杉木人工林近自然經營技術的應用效果研究

林同龍

杉木人工林近自然經營技術的應用效果研究

林同龍

（南平市林業局，福建 南平 353000）

對杉木人工林開展近自然經營技術的長期定位試驗研究。通過對近自然經營后的林分樹種組成、植被多樣性、土壤肥力以及林分生產力的分析，結果表明：采用近自然經營技術后，杉木林分中嵌入了多種鄉土闊葉樹種，林地生物多樣性達74.3±4.0，比常規經營的提高了52.88%；土壤肥力得到了提高，表現在土壤水分物理性質和土壤交換性能得到了較大的改善，土壤養分含量有較大的增加；近自然經營法明顯促進了杉木的生長， 提高了林分生產力，17年生林分平均胸徑、平均樹高、單株材積、杉木蓄積和林分總蓄積量分別比常規法經營提高了9.24%～17.64%、8.61%～17.29%、27.94%～58.46%、2.38%～28.64%和8.63%～37.55%;立地條件越差，各效應指標改善的程度或增加的量的幅度越大。

近自然林業；杉木人工林；經營技術；應用效應

人工林是我國森林資源的重要組成部分。在我國林業可持續發展及森林分類經營戰略的指導下，解決人工林生態環境問題和實現林業的可持續發展，是森林資源培育的重要任務。20世紀80年代開始流行于歐洲并于20世紀90年代傳入我國的＂近自然林業＂理念兼顧森林保護和利用,即在保護森林生態持續健康的前提下讓人類能夠持久地獲取木材的一種森林經營模式[1]。在德國等歐洲國家的實踐證明，近自然林業經營是克服人工林地力衰退、多樣性低、穩定性差等缺點乃至提高林分的生產力與生態效益的有效途徑[2]。近自然林業理論產生至今已有100多年，但在我國真正開始應用到實際操作中的時間很短，許多經營方法和操作技術還處于不斷研究實踐當中[3]，因為近自然經營技術不是某一固定不變的模式，而是因區域、地理氣候、樹種、林分結構、培育目標而異，特別是在人工用材林上，近些年來，僅見在馬尾松、油松、桉樹等有關采用“近自然林業”的理論論述和建議[4-8]，而具體技術措施除本項目研究的幼林期階段性報道[9]外，未見報道。

杉木Cunninghamia lanceolata是我國南方最重要的造林樹種，是福建省造林面積最大的人工用材樹種。長期以來，杉木人工純林造成的地力衰退、生物多樣性下降、生態失衡以及經營過程中的水土流失等現象，嚴重阻礙了杉木的可持續發展，同時也對整個人類賴以生存的生態環境造成了諸多負面影響[10-11]。鑒于此，1994年起，該項目將“近自然林業”的經營思想應用于杉木人工林的經營之中并進行長期的定位觀測，探討近自然經營法的應用效果，摸索適合我國國情、可操作性強的杉木近自然經營技術措施，為杉木等人工林的持續經營提供理論和實踐參考。

1 試驗地概況

試驗地位于福建北部的松溪縣舊縣鄉林場，地 處 東 經 118°33′～ 118°55′， 北 緯 27°24′～27°51′，屬中亞熱帶海洋性季風氣候，地帶性的頂級植被為亞熱帶常綠闊葉林。年平均溫度 16.2 ℃，年平均相對濕度 84%，年平均降水量 l 890 mm，極端最低、最高溫分別為 -7.4℃ 和38.2℃。試驗地海拔高320 m，土壤為片麻巖發育而成的山地紅壤，土層厚度大于1 m。

試驗林地為該林場的45林班，3大班，1、4小班，面積28.2 hm2，前茬為次生天然林，于1994年采伐改造，跡地清理為不煉山帶狀整地，1995年春營造杉木，穴規格40 cm×40 cm×40 cm，造林密度為2 500株/ hm2。

2 研究方法

在試驗林分內，分別于不同立地類型上選擇同一水平帶、同一坡向，設置近自然經營法和常規經營法對比試驗樣地，樣地面積25.8 m×25.8 m，重復3次。其中，近自然經營法的具體措施是：以充分利用鄉土植物促進杉木的生長，并在最大程度上維護地力，以保證高效持續地發展杉木人工林為原則。經營時，只對杉木單株樹冠范圍內進行撫育，對其周圍影響杉木生長的草灌喬進行清除或打枝等，而不影響杉木生長的則任其自然生長。撫育后將清除或打枝的枝葉培于杉木根兜附近。同時，在林分開始郁閉后（造林后3 a），每年在其生長季節觀測杉木與當地萌生的鄉土樹種的種間關系，并隨時進行調節，以去除長勢不良、干性不好、生長速度過快或過慢的樹種（與杉木相比較）。掌握留疏去密、去病留健的原則，在同等條件下，留落葉闊葉，去常綠闊葉，并去除雖然長勢良好，但無培育前途的種類，如黃瑞木、山油麻、鹽膚木、山蒼子等小喬木種類為原則。常規經營法的具體措施是：全面鏟除雜草灌木，擴穴連帶。2種經營法均連續撫育 3 a。在7年生時，對試驗林分進行了1次撫育間伐。

