第38卷第9期 2010年9月 东北林业大学学报 Vol_38 No.9 Sep.2010 J0URNAL 0F NORTHEAST FORESTRY UNIVERSITY 水曲柳人工林直径生长与培育技术 谷加存 楚 旭 王政权 (东北林业大学,哈尔滨,150040) 摘 要 以帽儿山地区20年生水曲柳人工林为研究对象,研究了林木直径生长与立地选择、施氮肥、落叶松 混交和林下清除灌木抚育,以及大气温度的关系。结果表明,坡位和混交对林木直径生长有显著影响,坡下大径木 ( >10 cm)所占的比例均高于坡中和坡上,且与落叶松混交林中的水曲柳大径木比例(28%)也高于纯林(19%); 施氮肥和清除林下灌木对水曲柳直径生长影响不明显,这可能与土壤肥力、林木养分需求特性,以及清除林下灌木 的处理时间有关;直径的生长与生长季内日最低和最高温度差值存在一定程度的负相关。 关键词 水曲柳(Fraxinus mandshurica Rupr.);直径;施肥;混交林;抚育 分类号s753.53:s792 Diaineter G rowth of Fraxinus mandshurica and Tts Relafion to Silvieulture Techniques/Gu Jiacun.Chu Xu,Wang Zhengquan(School of Forestry,Northeast Foresty rUniversity,Harbin 150040,P.R.China)//Journal of Northeast For- estry University.-2010,38(9).一7~9,57 An experiment was conducted to study the relationships between diameter growth and site condition,nitrogen(N)fer- tilization.mixing with gmelinii.forest tending by removing understory shrubs and air temperature using a Fraxinus mandshurica Rupr.plantation in Maoershan region,Heilongjiang Province as a study object.Results showed that slope po— sition and mixed treatment had significant influences on the growth of trunk diameter.The proportion of trees in larger di. ameter class(diameter>10 am)in the upper part of the slope Was higher than that in the lower or middle parts of the slope.And the proportion in the mixed plantation(28 percent)was higher than that of pure plantation(19 percent). However,N fertilization and forest tending by removing undemtory shrub had unobvious effects on the diameter growth, which may be related to soil fertility,tree nutientr requirements,and the starting time of forest tending,etc.Moreover,a negative relationship between diameter growth and daily range of air temperature f£be maxJmnm temperature minus the minimum temperature was f0und in the growing season. Keywords Fraxinus mandshurica;Diameters:Fertilization;Mixed forests:Forest tending 林木直径是影响单株材积的重要因子,森林抚育因促进 直径生长而增加林分产量和蓄积量。