杉木(Cunninghamia lanceolata)是中国南方最重要的速生优良用材树种。随着杉木造林面积的扩大, 连栽面积和代数的增加, 出现了明显的杉木人工林地力衰退现象(盛炜彤, 1995; 杨承栋, 1997)。尽管我国关于杉木不同连栽代数土壤及林木生产力的研究报道较多(方奇, 1987; 俞新妥等, 1989; 张其水等, 1992; 杨玉盛等, 1998, 2001; 马祥庆等, 2000; 俞元春等, 2000), 但大多采用“以空间换时间”的临时样地法, 得出的结论说服力不强(Evans, 1999)。有鉴于此, 本课题组在世界林业研究中心等机构的资助下, 于1996年起, 在福建省南平峡阳国有林场一片29年生的1代杉木人工林采伐迹地上, 开展不同立地管理方式对2代杉木人工林生长等方面影响的长期定位研究。课题组对1代试验林生产力(应金花等, 2001a)和土壤肥力(翁贤权等, 2001)及立地管理措施对2代1~5年生杉木林生长(杨旭静等, 1999; 范少辉等, 1999, 2002, 2006; 林光耀等, 2001; 何宗明等, 2002, 2003; Fan Shaohui et al., 1998, 2000)和某些土壤性质影响(应金花等, 2001b)的试验结果曾作过报道。

1 试验地概况

试验地位于福建省南平峡阳国有林场, 详见文献(范少辉等, 2006)。

2 研究方法 2.1 试验设计

采用完全随机区组设计设置试验地, 详见文献(范少辉等, 2006)。

2.2 处理方法

第1代杉木林采伐后, 于1997年1月安排5种采伐剩余物的处理试验, 详见文献(范少辉等, 2006)。

2.3 栽培管理措施

1997年2月营造第2代杉木林, 栽培管理措施详见文献(范少辉等, 2006)。

2.4 调查项目和方法

试验林调查的具体项目和方法详见文献(范少辉等, 2006)。2003年1月调查时试验林为6年生。利用第1代林分各区组的优势木解析木的树高生长过程资料, 拟合Sloboda多形地位指数曲线模型(惠刚盈等, 1996), 再由多形地位指数曲线模型计算第1代和第2代杉木林分的地位指数。

杉木生物量增长调查:每年砍伐一定数量的标准木进行生物量测定, 并每年建立1组生物量模型用于生物量估算, 详见文献(范少辉等, 2006)。

3 结果与分析 3.1 Sloboda杉木多形地位指数曲线模型的建立

采用第1代林分20株杉木优势木解析木的树高生长过程资料, 拟合Sloboda多形地位指数曲线模型:

(1)

(2)

(1) 和(2)式分别是Sloboda多形地位指数曲线模型的数学表达式和BASIC语言表达式, H为优势高, SI为地位指数, A为年龄(林龄), 基准年龄为20 a, e为自然对数的底(其值约为2.718 282), 拟合结果: d=278.046 3, b=0.361 307 9, c=0.207 516 6, 样本数n=580, R²=0.958 4。

3.2 造林后6年杉木生长量

利用1998年至2003年的每年1月调查的杉木各器官生物量和单株材积测定数据, 建立回归方程(表 1)用于预测杉木生物量和材积的生长量。

造林后6年各试验小区杉木生长状况见表 2。

由于第Ⅲ区组土壤肥力较差等其他的一些原因, 杉木生长状况与其他3个区组的差距较大(表 3), 为了尽量减少立地因子等干扰因素, 准确评价不同处理对杉木生长的影响, 第Ⅲ区组试验数据不参与比较(表 4)。

从表 4可知, 不同处理林地间1代杉木地位指数差异很小, 这样不同处理的试验结果就有了一定的可比性。从各生长量指标看, 处理后6年BL₃(采伐剩余物加倍)处理杉木生长均为最好; BL₁(全树收获)处理除了树高最低、优势木平均高处于第3位外, 其余指标均处于第2位; SB(炼山)处理则除了优势木平均高最低外, 其余指标均处于第3位; BL₂(不炼山)处理除了胸径最低外, 其余指标均处于第4位; BL₀(收获地上所有有机质)处理除了树高和优势木平均高均处于第2位、胸径处于第4位外, 其余指标均最低。但是, 方差分析表明, 任何两两处理间的杉木生长指标均未达到差异显著水平(P=0.05)。

