林业科学  2000, Vol. 36 Issue (专刊1): 44-50   PDF    
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袁玉欣, 裴保华, 贾渝彬, 王德艺, 王文全, 王颖.
Yuan Yuxin, Pei Baohua, Jia Yubin, Wang Deyi, Wang Wenquan, Wang Ying.
农林间作条件下的杨树生长研究
STUDY ON POPLAR GROWTH UNDER AGRO-SILVICULTURAL INTERCROPPING CONDITIONS
林业科学, 2000, 36(专刊1): 44-50.
Scientia Silvae Sinicae, 2000, 36(专刊1): 44-50.

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收稿日期:1998-11-05

作者相关文章

袁玉欣
裴保华
贾渝彬
王德艺
王文全
王颖

农林间作条件下的杨树生长研究
袁玉欣 , 裴保华 , 贾渝彬 , 王德艺 , 王文全 , 王颖     
河北农业大学林学院 保定 071000
摘要: 利用“时空互补”的方法,研究间作条件下全轮伐期的毛白杨生长情况。结果说明,在平原农区实行杨粮间作是提高林木生长量、培养大径材的有效途径,如间作11年的毛白杨,比相同林龄相似立地条件的纯林平均单株材积生长量提高30.3%~37.7%。研究还说明,间作应结合农区特点,给农作物留下足够的生长空间,以保持农业的持续投入,维持间作系统的水肥供应,提高林木的生长量;同时,由于间作林株行距的原因,使毛白杨的偏冠现象普遍存在,并且偏冠程度与间作年限呈正比。
关键词: 农林间作    杨粮间作    毛白杨    偏冠    
STUDY ON POPLAR GROWTH UNDER AGRO-SILVICULTURAL INTERCROPPING CONDITIONS
Yuan Yuxin, Pei Baohua, Jia Yubin, Wang Deyi, Wang Wenquan, Wang Ying     
Forestry College, Agricultural University of Hebei Baoding 071000
Abstract: The growth of poplar (Populus tomentosa Carr.) was studied under intercropping systems by means of "time-space complementary" method. The results demonstrated that poplar-crop intercropping system carried out in plain farm region was a available way to increase poplar growth and cultivate large timber, for example, average volume growth of 11-year-old poplar trees under intercropping systems increased 30.3%~37.7% than that of grown in pure stand with the same site and at the same age. It also showed that intercropping practice, considering of the real need farm region, should leave enough space for crop growth so as to give farmer an incentive to carry out intensive management, including soil water and fertility maintaining, which will be advantageous to maintaining the fast growing of poplar trees. In fact, the average stem volume increased more than 80% after thinning, i.e.3 m×14 m to 3 m×28 m, in the tenth year of intercropping, at that stage the tree crown coverage rate on farmland was too high and heavy shading harmed crop developing. Poplar crown deflected, on the other hand, existed in all stands because of intercropping pattern (i.e. bigger spacing between-rows and smaller spacing in-row) and there was a positive proportion between the degree of crown defleeted and the intercropping year. The regression equation of crown deflected index (Y) and intercropping years (x) could be shown as belows:
Key words: Tree-crop intercropping    Poplar-crop intercropping    Populus tomentosa Carr.    Crown deflected    

