两种块状整地方式造林的26 a生杉木纯林生长效应分析

龙永光,付品,陈波涛,3*

(1.黎平县林业局,贵州 黎平 557300；2.贵州省核桃研究所,贵州 贵阳 550005；3.贵州省林业科学研究院,贵州 贵阳550005)

杉木(CunninghamialanceolataHook.)是我国特有的优良用材和重要商品材树种，也是贵州三大主要造林树种之一，在全省广为栽培，深受林农喜爱，贵州杉木人工林面积和单位蓄积量位居全省主要乔木林之首[1]。整地是造林前的一个必要工序,以清除地上植被和采伐剩余物,并辅以翻垦为主的生产技术措施。整地必然会改变土壤的理化性状和微生物数量与活性[2]，经济合理有效的整地方式是保障杉木基地速生的必要技术措施[3-5]。不同整地方式对杉木幼林生长有不同的影响[6]，陡坡使用块状整地的杉木林生长比全垦整地、带状整地的杉木生长好[7]，整地能促进杉木幼林生长和使林分提早郁闭[8]，土层深厚疏松地方造林没有必要采用挖壕和大穴整地[9]，不同整地方式对树高生长的影响可以持续4 a[10]。立地指数14的杉木造林采用全垦大穴或大穴整地，立地指数16的采用大穴整地，立地指数18的采用中穴或小穴整地[11]；杉木造林理想的整地方式是块状整地[12]，3种整地方式造林的6 a生杉木幼林的生长效应呈现全垦>带垦>穴垦的趋势，高规格整地18 a生以后的整地效应逐渐消失不会影响最终生长量[13]。湘西喀斯特地貌区域杉木造林最理想的整地方式是撩壕整地，整地规格越高,越有利于生物量的累积[14]；全垦整地施肥处理效果最好[15]，合理整地的水土流失均轻微或均属微度侵蚀[16-17]，陡坡杉木造林采用穴垦整地而平缓坡可采用全垦整地[18]；全面整地和穴状整地均不利于土壤碳库的保持，而在全面整地方式下的炼山比割灌利于土壤碳库的保持[2]；标准[19-20]规范了全面整地、带状整地和块状整地的坡度要求。

块状整地是南方山地特别是切割较深的山地营造杉木林的主要整地方式，林农对此高度认同，但是，工程造林的标准块状整地即明穴块状整地需两道工序施工，整地用工仍然较大且增加了施工难度，简化块状整地在杉木主产区应运而生，与明穴块状整地对应被称为暗穴块状整地，一次施工即可植苗。基于了解明穴和暗穴块状整地方式造林的生长表现，1995年冬季至1996年春季，在黎平县龙形街道羊角村石龙山林场，以暗穴和明穴两种块状整地方式营造了110 hm2杉木速生丰产林。截至目前，未见暗穴块状整地方面的研究报道。应用两种块状整地方式造林的26 a生杉木纯林样地调查数据，分析探讨暗穴和明穴块状整地方式造林的林分生长效应，为简化块状整地提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地位于黎平县龙形街道石龙山林场，气候属中亚热带季风湿润气候区，雨量充沛，冬无严寒，夏无酷暑。年平均气温16.3 ℃，最高气温36.5 ℃，极端最低气温-9.6 ℃，年总积温5717.7 ℃，≥10 ℃的年活动积温为4865.5 ℃，年无霜期275 d，年平均降水量为1325.9 mm，雨季4-7月，年相对湿度80%。造林地的地貌为低山浅切割山地，海拔640～750 m，成土母岩以砂页岩为主，土壤为山地黄壤，前茬为次生阔叶林及荒山缓坡，立地指数18以上。

1.2 试验林建立

种苗为黎平县国有东风林场第一代无性系种子园自由授粉混系种子，山地培育1 a生裸根苗。采用明穴和暗穴两种块状整地方式造林，第一种明穴块状整地方式，为人工开挖40 cm×40 cm×30 cm规格明穴，表土和心土分开堆放，检查合格后先填表土再填心土，回填后的种植穴高出原表土15 cm左右，采用两道工序施工；第二种暗穴块状整地方式，挖长和宽各40 cm、深20 cm左右的A层或AB层土堆放于穴旁，挖深挖松20 cm左右、打碎土块，清理树根和石块，再把穴旁土层一起回填，回填土壤不够的从穴上部挖表土，回填后种植穴高出原表土10 cm左右。暗穴块状整地是林业主产区穴状整地的简化和一锄法的改进，明穴块状整地需完成整地20 d以后植苗才能保障成活率85%以上，暗穴块状整地挖好后即可植苗。贵州省林业工程造林采用明穴块状整地方式植苗，集体及林农自发造林主要是暗穴块状整地方式植苗。

