桉樹人工林生產(chǎn)潛力比較研究

桉樹人工林生產(chǎn)潛力比較研究

桉樹是世界上最重要的造林樹種，也是世界上最廣泛的種植樹種。其面積已達(dá)1340多萬hm2,約為全球人工林的10%;若除去桉樹極少栽培的大多數(shù)歐洲國家,則占全球栽培區(qū)內(nèi)人工林的15%。在非洲,桉樹面積占人工林的38%,亞洲為8%,美洲為43%。而桉樹人工林面積最大的印度為480萬hm2,巴西為360萬hm2,占世界桉樹人工林面積的63%。據(jù)估計,我國桉樹人工林面積達(dá)100多萬hm2。桉樹已成為我國熱帶和南亞熱帶地區(qū)工業(yè)用材林,特別是人工紙漿材林最主要的樹種。東北林區(qū)森林面積約占全國的1/3,人工林面積占全國的17.9%。在現(xiàn)有造林樹種中,落葉松(Larixspp.)占有最大的比例。遼、吉、黑三省落葉松人工林面積為22870hm2。在黑龍江森工系統(tǒng)人工林中,落葉松面積約占57.0%,全省為44.2%。樟子松(Pinussylvestrisvar.mongolicaLitvin.)、落葉松人工林已成為東北林區(qū)木材生產(chǎn)的主要后備資源。因此,開展桉樹、落葉松及樟子松人工林生產(chǎn)潛力的研究,對我國南方紙漿林基地建設(shè)以及東北林區(qū)森林后備資源的培育,均有著重要的理論參考價值。1數(shù)據(jù)的獲取和分類1.1調(diào)查樣地與調(diào)查方法根據(jù)我國桉樹人工林集中于熱帶和南亞熱帶的現(xiàn)狀,選擇有代表性的海南、廣東和廣西三省(區(qū))為主要研究區(qū)域。落葉松、樟子松以黑龍江省為重點。在各省(區(qū))除主要收集二類調(diào)查資料外,還重點收集各種作業(yè)設(shè)計樣地調(diào)查資料,并進行必要的實地核查與補充調(diào)查。在此基礎(chǔ)上,在各典型區(qū)域再選擇代表性林業(yè)局或林場,進行設(shè)點調(diào)查。共收集小班、樣地資料2400余塊。其中,桉樹1200余塊,落葉松900余塊,樟子松300余塊。對所獲取的各種數(shù)據(jù)、文獻資料,采用由點到面,點面結(jié)合,綜合分析的方法進行整理、統(tǒng)計與分析。研究的主要對象為人工林喬木層,目的在于探討其木材生產(chǎn)潛力,為敘述方便仍以“人工林生產(chǎn)力”稱之,其表示單位與內(nèi)涵均與“森林生產(chǎn)力”有所不同。以t·hm-2·a-1表示人工林喬木層(地上和地下生物量)生產(chǎn)力,以m3·hm-2·a-1表示人工林蓄積量生產(chǎn)力(即林分年蓄積生長量)。1.2數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)篩選1.2.1研究對象的確定林分蓄積量與生物量的互算方法,常用的有利用兩者樣地資料,建立回歸關(guān)系的經(jīng)驗公式法和以樹干生物量占全株生物量的比率及干材基本密度為基礎(chǔ)的簡便算式方法。作者曾對不同方法進行了驗證比較,認(rèn)為回歸估測方法應(yīng)分區(qū)域建立回歸關(guān)系較為適宜。鑒于本項研究區(qū)域的廣闊性和樹種的多樣性特點,采用關(guān)系式B=V·Pj·C-1換算方法更為適宜。式中Pj和C為待定參數(shù)。石家琛在建立森林潛在生產(chǎn)力模型時,取數(shù)值0.564作為生物量與蓄積量的轉(zhuǎn)換系數(shù)C;賀慶棠等將C值取0.6,Pj取207個樹種的均值0.5。本文在考慮到Pj值和C值隨樹種和林齡而變化等因素,分別樹種進行研究,并以各參數(shù)相對穩(wěn)定的中齡以上林分作為研究對象,以盡可能減小誤差。