金沙江干热河谷能源林树种及培育技术研究

金沙江干热河谷能源林树种及培育技术研究

李　昆¹，孙永玉¹，张春华¹，刘方炎¹， 郭启荣²

（1.中国林业科学研究院资源昆虫研究所 昆明650224； 2.国家林业局云南元谋荒漠生态定位研究站 元谋 6513002； 3.国际竹腾网络中心,北京 100102）

摘要：自上世纪九十年代以来，在元谋盆地为代表的金沙江干热河谷区筛选出泰国种源赤桉、柠檬桉、赤桉、尾叶桉、新银合欢等，适应性强、生长快、薪材产量高、热值高、材料易得、繁殖容易的农村能源林树种，采用容器育苗、撩壕整地、追施有机基肥、雨季初期造林、密度1680株/hm²、以及与苏门答腊金合欢、木豆、山毛豆等灌木树种营造行间混交林等综合配套技术，造林5年后首次采伐，萌生林3年一轮伐，2次轮伐后更新重造等经营技术，可获速生丰产效果。根据元谋干热河谷区农村能源缺口以及保护生态的要求，营造6000公顷农村能源林即可解决该区农村能源需求，并提高森林覆盖率7%～8%，年新增蓄积量约14000m³，实现森林“双增”目标，对于保护和改善该地区脆弱的生态环境具有十分重要的意义。

关键词： 金沙江干热河谷 ；能源林树种； 培育技术

金沙江干热河谷的元谋盆地作为西南干热河谷的典型代表，气候炎热、干旱，自然条件恶劣；天然植被覆盖率不足1%^[1]，水土流失严重，生态环境恶化，是我国造林极端困难地区之一。元谋干热河谷也是云南省农村能源极度匮乏的地区，据统计，该区农村人口约15万人，土地面积80000hm²，占元谋县总土地面积的40%，农村能源资源量仅有13040t标准煤[2]，人均约90.0kg标准煤，不到全国平均水平的1/4。但是，当地农村的能源消费量达到45736t标准煤，人均消耗387.6kg。更为重要的是，在其能源结构中薪材资源量只有4040t标准煤，为能源资源总量的31%，但薪材消费总量却占到能源消费总量的53%。

能源缺口如此巨大，导致当地村民长期以来不惜劳力四处乱砍滥伐，或扒草皮、挖树根、剥树皮等来弥补能源的不足，日复一日的破坏，使该地区天然植被荡然无存，森林覆盖率不到5%。使贯穿元谋盆地的龙川江的含沙量和输沙量，在金沙江干热河谷涉及的主要支流中名列榜首。如以金沙江从石鼓到下游宜宾的屏山段计，龙川江的集水面积只占4.16%，多年平均径流量占1.60%，多年平均输沙量占2.24%；多年平均含沙量为该区域平均含沙量的1.4倍，多年平均输沙量模为1.48倍[3]。为建设金沙江干热河谷多目标水土保持林，提高该地区森林覆盖率和蓄积量，增加农村能源资源，遏止生态环境恶化，作者从“十五”计划开始，结合人工植被恢复研究，开展了水土保持型薪炭林资源培育与利用试验研究，总结并提出适宜树种筛选、高效培育及合理利用的综合配套技术，奠了干热河谷培育多目标水土保持型薪炭林的技术基础，为加速构建金沙江干热河谷防护林体系提供强有力的技术支撑。

2.　材料与方法

2.1　供试树种

参试树种总共22个，有些树种由于不适应干热河谷的恶劣环境，死亡率超过60%；有的则是树干弯曲，矮化严重，有12个树种在试验中被淘汰，如黑荆树（Acacia mearnsii）、山合欢（Albizia kalkora）等。成活率高并完成全部研究内容的树种有：泰国赤桉（Eucalyptus camaldulensis var. tailanthensis）[以下简称赤桉（泰）]、赤桉（E. camaldulensis）、柠檬桉（E. citriodora）、尾叶桉（E. urophylla）、大叶相思（Acacia auriculaeformis）、马占相思（A. mangium）、苏门答腊金合欢（A. glauca）、新银合欢（Leucaena leucocephala）、木豆（Cajanus cajian）、山毛豆（Tephrosia candida）等。

2.2　试验地点：

云南省元谋县元马镇月龙村干塘山，平均海拔1170m，试验地较完整、平缓，坡度约12°，布置于小丘陵的南坡或西南坡，土壤为燥红土，植被为扭黄茅为主的低矮草丛。泰国赤桉、马占相思和黑荆树则种植于小横山和岭庄，自然条件基本一致。

