在目前我国经营的人工林中, 大径材的不足, 已严重制约了胶合板等相关工业的持续稳定与社会经济的发展。如何集中投入资金和技术, 在相对短的时间内从有限的土地上获取数量可观的优质大径材?是一个值得研究的问题。

浙江省地处我国东南沿海, 江河湖泊众多, 钱塘江、瓯江等8大水系及人工开挖的大运河、平原湖泊、水库遍布全省, 山地洪积物、河流冲积物和河湖沉积物在河谷平原与水网平原形成了24.35×10⁴hm²河滩潮土资源, 其特点是:土层深厚、地下水丰富、质地疏松, 有潮汐现象与潴育作用, 因常遭洪水冲刷淹没而成荒滩。而这些特点却是杨树生长的良好条件, 如何利用这些劣质土地培育优质大径杨木, 进行产业化培育经营, 具有非常广阔的前景。本文根据浙江省“八·五”、“九·五”重大项目、国家“九·五”攻关专题部分内容试验结果, 就产业化经营过程中新无性系引选、主要立地制约因子、密度与林分工艺成熟年限、边行“优势配置式”造林、复合轮伐期经营、节痕控制技术及配套优化栽培模式等技术关键作一研究总结, 为大面积营造杨树优质大径材基地提供科学依据。

1 试验条件与研究方法

主要试验林设在浙江省富阳市建设村、游泳场、何埭、石羊、江丰、新桐, 桐庐县七里垅、姚村、分水、窄溪, 上虞市七六丘、八四丘等地。属中亚热带向北亚热带过渡的季风型气候区, 年均气温16.1 ℃、地温19.1 ℃, 年均降雨量1462.6 mm, 相对湿度80%, 年日照1995 h, 无霜期232 d。土壤质地为轻壤~砂壤, 地下水位0.3~2.8 m, pH值5.7~6.1, 有机质820~2480 g·kg^-1, 全N 20~150 g·kg^-1, 速N 88.6~182 mg·kg^-1, 全P 34~46 g·kg^-1, 速P 2~9 mg·kg^-1, 速K 28~86 mg·kg^-1。

选择代表性的江河滩地营建各类试验示范林243.1 hm², 采取田间试验设计与典型调查相结合, 包括291个固定样地, 42个临时样地。试验设计利用随机区组、多次重复, 根据林分生长收获模型、经营模型, 进行投资效益、产量估计、动态经济分析, 利用层次分析法和多目标决策的相对系数法优化。

2 试验研究结果 2.1 优良无性系引进

引种是获取优良杨树品种周期短、见效快、最经济的方法。20世纪80年代浙江省成功地引种了I-72杨、I-69杨和I-63杨, 取得了较高的效益。但I-63杨和I-69杨是花叶病病毒的高感品种, 感病时产量一般要降低30%~50%, 且扦插和造林成活率低, 又易遭风折; I-72杨侧枝粗壮, 干材率仅为78%, 影响了木材利用。加上多年来造林多以I-69杨为主, 形成了杨树人工林品种单一的局面。从1990年开始, 我们首先从江苏引进I-13杨、JP7杨和NL-80351杨等6个无性系, 特别是I-13杨(Populus deltoides CL‘35/66’)已成为我省江滩地造林的主栽品种。1994年又从山东和南京引进14个无性系, 1997年从中国林科院引进75个无性系。试验结果表明:4 a生102/74杨、S307-26杨、S371杨和39/61杨比对照I-69杨胸径增长6.8%~25.6%, 树高增长2.7%~9.5%, 材积增长20.1%~66.5%。尤其是102/74杨比目前在我省表现最好的I-13杨材积增长13.9%。且这几个品种树干通直、侧枝分展明显、分枝少而粗壮, 适合培育大径材。随着新的杨树无性系不断涌现, 为大径材模式栽培和多品系造林创造了良好条件。但进一步的引选工作尚待深入, 必须从产量、木材材性和抗性等方面综合考虑。

2.2 制约杨树生长的主要立地因子

在相同或相似的气候范围内, 大径材定向培育能否成功, 很大程度上取决于立地土壤条件。优势树高是评价立地质量的一个重要指标, 根据165块标准地的调查资料比较拟合得年龄—树高生长模型(1)和林分优势木平均树高与林分平均树高的经验公式(2)。因培育目标的不同, 其采伐年龄也不一样, 由于杨树的前期速生特性, 树高连年生长量一般5 a达到最大, 6 a年已趋于稳定, 变异系数不大, 因此选定6 a为基准年龄并编制杨树立地指数表。

(1)

(2)