經(jīng)對黑龍江63塊落葉松樣地資料,以關(guān)系式Wp=0.0267D2.83184·N(Wp為單株生物量,N為樣地株數(shù))和B=V·Pj·C-1計算結(jié)果比較,誤差為±3%～7%。依據(jù)公式B=V·Pj·C-1,將林分總蓄積量(現(xiàn)存蓄積量+間伐量)轉(zhuǎn)換為生物量。式中,B為生物量,單位kg·hm-2(或t·hm-2);V為人工林蓄積量;C為所換算樹種樹干生物量占全樹生物量的比率;Pj為該樹種木材基本密度,單位g·cm-3。桉樹、落葉松及樟子松種間各參數(shù)及各樹種各齡組人工林間伐量估測依據(jù)為:桉樹的C值取65.01%,中齡林(6～10a)間伐量取7.50m3·hm-2,近熟林(11～15a)、成熟林(16～25a)間伐量均取36.30m3·hm-2;窿緣桉(E.exsertaF.Muell.)Pj=0.68g·cm-3;巨尾桉(E.grandisW.HillexMaiden×E.urophyllaS.T.Blake)Pj=0.4742g·cm-3;尾葉桉(E.urophyllaS.T.Blake)Pj=0.4678g·cm-3;剛果12號(E.ABLNo.12)、雷林1號(E.leizhouensisNo.1)Pj=0.6320g·cm-3。落葉松的C值取68.51%,Pj=0.5280g·cm-3;樟子松的C值取44.82%,Pj=0.3810g·cm-3;落葉松、樟子松各齡級(中～成熟林)(21～60a)間伐量以黑龍江佳木斯市孟家崗林場經(jīng)營資料為主,結(jié)合有關(guān)研究資料確定[20,21,22,23,24,25]。1.2.2年生長量tspv依據(jù)各研究點氣象資料,采用ThornthwaiteMomorial模型,計算植物氣候生產(chǎn)力,并作為人工林生產(chǎn)潛力的參考依據(jù)。公式為:TSPv=3000[1-e-0.0009695(V-20)],式中:TSPv為植物氣候生產(chǎn)力(g·m-2·a-1);3000為統(tǒng)計得到的地球上自然植被最高生產(chǎn)力(g·m-2·a-1);V為年均實際蒸散量,由Ture公式計算:V=1.05N·[1+(1.05N·L-1)2]-1/2。式中:N為年均降水量(mm);L為年均最大蒸散量,由公式L=300+25t+0.05t3計算,其中t為年均溫。L與t的關(guān)系,在N>0.316L時適用;否則,取V=N。2結(jié)果與分析2.1分析人工林業(yè)生產(chǎn)力2.1.1廣東、海南桉樹生物量現(xiàn)狀分析2.1.1.1廣東、海南桉樹人工林生產(chǎn)力現(xiàn)狀桉樹為工業(yè)用材林重要的造林樹種,近年來廣東各地桉樹人工林面積迅速擴大。1996年桉樹人工林面積已占該省人工林面積的9.22%?；浳髯鳛槠溥m生區(qū)之一,已有70余年的栽培歷史,已發(fā)展為重要的桉樹工業(yè)用材基地,其人工林集中連片,面積約占廣東省桉樹面積的40.00%以上。其現(xiàn)實生產(chǎn)力見表1。由表1可見,粵西桉樹近熟林生產(chǎn)力普遍高于中齡和成熟林。在中齡組,各地最高達(dá)氣候生產(chǎn)力的77.38%,最低僅4.83%,加權(quán)平均為18.29%;近熟林最高為51.80%,最低為14.46%,加權(quán)平均為28.86%;成熟林最高56.46%,最低為9.03%,加權(quán)平均為21.28%。海南是我國自然氣候生產(chǎn)力最高的地區(qū)之一,也是我國桉樹栽培歷史較長、面積較大的地區(qū),特別是近10多年來發(fā)展迅速,面積已達(dá)20多萬hm2。其生產(chǎn)力高低不僅對該省人工林總體水平有著重要的影響,且對其它地區(qū)桉樹生產(chǎn)潛力的分析亦有著重要的參考價值。由表2可知,桉樹林齡在6～15a間,隨年齡增加生產(chǎn)力提高,且各地區(qū)規(guī)律一致。