王亞瓊,王政燁,溫建科,鄧永勝,黃康庭,陳曉龍,吳秦展,羅盼,唐健,陸星任,王修海,陳利軍,吳立潮
(1.中南林業(yè)科技大學(xué)林學(xué)院水土保持與荒漠化防治湖南省高等學(xué)校重點實驗室,湖南長沙 410004;2.廣東省清遠市中聯(lián)農(nóng)林有限公司,廣東清遠 511500;3.廣西國有大桂山林場,廣西賀州 542899;4.廣西綠拓林業(yè)科技有限公司,廣西南寧 530006;5.廣西林用新型肥料研發(fā)中心,廣西南寧 530022;6.廣西壯族自治區(qū)林業(yè)科學(xué)研究院,廣西南寧 530002;7.廣西地源之本肥業(yè)有限公司,廣西南寧 530006)
中國作為世界人口大國,木材資源長期匱乏,隨著天然林禁伐等政策法規(guī)的實施,我國木材供需矛盾更加尖銳,木材對外依存度逐年增加,已超過了50%的警戒線,木材安全形勢岌岌可危[1]。桉樹(Eucalyptusspp.)是公認的速生造林樹種,具有生長快、用途廣和效益好等優(yōu)勢,近幾十年在中國發(fā)展迅速,面積達到547萬hm2,占全國人工林總面積的7%,對全國商品材產(chǎn)量的貢獻超過了35%,年產(chǎn)值超過4 000億元,是維護國家木材安全的戰(zhàn)略樹種之一[2]。連續(xù)和高強度經(jīng)營以及煉山這種原始的采伐剩余物管理方式造成桉樹林地養(yǎng)分大量流失,土壤地力衰退和水土流失等問題越發(fā)嚴重[3-4]。因此,改變傳統(tǒng)的煉山耕作,研究新型和高工效的采伐剩余物管理方式,可在避免煉山導(dǎo)致的環(huán)境污染問題的同時促進桉樹人工林可持續(xù)發(fā)展,具有重要的理論與現(xiàn)實意義[5]。
煉山是在林木采伐后焚燒采伐剩余物,既能有效清理林木采伐后剩余的枯枝落葉及樹樁根系部分,防止樹樁再次萌芽更新,又能清理阻礙林木生長的雜草和灌木[6]。隨著人工林規(guī)模的增加,煉山的弊端愈發(fā)明顯。植被被焚燒殆盡,導(dǎo)致地表裸露,土壤結(jié)構(gòu)遭到嚴重破壞,幼林地容易發(fā)生水土流失,使得煉山過程中產(chǎn)生的速效養(yǎng)分被轉(zhuǎn)移出森林生態(tài)系統(tǒng),林地表現(xiàn)出土壤退化的突變過程;煉山后的人工林生境單一,生物多樣性降低,森林生態(tài)系統(tǒng)的抗逆性下降,林地地力的恢復(fù)和重建過程變緩,完全恢復(fù)將是一個比較漫長甚至不可能的過程[7]。
免煉山處理方式具有維持生物多樣性、防止水土流失、保持土壤肥力、減少溫室氣體排放和避免森林火災(zāi)等優(yōu)點,也可較好地保留林地的剩余物[8-9]。免煉山造林取代煉山造林將是發(fā)展所趨[10]。然而,在常規(guī)的免煉山造林中,控草撫育的步驟復(fù)雜,且工效較低,需要投入大量的物力、財力和人力,營林和管護成本顯著高于煉山,難以被林農(nóng)接受,不能大規(guī)模應(yīng)用于林業(yè)生產(chǎn)[9,11-13]。因此,探索實用和新型的高工效免煉山林木培育技術(shù)成為林業(yè)領(lǐng)域亟待解決的重大技術(shù)難題之一。近年來,隨著科學(xué)技術(shù)的進步,“車載噴霧炮機”和“無人機”等高工效除草設(shè)備得到廣泛應(yīng)用,減少了人工成本,解決了免煉山成本高的問題。結(jié)合生態(tài)與經(jīng)濟效益,免煉山處理方式已顯著優(yōu)于煉山處理[14]。
課題組對煉山后的桉樹林地土壤退化問題進行了深入研究,結(jié)果顯示煉山是桉樹種植生產(chǎn)活動中急需改變的林地清理方式[15-16]。本研究分析免煉山處理試驗地中桉樹的胸徑、樹高和蓄積量,并將其與煉山處理進行對比,揭示其生長發(fā)育規(guī)律,以期為桉樹人工林的可持續(xù)發(fā)展提供指導(dǎo)。
