安曹下杉木丰产林生长规律研究

安曹下杉木丰产林生长规律研究

杉木是中国南方的重要速生树种。种植已经种植了几千年。据统计，杉木人工林面积约占全国人工林面积的24%。前人对杉木林已进行了许多研究,但主要集中在幼林和中龄林,虽在一特定时间对老龄林进行了土壤肥力、水源涵养功能、生物多样性等方面的研究,却未对老龄林在经过较长时间演替后群落变化特征、种群数量动态等方面的研究。安曹下老龄杉木丰产林(1919年用插条造林)是世界上现存杉木人工林中年龄和单位面积蓄积量最大的林分之一,具有极大的科学研究价值,几十年来,先后有国内外许多专家、学者前来参观考察。1958年40年生时林业部综合队和中国林业科学研究院林业研究所调查,木材蓄积量为834.5m3·hm-2;林杰等对64年生林分进行了全林实测,测得全林林分蓄积量为2072m3·hm-2、平均蓄积量为739.5m3·hm-2。前者采用样地法(面积为0.27hm2),后者采用全林实测法,两者在数值精确性上存在一定的偏差,且时间相隔20多年。目前安曹下杉木丰产林林分结构与产量特征未见具体报道,鉴于此,开展安曹下老龄杉木丰产林不同阶段生长调查研究,可以进一步了解老龄杉木丰产林在较长时间内的生长动态,揭示杉木老龄丰产林的结构与功能,为现有杉木老龄丰产林的经营管理提供一定的依据。1试验地与土壤试验地位于福建省南平市安曹下,东经117°57′,北纬26°28′,属中亚热带季风气候,年均气温19.3℃,年均降水量1699mm,降雨多集中在3-8月,年均蒸发量1413mm,年均相对湿度83%。土壤是燕山晚期白云母化中细粒花岗岩发育的山地暗红壤,土壤厚度在100cm以上,A+AB层厚度为20-35cm,土壤表层疏松,但均含有一定量的石砾,质地为砾质轻壤土。试验地海拔20-40m。林地的前身植物为天然阔叶林,1918年10月进行砍树、劈草、炼山,翌年立春后插杉。插条选自经过炼山的健壮2年生杉木萌芽条顶枝,长50cm,留在地面部分20-25cm,插条后复土并踏实土壤,使切口与土壤紧接,便于吸水生根。造林的初植密度为3600株·hm-2,造林后的前3a锄草3次,第4-5年每年劈草2次,幼林郁闭后在第8年与第11年各劈草1次,并结合砍除部分生长不良木,起到调节密度和改善林内环境的作用。2全林分调查的内容在福建省南平市王台镇溪后村安曹下老龄杉木丰产林中进行全林分调查,调查面积2.85hm2,调查乔木层(胸径>5cm)的物种种类、胸径、树高;群落内灌木、幼苗、幼树与草本种类、高度、盖度及分布情况。3结果与分析3.18杉木死亡原因分析根据全林分实测材料,分别计算杉木活立木、断梢木和枯死木的立木株数、平均胸径、平均树高、平均蓄积量等(表1-2)。该杉木丰产林活立木各径阶的株数基本遵循正态分布(表1),平均胸径为30.37cm、平均树高为30.82m、林分蓄积量为966.58m3·hm-2,小于平均直径的株数占总株数的57.7%左右,这与测树学中许多学者研究的规律基本吻合。根据全林调查,发现林分中杉木出现了大量断梢现象,断梢的杉木径阶为5-45cm(表2),其中大部分集中在10-30cm的中小径阶,说明在该林分中杉木胸径越小出现断梢的概率越大。因为中小径木受大径木排挤,生长不良,在遭受风折、雪压等自然灾害的侵害时易成为风折木。林分中断梢的杉木数量达到林分总株数的12%,说明杉木的断梢现象比较严重,在选择造林地时,宜避开北风的风口,谨防冬春季节的恶劣天气、雪压等。虽然树木死亡有时是突然的,但更多的是属于多种复杂因子综合作用的逐渐过程。树木致死原因有非生物因子与生物因子、人为因素与自然因素、外因与内因等。在亚热带森林中,森林火灾、病虫害、林木竞争和抑制作用都能导致活立木直接或间接地死亡。林木死亡往往是多因子综合作用的结果,因而彻底了解林木死亡原因比较困难,文中主要从林木死亡的类型上分析安曹下杉木丰产林林木的死亡原因。在杉木林中,死亡大部分以枯立形式出现,因此,可能是林木成熟老死、病虫害和被压等造成的,且死亡林木胸径都小于25cm(表2),这说明杉木的死亡与老死关系不大。根据调查的实地情况死于病虫害的可能性也不大,显然,杉木的死亡在很大程度上与被压有关,即受自然稀疏机制作用的影响。当林分郁闭后,由于林木间争夺营养空间,使这种分化过程更加激烈,处于林冠上层的健壮高大的植株得到充足的阳光和生长空间,处于林冠下层的林木生长逐渐落后,并且随着林分的继续生长,这种差异越来越大,森林密度相对差也越来越大,林木的分化现象越来越强烈。林木分化的直接结果是导致一部分生长落后的林木死亡,这说明了林木个体大小是影响林木分化的一个因素。从整个林分来看,该林分生长良好,产量高,活立木平均蓄积高达966.58m3·hm-2,断梢木平均蓄积量达67.33m3·hm-2,合计1033.9m3·hm-2,是全国针叶林分92.9m3·hm-2的10倍还多,枯立木平均蓄积量为5.54m3·hm-2。