其現(xiàn)實生產(chǎn)力與氣候生產(chǎn)力線性關(guān)系顯著。這說明海南桉樹人工栽培已為林木的生長創(chuàng)造了較為適宜的林地環(huán)境條件,較好地發(fā)揮了氣候生產(chǎn)潛力。中齡林生產(chǎn)力最高已達(dá)氣候生產(chǎn)力的62.49%,最低亦達(dá)21.46%,加權(quán)平均為35.36%;近熟林最高為59.72%;最低為30.81%,加權(quán)平均為46.80%。由廣東、海南桉樹生長現(xiàn)狀來看,廣東粵西三市中齡林僅達(dá)氣候生產(chǎn)力的18.29%,比海南同齡林低17個百分點(僅相當(dāng)于海南現(xiàn)實生產(chǎn)力的50.56%),近熟林平均為28.86%,比海南低近18個百分點(僅相當(dāng)于海南的60.26%)。兩省對比地區(qū)其氣候生產(chǎn)力相差不大,但現(xiàn)實生產(chǎn)力相差懸殊。說明兩者在立地條件和經(jīng)營水平方面存在較大的差距。2.1.1.2廣西良種桉短輪伐期工業(yè)用材林生產(chǎn)力現(xiàn)狀分析據(jù)廣西“良種桉短周期工業(yè)用材林綜合技術(shù)開發(fā)”項目及實地考察測定資料,該項目在廣西中、南部的廣大范圍內(nèi),營造示范及輻射(推廣)林分達(dá)8萬余hm2。各生產(chǎn)力等級所占面積比率為:平均年蓄積生長量小于15.00m3·hm-2·a-1(實際均值10.50m3·hm-2·a-1)的面積占37.36%;15.10～22.50m3·hm-2·a-1的面積占30.30%;22.60～30.00m3·hm-2·a-1的面積占21.92%,30.10～45.00m3·hm-2·a-1的面積占9.45%,大于45.10m3·hm-2·a-1的面積占0.52%,全部面積加權(quán)平均年蓄積生長量為18.90m3·hm-2·a-1。將以上各等級生長量統(tǒng)計數(shù)據(jù)取中值轉(zhuǎn)換為生物量,并結(jié)合當(dāng)?shù)仄骄鶜夂蛏a(chǎn)力,得到各生長量等級所達(dá)到的氣候生產(chǎn)力水平。結(jié)果為:達(dá)氣候生產(chǎn)力40.94%的面積占37.36%,達(dá)73.10%的面積占30.30%,達(dá)102.35%的面積占21.97%,達(dá)146.21%的面積占9.45%,大于175.45%的面積占0.52%。全部面積加權(quán)平均年生長量達(dá)氣候生產(chǎn)力的73.78%。從以上調(diào)查資料可見,在面積達(dá)2861hm2(占項目總面積31.94%)的林地上,實際生產(chǎn)力超過了氣候生產(chǎn)力。其中,有近47hm2的林地竟達(dá)氣候生產(chǎn)力的1.75倍以上。如此大面積超過氣候生產(chǎn)力的事實,已無法解釋為特殊性或偶然性,而恰恰說明了人工林完全具備超過其氣候生產(chǎn)力的生產(chǎn)能力。對此,可從以下方面加以分析論證:(1)從氣候生產(chǎn)力計算模型本身(來源)及其適用性方面來看,現(xiàn)被廣泛采用的Lieth方法,其模型TSPv=3000[1-e-0.0009695(v-20)]是1974年Lieth利用世界各地50個地點凈第一性生產(chǎn)力資料和實際蒸散量資料,采用最小二乘法建立的統(tǒng)計模型,式中的3000是Lieth經(jīng)統(tǒng)計得到的地球上自然植被在每年每平方米上的最高干物質(zhì)產(chǎn)量。從數(shù)學(xué)分析來看,該模型只有當(dāng)V→∞時,TSPv值才可能接近3000。這就是說,若以此模型估算,世界各地計算的理論結(jié)果均應(yīng)小于3000g·m-2·a-1(即小于30.00t·hm-2·a-1)。