1999年8月，于林分高度郁閉時（5年生幼林）進行了一次全面的調查、測定并總結了初步結果，2011年9月（17年生成林）對試驗樣地再次全面調查，調查內容包括：樹高、胸徑、形數、單位面積蓄積量；植物種類（多樣性）；土壤有機質，土壤N、P、K，土壤水分物理狀況。

土壤養分含量按國標分析方法測定[12]；立木材積按福建省林木二元材積公式計算：V杉木= 0.000 058 06 D1.955335H0.894033，V闊=0.000 052 76D1.882161H1.009317，蓄積量=單株平均立木材積×林分保留株數；物種豐富度根據種—面積曲線確定的群落最小面積上出現的種數計。

3 結果與分析

3.1 近自然經營法對杉木林分樹種組成的影響

杉木人工林應用近自然經營技術后，林分的樹種組成發生了較大的變化，不同立地條件下的林分樹種組成在幼林期與成林期基本上相似，由常規經營法的杉木純林（10杉）演化為8杉2闊（喬木）左右（以株數計），2闊的植物種類主要有檫樹Sassafras tsumu、福建青岡（萌芽）Cyclobalanopsis chungii、 栲 樹 Castanopsis fargesii、 楓 香 Liquidamba formosana、 擬 赤 楊Alniphyllum fortunei、 木 荷 Schima superba、 甜 櫧Castanopsis eyrei、羅浮栲Castanopsis fabri、紫樹Nyssa sinensis、福建山櫻花Prunus campanulata、山蒼子Litsea cubeba、中華杜英Elaeocarpus chinensis、江南榿木Alnus trabeculosa、毛竹Phyllostachys heterocycla、南酸棗Choerospondias axillaris、楊梅Myrica rubra、化香樹Platycarya strobilacea、青錢柳Cyclocarya paliurus、虎皮楠Daphniphyllum oldhami等鄉土闊葉樹種（見表1）。

表1 近自然林業經營法的杉木（17年生）林分組成闊葉樹種類Table 1 Broad-leaved species of 17-year-old C.lanceolata plantation cultivated by approximating-nature forestry management method

杉木林內出現的闊葉樹按照株樹大約占杉木試驗林分單位面積株樹的20%，但如果按照覆蓋度來計算，則占30%左右，形成混交林—同齡林的林分組成結構。由于德國等歐洲國家（溫帶、暖溫帶）采伐的方式主要為擇伐，他們采用近自然經營所形成的林分是混交林一異齡林—復層林[13]。而亞熱帶（包括我國）現行的采伐基本為皆伐，因此應用近自然林業經營法后，形成的林分是混交林—同齡林。另外，從表2看出，近自然林業經營法的林分植物種類豐富度不論是5年生幼林期還是17年生成林期，均明顯高于常規經營法的林分，豐富了林地植物種類的多樣性。調查測定表明，幼林期的豐富度達到63.2±4.8，比常規法平均提高了183.41%；進入中成林后，雖然人為干擾頻率減少以及林木正常生長所致，不論是哪種經營法的林分植被豐富度都有增加，但近自然法所帶來的效應強度大，17年生時林分植被豐富度達到了74.3±4.0（含喬灌草層），仍比常規法提高了52.88%。

表2 近自然林業經營法的林分植被豐富度Table 2 Stand’s vegetation richness of C.lanceolata plantation cultivated by approximating-nature forestry management method

3.2 近自然經營法對杉木林地土壤肥力的影響

3.2.1 近自然經營法對林地土壤水分物理性能的影響

土壤物理性能是土壤重要肥力因子，其在調節土壤水分、空氣，保持土壤養分，促進植物根系的生長以及調節河川徑流等方面都起著重要的作用[14]。

從表3可以看出，杉木人工林采用近自然經營法經營后，林地土壤水分物理性質得到了較好的改善，首先表現為土壤容重值下降，但下降的土層基本僅在0～20 cm土層，而20～40 cm土層的容重值基本不變。其次表現為土壤總孔隙度的增加，在0～20 cm土層，Ⅱ類地增加了5%～10%，Ⅰ類地增加了5%左右；而在20～40 cm土層，無論是Ⅰ類地還是Ⅱ類地，都基本無甚增加。毛管孔隙與非毛管孔隙的變化與土壤容重和總孔隙度的變化基本一致，均為采用近自然撫育法經營的杉木林分土壤0～20 cm土層均有不同程度的增加，增加的幅度以非毛管孔隙更大些。土壤水分物理性質的改善，對土壤保水保肥、調節土壤的水肥氣熱有著積極的意義。