对每个标准地进行立地土壤因子的调查, 并从中选择6个主导因子, 利用数量化理论I方法建立林木生长与立地因子间的数量化数学模型, 计算各因子在林木生长中的得分, 编制浙江省滩地杨树数量化地位指数得分表。计算各项目因子的得分范围和贡献率, 可比较各项目对树高的影响程度。从表 1可以看到, 土壤容重、管理水平(强、中、弱)、全N位居前3位, 对树高生长影响程度最大, 地下水位也是影响之主要因子, 水淹程度虽影响较小, 但每年1~2次水淹有利于生长, 这与江滩地的水淹特性有关, 每次水淹能淤积一定的泥沙, 从而增加土壤肥力之故。

2.3 密度效应规律 2.3.1 密度与林分工艺成熟的年限

通过对全省139块杨树标准地的调查, 利用立地指数替代优势高进行拟合认为, 可采用模型(3)、(4)。

(3)

(4)

式中, N为每hm²栽植株数, L为立地指数, A为年龄。

运用上述模型能够较为准确地快速预测某一立地条件下不同造林密度的胸径和蓄积生长情况, 从而确定培育目标和经营措施。国家标准规定胶合板材的小头直径必须≥26 cm, 材长L不得短于2 m, 由此可根据绝对削度公式, 得 =26.85 cm, 即 =26.85 cm时林分达到大径材工艺成熟年限。从大量的密度试验材料得出表 2结果:高密度(1111株·hm^-2) 12 a生林分都还达不到大径材工艺成熟, 立地指数越高工艺成熟龄越小, 工艺成熟龄随密度的降低而减小。

2.3.2 密度与大径材产量及出材率

密度大小对大径材的产量和出材率有显著影响, 但在不同立地及不同年龄作用方式不同。由表 3不难看出, 当立地指数为12、14时, 林分的大径材产量及出材率都随密度的增大而减少; 而当立地指数为16、18时, 在一定密度范围内, 大径材产量随密度的增大而增加, 出材率基本相近, 约为50%上下。同时, 林分年龄对大径材产量的影响很大, 说明选择适当的轮伐期也十分重要。

2.4 进行优势及“优势配置式”造林 2.4.1 边行优势效应

通过调查研究表明:不同密度、不同林龄I-13杨林分中边行木与林木在胸径、冠幅生长上具极明显的差异(图 1、2), 但在高生长上差异不显著。胸径、冠幅的边行生长优势随林分密度的增大而增大, 8 a生时, 密度为208株·hm^-2的林分, 边行胸径和冠幅生长要比林分分别高出3.5%和16.2%, 而密度为1111株·hm^-2的林分, 边行木则要比林分的生长分别增加58.8%和51.6%。边行所处的4个不同方位中, 以东方位的边行生长优势最大, 北方位最小, 西方位和南方位的边行生长优势居中, 但任何方位的边行生长势都随密度的增大而增高; 不同密度的林分, 边行优势出现的时间不同, 密度越大, 出现的时间越早。

2.4.2 “优势配置式”造林

把上述这种边行优势的特点应用到大径材定向培育中, 使林分中的栽植行变成边行, 使每一株林木都具有边行优势的生长条件, 采用非均匀配置设计即“优势配置式”造林, 可获得更快的群体生长速度。

根据修正后的乌道特公式(5)确定杨树大径材的造林密度应控制在238~278株·hm^-2之间。经调查总结“优势配置式”

(5)

具体可分为: (1)单行非均匀配置, 株距3.0~5.0 m, 行距7.0~12.0 m; (2)双行非均匀配置, 株距3.0~5.0 m, 1、2行行距3.0~5.0 m, 2、3行行距10.0~24.0 m; (3)或初植造林密度增加1倍, 4 a生时间伐50 %, 即造林密度476~556株·hm^-2。配置上株距1.5~2.0 m, 1、2行行距2.0~3.0 m, 2、3行行距6.0~12.0 m; (4)防护林带走向以南北向为主, 配置上单行株距为2.5~4.0 m, 双行可用行距4.0~6.5 m, 三角形配置。

2.5 复合轮伐期经营技术

小径材短轮伐期人工经营导致大径材减少, 存在地力和林木生长潜力浪费大, 间伐作业经营强度大, 可操作性差等诸多问题, 为此提出了复合轮伐期经营的思路。所谓复合轮伐期, 就是两个小径材短轮伐期与一个大径材长轮伐期的复合。在集约经营的人工林小径材生长到一个基准年龄(如杨树纸浆林短轮伐期6 a)时, 保留少量优势木继续生长, 其余林木采伐作为造纸原料, 随即在采伐迹地上再造纸浆林, 待再生长到基准时, 与保留木一起采伐, 采伐的保留木作为胶合板材, 2次营造的林木采伐后仍作为造纸原料。

