针对幼林林地植被的幼林抚育管理是杉木人工林经营技术的一个重要环节。由于它是关系到杉木造林成败的关键因素, 因此, 一直受到林业工作者的十分重视, 并有“三分造, 七分管”之说(俞新妥, 1997;张先仪等, 1996)。时至今日, 由于受各种政策和技术规程的束缚, 幼林抚育管理普遍采用全面松土除草的方法, 而且越细致越好, 并认为只有这样对林木的生长才有利。并且评价杉木幼林抚育技术的好坏标准又往往只注重生长的单一指标。正是由于这种传统的幼林抚育观念, 忽视林地植被功能的全面认识、土壤肥力的维护和营林成本的核算, 致使出现地力衰退、生产力下降和经济效益降低等一系列问题。现在虽然有林业工作者提出了改进意见, 但有关杉木幼林林地植被的抚育技术与杉木生长、生态和经济效益的全面系统评价, 迄今为止, 还很少有试验和报道(张先仪等, 1996)。鉴于这种现状, 本试验采用5种抚育技术进行定位研究, 全面分析这些抚育技术对杉木生长、群体结构、林地植被物种多样性、生物量、水土流失和和抚育成本的影响, 并运用灰色局势决策理论进行综合评价, 为改革现行的杉木幼林抚育制度和林地植被综合管理提供理论依据。本文着重探讨不同幼林抚育技术对杉木幼林保存率、生长状况、生物量结构和群体结构的影响。

1 试验地自然概况

试验地设在福建林学院西芹教学林场杉木林采伐迹地上, 该试验林于1996年初营造, 1997年初开始实施幼林抚育管理技术的试验。西芹教学林场位于福建北部, 属杉木中心产区。地处东经118°10′, 北纬26°40′, 为武夷山脉东伸支脉的中低山山地, 海拔200~500 m, 坡度为25°左右。其主要成土母岩是沉积岩和变质岩。土壤为黄红壤。该场属于中亚热带季风气候带, 雨量充沛, 气候温暖。该地平均温度19.4℃, 年平均降雨量为1817 mm, 多集中于5、6月份。日照时间长, 年均日照时数1709.8 h; 年均风速为1.1 m·s^-1, 气候对林木生产十分适宜。由于地属中国东南部湿润森林区, 中亚热带常绿阔叶林带, 该区森林茂密, 植物种类繁多。

2 研究方法 2.1 抚育方法

本试验于1997-05开始实施5种不同抚育技术, 它们分别是块状抚育、全垦抚育、带状抚育、劈草抚育和不抚育。采用完全随机区组设计安排试验, 每个处理重复3次, 标准地面积为100 m², 并设有保护带。各种抚育技术的具体做法如下:

2.1.1 块状抚育

局部松土除草, 即以杉木蔸为中心在50~60 cm半径范围内松土、除草和培蔸; 对邻近周围的林地植被实施高度控制, 以较少影响杉木幼树的光照条件为限。特别是对一些不影响杉木生长的灌木和乔木幼苗及幼树予以适度保留。

2.1.2 全垦抚育

与常规生产作业相同进行全面松土除草, 松土深5 cm左右, 并培蔸。

2.1.3 带状抚育

在杉木蔸两边进行局部松土除草, 并形成一条宽80~100 cm的带状, 对保留的林地植被带也实施高度控制, 以较少影响杉木的光照条件为限。

2.1.4 劈草抚育

不松土, 只将杂草灌木齐地劈倒平铺于地表。

2.1.5 不抚育

即对林地植被一直保留不动, 让其自然生长发育。

每年5~6月和9~10月各抚育1次, 各种抚育措施分别同时进行。

2.2 调查方法 2.2.1 杉木幼树生长量

在1997-05 (实施前)、9、12月和1998-09对每一抚育处理的树高、地径和抽梢高进行定株挂牌调查, 并于1998-09对保存率进行统计调查。

2.2.2 杉木幼树生物量

于1998-09选择一个区组的5种不同抚育处理按平均木法进行生物量测定, 并分不同器官(干、枝、叶、皮、根桩、粗根和细根)分别进行称重, 带回样品, 室内测定其含水量。

2.3 统计方法

采用方差分析方法对不同抚育处理的保存率、树高、地径和抽梢高进行显著性检验; 采用正态分布检验方法对不同抚育处理的树高和地径进行分布偏离检验。

3 结果与分析 3.1 不同抚育技术对杉木幼林保存率的影响

实施不同抚育技术后, 形成了杉木幼树与林地植被之间的不同竞争和定居模式, 此后的每时每刻杉木将受到不同群落环境的影响和选择。适应该环境的杉木个体就能生存下来。因此, 杉木保存率是体现杉木与林地植被竞争结果的一个重要方面。