定位研究表明，采用近自然法經營杉木林分，在所試驗的年限中，對土壤水分物理性能改良的土層基本僅局限于土壤的表層，從改善土壤水分物理性質的程度看，以立地條件較差的Ⅱ類地更佳。

表3 近自然經營法的杉木(17年生)林地土壤水分物理性能Table 3 Soil moisture physical properties of 17-year-old C.lanceolata plantation cultivated by approximating-nature forestry management method

3.2.2 近自然經營法對林地土壤化學性狀的影響

土壤交換性能的好壞是土壤養分能否被吸收和吸收難易的重要指標[15]。從近自然經營法對土壤交換性能的影響（見表4）看，采用近自然林業經營杉木人工林，17年生時林地土壤的交換性能得到了較大的改善，且各指標變化趨勢與5年生時的幼林期相似。其中，土壤酸度增大，表現在pH值降低、水解性總酸度增加，原因可能是由于采用近自然經營后，杉木人工林植被覆蓋度大幅度增加，植物根系分泌物數量和土壤腐殖化程度也得到相應的提高，導致土壤酸度在一定程度上得以提高；土壤交換性鹽基總量也有了大幅度的提高，這對于提高土壤肥力有著重要的意義，測定表明0～20 cm土層提高了20%～30%，而20～40 cm土層提高得很少，個別土層甚至基本保持不變；土壤陽離子交換量（CEC，包括交換性鹽基總量和水解性總酸度），無論是Ⅰ類地還是Ⅱ類地，0～20 cm土層和20～40 cm土層都有不同程度的提高，以0～20 cm土層和Ⅱ類地提高的幅度為大。誠然，土壤 CEC值的增加并不能表明土壤肥力的提高，需視土壤鹽基飽和度值即土壤鹽基總量和水解性總酸度二者比值的大小。從表4可看出，采用近自然撫育法經營杉木林分后，土壤0～20 cm土層鹽基飽和度提高了，提高的幅度以Ⅱ類地更大。我國南方由于高溫多雨，造成土壤鹽基總量低下和鹽基高度不飽和，其往往是制約土壤肥力提高的主要因素。近自然經營后的鹽基飽和度的增加對于提高土壤肥力無疑有著重要的意義。

從林地土壤養分含量（見表5）看，采用近自然林業經營后，與常規法相比，杉木17年生時林地土壤無論是Ⅰ類地還是Ⅱ類地，0～20 cm和20～40 cm土層土壤有機C、全氮、全磷以及速效氮、磷鉀等養分含量指標都有不同程度的增加，且增加的趨勢與5年生幼林期基本相似，表現為：0～20 cm土層比20～40 cm土層增加的幅度大，立地條件好的養分增加幅度比立地稍差的幅度小。其中，Ⅰ類地0～20 cm土層的有機碳、全氮、全磷以及速效氮、磷、鉀含量分別提高了7.55%、10.45%、20.26%、19.92%、40.76% 和25.57%，20～40 cm土層的上述指標相應地分別提高了7.43%、9.40%、11.04%、15.42%、26.42%和20.17%；同樣地，Ⅱ類地0～20 cm土層的土壤養分含量分別提高了9.67%、15.07%、35.39%、44.02%、59.15%和36.49%，20～40 cm土層的分別提高7.61%、10.40%、17.03%、26.13%、45.57%和28.75%。土壤有機物質增加的來源應該有以下幾個方面：一是林分中的闊葉鄉土樹種的枯落物及其分解增加了土壤的有機物質和養分含量；二是林地始終保持著較高的植被覆蓋率，減少了林地的水土流失特別是鉀素的流失，以及植被的增加相應地地下植物根系也增加，而植物根系在生命活動過程中分泌的有機酸，可將不可利用的養分轉化為植物可利用的養分，如磷的有效性提高，這在眾多的研究中都得到了證實；三是土壤減少了擾動，降低了土壤的呼吸強度，使較多的土壤有機碳及其他養分保持在土壤中，特別是氮素，南方山地土壤鹽基高度不飽和，土壤顆粒，特別是土壤黏粒表面多以負離子基團的形式呈現，這樣就使得NH4+不易淋失，而N不易被土粒吸附而淋失，這樣就在一定程度上保持了土壤氮素。