试验林营建于1995年冬季至1996年春季，位于黎平县龙形街道石龙山林场，采用明穴和暗穴两种块状整地方式造林，土壤条件相对较好的地段采用暗穴块状整地，较差的则采用明穴块状整地，暗穴块状整地的地块立地指数约高于明穴块状整地1个地位级，坡下部全部为暗穴块状整地，坡中部和上部有明穴和暗穴整地。造林株行距为2 m×2 m、密度2500株/hm2，暗穴块状整地造林面积为48.96 hm2。造林后前三年每年割灌除草2次，第四年开始除护林防火外放任自然生长，执行天然林保护限制采伐政策，仅在第十五年实施了1次生长伐。

1.3 样地调查与统计分析

以最新森林资源调查数据为基础，2021年冬季，结合黎平县国家战略储备林建设需要，考虑不同小班的林分生长状况，采用分层抽样法，分坡位、坡向设置典型调查样地，调查样地内立木胸径、树高。圆形样地半径为14.57 m，面积为667 m2，共调查15个样地，共1234株立木，调查样地基本情况见表1。

表1 两种块状整地方式造林的26 a生杉木纯林调查样地基本情况

采用Excel2010统计分析调查原始数据，开展成对双样本均值Z-检验分析。变异系数(CV/%)=标准差/平均值×100。

2 结果与分析

2.1 杉木纯林总体生长表现

26 a生杉木纯林的立木平均胸径20.2 cm，平均树高16.0 m，平均单株材积0.3213 m3，杉木林蓄积量为398.81 m3/hm2。26 a生杉木林年均蓄积生长量为15.31 m3/hm2，超过行标[19]规定的45.7%，超过省标[20]规定立地指数18的年均蓄积生长量下限的28.2%、上限的11.5%，超过立地指数20的平均蓄积生长量的3.6%。

暗穴块状整地方式造林的26 a生杉木纯林的立木平均胸径、树高和单株材积均大于明穴块状整地方式造林，明穴和暗穴造林地的杉木胸径、树高和单株材积的变异系数接近，单株材积变异系数最大，其次是胸径，树高的变异系数最小(表2)。暗穴块状整地方式造林的杉木单位面积蓄积量为417.891 m3/hm2，大于明穴块状整地方式的376.871 m3/hm2，暗穴和明穴块状整地方式造林的26 a生杉木纯林年均蓄积生长量分别为16.11 m3/hm2和14.51 m3/hm2，暗穴造林地的杉木年均生长量大于明穴造林地的1.61 m3/hm2，这主要是土壤条件差异导致的，暗穴块状整地的土层厚度和肥力明显优于明穴，立地指数18以上的林地营造杉木速生丰产林宜采用暗穴块状整地。

表2 两种块状整地方式造林的26 a生杉木纯林主要生长性状统计分析结果

暗穴和明穴两种块状整地方式造林的26 a生杉木纯林的立木平均胸径、平均树高和单株平均材积差异极显著(表3)，其胸径、树高和单株材积双样本均值Z-检验的z值分别为10.9726、16.2746、2.8988，均大于相应的z单尾临界2.3263(α=0.01)。

表3 两种块状整地方式造林的26 a生杉木纯林主要生长性状双样本均值z-检验结果

2.2 不同坡位杉木纯林生长表现及主要性状均值检验结果

26 a生杉木纯林在坡下部生长表现最好，其平均单株材积为0.3832 m3，其次是坡上部，平均单株材积为0.3123 m3，坡中部生长相对最差，平均单株材积为0.3097 m3(表4)，坡上部生长优于中部，主要是因为上部造林地是土层较厚且肥力好的次生阔叶林。

表4 不同坡位两种块状整地方式造林的26 a生杉木纯林主要生长性状统计分析结果

26 a生杉木纯林坡上部调查样地的均值Z-检验结果(表5)，表明上坡暗穴和明穴块状整地方式造林的杉木胸径和树高差异达极显著水平(∣Z∣>Zα单尾临界，α=0.01)而单株材积不显著(∣Z∣Zα单尾临界=1.68448，α=0.05)，树高极显著(∣Z∣=7.3297>Zα单尾临界=2.3263，α=0.01)，单株材积不显著(∣Z∣=1.4000