試驗地位于廣西賀州市廣西國有大桂山林場東葉分場4林班(111°42′59″~111°43′7″E,24°7′4″~24°7′18″N),為“桉樹高效可持續(xù)經(jīng)營技術(shù)”多代林免煉山造林養(yǎng)分綜合管理栽培模式示范區(qū)。該地位于中、南亞熱帶過渡帶,屬亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候,有明顯的雨季(3—9月)和旱季(10—次年2月),熱量豐富,雨量充沛。年均氣溫19.3℃,最高氣溫39.7℃,最低氣溫-2.4℃,年均積溫6 243℃,年均有霜期12天;年均降水量2 056 mm,年均蒸發(fā)量1 275 mm,年均相對濕度82%;海拔250~280 m,平均坡度約20°;土壤為由寒武系砂巖發(fā)育而來的富鋁濕潤富鐵土,土層厚度80 cm左右。
試驗地采伐前為自2002年起采用萌芽更新種植了3代(15年)的尾巨桉(E.urophylla×E.grandis)人工林,總面積333.33 hm2。在上述試驗地,選擇典型區(qū)段,進行采伐后免煉山新造林試驗,試驗地面積為13.93 hm2。2016年11月,采伐主干,剩余物留在土壤表面;2016年12月—次年2月,采用免煉山法重新造林,種植尾巨桉無性系品種(DH32-29),株行距為2 m×3 m,種植密度為1 665株/hm2。選擇海拔、坡向、坡度和坡位相近的樣地布設(shè)試驗區(qū)。煉山區(qū)和免煉山區(qū)均為20 m×20 m的固定標準地,免煉山區(qū)6塊,立地條件一致的煉山區(qū)1塊,共計7塊。選取每個標準地內(nèi)居中(由林道向內(nèi)第4排)的3行10列目標樹(30棵)用于定點和定株觀測,觀察其生長狀況并計算死亡率。
煉山區(qū)采用常規(guī)火燒方法對采伐后的剩余物進行處理,并進行植苗造林,施基肥0.5 kg/穴,肥料為復(fù)合肥(N∶P∶K=15∶6∶9);第2~4年,各追施上述復(fù)合肥1次(0.75 kg/株),總施肥量為2.75 kg/株;結(jié)合施肥,噴灑草甘膦除草。
在免煉山區(qū)中,將采伐剩余物在自然狀態(tài)下均勻平鋪在林地中,造林前采用新型自制農(nóng)用車載噴霧“風(fēng)神炮機”噴施低劑量草甘膦;1~2個月后,采用“二鋤法”進行打穴、施肥和植苗造林;在造林時或半個月內(nèi),施用包膜緩釋肥0.1 kg/株(N∶P∶K=18∶11∶18)或噴漿造粒有機無機復(fù)混肥0.2 kg/株(N∶P∶K=13∶5∶7);第2年追施包膜緩釋肥0.2 kg/株或復(fù)混肥0.4 kg/株,第3年不施肥,第4年追施復(fù)混肥0.75 kg/株,4年總施肥量為1.05 kg/株或1.35 kg/株;造林后,不使用除草劑。其中,“二鋤法”為一鋤定點和二鋤定深,即確定種植點位,打15 cm深的坑,施肥后回填2 cm泥土將肥料隔開,放入幼苗扶正,回滿土。
1.3.1 生長量測量
2019年6月,測量胸徑和樹高,并標注目標樹;2020年7月,開展第二次調(diào)查。2021年3月進行最新的數(shù)據(jù)采集。采用2021年的數(shù)據(jù)計算提升率;由于2020年7月到2021年3月未滿1年,采用2019—2020年的數(shù)據(jù)計算相對生長速度。
1.3.2 生長蓄積量
采用廣西林業(yè)勘測設(shè)計院制定的速生桉單株蓄積計算公式計算單株材積(V,m3),并根據(jù)死亡率計算各樣地蓄積量[17-18]。
式中,D為平均胸徑(cm);H為平均樹高(m);C0、C1、C2、C3和C4均為常數(shù),C0=1.091 541 50×10-4,C1=1.878 923 70,C2=5.691 855 03×10-3,C3=0.652 598 05,C4=7.847 535 07×10-3。