表4 近自然經營的杉木（17年生）林地土壤交換性能Table 4 Soil exchange properties of 17-year-old C.lanceolata plantation cultivated by approximating-nature forestry management method

表5 近自然經營的杉木林分（17年生）土壤養分含量Table 5 Soil nutrient content of 17-year-old C.lanceolata plantation cultivated by approximating-nature forestry management method

此外，與5年生幼林期的相比，近自然經營后17年生林地各養分指標的增幅更大，例如5年生幼林地0～20 cm土層的有機碳含量與常規法比提高了6.44%～8.66%[9]，而17年生林分提高幅度為7.55%～ 9.67%。這主要是中成林后人為干擾少，加上枯枝落葉的分解轉化、根系改土效應等往往需要相對較長的時間，此時的土壤肥力指標更能反映近自然經營的效應。

3.3 近自然經營法對杉木林分生長的影響

近自然經營與常規經營的林分生長狀況調查結果見表6。從表6看出，杉木人工林采用近自然林業經營技術后，17年生林分的胸徑、樹高、單株材積和蓄積量（加上闊葉樹材積）以及林木的干形質量都得到了提高。其中，Ⅰ類地經近自然經營后，17年生林分平均胸徑、平均樹高、單株材積、杉木蓄積和林分總蓄積量分別比常規法提高 了9.24%、8.61%、27.94%、2.38%和8.63%；而Ⅱ類地增產效果更為明顯，上述指標分別比常規經營法提高了17.64%、17.29%、58.46%、28.64%和37.55%。經成對T檢驗表明，近自然經營與常規經營間的胸徑、樹高、單株材積以及杉木蓄積的差異達到了顯著或極顯著水平，特別是Ⅱ類地上述指標都達到了極顯著的差異水平。這就表明：立地條件較差的杉木林分，采用近自然林業法經營的促生效果更好。這種近自然林業經營法促進林分生長的主要原因是：首先，人工純林由于枯落物組成的單一性引起分解困難，直接地影響了人工林生態系統的養分循環，在林地上保留當地鄉土闊葉樹種（株樹增加20%左右），林地增加了較多的闊葉枯落物，這為林地提高有機物質、改善土壤肥力提供了良好的物質基礎；其次，采用近自然經營法后，林地在當年就始終保持植被覆蓋度在85%以上，降低了林地的水土流失，維護了林地的土壤肥力；最后，采用近自然林業經營，通常將影響杉木生長的其他幼樹、灌木、雜草，或者影響杉木生長的枝條除去后，較多的堆放在杉木根兜的附近，這些雜灌草分解后可在一定程度上為杉木幼樹提供養分。

此外，從表6還可看出，采用近自然林業法經營，也促進干形的發育，與常規法比，胸高形率提高了13.3%～19.4%，這是由于林地上保留的鄉土闊葉樹種能在一定的程度上給予杉木側方輔佐，加之造林后林地上保留了較高的覆蓋度，也在一定程度上促進了杉木的高生長。樹木胸高形率的提高，無疑將提高樹木采伐后的出材率，提高木材利用率，增加經濟收益。

表6 不同經營法17年生杉木林分生長狀況?Table 6 Growth status of 17-year-old C.lanceolata plantation with different operating method

4 結 論

杉木人工林采用近自然林業經營技術后，林分的樹種組成結構有了明顯改善，實施后的杉木林分中出現了鄉土闊葉樹種（占杉木單位面積株樹的20%左右，按照覆蓋度來計則占30%左右），形成了混交林—同齡林結構，豐富了林地植物種類的多樣性，17年生成林期林分植物種類豐富度達到了74.3±4.0（含喬灌草層），比常規經營法的林分植物種類的豐富度提高了52.88%。

采用近自然林業經營法后，林地土壤肥力得到了提高，表現在土壤水分物理性質得到改善，土壤交換性能有了較大的提高，土壤養分含量有較大的增加。各理化性狀指標的改善幅度趨勢為0～20 cm土層比20～40 cm土層的改善幅度大，立地稍差的比立地條件好的幅度大。例如Ⅰ類地0～20 cm土層的有機碳提高了7.55%，20～40 cm土層的提高了7.43%；Ⅱ類地0～20 cm和20～40 cm土層的有機碳則分別提高了9.67%和7.61%。