从表 1可知, 不同抚育技术之间杉木保存率存在明显的差异。块状抚育和全垦抚育由于有效地控制林地植被, 从而有利于提高杉木的保存率, 它们分别是98.67%和98.61%。而不抚育的杉木保存率则较低, 仅为80.12%。为了准确确定不同抚育技术对杉木保存率的影响, 对表 1中的数据用平方根的反正弦公式进行变换后作方差分析。结果表明:不同抚育技术的杉木保存率确实存在极显著的差异(F=9.50 > F_0.01 (4, 8) =7.91), 这说明抚育技术对杉木保存率有较大的影响。经多重比较结果表明, 只有块状抚育和全垦抚育与不抚育之间存在显著差异。

3.2 不同抚育技术对杉木幼树生长的影响

杉木幼树生长状况取决于林地的水分、养分和光照条件等。从表 2和表 3可以看出, 不同抚育技术对杉木生长有一定的影响, 但在不同时期内, 其影响程度则有所不同。从树高和抽梢高来看, 基本上表现出块状抚育 > 全垦抚育 > 带状抚育 > 劈草抚育 > 不抚育的趋势, 并且在后期更为明显; 从地径来看, 则基本上表现出全垦抚育 > 块状抚育 > 带状抚育 > 劈草抚育 > 不抚育的趋势。造成这种差异的原因可能是块状抚育为杉木提供了侧方遮荫, 微弱抑制杉木的侧枝生长, 从而有利于树高生长的缘故。经方差分析结果表明, 杉木的树高和抽梢高至第4次测定(1998-09)才有显著差异, 而地径在实施试验后各时期表现出从显著至极显著差异水平。这说明不同抚育技术对杉木生长有一定的影响, 并具有积累效应。此外, 也说明抚育技术对地径的影响大于树高。对1998-09的测定结果经多重比较表明, 只有块状抚育与不抚育在树高生长上有显著差异; 块状抚育、全垦抚育、带状抚育和劈草抚育分别与不抚育在抽梢高上有显著差异; 块状抚育、全垦抚育和带状抚育与不抚育以及全垦抚育与劈草抚育在地径有显著差异; 其他均未达到显著差异。这表明除了不抚育外, 其他4种抚育技术均能有效地促进杉木生长, 它们之间并没有多大的差异。

3.3 不同抚育技术对杉木幼林群体结构的影响

众所周知, 凡是同龄、同一自然发育体系生长发育正常的林分, 林木株数频率按大小分配, 应该都呈正态或近似正态分布(郑松发等, 1997;1998)。然而, 由于不同的人为抚育技术的介入, 必然影响到杉木对生长空间或养分的竞争状态, 在杉木幼林期, 主要表现为杉木与林地植被的竞争, 杉木群体自身内部的竞争是次要的或几乎没有, 因为一般杉木幼林郁闭至少需要3~4 a的时间。当天然更新的林地植被对杉木群体竞争激烈时, 杉木个体的生长发育便受到抑制而出现细小的个体占大多数, 这时分布曲线便由近似正态分布变为顶峰左偏的曲线, 即成为左偏群体。与此相反, 杉木群体高大的个体占大多数, 即成为右偏群体, 至少成为正态或近似正态分布群体。因此, 通过对某一生长指标的测定, 并计算杉木群体对于正态分布的偏离程度, 便能检测出林地植被对杉木生长空间或养分的竞争情况和杉木所表现出的生态学特性。

从表 4、5和6可看出, 高大的杉木个体数从块状抚育至不抚育呈递减趋势, 而细小的杉木个体数则呈递增趋势。从杉木幼林群体高度频率分布来看, 不同抚育技术下的杉木群体树高频率分布均符合近似正态分布, 但块状抚育和全垦抚育的杉木群体呈现轻度右偏群体, 而其他3种抚育技术呈现轻度的左偏群体, 其中不抚育的杉木群体偏离正态分布相对较大。从地径频率分布来看, 全垦抚育和不抚育的杉木群体不符合正态分布, 即严重左偏或右偏群体; 而其他3种抚育技术则符合正态分布, 但块状抚育的杉木群体呈现轻度右偏群体, 而带状抚育和劈草抚育则呈现轻度左偏群体。这说明不同抚育技术对杉木群体结构有一定的影响, 但以对地径结构的影响较大。