处理后6年, 5种处理的第2代杉木林中, BL₃(采伐剩余物加倍)处理和BL₀(收获地上所有有机质)处理地位指数略有上升, 分别上升0.56和0.27, 而其余3种处理地位指数则略有下降, BL₁(全树收获)处理、SB (炼山)和(不炼山)处理分别下降0.39、0.45和0.63;但处理间的地位指数改变值均未达到差异显著水平。

BL₃(采伐剩余物加倍)处理最有利杉木的生长, 可能是因为大量的采伐剩余物的覆盖抑制了地被物的生长, 使杉木受到的生长竞争最小, 同时有利于林地土壤水分的保持, 采伐剩余物的分解还能归还大量养分, 提高了土壤的pH值, 改善土壤的肥力状况。BL₀(收获地上所有有机质)处理的杉木在前4年得到较好的生长, 可能是清理干净的林地减少了植被的竞争, 对早期杉木的生长有利, 但它使土壤养分输出而损失、土壤酸度增加(应金花等, 2001b), 不利于地力的长期维持, 到了第6年除了树高和优势木平均高外, 其余生长量指标均最低或次低。SB(炼山)处理的杉木生长量比BL₂(不炼山)的稍大, 这可能是因为炼山使土壤速效矿质养分大量增加, 从而有利于早期的杉木生长, 但它们之间的差异未达到统计上的显著水平。BL₁(全树收获)处理在前3年所有生长量指标均最低, 其原因可能与其植被生长旺盛、竞争能力较强从而抑制杉木生长有较大关系, 但在第4年地径和优势木平均高上升至第4位, 而第5年除了树高、单株总生物量和单株材积仍旧维持最低, 地径和胸径仍旧维持在第4位外, 优势木平均高上升至第2位, 第6年除了树高仍旧维持最低、优势木平均高降到第3位外, 其余指标均上升到第2位。

试验前不同处理的土壤肥力是不同的(尽管没有显著差异), 这必然对试验结果造成一定的干扰。土壤有机碳含量是土壤最重要的肥力指标之一。试验前BL₃处理的0~10 cm层次土壤有机碳含量最高(3.47 %), 而BL₂处理的最低(2.84 %) (表 4)。试验前土壤肥力最高的试验地被安排了最好的处理(BL₃), 当然其杉木生长也最好; 而土壤肥力最低的试验地虽然被安排了次好的处理(BL₂), 但由于土壤本底条件差, 杉木没有表现出期望的高生长量。

4 结论与讨论

综合杉木各生长指标看, 处理后6年BL₃(采伐剩余物加倍)处理杉木生长最好, 其次为BL₁(全树收获)和SB(炼山)处理, BL₂(不炼山)和BL₀(收获地上所有有机质)处理杉木生长最差。但它们之间的差异均未达到统计上的显著水平。

处理后6年, 第2代杉木林地位指数与各自的前茬相比, BL₃(采伐剩余物加倍)处理和BL₀(收获地上所有有机质)处理地位指数略有上升, 分别上升0.56和0.27, 而其余3种处理地位指数则略有下降, BL₁(全树收获)处理、SB(炼山)和(不炼山)处理分别下降0.39、0.45和0.63;但各处理间的地位指数改变值的差异均未达到显著水平。

试验前土壤肥力最高的试验地被安排了最好的处理(BL₃), 当然其杉木生长也最好; 而土壤肥力最低的试验地虽然被安排了次好的处理(BL₂), 但由于土壤本底条件差, 杉木没有表现出期望的高生长量。从试验数据来看, 土壤肥力低的试验地地位指数的下降更大些, 也就是说, 土壤肥力低的试验地可能更容易出现杉木连栽地力衰退现象。

幼龄期杉木的生长除了受土壤肥力影响外, 受到植被竞争、抚育管理措施等的影响较大。所以, 不同立地管理措施对杉木生长的长期影响需要观测更长时间(10年或15年以后)才能得出较为可靠的结论。