但實際上自然植物生產(chǎn)力大于30.00t·hm-2·a-1的群落類型仍然不少,如Lieth本人所統(tǒng)計的熱帶雨林生產(chǎn)力最高已達(dá)35.00t·hm-2·a-1;我國海南河港的海岸紅樹林,其生產(chǎn)力也達(dá)到了30.68～34.64t·hm-2·a-1。本文無意去探究世界各地的最高植物產(chǎn)量,只是引用以上數(shù)據(jù),籍以說明應(yīng)用Lieth方法所估算的生產(chǎn)潛力,本身存在著較實際生產(chǎn)力偏小的可能。(2)人工林在選用良種、適宜立地和集約經(jīng)營條件下,生產(chǎn)力比同一地區(qū)其它自然植物群落生產(chǎn)力將有較大幅度的提高?！耙话闳斯ち稚L量比天然林快3～7倍”。以自然植被為基礎(chǔ)建立的生產(chǎn)力估測模型,其估算值并非人工林的可能最大值。因此,人工林生產(chǎn)力,特別是集約經(jīng)營的速生豐產(chǎn)林,超過Lieth方法所估算的自然植物氣候生產(chǎn)潛力,是完全可能和應(yīng)當(dāng)?shù)?。就桉樹而?我國現(xiàn)有人工林多以短輪伐期速豐林經(jīng)營為主,其生產(chǎn)力應(yīng)能達(dá)到或接近氣候生產(chǎn)力水平。2.1.1.3落葉松、樟子松人工林生產(chǎn)力現(xiàn)狀由表3可見,落葉松、樟子松中齡林現(xiàn)實林分生產(chǎn)力分別為2.13～3.89、2.44～4.06m3·hm-2·a-1,分別達(dá)氣候生產(chǎn)力的25.70%～41.68%和28.45%～51.55%。同一樹種,各林管局間生產(chǎn)力高低相差近一倍,而兩樹種生產(chǎn)力相當(dāng)。就總體而言,各林管局生產(chǎn)力均不高。2.2在對樹種人工林生產(chǎn)潛力的分析中2.2.1桉樹人工林生物量根據(jù)“廣西良種桉樹短輪伐期工業(yè)用材林示范推廣項目”樣地資料,在面積達(dá)2861hm2(占項目總面積31.94%)的林地上,實際生產(chǎn)力超過了氣候生產(chǎn)力。其中,有近47hm2的林地,竟達(dá)氣候生產(chǎn)力的1.75倍以上(表4)。在同一調(diào)查地區(qū)(縣、市),巨尾桉無性系林分生長量始終大于尾葉桉實生苗林分。經(jīng)對全部項目區(qū)(示范區(qū)+輻射區(qū))統(tǒng)計運算,無性系林分生長量平均為23.00m3·hm-2·a-1,而實生起源林分生產(chǎn)力僅為17.62m3·hm-2·a-1,前者生產(chǎn)力較后者高30.53%。在所統(tǒng)計的縣、區(qū)中,各示范區(qū)無性系生產(chǎn)力超過氣候生產(chǎn)力者占63.60%,而實生林僅占28.52%;無性系林分最低亦達(dá)氣候生產(chǎn)力的80.00%以上,實生林低者僅達(dá)氣候生產(chǎn)力的40.00%左右。從經(jīng)營水平對生產(chǎn)力的影響來看,同為項目區(qū)內(nèi)的推廣區(qū)與示范區(qū)相比,生產(chǎn)力已出現(xiàn)明顯的差距。在立地條件及樹種均相同的條件下,示范區(qū)的生產(chǎn)力平均為輻射區(qū)的1.4倍以上。若示范林同當(dāng)?shù)匾话懔址窒啾?以經(jīng)營水平相對較高的廣西東門林場為例,桉樹—般林分生產(chǎn)力僅為示范林的25.50%,即一般林分僅相當(dāng)于速豐林的1/4。綜合以上分析認(rèn)為,我國以短輪伐期速豐林經(jīng)營為主的桉樹人工林,在良種良法條件下,其生產(chǎn)潛力應(yīng)能達(dá)到或超過氣候生產(chǎn)力水平。