林木直径生长过程(除 了遗传因素外)主要受林分密度控制 1-2129。 ,无论是针叶林 还是阔叶林,高密度林分直径相对较细,低密度林分直径相对 为水曲柳人工林大径材培育提供理论基础和技术支持。 l研究地概况 研究地点位于东北林业大学帽儿山实验林场尖砬沟森林 培育实验站,地理坐标为北纬45。21 ~45。25 ,东经127。30 一 较粗。在密度相同的林分中,林木直径生长过程与立地条 件 3] 。 、土壤肥力[2]23、林木之间竞争 和抚育措施 等有 密切关系。例如,林龄和密度相同的加州异叶铁杉(Tsuga heterophylla)林,在好的立地条件上平均直径生长明显高于差 的立地条件 ;13年生马尾松(Pinus massonianan)在强度 间伐4 a后,平均直径生长明显增加 。 ;此外,施肥对杨树直 127。34 ,平均海拔390 m。该地区属温带性季风气候,年 均气温2.8q2,其中1月份平均温度一23℃,7月份平均温度 20.9℃。年平均降水量723 mm,年平均蒸发量1 094 mm,年 平均湿度70%,年日照时数2 471 h。无霜期120—140 d,≥ 100C积温2 526oc。土壤为暗棕壤,平均土层厚度为40 am。 该地区为阔叶红松林遭受严重破坏后,经过几个阶段演替逐 径生长有显著促进作用 。因此,人工林培育(尤其是速生 丰产林的培育)的各项技术措施中,促进直径生长是提高林 分产量的重要途径之一。 渐恢复的天然次生林,是东北东部地区较典型的天然次生林 类型。此外,还栽培有以森林培育生产示范为主的人工林,包 括水曲柳纯林、落叶松纯林,以及水曲柳一落叶松混交林等。 水曲柳(Fraxinus man&hurica Rupr,)是我国东北东部山 地珍贵阔叶用材树种,采伐利用的主要是大径材。长期以来, 水曲柳资源的利用主要是采伐天然林,人工林资源很少。因 此,大力培育水曲柳人工林资源,是解决珍贵树种资源短缺的 关键。由于林木单株蓄积量与直径紧密正相关,在水曲柳人 工林培育过程中,如何提高直径生长量是面临的主要问题。 本研究针对2O年生的水曲柳人工林,通过立地选择、施肥处 理、与兴安落叶松( gmelinii Rupr.)混交和林下清除灌木 2研究方法 样地设置和因子测定:固定标准地设置在水曲柳人工林 内(坡向为半阴坡),该林分于1986年春季造林,株行距1.5 mx2 m。立地选择主要以坡位为主,在同一坡面上分不同坡 位,设置固定标准地6块,其中坡上、坡中和坡下各2块;施肥 (铵)处理、与落叶松带状混交和林下清除灌木抚育均包 括处理标准地和对照标准地各3块,合计标准地数量24块, 抚育措施,研究水曲柳直径生长与这些培育技术的关系,旨在 1)国家“十一五”林业科技支撑计划课题(2006BAD24B0802)。 第一作者简介:谷加存,男,1979年11月生,东北林业大学林学 院,讲师。 收稿日期:2010年2月10日。 责任编辑:任俐。 . 每块样地面积约为600 m 。不同坡位、混交林、施肥处理和林 下清除灌木抚育固定标准地于2002年设置,林下清除灌木抚 育对照标准地于2006年夏季设置。 其中施肥一项,在2003--2007年,从5__9月份,分5次 在3块处理样地内施氮肥(铵),连续5 a,年施氮肥量为 8 东北林业大学学报 第38卷 10 g。m~・a~。根据土壤温度的季节变化确定每月施肥量。 其中5月份和9月份施肥量各占总量的15.25%,6月份和8 月份各占总量的21%,7月份占27.5%。混交主要是水曲柳 与落叶松带状混交,中问行为水曲柳纯林林木,与落叶松相邻 的边行为与落叶松形成的混交林林木。抚育措施主要是全部 清除水曲柳林下灌木。2007年在固定标准地内进行每木调 坡下温度高出4~6'E。根据陈祥伟等_8 研究,5月份水曲柳 林分坡上和坡下最大温差在10qC左右。显然,逆温现象可能 是导致春季和秋季不同坡位直径生长差异的主要原因。 3.2施肥处理对直径分布的影响 林木生长与土壤肥力具有密切关系,因此,许多人工速生 丰产林(尤其是工业用材林)研究都把施肥作为一项技术应 用于森林培育过程中。经过连续5 a的施肥试验,结果表明: 查,包括直径、树高、地上生物量、地下根系生物量、林木空间 位置等。 2009年5月份,在固定标准地内根据直径大小随机安置 施肥对水曲柳直径生长没有明显影响(表1),大、中、小径木 在施肥与对照样地的比例一致(表2),林分平均直径分别为 3O个直径生长测量带(Dendrobands,德国产)。该仪器可以连 续观测树木直径短时间内的生长动态。安装后,每隔1周测 定1次,记录直径生长变化。