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毛竹林长期生产力保持机制研究

刘广路  
【摘要】: 毛竹(Phyllostachys pubescens)是我国分布最广、面积最大、经济价值最高的竹种,经过多年的经营,在取得良好经济效益的同时,毛竹林立地生产力发生衰退的现象,如何保持毛竹林的长期生产力已成为一个亟待解决的科学问题。本文以我国重要的毛竹产地福建省永安市、福建省顺昌县、江西安福县、浙江安吉县、四川长宁县的毛竹林为研究对象,对大量不同类型、不同经营时间的毛竹林的生长情况进行了调查,对毛竹林的退化情况、退化机理和保持技术进行了研究。主要研究结论如下: 1、毛竹林生产力随着经营时间的增长呈退化趋势,胸径可以作为反映毛竹林生产力退化的指标。 (1)毛竹林随着经营时间的增长,平均胸径和树高呈下降的趋势。为探讨长期经营毛竹林生产力的变化情况,对福建永安、福建顺昌、江西安福、浙江安吉、四川长宁四省五地的164块毛竹林样地进行了调查,总的来看,这些常规经营措施在短期内可以提高毛竹林地平均胸径和树高,胸径在经营10年后达到最大值为10.95㎝,树高在13年达到最大值为15.01 m,均极显著高于未经营林分的8.44㎝和12.72 m;但是随着经营时间的增长,毛竹林的平均胸径和树高呈下降的趋势,经过30年的经营,毛竹林平均胸径(10.12㎝)的下降幅度达到极显著水平,而树高(14.18 m)未达到显著水平。劈草、垦复、施肥等不同类型的常规经营措施对毛竹林生长的影响程度各有不同。 劈草。竹林的平均胸径在0-10年间极显著增加,胸径从8.67㎝增加到10.94㎝,并达到最大值,随着经营时间的进一步增加,竹林的平均胸径逐步降低,30年经营后,平均胸径为9.78㎝,极显著低于10年毛竹林胸径。树高在劈草20年时达到最高值,为14.58 m,极显著高于未劈草毛竹林的树高(12.51 m);其后树高逐步降低,30年时树高降低为13.82,极显著低于劈草20年毛竹林。不同地点毛竹林平均胸径和树高对劈草时间的响应程度不同,劈草10年的毛竹林胸径较未经营毛竹林的胸径提高了25.43%(福建顺昌)、13.30%(福建永安)和41.89%(四川长宁);树高提高了21.95%(福建顺昌)、8.30%(福建永安)和17.31%(四川长宁)。劈草30年较劈草10年的毛竹林胸径降低了5.73%(福建顺昌)、11.74%(福建永安)和13.65%(四川长宁);树高降低了1.87%(福建顺昌)、7.66%(福建永安)和3.31%(四川长宁)。 垦复。毛竹林平均胸径和树高随着垦复时间的延长呈现出先上升后下降的趋势,垦复10年后达到最大值,胸径从8.21㎝增加到11.32㎝,树高从11.66 m增加到13.88 m,均极显著高于未经营毛竹林;其后胸径和树高均有下降的趋势,其中垦复30年平均胸径(10.63㎝)的下降幅度达到显著水平,而树高(13.51 m)的下降幅度未达到显著水平。垦复时间对不同地点的影响程度不一致,垦复10年毛竹林平均胸径较未垦复毛竹林平均胸径提高了40.25%(福建顺昌)和35.64%(江西安福);树高提高了32.57%(福建顺昌)和6.56%(江西安福),达到极显著水平;垦复30年后,胸径较最高值降低了9.95%(福建顺昌)和2.25%(江西安福),降幅达到极显著水平;树高降低了4.68%(福建顺昌),达到极显著水平,而江西安福毛竹仅降低0.38%,未达到显著水平。 施肥。毛竹林在施肥5年后,平均胸径和树高达到最大值,随后胸径和树高呈下降的趋势。施肥5年后,平均胸径达到最大值11.70㎝,树高达到最大值15.90 m,极显著高于未施肥毛竹林的9.69㎝和13.40 m;施肥10年较施肥5年的毛竹林平均胸径低6.24%,平均树高低3.84%,未达到显著水平。 (2)毛竹林平均胸径可以作为反映毛竹林生产力退化的指标。通径分析表明毛竹林的平均胸径与经营措施、经营时间和混交比例显著相关,而树高与混交比例、坡向和经营措施相关性更为显著,表明了毛竹林胸径可以作为反应毛竹林生产力的退化的指标。 2、毛竹林生物循环特性是毛竹林长期经营生产力下降的内在原因之一。森林凋落物是森林生态系统的重要组成部分,是森林生态系统物质循环的重要环节,是森林生态系统自肥的重要机制之一。毛竹林分年凋落量很小,仅为1.73 t·hm-2·a-1,明显低于丛生竹小叶龙竹和麻竹的年凋落量,与年凋落物量较小的杉木林比,毛竹林凋落物仅为杉木林的49.43%。通过对永安经营措施相同的毛竹纯林,竹阔混交林(混交比8: 2)和竹针混交林(混交比8:2)的养分循环特征研究表明,三种林分年吸收量分别为421.37±42.09 kg·hm-2、690.88±65.09 kg·hm-2和376.22±15.95 kg·hm-2;年归还量分别为26.70±2.79 kg·hm-2、58.47±12.04 kg·hm-2和64.84±3.73 kg·hm-2 ;年存留量分别为406.64±40.55 kg·hm-2、670.81±60.95 kg·hm-2和357.21±14.85 kg·hm-2,毛竹林具有较大的年吸收量和较小的年归还量。 