從現(xiàn)實大面積桉樹人工林生產(chǎn)力水平來看,廣東粵西三市平均僅達(dá)氣候生產(chǎn)力的22.81%,海南亦僅為41.08%,顯得十分低下。而廣西短輪伐期工業(yè)用材林項目,在面積達(dá)8萬余hm2的中、南部廣大地區(qū),平均生長量是氣候生產(chǎn)力的73.78%,并創(chuàng)造了較大面積超過氣候生產(chǎn)力的國內(nèi)最高記錄。因此認(rèn)為,在現(xiàn)有技術(shù)與經(jīng)濟條件下,我國大面積桉樹人工林生產(chǎn)力,至少應(yīng)能達(dá)到氣候生產(chǎn)力的80.00%(廣東雷州林業(yè)局林科所已達(dá)77.38%,海南屯昌已達(dá)62.49%)。這樣,粵西三市桉樹生產(chǎn)力平均應(yīng)達(dá)15.80t·hm-2·a-1;若以剛果12號(或雷林1號)而論,蓄積生長量則應(yīng)達(dá)16.00m3·hm-2·a-1以上;若以巨尾桉為主,則應(yīng)達(dá)21.70m3·hm-2·a-1以上。海南則應(yīng)達(dá)16.16t·hm-2·a-1,若以窿緣桉為主,則其生產(chǎn)力應(yīng)達(dá)15.50m3·hm-2·a-1以上;若以巨尾桉而論,則應(yīng)達(dá)22.50m3·hm-2·a-1以上的生產(chǎn)力水平(海南臨高3年生示范林生產(chǎn)力已達(dá)55.50m3·hm-2·a-1)。2.2.2落葉松和樟子松種植生產(chǎn)力和潛力2.2.2.不同等級林的材積生產(chǎn)力(1)佳木斯市孟家崗林場人工林生產(chǎn)力現(xiàn)狀黑龍江省佳木斯市孟家崗林場有較為正規(guī)的森林經(jīng)營管理體系和生長較好的人工林資源。其林地生產(chǎn)力水平及其潛力評價對以營林為主的國營林場之生產(chǎn)潛力估價,有著一定的典型意義。方差分析結(jié)果表明,落葉松、樟子松各樣地年材積生長量均值差異不顯著。落葉松年蓄積生長量各齡組(幼～近熟林)平均為5.80m3·hm-2,樟子松為5.75m3·hm-2;中～近熟林落葉松平均為5.59m3·hm-2,樟子松為5.04m3·hm-2(表5)。對兩樹種(幼～近熟林)各樣地生產(chǎn)力進一步分組分析,結(jié)果顯示(表6),落葉松生產(chǎn)力小于5.00m3·hm-2·a-1的樣地占22.74%,而以5.00～8.00m3·hm-2·a-1的占68.00%,10.00～12.09m3·hm-2·a-1的樣地占1.47%。達(dá)氣候生產(chǎn)力50.00%以下的樣地占14.53%,而達(dá)氣候生產(chǎn)力50.00%～70.00%的樣地占56.21%;達(dá)70.00%～99.00%的樣地占26.74%;達(dá)到和超過氣候生產(chǎn)力的樣地占2.53%。樟子松生產(chǎn)力從3.00～10.00m3·hm-2·a-1各組間,樣地數(shù)目相近(表6)。即各等級所占比率相當(dāng)。大于10.00m3·hm-2·a-1的樣地占6.17%。超過氣候生產(chǎn)力的樣地數(shù)目達(dá)樣地總量的22.22%。綜上所述,孟家崗林場落葉松幼～成熟林各齡組材積生產(chǎn)力平均為5.80m3·hm-2·a-1;生物量生產(chǎn)力達(dá)氣候生產(chǎn)力的63.67%。樟子松材積生產(chǎn)力平均為5.75m3·hm-2·a-1;生物量生產(chǎn)力達(dá)氣候生產(chǎn)力的71.75%。落葉松年蓄積生長量與樟子松相當(dāng),但由于其木材密度及生物量分配中干材所占比率的差異,就其對氣候資源利用程度而言,樟子松較落葉松高12.71%。