2.2　育苗造林及管护

造林方式为植苗造林，采用容器（塑料袋）育苗，百日苗上山造林。泰国赤桉种子为云南省林业厅从泰国引入[4]，其它树种种子均来自当地选择的优良单株；4种桉树先撒播培育地苗，待长出4-5片真叶后移入营养袋培育，其余树种直接播种于营养袋中育苗。另外，无论是培育地苗或容器苗，播种之后及时用稻草覆盖，至幼苗出土后逐渐揭盖，当幼苗长至5cm以上时完全去除。

整地采用采用撩壕（规格为宽60cm，深60cm）和块状（规格为60×60×40cm）两种方式。灌木树种苏门答腊金合欢造林密度为222株/亩，株行距为1.0×3.0m；其它乔木树种的造林密度为112株/亩，株行距为2.0×3.0m。采用随机区组试验设计，每种处理重复3次，每重复面积1亩。2000年6月造林。容器育苗的8个树种造林完毕后，木豆和山毛豆按1.5m的塘距点播于行间，每穴播种4-5粒，出苗1个月后间苗，保留1-2株健壮幼苗。以后每年雨季初期（6月）追施尿素＋钙镁磷各100g/株，雨季末（11-12月）松土除草，连续3年。

2.3　生物量和热值测算

造林当年调查成活率，以后每年底调查保存率；除边行边株外，采用每木调查法，于每年底调查参试树种各处理的林木生长量。并根据平均生长量选择3株标准木进行采伐（2010年10月采伐，伐桩高30cm），以测定其生物量。即采伐后随即测定干、枝条和叶片等部分的鲜重，然后每棵样木的每个部分各取1.0kg样品带回室内风干称重，并经粉碎烘干（105℃烘4h）计算其绝干材重量。最后按三株样木各部分重量总和的平均值，分别计算每个树种各处理单位面积的地上生物量、薪材量等。

热值测定用氧弹式热量计测定，再根据生物量计算出每个树种有关处理单位面积上的薪炭材热能产值（单位为千卡/kg），然后按1kg煤当量等于29.27MJ（兆焦）折算为标准煤重量。

3.　结果与分析

3.1　参试树种生态适应性与树种筛选研究

试验结果表明与该地区许多同类研究结果相同或近似[5,6,7]（表1）。参试树种中的赤桉、赤桉（泰）、尾叶桉、柠檬桉、新银合欢、苏门答腊金合欢、大叶相思等，其当年造林成活率都超过90%，到2010年的保存率也达85%以上；马占相思虽然造林初期死亡率稍高，使其保存率较低，但速生，植株高大。这8个树种的生态适应性和抗逆生长能力强，更具有作为薪炭林树种的优良特性。

刺槐（Robinia pseudoacacia）、大叶桉（Eucalyptus robusta）、黑荆树、圣诞树（Acacia dealbata）等，造林后1-2年成活和植株生长表现可以，但以后逐步死亡，11年后的保存率不到10%，如黑荆树的保存率仅不到5%。山合欢、苦楝（Melia azedarach）、香须（Albizia odoratissium）等乡土树种，虽然造林成活率和保存率比较高，但这些树种对土壤肥力和水分要求相对较高，种植于干热河谷严重退化，而且十分贫瘠、干旱和板结的山地上，植株生长差，树干弯曲，矮化严重，如山合欢保存率超过88%，但年平均株高生长量不到40㎝，年平均胸径生长量不到0.32㎝。山毛豆、木豆虽然没有保存下来，但短寿命是它们生来具有的生物学特性，它们与多年生乔灌木树种进行行间混交，可加速促进幼林早日郁闭，发挥幼林群体的抗逆能力，调动林分自我调节功能，提高主栽树种保存率和促进其生长，并提高造林初期的林地生物量。