富阳潘家村(立地指数16) 3种作业状况研究表明(表 4) :12 a生杨树复合轮伐期经营能够获取最大的木材数量和最佳的投资效益, 其中净现值NPV是单一短轮伐期的1.3倍, 间伐作业长轮伐期的5.1倍, 效益投资比也分别提高了21.7%和162.0%。

2.6 节痕控制技术

生产杨木胶合板所用原木规格虽各厂家不完全相同, 国标为2 m段小头直径≥26 cm, 我省目前小企业应用的原木要求小头直径在18 cm以上, 长度为1 m、1.3 m、2 m、2.6 m不等, 但对质量的要求是一致的。各生产企业都根据实际需要制定出收购杨木等级标准和价格标准, 其价格差异往往比较大。而节痕是影响杨木质量最主要因子, 如何有效地控制杨木枝条的节痕和减少虫眼是提高杨木质量的关键技术之一。

2.6.1 造林方式对杨木枝节生长的影响

试验表明:萌蘖造林前期高生长迅速, 当年生萌条高达4.8 m, 3 a生林分平均力枝高达4.3 m, 枝下高3.8 m。2根1苗(春季将1 a生苗在圃地直接平桩育成的2 a生树根1 a生苗木)往往侧枝形成较晚, 且高达4.5 m以上, 造林后表现出第1轮力枝的萌生高度较其它方式要高, 3 a生林分平均枝下高为3.4 m。因此萌蘖造林、2根1苗和前面已述的“优势配置式”造林及复合轮伐期经营等4种方法在培育大径材中很有意义。

2.6.2 修枝技术

修枝工作量大, 技术复杂, 效果如何与无性系、林木年龄、修枝时间、修枝强度和修枝方式密切相关。

无性系:研究表明, 目前大面积推广种植的I-69杨、I-72杨、I-13杨等无性系有明显的轮生性, 每年基本上发生大侧枝1轮约5~6根, 形成活节。但I-214等欧美杨无性系及青杨派与黑杨派的杂种后代NL-80105、NL-80106等每年形成的1轮大侧枝粗度较小, 且2轮大侧枝之间往往形成很多的小枝。

起始年龄与季节:修枝的起始年龄应在第1轮侧生枝着生的树干达到旋切机不能再加工时的粗度为起始修枝时间, 一般为5~6 cm。前人的研究认为修枝应在林木的休眠季节进行(孙时轩, 1992)。但我们的研究结果(方升佐, 1999)也表明, 杨树修枝以早夏或中夏为好, 此时修枝, 在伤口周围形成的不定芽不易发育小枝; 而休眠期修枝, 当伤口愈合后, 产生的不定芽形成大量小枝。这可能是由于在生长季修枝, 树木已开始旺盛生长, 体内激素大量集中于顶端, 伤口处激素较少, 从而使不定芽和小枝明显减少。

修枝方式:采用等高和等径修枝方法的3 a生林分平均枝下高为6.3 m以上, 而采用常规修枝措施的平均枝下高仅为4.5 m, 为前两者的70%, 即应用等高、等径修枝后可提高30%无节杨木。

2.6.3 虫眼控制技术

天牛是危害杨树的最主要的蛀干害虫。经调查表明, 除品种的差异外, 品系单一、林地卫生条件差是诱发虫害的主要因素。I-13杨的虫株率要比I-72杨低26%, 多无性系混栽与其它单一无性系造林相比, 虫害发生率明显下降, 比单一无性系中表现最好的I-13杨降低了15个百分点(图 3)。因此对虫害的控制应以预防为主, 选择抗性品种和多品系造林。

综上所述, 只有通过上述合理的造林方式(4种)、科学的修枝技术和重视虫眼控制, 才能有效地控制节痕, 培育出优质无节大径材, 提高一等材比率。

2.7 合理轮伐期的确定

此次研究在全面分析成熟龄的基础上(包括数量成熟、工艺成熟和经济成熟), 提出符合培育目标和经济效益高的轮伐期。杨树人工林的生长与收获采用本项目研制的立地质量评价模型、经营模型和胶合板材出材量模型。分别模拟了32种常见栽培模式下的林分生长与收获, 共选用32块样地材料, 立地指数为12~18。林分数量成熟龄按林分材积平均生长量最大时的年龄确定; 工艺成熟龄根据国标规定胶合板材小头直径≥26 cm, 材长L不短于2 m, 即林分平均胸径达到26.85 cm时的年龄确定; 经济成熟龄采用贴现法, 按净现值最大时的年龄确定, 同时参考内部收益率IRR和效益成本比BCR, 贴现率采用6.2%。技术经济参考, 根据木材价格、营林投入和各种税费确定。