采用Excel軟件進行整理和統(tǒng)計;采用SPSS 25.0軟件進行差異分析;采用OriginPro 2021軟件制圖。
免煉山處理林分的胸徑、樹高和蓄積量分別比煉山處理高出1.88%、7.97%和20.66%。兩種處理間,樹高差異極顯著(P<0.01),胸徑差異不顯著(表1)。
表1 免煉山處理對桉樹人工林的影響(2021年3月)Tab.1 Effect of non-burning treatment on eucalypt plantation(March,2021)
2019—2020年,免煉山處理林分的樹高相對生長速度(14.47%)高于煉山處理(8.87%)(圖1)。2019和2020年,免煉山處理林分的平均樹高分別為14.06和16.09 m,均顯著高于煉山處理(13.02和14.17 m)(P<0.05)。免煉山處理對桉樹人工林的樹高有顯著的促進作用。
圖1 2019—2020年桉樹人工林樹高變化Fig.1 Tree height changes in eucalypt plantation from 2019 to 2020
2019—2020年,免煉山處理林分的胸徑相對生長速度(15.94%)低于煉山處理(20.37%)(圖2)。2019年,免煉山處理林分的胸徑(9.80 cm)比煉山處理(9.08 cm)高7.90%,兩者間差異顯著(P<0.05);2020年,免煉山處理林分的胸徑(11.36 cm)比煉山處理(10.93 cm)高3.93%,兩者間差異不顯著。2019年未施肥可能對胸徑生長影響較大。
圖2 2019—2020年桉樹人工林胸徑變化Fig.2 DBH changes of eucalypt plantation from 2019 to 2020
截至2021年3月,免煉山處理林分的蓄積量比煉山處理高15%以上,樹高顯著高于煉山處理,胸徑比煉山處理略高,說明采用高工效免煉山“二鋤法”處理采伐剩余物可在減少人力和施肥量的情況下實現(xiàn)桉樹人工林的穩(wěn)定增產(chǎn)。讓剩余物自然覆蓋林地,不僅能保土、保水和保溫,還能使剩余物養(yǎng)分更加均勻地歸還土壤,達到保肥的作用[12,19]。免煉山與煉山處理林分的樹高差異顯著,可能是因為第4年是桉樹樹高生長較快的時期[12],免煉山處理中保留的采伐剩余物顯著促進了桉樹的樹高生長,而煉山處理中采伐剩余物和土壤養(yǎng)分損失過多,土壤有機質(zhì)降低,即使施用化學(xué)肥料也不能顯著促進樹高生長[20]。
通過對2019—2020年煉山與免煉山處理桉樹人工林的生長情況進行研究,發(fā)現(xiàn)免煉山處理林分的樹高均顯著高于煉山處理;免煉山處理林分的胸徑生長速度低于煉山處理,可能是因為2019年免煉山區(qū)未施肥。這表明免煉山處理可在桉樹生長前期保證其樹高穩(wěn)定快速地生長,這種促進作用可能發(fā)生在桉樹生長的第3年甚至更早;而免煉山處理對桉樹人工林胸徑的促進作用,可能仍需肥料的支持。基于目前的數(shù)據(jù)變化趨勢,推測免煉山處理區(qū)桉樹胸徑生長速度將在施肥后逐漸恢復(fù),兩者間的蓄積量差異將進一步擴大。
綜上所述,采用高工效免煉山的方式對采伐剩余物進行處理,可大幅提升林分生長量,這種促進作用在樹高增長上表現(xiàn)更為突出與穩(wěn)定。因此,在保證桉樹人工林生產(chǎn)力的前提下,應(yīng)減少煉山清理,采用免煉山處理,輔以炮機等高工效技術(shù)設(shè)備,可提高桉樹人工林經(jīng)濟效益,使其具有長期穩(wěn)定的生產(chǎn)力,實現(xiàn)可持續(xù)經(jīng)營。后續(xù)可進一步補充相關(guān)試驗,對免煉山處理方式進行補充與完善。