杉木人工林采用近自然經營法后，由于促進了鄉土闊葉樹種的發育和林下植被的保留，改良了土壤肥力，進而促進了林分生長。17年生林分平均胸徑、平均樹高、單株材積、杉木蓄積和林分總蓄積量分別比常規法提高了9.24%～17.64%、8.61%～ 17.29%、27.94%～ 58.46%、2.38%～28.64%和8.63%～37.55%；而且Ⅱ類地增產效果更為明顯，顯示立地條件較差的林地采用近自然林業經營法更為必要。

人工林的經營能否維護和提高地力是保證人工林高效持續的關鍵。生產力提高了，但如不能維護和提高地力，這種高效是不能持續的。經過多年的栽培實踐證明，采用近自然林業經營法對杉木進行撫育經營，與常規經營法相比，林地土壤肥力、林分結構與組成、林分生產力都得到了提高或改善，有望成為杉木人工林在確保良種前提下，實現持續經營的有效措施。

[1] 楊學云.淺議我國人工林的近自然林經營[J].中南林業調查規劃 , 2005,24(4)：7-9.

[2] 邵青還.對近自然林業理論的詮釋和對我國林業建設的幾項建議[J].世界林業研究，2003,16(6)：1-5.

[3] 楊 梅，黃曉露.引入近自然林業理念促進森林培育學科的發展[J].廣西農業科學,2010，41(5)：508-510.

[4] 蔡 霞，葉旭英，徐紅霞，等.近自然林業理論在景觀林營建中的應用[J].浙江林學院學報，2008，25(5)：584-590.

[5] 章異平，徐軍亮，康慕誼，等．近自然林業的研究發展[J]．水土保持研究，2007，6(14)：214-217．

[6] 許新橋．近自然林業理論概述[J]．世界林業研究，2006，19(1)：10-13．

[7] 韋東艷，杜阿朋，謝耀堅.“近自然林業”在桉樹人工林經營中的應用[J].桉樹科技，2010,(2)：48-54.

[8] 劉國權.用近自然林業理論指導塞罕壩森林經營[J].中國林業，2009,(8)：56-56.

[9] 張鼎華，葉章發，王伯雄.“近自然林業”經營法在杉木人工幼林經營中的應用[J].應用與環境生物學報，2001，7(3)：219-223.

[10] 張鼎華.杉木人工林皆伐對林地徑流水化學特性影響的研究[J].中國生態農業學報，2001，9(3)：25-27.

[11] 盛煒彤．人工林的生物學穩定性與可持續經營[J]．世界林業研究，2001，14(6)：14-21．

[12] 國家標準局.森林土壤標準分析方法(GB－99)[M].北京：中國標準出版社，1999,1-22.

[13] 邵青還.歐洲近自然林業的發展趨勢[J].浙江林業，2003，(9)：35-38.

[14] 張鼎華，范少輝.亞熱帶常綠闊葉林和杉木林皆伐后林地土壤肥力的變化[J].應用與環境生物學報，2002，8(2)：115-119.

[15] 余雪標，白先權，徐大平，等．不同連栽代次桉樹人工林的養分循環[J]．熱帶作物學報，1999，20(3)：60-67．

Application effect research on intimate natural forestry management techniques for Cunninghamia lanceolata plantation

LIN Tong-long
(Forestry Bureau of Nanping City, Nanping 353000, Fujian, China)

Approximating-nature forestry management technique application research is developed in C.lanceolata plantation for 17 years at Jiuxian Forest Farm in Songxi county, Fujian province，The results show that the biodiversity of the C.lanceolata plantation was increased from 48.5±3.3 to 74.6±3.3 after adopting close-to-nature forestry management technique.Compared with conventional management method，the tested forest’s soil fertility was improved; the manifestations were devided into following aspects： the soil moisture-physical properties and soil exchange properties were ameliorated，the soil nutrient contents were increased; the average breast height，average tree height, individual volume, Chinese fir stand volume and stand total volume were promoted by 9.24%～17.64%、8.61%～17.29%、27.94%～58.46%、2.38%～28.64% and 8.63%～37.55% respectively.The worse the site conditions, the effect indexes with close-to-nature forestry management technique were improved greater than those under better site conditions.

approximating-nature forestry；Cunninghamia lanceolata plantation；management technique; application effect

S791.27

A

1673-923X(2012)03-0011-06

2011-10-20

福建省教育廳科研項目“杉木、馬尾松人工林‘近自然林業’經營理念和技術的應用研究”(K2001046)

林同龍（1965-），男，福建平潭人，高級工程師，從事森林培育工作；E-mail：ltl117@126.com

[本文編校：謝榮秀]