该测定在9月中旬树干生长停 止后结束。同时在两个固定样地内安装大气温度测定仪 (HOBO,美国产),记录生长季内大气温度的变化,了解生长 季内温度变化对直径生长的影响。 数据处理:对于在各个固定标准地内测定每株树木的胸 径数据,按照2 cm整化径阶,得到林木株数按直径分布序列。 由于水曲柳是硬阔叶树种,直径生长缓慢,因此,对于2O年生 的水曲柳人工林林分,本研究将分3个直径(R)范围, ≤5 em、5 cm<R≤10 em、R>10 em,根据直径分布序列,计算3个直 径范围内林木株数和比例。通过各个直径范围株数和比例大 小,分析不同坡位、施肥处理、混交和林下清除灌木抚育对林 分直径生长的影响。此外,对于直径生长测量带获取的数据, 计算直径生长增量(两次直径观测期内直径生长增加值)。 根据仪器记录的大气温度数据,计算每日平均温度、最高温 度和最低温度,然后计算两次直径观测期内平均最高温度和 平均最低温度的差值,建立直径生长增量与温度变化之间的 关系。本研究利用Microsoft Excel 2003对调查数据进行 处理 3结果与分析 3.1不同坡位上直径分布 坡位是影响林木生长的重要因子。各个坡位上的水曲柳 株数在各径阶的分布总体上呈现出正态分布(表1),但是,不 同直径的分布比例在坡上、坡中和坡下存在一定的差异(表 2)。在小径木(R<5 cm)中,坡中占的比例略高(21%),坡上 和坡下占的比例相对较小(17%);中等直径的林木在3个坡 位上所占的比例接近(53%~57%);而大径木(R>10 em)坡 下占的比例最高(29%),坡上和坡中相等(均为26%)。从坡 上到坡下,林分平均直径分别为8.4、7.9 cm和8.3 em。20年 生的水曲柳最大直径为16.9 em,出现在坡上的样地中,坡下 样地最大直径仅为14.5 cm,但是,在林分水平上,坡下大径木 占的比例相对较高(29%)。这主要是因为山地条件下,坡上 土层较薄,而坡下土层较厚,尤其是有机质层厚度。此外,土 壤养分质量分数、水分状况和生长季温度等也可能存在一定 差异,例如,水曲柳坡下林地土壤有机质质量分数188 g・ ~,全N质量分数8.27 g・kg~,而坡上分别为137 g・kg 和6.11 g・kg~。另外,在尖砬沟实验站,山坡上部的坡度一 般较陡,下部坡度通常较缓。这些因素直接或间接地影响林 木直径的生长。 2009年采用直径生长测量带监测直径动态的结果表明, 坡上的水曲柳直径生长在春季和秋季明显大于坡下(表3)。 主要原因可能是在山地条件下,春季和秋季存在明显的逆温 现象。在尖砬沟水曲柳林分中,春季和秋季坡上温度往往比 8.9 em和9.1 cm。这可能有几方面的原因:首先,暗棕壤是 比较肥沃的森林土壤,土壤表层(0~10 cm)有机质质量分数 达184.1 g・kg~,全氮质量分数为11.3 g・kg~,密度为0.83 g・cm~,具有较好的土壤理化性质 J,施氮肥对林木生长不 起作用;其次,水曲柳是一个直径生长较慢的树种,根据野外 调查,60年生的水曲柳天然更新的林木直径不到20 cm,施肥 对直径生长的效果可能需要今后较长时间才能表现出来。 表1 坡位、施肥、混交以及林下抚育处理对2O年生不同径阶水曲柳 人工林株数分布的影响 株 表2 2O年生水曲柳人工林在不同坡位、施肥处理、与落叶松混交 和林下抚育措施中的直径分布比例 各直径等级内株数/株 K ̄/cm 因子——合计/株—— R≤5 cm 5 cm<R ̄<10 cm R>10 cm 平均最小最大 注:括号内数字为各直径等级株数所占的百分比。 另外,2009年采用直径生长测量带检测直径动态的结果 表明,施肥仅仅对春季(5—6月份)直径生长有促进作用(表 3)。这可能是春季树木枝条、叶片和细根生长旺盛,需要养 分较多,但是此时土壤温度相对较低,土壤中氮矿化速率较 慢,而施肥弥补了养分的不足。 第9期 谷加存等:水曲柳人工林直径生长与培育技术 表3 坡位、施肥、混交处理对2O年生水曲柳人工林直径生长增量动态的影响 9 cm 3.3混交林与纯林直径分布 树种之间的混交可以促进林木的生长,产生偏利作 用 。与纯林相比,水曲柳与落叶松带状混交林可明显促进 水曲柳直径生长(表1)。在混交林中,小径木的比例(纯林占 25%,混交林占17%)减少,而大径木的比例(纯林占19%,混 交林占28%)增加(表2)。水曲柳纯林和混交林平均直径分 别为7.6 em和8.2 em。许多水曲柳混交林调查和盆栽试验 表明,混交条件下水曲柳生长状况优于纯林 ,大径材的 比例更大一些。