(2)南岔林業(yè)局人工林生產(chǎn)力現(xiàn)狀南岔林業(yè)局位于小興安嶺林區(qū),其地理位置與人工林經(jīng)營水平,在森工系統(tǒng)各局中有一定的代表性。由表7可見,平均年齡20、25、37、43a的落葉松幼、中、近及成熟林,在幼～近熟林各齡組,其蓄積年生長量呈逐漸上升趨勢,分別為2.95、3.55、4.44m3·hm-2·a-1,分別達(dá)到了氣候生產(chǎn)力的33.87%、40.80%、51.08%。成熟林較近熟林雖有所降低,但仍高于中、幼齡林。對所有樣地以生產(chǎn)力歸類,各等級間樣地數(shù)目分布形式近于正態(tài)(表8)。以4.02～4.99m3·hm-2·a-1占38.0%,最高為7.12～7.25m3·hm-2·a-1。達(dá)氣候生產(chǎn)力25.36%～49.63%與51.28%～83.39%的樣地數(shù)量,約各占一半。同孟家崗林場相比,其氣候生產(chǎn)力稍低,但仍在落葉松適生區(qū)中心。經(jīng)對兩地20a以上各樣地方差分析,現(xiàn)實生產(chǎn)力差異達(dá)極顯著水平。孟家崗的幼、中齡林及近熟林,分別是南岔局的1.93、1.31、0.87倍。南岔局近熟林生產(chǎn)力高于孟家崗的現(xiàn)實說明,各齡組生產(chǎn)力的差異并非氣候生產(chǎn)力所致,而與立地條件、經(jīng)營水平等因素有關(guān)。2.2.2.林分生產(chǎn)力達(dá)標(biāo)表9說明,高產(chǎn)林分的生產(chǎn)力為6.40～10.56m3·hm-2·a-1,達(dá)氣候生產(chǎn)力的68.09%～119.08%。分析典型林分高產(chǎn)數(shù)據(jù)及孟家崗林場生產(chǎn)力現(xiàn)狀認(rèn)為,在較好的立地條件下(地位指數(shù):落葉松14,樟子松12以上),正常經(jīng)營的落葉松人工林,其生產(chǎn)力應(yīng)達(dá)氣候生產(chǎn)力的70.00%以上;樟子松應(yīng)達(dá)80.00%以上。根據(jù)孟家崗林場立地質(zhì)量各等級比率,大于14指數(shù)的落葉松林面積占80.00%以上。這就是說有80%的林分生產(chǎn)力應(yīng)達(dá)氣候生產(chǎn)力的70.00%以上。即蓄積生長量應(yīng)達(dá)6.60m3·hm-2·a-1以上(樟子松達(dá)6.01m3·hm-2·a-1)。按此比率匡算,該場尚有約50.00%的落葉松林地生產(chǎn)力未達(dá)應(yīng)有標(biāo)準(zhǔn)。而這部分林分生產(chǎn)力現(xiàn)已達(dá)氣候生產(chǎn)力的50.00%～60.00%和60.00～69.00%。二水平段林分面積相當(dāng)。若按中值60.00%推算,這50.00%的未達(dá)標(biāo)林分,其生產(chǎn)力尚可再提高10.00%。對全部落葉松林分來說,可使其生產(chǎn)力在現(xiàn)有水平(6.16m3·hm-2·a-1)上再提高5.00%。該場樟子松林分若仍按80.00%的面積應(yīng)達(dá)氣候生產(chǎn)力的80.00%計算,則尚有約50%的面積未達(dá)標(biāo)(已達(dá)標(biāo)比率為30.82%)。這部分未達(dá)標(biāo)面積生產(chǎn)力水平均值為5.50m3·hm-2·a-1。若全部達(dá)標(biāo)則可使樟子松林分整體生產(chǎn)力再提高6.80%。南岔林業(yè)局若按Ⅰ、Ⅱ地位級立地面積占林地面積35.00%計算,這類立地的落葉松人工林生產(chǎn)力均應(yīng)達(dá)氣候生產(chǎn)力的70.00%(生產(chǎn)力為6.01m3·hm-2·a-1)。其余立地至少應(yīng)達(dá)孟家崗林場同類立地生產(chǎn)力