1989~1991年在安徽省怀宁县南埂林场营造项目杨树试验林220 hm², 根据杨树的生长特点及当地经济的要求现已进入主伐利用阶段。目前长江滩地杨树主伐年龄的研究仍是空白。确定林分的主伐年龄要综合考虑数量成熟、工艺成熟和经济成熟等多种因素(盛炜彤等, 1991; 丁贵杰等, 1997; 刘建国等, 1990)。本文以南埂林场为试点, 从上述3方面因素入手, 探讨长江滩地杨树适宜的主伐年龄。

1 试验地概况

试验地位于安徽怀宁县海口镇南埂林场长江北岸滩地, 东径117°, 北纬33°; 属北亚热带季风气候区。1989~1997年该地年无霜期244 d, 平均气温16.7℃, ≥10℃积温5 366℃, 降水量1 460 mm, 主要集中在4~8月; 土壤为冲积潮土属, 沙泥土属, 沙心沙泥土, 每年因洪水夹带淤积土壤厚度不等, pH值6.5~7;植被原以芦(Phragmites communis), 荻(Miscanthus sacchariflorus)为主, 现试验区林下常见莎草(Cyperus rotundus)、水芹(Oenanthe javanica)、益母草(Leonurus japonicus)、泥湖菜(Hemistepta lyrata)等。

试验区高程14~16.5 m, 造林时, 清除芦苇, 拖拉机翻耕, 按高程整地, 采用大苗(苗高 > 4.5 m, 地径 > 5 cm)栽植, 造林密度333株·hm^-2 (3 m×10 m)和278株·hm^-2 (3 m×12 m)。黑杨派南方无性系Ⅰ-69杨(Populus×euramericana cv.Ⅰ-69), Ⅰ-63杨(Populus×deltoides cv.Ⅰ-63), Ⅰ-72杨(Populus×deltoides cv.Ⅰ-72)混栽, 共计造林220 hm²; 每年退水后行间间种小麦、油菜, 连续间种4 a, 每年洪水季节江水淹没试验区, 1990~1998年间高程14.3 m, 年均淹水时间为51 d; 14.9 m为39 d, 15.4 m为29 d; 16.2 m为11 d。淹水最长时间为1998年, 14.3 m高程达108 d, 16.2 m为87 d。

2 研究方法 2.1 立地类型划分

长江滩地的环境特点是冬陆夏水, 杨树的适应性因淹水时间和淹水深度以及地下水位高低的不同而存在差异, 具体表现在其生长量上。据毛学政等人(1995)研究:滩面真高越高则淹水期越短, 故可把滩面真高作为滩地立地质量评价的主导因子来衡量。本实验区高程范围为14.0~16.5 m, 1990~1998年年均淹水时间, 高程≥15.0 m的基本上在1个月以内, 而 < 15.0 m的则在1个月以上, 故将高程≥15.0 m的定为高滩, < 15.0 m的定为低滩。

2.2 标准地设置

分别在高滩和低滩, 在各龄阶(4~12 a)的林分内, 设置面积为0.067 hm²的标准地各30块, 进行标准地常规检尺; 同时各选取11棵平均标准木(Ⅰ-69杨)进行树干解析并造材, 用高滩和低滩树皮系数将去皮材积换算成带皮材积, 获得平均标准木解析和造材数据132个。

2.3 标准木造材

按照表 1的标准, 对每棵解析木进行造材。

3 结果与分析 3.1 数量成熟龄的确定

林分平均因子预测模型为了研究杨树的各种成熟龄, 我们选用下列5种数学模型(刘财富等, 2000; 惠刚盈等, 1989) : (1) y=a+blnA; (2) y=a+bA+clnA; y=a+bA+cA²; y=a/ (1+be^-cA); y=a (1-e^-bA) ^c。式中, y为树高、胸径、材积; A为年龄; a、b、c为待定参数。

用上述5种模型分别拟合长江滩地杨树人工林林分平均胸径、树高和材积的生长过程。考虑到平均标准木可能存在偏差, 故拟合前对平均标准木进行校正, 即通过解析木材积和断面积与林分总断面积加权得到林分总蓄积, 然后除以林分株数得到林分平均单株材积, 以此作为拟合林分平均单株材积的原始数据。通过相关系数及残差平方和分析表明, 模型(1)的拟合效果最佳, 故采用(1)式。各林分平均因子预测模型的参数值及相关系数如表 2、3。

每公顷株数  由于管理较好, 每公顷活立木株数仍按造林时的密度不变, 高滩(3 m×12 m)和低滩(3 m×10 m)分别为278株·hm^-2和333株·hm^-2。

其它因子  用M=V×N式求得每公顷蓄积M, V为平均单株材积; 用Z_平=M/A求出平均生长量, A为年龄。将求出的各因子数值分别汇总成表 4。

由表 4知, 高滩杨树林分生长明显优于低滩, 二者的材积平均生长量最大值均在7 a, 但前者是后者的2倍多。根据数量成熟龄的定义知, 南埂长江滩地Ⅰ-69杨的数量成熟龄高滩和低滩均是7 a。

3.2 工艺成熟龄的确定

一元材积累积出材率回归模型建立根据132棵标准木造材数据, 编制各材种材积占带皮材积百分比和累积材积出材率原始表。根据这一原始造材数据, 用下列一元材积比方程拟合各材种累积出材率回归模型(孟宪宇, 1996) :y=b₁-b₂/D; y=b₁+b₂D-b₃D²。式中, y为累积材种出材率, D为胸径, b₁、b₂、b₃为待定参数。拟合结果分析表明, 胶合板材累积出材率方程为y=-91.553 2+9.125 0D-0.122 3D²  r²=0.96;火柴材累积出材率方程为y=104.614-296.781 9/D  r²=0.88。根据这一拟合结果, 在前面杨树林分生长过程表的基础上, 分别求得不同立地条件下各年龄阶段不同材种的出材率和相应的出材量(刘建国等, 1990; 孟宪宇, 1996)结果如表 5、6。