3、毛竹林生产作业特点和不合理的经营措施加速了养分的流失和土壤性质退化 (1)毛竹林经营特性是毛竹林生长退化的重要原因。对永安不同管护类型毛竹林的研究表明,垦复+施肥+灌溉毛竹林每年采伐和挖笋的生物量占林分总生物量的27.87%,垦复+施肥的林分占24.54%,劈草的林分占24.51%;带出林分的五种养分(N、P、K、Ca、Mg)总量分别为307.65 kg·hm-2、215.49 kg·hm-2和222.90 kg·hm-2,可见,每年毛竹林通过采竹和挖笋,大量的营养被带出竹林系统。 (2)劈草、垦复、施肥、灌水等常规经营措施在短期内能够提高毛竹林地生产力,但随着经营时间的增长,毛竹林生产力开始下降,土壤质量退化。 劈草。不同劈草时间毛竹林地土壤性质综合评价得分分别为0.6390(劈草0年)、0.3558(10年)和0.4320(30年),反映了劈草降低了土壤质量。土壤具体指标分析也表明,劈草毛竹林地土壤容重增加,土壤孔隙度、持水能力、土壤渗透性、有机质、pH值、主要营养及酶活性的降低。 垦复。不同垦复时间毛竹林土壤性质综合得分分别为0.3548(0年)、0.4117(3年)、0.4635(10年)和0.5815(30年),可见垦复会提高土壤的性质。研究结果表明垦复对土壤物理性质的影响较复杂,未随经营时间的延长表现出一致的变化规律。与未垦复毛竹林相比,垦复作业可以短期内迅速增加土壤有机质含量,垦复3年后有机质含量最高,随后有机质含量呈下降的趋势。全氮、水解氮、全磷、有效磷的变化规律与有机质变化规律相似,这些指标的降低可能是长期垦复毛竹林生产力下降的原因。 施肥。施肥作业通常伴随着垦复作业,与垦复作业林地土壤综合性质得分随经营时间的延长而升高不同,施肥毛竹土壤性质综合得分呈下降趋势,分别为0.5693(0年)、04286(5年)和0.3744(10年),可见施用化学肥料对土壤性质的破性十分严重。具体的指标分析表明,施肥可以改善土壤物理性质,如土壤容重降低、非毛管孔隙度增加、渗透性增强等,这可能是因为施肥的同时进行垦复作业造成的。施用化学肥料的毛竹林地土壤的化学性质的退化较为严重,有机质、全氮、水解氮、钙、镁含量明显降低。灌水。灌水10年毛竹林土壤性质综合得分为0.4610,而未灌水毛竹林得分为0.5123,灌水降低了土壤的综合性质。研究发现,灌水增加了土壤的容重,降低了土壤的持水能力和土壤渗透性能;灌水毛竹林地有较低的土壤有机质、土壤全氮、水解氮、有效钾、速效磷和Ca、Mg的含量,土壤过氧化氢酶和磷酸酶的活性降低。反映了灌水损害了毛竹林地持续地力的维持能力。 4、以营养管理为核心的经营措施是毛竹林生产力保持的关键 (1)合理的经营措施可以加速养分循环速度,提高毛竹林生产力劈草、施肥、垦复、灌水在短期内均能明显的提高林分生产力,合理运用这些经营手段是毛竹林长期生产力得以保持必不可少的条件。劈草经营提高了毛竹林分养分的贮存量、年吸收量和年存留量,降低了毛竹林的养分归还能力;施肥可以对土壤养分库进行有效补充,降低林分养分利用系数,提高养分的循环速率,降低养分周转时间;灌水提高了毛竹林的养分归还量,降低了养分循环系数,缩短了养分的周转时间。可见,经营措施不同对毛竹林系统的影响不同,根据立地条件、经营目标,对毛竹林常规经营手段进行组合、轮替以及同一经营措施的间隔应用,既可以显著提高毛竹林的生产力,又不会造成林地土壤的退化,可能是提高毛竹林生产力行之有效的方法。 (2)结构调整是毛竹林生产力保持的重要手段 树种组成、年龄结构和林分密度等林分结构因子对林分生产力有重要的影响,通过对毛竹林分结构进行调整可以提高毛竹林生产力。混交林具有较高的养分的储存量和年吸收量,且竹阔混交林凋落物分解速度更快。同时,混交经营的生物多样性高于毛竹纯林,对维持毛竹林系统稳定有重要的作用。年龄结构是指林木株数按年龄分配的状况,它是林木更新过程长短和更新速度快慢的反映。对毛竹林年龄结构进行调整可以维持毛竹林活力,并能保持较为稳定的产出。合理密度是竹林持续生产力保持的重要因子,根据毛竹林经营目的、经营措施、立地条件对毛竹林的密度进行调整,是毛竹长期生产力维持的的主要手段之一。 (3)采伐剩余物在养分归还过程中有重要的作用,毛竹林采伐过程中,把枝、叶、根留在林分中可以增加毛竹林养分归还量。研究表明,枝、叶、篼生物量占林分总生物量的23.87%,移出的养分元素占总量的32.40%。如果枝、叶、篼全部进行利用,林分将损失大量养分。


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