3.2　拟选树种生长状况与整地方式比较

从理论上讲，在相同条件下植株生长快、长势好的林分，表明该树种比较适应造林地区的生态环境条件，林分内部生态系统的物质循环和能量流动运径、生物量（地上部分）的调查结果表明（表2），不考虑灌木树种苏门答腊金合欢（植株小、生物量最低），其它桉类树种、相思类树种和新银合欢等乔木树种之间的生长差异也很大（见表2）。马占相思虽然成活率较低，保存下来的植株平均株高（10.65m）和胸径（8.5㎝）最大；4个桉类树种中生长相对均一，但尾叶桉生长更为突出，其平均株高、胸径的大小排序依次为尾叶桉（11.4m、7.8㎝）＞赤桉（泰）（10.2m、7.4㎝）＞柠檬桉（9.8m、6.6㎝）＞赤桉（9.6m、6.3㎝）；最后是新银合欢（6.6m、6.5㎝）、大叶相思（6.4m、5.7㎝）。但由于干热河谷特殊的生态环境和土壤干旱贫瘠，这些树种的总生长量或年平均生长量，仅仅是种植于华南低山丘陵区植株生长量的五分之一，种植于严重水土流失丘陵区植株生长量的二分之一[8]。另外，在干热河谷造林，整地方式不同对造林效果影响最大，往往是造成植株生长和生物产量差异显著的重要原因。从表2可以看到，无论哪个树种，撩壕整地的造林效果均好于块状整地。对8个树种生长指标的分析，可以看出整地（或土壤状况）对植株生长的影响有两大特点，一是对相对速生的树种影响比较大，二是其影响主要表现在抑制株高生长方面。如赤桉（泰）、柠檬桉、赤桉、尾叶桉、马占相思等，撩壕整地的平均株高分别比块状整地的高19.4%、17.8%、16.9%、15.1%和13.0%。

表1　各树种生长保存情况调查结果

测定结果表明，干热河谷退化山地的土壤，干旱、贫瘠和板结，地表土壤容重普遍≥1.6g/cm3，降水下渗难，地表径流大，影响了植物根系生长，进而严重抑制植株生长。所以，在干热河谷造林应适当加大整地强度，追施有机基肥，降低土壤容重，提高降水下渗率，促进植物根系生长，保证人工林速生丰产。

3.3　拟选树种生物量与薪炭材产量

就8个树种的生长状况看（表2），马占相思个体比较高大和粗壮，不过单位面积保存率较低，收获的生物量并不很高，地上部分生物量（鲜）平均为52.0t/hm²；其中撩壕整地达到67.1t/hm²，块状整地为36.9t/hm²，仅高于大叶相思和苏门答腊金合欢2个树种，它们是生物量较低的3个树种（表3）。新银合欢是除桉类树种外生长良好、生物量较高、根瘤菌发达的树种，而且还具有很强的萌发力和天然更新能力，这对于干热河谷植被恢复和生态治理、水土保持、乡村能源林等多目标人工植被的培育和经营，均具有十分重要的意义。而苏门答腊金合欢虽然保存率和植株生长较好，根瘤菌发达，天然更新能力强，非常适应应用与干热河谷贫瘠干旱地区的植被恢复，但由于是多年生灌木树种，植株低矮、枝干细小，生物量非常低，作为能源林树种价值不大，应替代木豆和山毛豆与桉类树种混交，以加强此类树种林地的土壤改良和水土保持作用。另外，根据杨成源等（1996）的研究[9]，苏门答腊金合欢造

林4年时其薪材产量（绝干重）已达4t/hm²左右。说明若将其作为薪炭林培育，应充分利用它速生、萌发力强的特点，进行短周期（轮伐期3年）经营，既促进主栽树种的生长，又可提高单位面积薪材产量。

表2　各参试树种保存及生长情况调查结果

在4种桉树中，根据不同撩壕或块状整地方式，其直径≥2.0㎝的干、枝生物量鲜重（t/hm²）分别为，尾叶桉（100.4,88.8）、赤桉（泰）（100.7,79.7）、柠檬桉（87.6,82.0）和赤桉（80.3,75.5）。赤桉（泰）保存率（89.0%和87.0%）较另外3种桉种低，但该树种树干通直，尖削度小，其生物量与尾叶桉相当，而高于柠檬桉和赤桉（表3）。

根据测算（表3），所选择的8个树种在撩壕整地和11年采伐时，其生物量（绝干重）较大的树种是赤桉（泰）41.97t/hm²）、柠檬桉（41.91t/hm²），以后依次为尾叶桉39.75t/hm²、新银合欢38.46t/hm²和赤桉36.57t/hm²，折合标准煤产量分别为27.95t/hm²、27.84t/hm²、25.47t/hm²、24.00t/hm²、24.11t/hm²。各树种块状整地的产量还是柠檬桉(38.86t/hm²)、尾叶桉(34.71t/hm²)、新银合欢(33.89t/hm²)、赤桉(33.78t/hm²)和赤桉（泰）(32.32t/hm²)比较高，折合标准煤分别为25.82t/hm²、22.24t/hm²、21.15t/hm²、22.35t/hm²、21.52t/hm²。

