiáng)度越大，林冠恢復(fù)郁閉所需年限越長(zhǎng)，間隔期也越長(zhǎng)。

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收稿日期：2022-10-08

基金項(xiàng)目：國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（2017YFD0600505）

作者簡(jiǎn)介：楊樹(shù)軍（1969－），男，遼寧阜新人，高級(jí)工程師，主要從事森林經(jīng)營(yíng)研究.