研究结果:6 a生, 各指数级都以小径材出材量为多, 极大多数林木尚未达到工艺标准; 到9 a生, 12、14指数级以中径材出材量居多, 16、18指数级中低密度模式(208、278株·hm^-2)大径材比例激剧上升, 等到12 a时, 12、14指数级还是以中径材为主, 高密度林分大径材出材量几乎为零, 只有低密度林分才有40%上下的大径材, 而16、18指数级小径材比例很小, 278株·hm^-2和208株·hm^-2密度的林分产出则以大径材为主。可见, 要培育大径材必须选择16指数级以上的立地, 以大株行距模式经营; 12、14指数级提倡以培育小径材纸浆林为主, 建议高密度经营。

NPV和BCR确定经济成熟的趋势基本一致, 都表现为成熟龄到来晚。内部收益率随时间序列, 密度大的影响最大, 立地次之。经济最优轮伐期是NPV、IRR和BCR最大时所对应的轮伐期, 以净现值最大确定的最优轮伐期, 体现着此时单位效益增长率, 等于折现率。只有当林分的单位材积增长率高于折现率时, 该林分继续保存才有价值。经分析, 将常见模式各立地的材种目标及合理轮伐期确定表 5。即12指数级培育小径材的轮伐期为13~14 a; 14指数级培育中小径材的轮伐期为12~13 a; 16指数级培育大中径材的轮伐期为12~13 a; 18指数级培育大径材的轮伐期为11~12 a。

2.8 优化栽培模式

本项研究的最终目标是要提出培育优质大径材杨木的优化模式。但模式化栽培是一项复杂的系统工程, 可划分为林木、环境和栽培措施3个系统, 只有达到各个系统间的优化与协调, 才能极大限度地提高林分生产力和经济效益, 通过以上7个方面的研究提供的结果, 应用“双维系统法”对I-13杨大径材的模式栽培进行了系统研究, 建立了立地质量评价模型、经营模型、大径材出材量模型; 并在此基础上, 以模式的平均净收量、单位面积蓄积量、造林密度、综合经营水平、间作年限、胶合板材出材率为目标, 利用层次分析法和多目标决策的相对系数法进行优化, 得出了10套优化栽培模式(表 6)。同时提出了主伐年龄时的主伐量、材种出材率和NPV、BCR及IRR3大经济指标。

从优化栽培模式看来, 12指数级立地条件只适合于培育小径材, 勉强培育中径材, 否则不仅轮伐期要推得很迟, 经济上也不合算; 同样, 14指数级只适合于培育中小径材, 勉强可培养一部分大径材; 16~18指数级适合培育大径材, 大径材比率高达50%以上, 年均净收益3638~4672元·hm^-2, 效益投资比达17.47~22.8, 内部收益率为40.9%~44.7%。

3 讨论

我国东南沿海是杨树南方型无性系栽培的丰产区或亚丰产区。仅浙江省山地沉积物、河流冲积物和江湖沉积物在河谷平原和水网平原形成了24.35×10⁴ hm²的河滩潮土资源, 另有滨海盐土10.9×10⁴hm², 潮滩盐土28.9×10⁴hm²。这些土地资源都呈沙性, 普遍具有土层深厚、透气性好、地下水位丰富的特点, 是发展杨树的理想场所。据调查, 全省各地适宜栽培的土地资源合计8.35×10⁴hm², 另还有大量的原用于农作物的低产滩涂地和结合平原农田防护林建设用地, 可谓得天独厚的自然资源条件, 为大面积杨树大径材产业化栽培提供了极大的潜力。

本研究解决的关键技术因投资省、操作性强, 群众乐于接受, 故在研究过程中已大面积推广。其中仅浙江省就已达3850 hm², 按2500 hm²速丰林计, 至一个轮伐期(12 a)结束可生产大径材24.9×10⁴m³、中径材24.6×10⁴m³、小径材4.2×10⁴m³, 总产值3.5×10⁸元。全省拥有各类杨木加工厂至少200多家, 仅嘉善一个县就需要3.5×10⁴~4.0×10⁴hm²的基地, 才能维持其正常运转。可以说已形成了一个杨树栽培、加工利用的良性循环新格局, 具有极为广阔的推广应用前景。

产业化经营杨树大径材, 除前述8大关键技术外, 尚需有关生产管理部门制定相应的产业化政策, 并注重: (1)加强宣传、科学规划, 提高群众对杨树的全面认识。(2)定向培育与加工并举, 充分提高杨木的利用价值。从目前的利用现状看, 大径无节材用于胶合板面板; 大径次材用于胶合板背板或蕊板; 中径材用于包装用材; 小径材或采伐剩余物用作纤维原料。只有就近加工, 才能获取较高的经济效益。(3)探讨工业用材林基地采伐限额单项管理和林业规章类收费优惠政策, 开辟杨木产业更大的发展空间。