另外，能源林的热能产值亦可看作是薪炭林对太阳辐射能的固定能力，根据该地区太阳辐射能（6.41×10⁶kj/m².a），以及撩壕整地的薪材产量推算（表3），在未计算地下部分生物量、每年的枯枝落叶量以及采伐时的细枝叶量的情况下，各树种能源林固定太阳辐射能的能力（以年固定太阳辐射总能百分比计），大概分别为赤桉（泰）0.12%＝柠檬桉0.12%＞尾叶桉0.11%＞赤桉0.10%＝新银合欢0.10%＞马占相思0.08%＞大叶相思0.04%＞苏门答腊金合欢0.01%，与前人综合计算平均为0.17%的研究结果基本一致[9]。上述结果说明，若不考虑人工恢复植被的其它作用，若在金沙江干热河谷地区培育农村能源林，应该选择赤桉、柠檬桉、尾叶桉和新银合欢等树种，采用容器育苗、撩壕整地、追施有机基肥、雨季初期取苗造林等综合配套的营造林技术。

表3　筛选树种每公顷生物量和热能潜力调查及测定结果

* 直径≥2.0㎝的枝条；** 苏门答腊金合欢是灌木树种，故为直径≥2.0㎝干、枝合计总数。

4.结论

（1）元谋盆地为代表的金沙江干热河谷培育农村能源林，最适宜树种是赤桉（泰）、柠檬桉、赤桉、尾叶桉、新银合欢等，局部水肥条件好的地方可以选种大叶相思、马占相思等树种，苏门答腊金合欢可作为混交树种与上述树种进行行间混交，并适时进行间伐以促进主栽树种的生长。

（2）本研究在造林11年后才进行砍伐，不是专门针对能源林的研究。根据干热河谷的特点及其上述树种连年生长量观测结果，造林后5年的连年生长量最大，以后便趋于平缓，而萌生林则是砍伐后3年的连年生长量最大。所以，如果专门培育农村能源林，首次砍伐期最好选择5年，萌生林则3年轮伐一次，经营砍伐3次后就应重新造林更新。

（3）以标准煤计，目前元谋干热河谷消耗薪材约24095t/年，而薪材产量仅为4040t/年，相差20000多吨。其干热河谷面积约80000hm²，若选择赤桉（泰）、柠檬桉、赤桉、尾叶桉、新银合欢等树种营造农村能源林，以每公顷5年生薪炭材平均产量15～18吨（标准煤）计，5年一个轮伐期，大约营造6000

公顷即可完全解决干热河谷区的农村能源需求，又达到干热河谷森林“双增”目标。

（4）与相同树种在华南地区的培育结果相比，干热河谷的产量还很低，对太阳辐射能的利用率最高才也仅为0.12%，其增产潜力巨大，必须加大良种选育与利用，优质丰产培育及其能源林高效经营技术等方面的研究力度，迅速增加干热河谷森林资源，以尽快保护和改善该地区脆弱的生态环境。

参考文献

1.元谋县林业局编.元谋县林业志,昆明:云南人民出版社,1997

2.云南省元谋县志编篆委员会.元谋县志.昆明:云南人民出版社,1993

3.杨万勤,王开远.宋光煜,等,金沙江干热河谷典型区生态安全问题探析.中国生态农业学报,2002,10(3):116-118

4.陈玉德,吴陇,元谋干热河谷区水土保持林营造技术与成效.林业科学研究, 1995.8（3）:340-343.

5.周蛟,马焕成.元谋干热河谷引种造林试验及树种选择研究.西南林学院学报,2000,20(2):78-84

6.李昆,张春华,崔永忠,等.金沙江干热河谷区退耕还林适宜造林树种筛选研究.林业科学研究,2004,17(5):555-563

7.李昆,金沙江干热河谷适宜树种筛选与植被恢复研究,北京林业大学博士研究生论文,2007

8.高尚武,马文元主编,森林能源研究,北京:中国科学技术出版社:1991

9.杨成源,王长服,张明友.元谋干热河谷薪炭林造林技术及效益研究.西南林学院学报,1996,16(4):237-248