表5 上坡两种块状整地方式造林的26 a生杉木纯林生长性状的双样本均值Z-检验结果

表6 中坡两种块状整地方式造林的26 a生杉木纯林生长性状双样本均值Z-检验分析结果

2.3 不同坡向杉木纯林生长表现及主要性状差异分析

杉木纯林在不同坡向的主要生长性状(表7)，结果表明：在阴坡及半阴坡暗穴块状整地方式造林的26 a生杉木纯林的立木平均胸径、树高和单株材积分别为20.3 cm、16.1m和0.3252m3，明穴块状整地方式造林的杉木平均胸径、树高和单株材积分别为20.3 cm、16.1 m和0.3252m3；在阳坡及半阳坡暗穴块状整地方式造林的26 a生杉木纯林的立木平均胸径、树高和单株材积分别为21.3 cm、17.3 m和0.3820 m3，明穴块状整地方式的26 a生杉木纯林的立木平均胸径、树高和单株材积分别为18.3 cm、13.8 m和0.2389 m3。坡向南、西南和东南暗穴块状整地方式造林的26 a生杉木纯林单位蓄积量超过4001 m3/hm2，南向暗穴块状整地方式造林的26 a生杉木纯林单位蓄积量最高为538.91 m3/hm2，明穴块状整地方式造林的26 a生杉木纯林仅有西北向的单位蓄积量超过400 m3/hm2，明穴块状整地方式造林中单位蓄积量最高为434.41 m3/hm2，东向明穴块状整地方式造林的单位蓄积量最低仅为340.61 m3/hm2。

表7 不同坡向两种块状整地方式造林的26 a生杉木纯林主要生长性状统计结果

在阴坡及半阴坡暗穴块状整地方式造林的26 a生杉木纯林胸径、树高和单株材积与明穴块状整地方式造林的成对均值Z-检验未达0.05显著水平，在阴坡及半阴坡的暗穴与明穴块状整地差异不显著，明穴块状整地的样地蓄积和单位面积蓄积量高于暗穴块状整地；西北阴坡的明穴块状整地的样地蓄积和单位面积蓄积量大于暗穴，半阴坡东北与之相反，成对均值Z-检验的胸径、树高和单株材积达0.01极显著水平。在阳坡及半阳坡的暗穴块状整地方式造林的26 a生杉木纯林胸径、树高、单株材积、样地蓄积和单位面积蓄积量分别为20.9 cm、16.9 m、0.3618 m3、27.9 m3、417.91 m3/hm2，分别超过明穴块状整地方式造林的7.9%、11.7%、27.1%、11.2%和10.9%；阳坡及半阳坡暗穴块状整地的林分平均胸径、树高、单株材积与明穴块状整地的双样本均值Z-检验分析结果达到极显著水平(表8)。暗穴块状整地的前茬为次生阔叶林，明穴块状整地主要是荒山缓坡，暗穴块状整地的微环境土层厚度和肥力明显优于明穴块状整地仍然是主要原因。

表8 阳坡及坡半阳坡暗穴与明穴块状整地方式造林的26 a生杉木纯林生长性状的双样本均值Z-检验分析结果

3 结论与讨论

在立地条件较好的地段宜采用暗穴块状整地即简化块状整地方式营造杉木速生丰产林，暗穴块状整地可降低造林成本。26 a生杉木速生丰产林的年均蓄积生长量为15.31 m3/hm2，暗穴块状整地方式造林的26 a生杉木纯林的立木平均胸径、树高和单株材积均大于明穴块状整地方式造林的，暗穴和明穴块状整地方式造林的林分年均蓄积生长量分别为16.1 m3/hm2和14.51 m3/hm2。

在同一区域尺度内，杉木人工林单位木材蓄积量等生长指标表现为下坡位>中坡位>上坡位[21-22]，在半阳坡和坡下更有利于杉木的早期生长[23]，这是基于坡向一致的土壤厚度及肥力多表现为下坡位>中坡位>上坡位。微小地形对杉木生长影响大[24]，特别是微小地形局部地段林地土壤肥力较好的上坡位生长表现好于中坡。在气候条件一致的区域尺度内，坡位和坡向等地形因子通过影响光照、温度、湿度等分配和土壤条件的差异而影响林木生长表现，同一良种苗木的杉木生长表现取决于种植地的土壤条件、湿度和温度，最佳立地选择是保障商品林速生高产高效的关键。

通过整地改善土壤的理化性质来促进杉木前期生长[8]；不同的整地方法能促进幼林生长，特别是对树高生长的影响可以持续长达4年，但对成林材积生长的影响未达到显著程度[10]，杉木生长主要受所处立地条件影响，整地方式不可能根本改变立地质量；在较好的立地条件下(立地指数18以上的林地)，整地方式对杉木生长几乎无影响[11]；块状整地挖穴造林方式可以明显降低造林成本和提高林分经济效益，杉木高规格整地效应随着林龄的增长会消失[12-14，25-26]。采用暗穴块状整地方式造林是对贵州杉木主产区立地条件较好地段明穴块状整地方式的优化，可有效降低山地造林成本。