整个林分共有立木2851株,其中活立木2329株,占总数的82%;断梢木466株,占总数的16%;枯立木56株,占总数的2%(表3)。断梢木和枯立木在林分中占有一定的比例,合计占总株数的18%,其个体大部分是胸径小于25cm的中小杉木,说明林分结构不利于中小杉木个体的生长。3.2不同密度杉木的生长规律生长是测树学中一个重要的概念,树木生长量的大小与生长速率,一方面受树木本身遗传因素的影响,另一方面受外界环境条件的影响。在这双重因素的影响下,经过树木内部生理生化的复杂过程,表现在树高、胸径、材积、形状等因子的生长变化过程。文中根据杉木实测数据与文献的数据,整理得出杉木胸径、树高、材积、林分蓄积量、林分密度的动态生长过程(表4)。由于郑万钧等的调查是采用样地调查法,可能受人为的影响,样地林分生长比平均水平更好,故其胸径、平均树高和平均单株材积均较64年生大(64年生的调查是全林调查,因而认为更准确)。理论上讲,杉木后期胸径生长较前期缓慢,但杉木生长的持续性很长,到了一定的年龄生长变缓慢,甚至停止,只要有良好的立地条件和合理的生长空间,后期生长量还是很可观的。采用二元材积公式计算安曹下杉木丰产林林木个体的单株材积、林木材积与胸径、树高成正比。安曹下杉木丰产林胸径、树高从40年生到82年生持续保持生长,因此单株材积也保持增长,说明该杉木林分仍然具有材积生长潜力。林分蓄积是鉴定森林数量的主要指标,单位面积蓄积的大小反映林地生产力的高低及经营措施的效果。因此,林分蓄积的测定是林分调查主要目的之一,它为森林经营和采伐利用提供重要的数量依据,调查可知安曹下杉木丰产林林分蓄积量为1000m3·hm-2左右,是世界人工林蓄积量之最(表4)。3.3林分密度的变化种群密度与林木生长规律是在同一立地条件和林分生长阶段的林分,其林木生长随种群密度变化而变化,种群密度与胸径生长、年龄之间存在着一定的关系。由表5可知,当年龄不断增大,杉木林分密度不断减小,40年生时密度为1289株·hm-2,64年生时密度为1115株·hm-2,82年生时密度为982株·hm-2,64年生与82年生密度分别比40年生下降了6.9%、18.2%,这充分体现了杉木自疏机制的作用。老龄杉木林随着年龄增长与个体增大,个体数量不断减小,而群落中又无杉木幼苗或中龄树,造成杉木种群呈衰退状态,而个体增大势必增强种群内个体之间对各种环境要素的竞争,在一定程度上造成一些个体退出种群,因此,密度与胸径、年龄存在显著的关系。3.4林下植被生物多样性安曹下老龄杉木丰产林群落乔木层除有杉木个体外,已有一些阔叶树种生长良好并进入主林层,如凉伞树、丝栗栲等。林下无杉木幼苗幼树,草本层以福建观音莲座、黑莎草、狗脊为主。林下更新的壳斗科、樟科等常绿阔叶植被成分丰富,壳斗科的丝栗栲、青冈,樟科的绒楠,山茶科的黄瑞木、木荷等阔叶树种的幼苗幼树密度均较大。整个群落内共有维管束植物154种,分属14科18属19种,物种丰富度相对较大,这与该群落内林下透光度较大,土壤湿润,林下植被拥有良好的生境有关。根据林杰等1982年对该群落的调查,林下草本以福建观音座莲、狗脊为主,伴有少量菝葜、芒萁等,与本次调查的草本基本相似,而林下灌木以黄瑞木、毛冬青、杜茎山、凉伞树、绒楠等为主,未见有大量的壳斗科、樟科树种,说明经过22a的演替,较杉木更适应的常绿阔叶树种已在群落中占据大量空间。郑万钧等1958年对该群落进行了调查,当时草本以芒萁为主,林下更新的阔叶树种较少,以檵木为主,其它树种少见。通过以上3个阶段演替分析,老龄杉木丰产林在无人为干扰的前提下最终将自然演替为地带性的中亚热带常绿阔叶林。杉木林下植被生物多样性是杉木人工林生态系统的重要组成部分,也是杉木人工林群落结构和功能的具体表现,在保护生物多样性、促进系统养分循环和提高林地肥力方面起巨大作用。从40年生到82年生杉木林,林分物种呈多样化,结构也呈复杂化。4安曹下杉木丰产林的生长量与密度安曹下杉木丰产林现实林分林木各径阶的株数基本遵循正态分布,平均胸径达30.37cm,平均树高达30.82m,活立木平均蓄积高达966.58m3·hm-2,比全国针叶林林分平均蓄积92.9m3·hm-2的10倍还多,仍为世界之最。断梢木和枯立木在林分中占有一定的比例,合计占总株数的18%,其个体大部分是胸径小于25cm的中小杉木,断梢木以风折为主,枯立木主要受竞争处于劣势而形成。杉木丰产林分的平均胸径、平均树高、平均材积和平均蓄积量均随着年龄的增加而增加,其中前期相对后期生长量高;林分植被也随着时间的推移而复杂化、多样化;由于自疏机制的作用,林分密度随时间和胸径的增大而减小。杉木在生长过程中,受立地条件的影响很