主要原因可能是,水曲柳与落叶松形成的混 交林改善了土壤养分状况,尤其是落叶松对土壤有效磷增加 的作用¨ ,促进了水曲柳根系生长,提高了水曲柳地下和地 大时,直径生长量较小,反之,直径生长量较大。主要原因可 能是温度波动,影响了水曲柳生理过程,如光合产物固定、分 配和形成层活动 。一些研究表明,高温和低温交替地出现 会影响直径的生长和收缩 ,因此,生长季内日最低和最高 温度差值减小有利于直径的生长。 表4水曲柳直径生长增量与最大、最小温度差的动态 上竞争优势,导致水曲柳在混交林中的直径生长增加和生产 力提高【J 。这一点可以从直径生长测量带的监测结果得到 验证(表3)。在混交条件下,水曲柳直径季节生长均大于纯 林,在春季和秋季更明显。因此,提倡营造水曲柳混交林是培 育水曲柳大径材可行的主要途径之一。 3.4林下清除灌木抚育对直径分布的影响 森林抚育是提高林木生长重要的营林技术措施 一之 4结论与讨论 林木生长除了与遗传因素有关外,主要受立地条件和林 分结构的影响。本研究表明,坡位和混交对水曲柳直径生长 有显著影响。首先,不同坡位上水曲柳各个径级分布比例不 同。在单株水平上,水曲柳最大直径出现在坡上,但是在林分 水平上,坡下较粗直径(R>10 em)的林木占的比例较高 由于水曲柳人工林林冠偏窄,林地光照相对比较充足,常 常生长着大量灌木,与水曲柳林木争夺营养空间,清除这些灌 。木可为水曲柳创造良好的生长条件。经过林下清除灌木抚育 5 a后发现,大径木的比例增加(表1、表2)。抚育过的林分最 大直径为21.8 cm,而对照林分最大直径仅为16.4 cm(表2), 林分平均直径分别为9.4 em和8.9 em。总体上看,清除灌木 抚育对直径的生长不显著,这可能是抚育时问较短,抚育效果 还没有表现出来。因此,林分抚育效果可能需要长期或多次 (29%)。主要原因可能是坡下土壤养分和水分条件好于坡 上,而个别较大直径出现在坡上可能与其所处的微立地条件 有关。其次,水曲柳与落叶松混交,可以促进水曲柳直径生 抚育才能得到。 3.5直径季节生长动态与温度的关系 2009年直径生长测量带监测结果表明,直径在林木生长 比较旺盛的6月中旬和7月下旬出现明显的波动现象(表 3),直径生长量最高是最低的3倍左右。进一步分析发现,这 种差异与该时间内气温最大最小差值有关(表4)。当差值较 长。对于带状混交林,与落叶松紧邻的水曲柳大直径( >10 cm)的比例为28%,而中间行的比例为19%。另外,在小径 木(R≤5 cm)比例中,紧邻落叶松的比例占17%,中间行中占 25%。这说明落叶松对水曲柳生长有明显的偏利作用 13,17]。 (下转57页) 第9期 杨逢建等:人工复合群落对南方红豆杉生物量及紫杉醇质量分数的影响 57 r}引 r}三1r; (上接9页) Inc,1997. 施氮肥和清除林下灌木对水曲柳直径生长影响不明 显。主要原因可能是:帽儿山水曲柳林地土壤肥沃,养分质量 分数较高,土壤氮浓度接近饱和,施肥效果不明显;水曲柳虽 然是一个喜肥树种,但是过多的氮不利于林木生长,例如,有 研究发现施肥会导致水曲柳细根生物量明显下降 ;本研究 的水曲柳林分是在15年生开始进行林下清除灌木抚育的,这 时的林分平均树高已经超过10 m,灌木对林木生长的促进作 用非常有限。虽然灌木与水曲柳竞争养分和水分,但是,林地 养分和水分较充足,导致土壤资源的竞争对生长的影响较 小,因此,这时清除灌木的抚育对直径生长的影响较弱。有研 究表明,幼林阶段的割灌抚育对水曲柳林木直径生长有促进 作用 。 在生长季,温度和水分对直径生长通常有重要的影响。 但是在帽儿山地区,土壤水分比较充裕,温度的变化可能是影 响直径生长的重要因子。通过对直径动态的监测发现,水曲 柳直径季节性生长具有明显的波动性,表现出直径生长和收 缩。当最大和最小温度差值相对较小时,直径生长较快;当该 差值较大时,直径生长较慢。这也可以解释为什么春季和秋 季山地条件下出现逆温现象时水曲柳直径生长较快的原因。 因此,培育水曲柳大径材首先要考虑立地条件(包括微立 地),其次考虑与落叶松混交。 参考文献 Nyland R D.Silviculture concepts and applications[M].New York:McGraw—Hill Companies Inc,1996. 施向东.马尾松抚育间伐强度对其生长量影响试验[J].湖北 林业科技,2008(1):16一l8. 方升佐,徐锡增,吕士行.杨树定向培育[M].合肥:安徽科学技 术出版社,2004. 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