为满足人类对木材日益增长的需要和尽可能地保护天然林不受破坏,营造速生丰产林是一项最主要的途径。平原农区实行以农田防护林和农林间作为主的林业形式,不仅有利于农业的稳产、高产,同时也是林业在平原存在和发展的动力(袁玉欣,1994)。目前,国外农林间作研究主要是在发展中国家,重点是研究怎样保持和提高农作物的产量(袁玉欣等,1998Chirwa et al., 1994Corlett et al., 1989Kang et al., 1993Puri et al., 1992)。杨树是我国重要的速生树种,我国是世界杨树栽培面积最大的国家。1991~2000年由原林业部利用世界银行贷款,开始实施国家1、2期造林项目,计划在河北、河南、辽宁等6省营造25.2×104 hm2的杨树丰产林(郑世铠等,1996)。仅两期世界银行贷款期间河北省杨树造林面积加上原有的杨树面积就达6.7×104 hm2。在河北的杨树人工林中,绝大多数是毛白杨(Populus tomentosa Carr.),其中主要集中于河北的平原农区,造林形式主要是农林间作。所以,研究间作条件下的毛白杨生长,对评价造林项目的质量和促进杨树在平原农区的健康发展是十分必要的。本研究从1990~1997年,在河北省自然基金和世界银行贷款造林项目的支持下,对间作作物产量、间作土壤水分、水肥对间作作物影响和杨树在间作条件下生长等方面进行了研究,并报道了一定的研究成果(袁玉欣等,1996裴保华等,19971998)。为在较短时期内全面了解间作毛白杨在整个轮伐期的生长情况,研究采用了“时空互补”方法,即在研究开始时,有意识地选择立地条件相近、株行距相同或相近的幼林和中龄林作固定标准地,以此获得毛白杨在全轮伐期内的生长情况。

1 调查地自然条件

研究选择在河北省毛白杨栽培面积较大的2个县进行。大名县位于河北省的南部;定州市位于河北省的中部。

1.1 气候条件

2县均属暖温带半湿润大陆性季风气候,其气象条件如表 1

表 1 调查区气象条件 Tab.1 Weather conditions of investigation zone
1.2 土壤条件

间作地设置在河流的故道、沙荒地和次耕地,土壤的理化性质和养分状况较差,见表 2

表 2 试验区土壤理化性质 Tab.2 Soil physical and chemical properties of experimental zone
1.3 林木情况

大名县试验区分布在南李庄乡的沙窝庙村、西村、东村和大龙乡的北京农业大学沙改站。试验树种均为毛白杨,林龄有两组:一组是1985年种植的中龄林,分布于沙窝庙村(株行距为3 m×7 m)、东村(株行距试验初期为3 m×14 m,间伐为3 m×28 m,最后再次间伐为3 m×56 m)、西村(4 m×30 m),总面积33 hm2。另一组是1991年在沙改站栽植的幼林,株行距3 m×10 m,面积20 hm2

定州市试验区中,城关镇的西市邑村的毛白杨,于1985年定植,株行距3 m×6 m (×18 m),面积10 hm2。同时造林的还有息仲乡的流驼庄,株行距为3 m×10 m、以后是3 m×20 m和3 m×30 m,面积10 hm2。1991年定植的幼林,分布在高蓬乡的钮店和崔蒲庄,株行距分别为3 m×2 m (×18 m)和1 m×30 m,面积分别为50 hm2和10 hm2

① 3 m×6 m(×18 m)为株距×小行距(×大行距),下同。

以上间作地块林木的行向均为南北走向。

2 研究方法

采用常规设置固定标准地的方法,每块固定标准地测定林木不少于90株,每年秋季进行标准地调查。测定的指标有:树高、胸高直径、冠幅、枝下高等。

3 结果与分析 3.1 不同间作条件下毛白杨的生长 3.1.1 幼林的生长(1~5年生)

为了解间作条件下毛白杨幼林的生长情况,选择定州钮店幼林作生长评价,结果见表 3

表 3 毛白杨幼林生长情况 Tab.3 The growth status of young poplar forest in Dingzhou Niudian

表 3中林木密度是每公顷333.3株,采用大小行排列或称为双行排列,目的是保证单位面积林木株数的前提下有较大行距,并有一个较长时期的农作物间作期。表 3说明,在这种立地条件较差的沙地,毛白杨的生长情况还比较好,与相似立地3年生并进行施肥、灌水的毛白杨纯林生长相似(袁玉欣等,1990),说明农林间作能够对林木起到以耕代抚作用。按照有关毛白杨的生长分类,表 3中毛白杨的树高属于14~18的指数级(赵天锡等,1994)。从结果看,毛白杨的生长还处于旺盛生长期,特别是平均材积生长量和连年生长量基本呈直线上升,其中毛白杨的单株平均材积生长量(Y1)和连年材积生长量(Y2)与间作年份(x)的数学关系是:

(1)
(2)
3.1.2 成林的生长(9~14年生)

在立地较差的条件下,由于进行农林间作,对土壤实行集约管理,毛白杨成林不但不会形成“小老树”,而且单株生长量和单位面积生长量比幼林更好,见表 4

表 4 毛白杨中龄林-成林生长情况 Tab.4 The growth status of near-mature and mature stand in Daming Xicun

表 4说明,毛白杨在间作条件下,14年生时平均单株材积已在0.6 m3以上,而且长势依然旺盛,如果从生长量衡量,农林间作可成为培养毛白杨大径材一个好途径。

如果把立地条件相似的定州钮店和西市邑[9~12年生,株行距3 m×6 m (×18 m)]的平均材积生长量和连年材积生长量衔接起来,同时以第8年的数值进行内插,结果见图 1

图 1 间作毛白杨幼林—中龄林材积平均生长量和连年生长量(定州钮店和西市邑) Fig. 1 The average volume growth and successive years growth of poplar near-mature and mature stand (Dingzhou Niudian and Xishiyi) ◆连年生长量Successive growth; □平均生长量Average growth.

图 1可见,把两地毛白杨单株材积指标衔接起来,效果非常好,这也从另一角度说明,立地条件相近,生长结果也相似。同时,图 1说明,林木单株平均材积生长(Y平均)和连年生长(Y连年)与间作时间(x)的直线相关关系比较紧密:

(3)
(4)

农林间作条件下,由于对农作物的集约管理,使与之间作的林木也直接得到了较为充足的水肥供应,所以比相应不进行间作的片林生长更好,见表 5

表 5 农林间作和纯林条件下毛白杨的生长比较 Tab.5 The comparison of poplar growth in the conditions of intercropping and pure stand

表 5中纯林的地块与间作3的相邻,彼此立地条件相似;同时间作1、2的土壤条件与间作3相似(见表 2),可以与纯林进行比较。表中可以看出,由于毛白杨的栽培形式不一样,所产生的结果也不一样,说明间作对毛白杨生长是极为有利的。表中间作条件下毛白杨的平均单株材积比纯林状态下的生长量提高30%以上,甚至提高1倍以上。树高是反映立地条件差别比较好的标准,表中说明,间作毛白杨树高比纯林有明显提高。虽然间作条件下林木的株数依次分别为纯林的46.7%、77.8%和23.3%,可单位面积蓄积却是纯林的64.3%、101.3%和55.4%,而且间作条件下的林木的规格相对比纯林条件下的高,所以即使不考虑农作物的效益,仅从林木的角度考虑,间作林木的纯效益就比纯林大。

3.1.3 间伐对毛白杨生长的影响

一般情况下,农林间作的株行距相对较大,间伐对林木的影响不如郁闭状态下的纯林大,但间伐对农作物的影响相对比较大。间伐多采用隔行间伐的方法,以扩大林木行距,增加农作物间作年限。间伐对毛白杨生长的影响见表 6

表 6 间伐对毛白杨生长的影响 Tab.6 The effect of thinning on poplar growth

表 6说明间伐对于毛白杨的生长有一定的促进作用。在3 m×14 m的株行距条件下,间作第10年时毛白杨的树高和胸径生长均有下降的趋势,间伐后林木的生长有明显的提高,特别是单株材积的生长提高80%以上。比较而言,间伐对胸径和单株材积的影响比树高明显且持久。

表 6发现间伐对毛白杨生长的影响比较迅速和明显,实际上间伐对毛白杨的影响是间接的,因为当林木与农作物的矛盾(如林木遮荫过重)比较突出时,农民从经济利益出发,开始对该地的投入变小、管理粗放,这时对林木进行间伐,农作物生长条件得到改善,农业的投入就增加,特别是加强了水肥管理,毛白杨生长就有所提高。所以,在平原农区以粮食生产为主的地方,当林木对农作物遮荫比较严重时,对林木进行间伐是农林两方面都容易接受的措施。