3.4 不同抚育技术对杉木幼树生物量及其结构的影响

不同抚育技术的杉木幼树单株生物量整理见表 7。从表中可看出, 4种抚育技术由于不同程度地减少林地植被对杉木生长的竞争, 导致杉木单株生物量均高于不抚育, 块状抚育、全垦抚育、带状抚育和劈草抚育的总单株生物量分别为不抚育的3.46、3.40、3.15和1.11倍。地上和地下部分的生物量与总单株生物量呈相同趋势变化。从干、皮和根桩生物量来看, 均表现出块状抚育 > 全垦抚育 > 带状抚育 > 劈草抚育 > 不抚育; 从枝、叶和粗根生物量来看, 基本上呈现出全垦抚育 > 带状抚育 > 块状抚育 > 劈草抚育 > 不抚育的趋势; 而细根生物量则呈现出块状抚育 > 带状抚育 > 全垦抚育 > 劈草抚育 > 不抚育; 造成这种各器官生物量在不同抚育技术中的差异, 可能有如下原因: (1)林地植被的不同程度地有效控制, 减少对杉木生长的水分、养分和光照条件的竞争, 有利于杉木生长; (2)由于不同抚育技术的抚育空间(包括地上和地下空间)存在明显差异, 全垦抚育大于带状抚育, 带状抚育又大于块状抚育, 这样全垦抚育的光照条件和土壤营养空间较带状抚育优越, 带状抚育又优越于块状抚育, 造成全垦抚育有利于杉木的侧枝和粗根生长, 提高枝、叶和粗根的生物量; 而块状抚育由于有适度保留林地植被的侧方遮荫, 抑制杉木的侧枝和粗根的生长, 从而有利于树高和细根的生长, 提高其生物量; (3)劈草抚育虽然通过抚育扩展了地上生长空间, 但由于劈草后, 林地植被快速萌蘖成丛, 造成杉木与林地植被在地下空间产生激烈的竞争, 也不利于杉木生长。

从生物量结构分配来看, 劈草抚育和不抚育的杉木地下部分生物量所占比例较其他3种抚育技术大, 而地上部分则较它们小; 块状抚育、全垦抚育、带状抚育、劈草抚育和不抚育的根/茎比分别为0.1992、0.1931、0.1673、0.3575和0.2680。这可能是劈草抚育和不抚育的杉木对地下营养空间激烈竞争的一种适应现象。从干、皮、枝和叶生物量所占比例来看, 除了块状抚育的杉木干大于叶之外, 各种抚育技术均呈现出叶 > 干 > 枝 > 皮的趋势。这说明不同抚育技术对杉木生物量结构有一些影响, 而且适度的抚育有利于杉木干比例的增加。此外, 还可看出, 不抚育情况下, 杉木当年生的叶和枝比例有明显的下降。

从不同抚育技术来看, 中度和强度抚育的杉木干、枝、叶、粗根、当年生枝和当年生叶所占比例大于弱度和不抚育的趋势, 而皮、根桩和细根则呈相反趋势。这也说明抚育技术对杉木幼树生物量结构有一定影响。

4 小结

块状抚育和全垦抚育有利于提高杉木的保存率, 它们分别是98.67%和98.61%。而不抚育的杉木保存率则较低, 仅为80.12%。方差分析结果, 不同抚育技术的杉木保存率确实存在极显著的差异, 这说明抚育技术对杉木保存率有较大的影响。

不同抚育技术对杉木生长有一定的影响, 但在不同时期内, 其影响程度则有所不同。树高和抽梢高基本上表现出块状抚育 > 全垦抚育 > 带状抚育 > 劈草抚育 > 不抚育的趋势, 并且在后期更为明显; 地径则基本上表现出全垦抚育 > 块状抚育 > 带状抚育 > 劈草抚育 > 不抚育的趋势。经方差分析结果表明, 杉木的树高和抽梢高至第4次测定(1998-09)才有显著差异, 而地径在实施试验后各时期表现出从显著至极显著差异水平。这说明不同抚育技术对杉木生长有一定的影响, 并具有积累效应。同时也说明抚育技术对地径的影响大于树高。多重比较表明, 除了不抚育外, 其他4种抚育技术均能有效地促进杉木生长, 它们之间并没有多大的差异。

不同抚育技术下的杉木群体树高频率分布均符合近似正态分布, 但块状抚育和全垦抚育的杉木群体呈现轻度右偏群体, 而其他3种抚育技术呈现轻度的左偏群体, 其中不抚育的杉木群体偏离正态分布相对较大。全垦抚育和不抚育的杉木群体地径不符合正态分布, 即严重左偏或右偏群体; 而其他3种抚育技术则符合正态分布, 这说明抚育技术对杉木群体结构有一定的影响, 尤其是对地径结构的影响较大。

块状抚育、全垦抚育、带状抚育和劈草抚育的总单株生物量均高于不抚育, 分别为不抚育的3.46、3.40、3.15和1.11倍。地上和地下部分的生物量与总单株生物量呈相同趋势变化。从生物量结构分配来看, 劈草抚育和不抚育的杉木地下部分生物量所占比例较其他3种抚育技术大, 而地上部分则较它们小; 块状抚育、全垦抚育、带状抚育、劈草抚育和不抚育的根/茎比分别为0.1992、0.1931、0.1673、0.3575和0.2680。这可能是劈草抚育和不抚育的杉木对地下营养空间激烈竞争的一种适应现象。从不同抚育技术来看, 中度和强度抚育的杉木干、枝、叶、粗根、当年生枝和当年生叶所占比例大于弱度和不抚育的趋势, 这说明抚育技术对杉木幼树生物量结构有一定的影响。