从表 5、6可以看出, 高滩和低滩杨树胶合板材工艺成熟龄在14 a时均未到达; 而火柴材工艺成熟龄则早于数量成熟龄和胶合板材工艺成熟龄, 分别是高滩5 a、低滩6 a; 经济材合计工艺成熟龄高滩8 a、低滩9 a, 这说明人工林成熟期要根据培育材积目标和立地条件来确定。

3.3 经济成熟龄的确定

根据当地木材市场行情, 小头直径16 cm以上、材长2.6 m或1.3 m的胶合板材, 350元·m^-3; 小头直径5~15 cm, 材长不限的火柴材, 200元·m^-3。营林成本3 360元·hm^-2 (包括造林、补植和主伐成本), 年管理费60元·hm^-2。

确定经济成熟龄的方法很多, 本文采用贴现法按净现值最大确定其经济成熟龄, 计算净现值的公式如下(刘建国等, 1990) :

式中, R_t为t年的收入, C_t为t年的费用支出, P为贴现率, t为收入与支出的发生年份, NPV为净现值。根据上式, 分别按不同的年贴现率计算高滩和低滩杨树在不同年龄收获时的净现值如表 7。

由表 7可知, 当P=6%时, 高滩13 a时达到经济成熟, 而低滩均尚未达到; 当P=8%时, 高滩和低滩均是在12 a时净现值最大, 即经济成熟龄为12 a; 当P=10%时, 高滩在10 a时净现值最大, 而低滩在11 a时净现值最大, 也就是说高滩经济成熟龄10 a, 低滩经济成熟龄11 a。

3.4 主伐年龄的确定

通过以上各种森林成熟的计算与分析, 其成熟龄变动于5~15 a, 在确定滩地杨树主伐年龄时, 应充分考虑高滩和低滩两种不同的立地条件, 确定培育目标, 依据“以工艺成熟为基础, 重点考虑经济成熟, 适当兼顾数量成熟” (盛炜彤等, 1991)的主伐年龄确定原则, 确定适宜的主伐年龄。

长江滩地是一种特殊的生境条件, 由于滩地高程的不同, 其立地条件不一样, 反映在杨树林木的生长能力也存在差异。由表 4知12 a生高滩杨树林分平均直径27.46 cm、平均树高22.25 m、平均单株材积0.461 6 m³; 而低滩杨树林分平均直径、平均树高、平均单株材积分别只有17.99 cm、17.42 m、0.165 7 m³。可见高滩适合营造宽株行距培育大径级的胶合板材; 而低滩则更适合营造大密度培育中、小径级的纸浆材或火柴材。表 7从经济角度也同样说明低滩经营胶合板大径材林是不合算的, 12 a主伐时两种贴现率时的净现值只有531.7~1 329.6元。

由表 5知高滩杨树胶合板材平均生长量在13 a以后增长趋于平缓, 31~14 a间只增长0.01 m³, 因此, 高滩杨树主伐年龄上限以14 a为宜, 结合表 7的经济成熟龄, 高滩杨树在10~14 a主伐, 不仅可以培育胶合板大径材, 而且还可以保证经济效益最高。

从表 6看出, 如果低滩杨树以培育中、小径级的纸浆材或火柴材为目的, 则其工艺成熟龄为9 a (累积经济材工艺成熟龄), 结合其经济成熟龄和数量成熟龄, 低滩杨树的主伐年龄确定为8~12 a较合理。

综上所述, 将南埂长江滩地Ⅰ-69杨树的主伐年龄定为高滩10~14 a、低滩8~12 a为宜。

4 结论与建议 4.1 结论

在所选的生长模型中, 模型(1) y=a+blnA拟合场杨树林分平均直径、平均树高、平均单株材积的效果最好, 以此模型分别建立高滩和低滩杨树林分生长过程表是可行的。

杨树是一种耐水耐湿适合长江滩地生长的速生树种, 影响杨树生长的重要因子是滩地的高程, 研究表明高滩(15.0~16.5 m)杨树比低滩(14.0~15.0 m)杨树生长更好。

采用一元累积出材率方程分别拟合胶合板材和火柴材的累积出材率方程, 结果为胶合板材:y=-91.553 2+9.125 0D-0.122 3D², r²=0.96;火柴材:y=104.614-296.781 9/D, r²=0.88, 在此基础上结合林分生长过程表编制滩地杨树出材量表是可行的。

森林成熟的种类很多, 计算方法、指标不同, 其结果也不同, 高滩和低滩杨树的数量成熟龄均是7 a; 工艺成熟龄胶合板材高滩和低滩在14 a时远未到达; 火柴材工艺成熟龄高滩为5 a、低滩为6 a; 10~13 a (P=10%、8%、6%)高滩经济成熟; 低滩11~12 a (P=10%、8%)时经济成熟。

本着“以工艺成熟为基础, 重点考虑经济成熟, 适当兼顾数量成熟”的原则, 将高滩和低滩杨树的主伐年龄分别定为10~14 a和8~12 a。

4.2 建议

滩地高程的不同, 林地的淹水时间长短、地下水位、土壤的淤积厚度不同, 立地条件差异较大, 因此, 在培育目标上建议高滩以培育大径级胶合板材为宜; 低滩以培育短轮伐期、高密度、中、小径级的纸浆材或火柴材为宜。

低滩的地下水位高, 是影响低滩杨树生长的重要因子之一, 建议在低滩杨树林内开沟沥水, 以便降低地下水位, 促进杨树林木的正常生长。