3.2 间作农田中林木树冠生长和林木覆盖率的变化

虽然树冠是林木实现其改善农田小气候的必要前提,但是在单位面积内林木树冠的覆盖率过大势必影响农作物产量。有关农林间作条件下单位面积林木的合理的覆盖率,研究不多。怎样实现农田林木正常生长,又不影响农作物产量,是我们研究的目的。田间林木覆盖率的生长过程见表 7表 8

表 7 毛白杨幼林冠幅的生长过程 Tab.7 Crown diameter growth process of poplar young growth in Dingzhou Niudian
表 8 毛白杨中龄林-成林冠幅的生长过程 Tab.8 Crown diameter growth process of poplar near-mature and mature stand

表 7可见,间作农田的林木覆盖率增加十分迅速,在间作第5年时,其覆盖率就超过了30%,所以会对农作物产生不利影响。但由于毛白杨幼林的枝叶比较稀疏,林冠下透光率比较大,所以作物产量在间作的前几年不仅没有下降,反而有一定提高,甚至到间作的第6年,作物减产也有限(另文报道)。表中显示林木平均树冠(Y树冠)和田间林木覆盖率(Y覆盖率)与间作时间(x)的关系十分密切:

(5)
(6)

依据式(6)推算如果田间林木覆盖率达到50%时,可进行间作的时间约为10年。

表 8可见,在株行距为3 m×10 m的情况下,间作的第8年,其田间林木覆盖率就超过了50%,这会对农作物产生比较严重的遮荫,造成作物减产(袁玉欣等,1996),所以在间作第12年进行了间伐,以提高农作物的光照条件。

表 7表 8可以看出,毛白杨偏冠现象严重,这是由于株距小、行距大造成的。当杨树生长到一定程度时,林木株间郁闭,而行间还有很大的生长空间,其南北方向的生长基本处于平衡状态,但是东西方向的生长还很大,所以林木平均冠幅仍然随间作时间而增加;同时由于东西方向和南北方向的冠幅生长不平衡,使偏冠现象发生。为描述这种偏冠情况,用偏冠指数来表示:

(7)

由于表 7表 8表示的两地林木行间均未郁闭,所以行距对林木冠幅的影响比较小,这样可以用(7)式计算林木的偏冠指数,并把它们衔接起来与间作年限作图,见图 2

图 2 林木偏冠指数和间作年限的关系 Fig. 2 The relationship between crown deflected index and intercropping years

图 2可以看出,林木的偏冠指数与间作年限的关系较紧密,在间作初期林木偏冠指数很小,以后随间作时间延长逐步增大,到间作的第13年时偏冠指数已经超过0.4;另外,从图中可以看出,虽然林木株间郁闭是在间作的第3年,但影响南北方向冠幅生长是在间作的第4年后开始的。如果用数学方程表示林木偏冠指数(Y)和间作年限(x)的关系式,得到:

(8)

另外,林木偏冠是否影响木材的圆满度和材质,仍需进一步的探讨。

4 结论

(1) 间作农田由于土壤管理集约程度高,水肥充足,毛白杨生长比较迅速,无论幼林和成林其平均单株材积生长量和连年生长量与间作年限均呈正相关关系,其相关系数均在0.94以上,同时比相似条件下的毛白杨生长有明显的提高,如林龄11年时的间作林木比纯林的单株材积生长量提高30.3%~37.7%。所以,在平原农区进行农林间作是在较短时间培养大径材的一个有效的途径。

(2) 农林间作田间林木覆盖率是单位面积林木株数和间作年限的函数,其相关系数均在0.92以上。所以,从保证农作物产量的角度出发,当田间林木覆盖率过高时,应该对林木进行间伐,并且间伐也有提高林木生长的作用。

(3) 由于间作林木的配置采用了小株距、大行距的方式,林木偏冠现象比较普遍,且偏冠指数(Y)是间作年限(x)的函数,其关系式是:

关系式说明间作年限越长,偏冠就越严重。

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