小興安嶺過伐天然林結(jié)構(gòu)特點及經(jīng)營策略1)

葉 林 李巍巍 馬景財

(伊春林業(yè)科學(xué)院，伊春，153000) (黑龍江省嘉蔭縣林業(yè)局)

小興安嶺過伐天然林是指原始闊葉紅松林經(jīng)過不合理的中度或強(qiáng)度擇伐后殘余的林分類型。過伐林中建群種紅松及其它伴生樹種的大徑木被砍伐，使林分構(gòu)變得不合理，森林質(zhì)量和生態(tài)功能下降。但由于過伐天然林仍保存有紅松及其它針葉樹種采伐前長成的幼苗及幼樹，因此它比次生林更容易恢復(fù)成原始狀態(tài)的針闊混交林。若繼續(xù)加以干擾破壞，過伐天然林即變成次生天然林;如能進(jìn)行合理的經(jīng)營，則過伐林是向闊葉紅松林恢復(fù)速度較快的森林類型。小興安嶺林區(qū)現(xiàn)階段的過伐林面積約占森林總面積的17%，是森林經(jīng)營的主要類型之一，得到合理經(jīng)營的過伐林將成為小興安嶺闊葉紅松林恢復(fù)重建的先鋒。因此對過伐林的林分結(jié)構(gòu)特點及經(jīng)營策略進(jìn)行研究，對小興安嶺森林生態(tài)建設(shè)具有重要意義。

1 試驗地概況

試驗地點設(shè)在黑龍江省東北部的伊春林區(qū)，地處北緯46°28'～49°21'，東經(jīng) 127°42'～130°14'，是國家的重要木材生產(chǎn)基地。全區(qū)總的地勢為南高北低、西高東低，北部多為丘陵臺地，南部多為低山。最高海拔為1 492.9 m(平頂山)，最低海拔86 m(嘉蔭河口)，1 000 m以上的山峰33座。本區(qū)屬北溫帶大陸性季風(fēng)氣候，冬季寒冷多雪，夏季涼爽多雨，年平均氣溫1.0℃，1月平均最低氣溫-21℃，極端最低氣溫-44℃，7月份平均氣溫19℃，極端最高氣溫35℃，年降水量735 mm，日照2 355 h，≥10℃有效積溫2 150℃。

2 材料與方法

材料來源：研究數(shù)據(jù)來源于固定標(biāo)準(zhǔn)地調(diào)查。2008—2009年在小興安嶺的南部、中部和北部分別選擇帶嶺林業(yè)局東方紅林場、翠巒林業(yè)局沖鋒林場和新青林業(yè)局青林林場，根據(jù)局部地形和過伐林采伐前的紅松林林型(斜坡椴樹紅松林、緩坡楓樺紅松林、谷地云冷杉紅松林)進(jìn)行典型抽樣，做過伐林固定標(biāo)準(zhǔn)地調(diào)查。在五營豐林自然保護(hù)區(qū)和帶嶺涼水自然保護(hù)區(qū)，選擇斜坡椴樹紅松林、緩坡楓樺紅松林、谷地云冷杉紅松林3個林型的原始紅松林典型地段做固定標(biāo)準(zhǔn)地調(diào)查。標(biāo)準(zhǔn)地面積100 m×100 m。每塊樣地詳細(xì)記載林分因子、土壤因子和立地因子;將標(biāo)準(zhǔn)地用10 m×10 m的網(wǎng)格劃分成100個小區(qū)，在每個小區(qū)中詳細(xì)記載每株喬木樹種(包括幼樹、幼苗)的樹高、胸徑、冠幅。分層記錄紅松的出現(xiàn)頻度(1 m以下記為更新層，1 m以上至主林層下限記為演替層，達(dá)到紅松主林冠層記為主林層)。在每個小區(qū)中心設(shè)5 m×5 m的灌木樣方和1 m×1 m草本植物樣方各1個，在5 m的樣方中調(diào)查記載灌木樹種的樹高、株數(shù);在1 m樣方中詳細(xì)記載草本植物的種類和數(shù)量［1-2］。每個林型在每個調(diào)查地點做3個重復(fù)，調(diào)查紅松原始林標(biāo)準(zhǔn)地18塊、過伐林標(biāo)準(zhǔn)地27塊。

研究方法：根據(jù)固定標(biāo)準(zhǔn)地的調(diào)查資料，選擇在林分結(jié)構(gòu)、林分密度以及紅松種群數(shù)量上有代表性的7、8、10、11、12、14號標(biāo)準(zhǔn)地為各林型的代表和研究對象，分析過伐天然林和原始闊葉紅松林的樹種組成、結(jié)構(gòu)特點、生物多樣性、建群種紅松的數(shù)量、徑級分布規(guī)律及演替趨勢，研究過伐天然林與原始闊葉紅松林林分結(jié)構(gòu)的差異。主要統(tǒng)計量的計算公式：種的密度=種的個體數(shù)/取樣面積;相對密度=一個種的個體數(shù)/所有種的個體數(shù);種的平均優(yōu)勢度=種的樹冠面積之和/種的個體數(shù);優(yōu)勢度=種的密度×種的平均優(yōu)勢度;相對優(yōu)勢度=一個種的優(yōu)勢度/所有種的優(yōu)勢度×100%;頻度=有該種的樣方數(shù)/樣方總數(shù);相對頻度=一個種的頻度/所有種的頻度;重要值=相對密度+相對優(yōu)勢度+相對頻度［3］;

Simpson多樣性指數(shù)(D)：Shannon-Wiener多樣性指數(shù)(H)：式中：s為物種數(shù);pj為種的個體數(shù)占群落中總個體數(shù)的比例;nj為種j的個體數(shù);

3 結(jié)果與分析

3.1 樹種組成與林分結(jié)構(gòu)

小興安嶺過伐林是原始闊葉紅松林經(jīng)過擇伐后形成的，由于對紅松的強(qiáng)度采伐使林分的樹種組成發(fā)生了較大的變化，同時由于失去了紅松主林層的遮蔽，林分的生境發(fā)生了改變。表1給出了原始紅松林與過伐林標(biāo)準(zhǔn)地的樹種組成。

表1 過伐林與闊葉紅松林樹種組成及林分因子的差異

從表1中可以看出，過伐林的上層大徑木被強(qiáng)度采伐，林分平均胸徑只有13～16 cm，與原始紅松林25～39 cm相比下降了48%～59%。林分密度原始林為500～600株/hm2，而過伐林則由于破壞程度不同呈現(xiàn)疏密不均的狀態(tài)。7號標(biāo)準(zhǔn)地由于采伐強(qiáng)度過大導(dǎo)致林分密度過小，只有444株/hm2;8、14號標(biāo)準(zhǔn)地則由于上層林冠的疏開，林內(nèi)下層樹種的更新加快及次生樹種的侵入，使林分密度上升，達(dá)到900～1 440株/hm2。

過伐林中紅松的比例明顯下降，在樹種組成中占2成以下。表2給出了標(biāo)準(zhǔn)地重要值，可以看到在原始林中紅松的重要值顯著高于其它樹種，顯示其建群種在林分中的重要地位;而在過伐林中紅松的重要值普遍大幅下降，8號和14號標(biāo)準(zhǔn)地中紅松的重要值雖然不是樹種組成中最高的，但其還處在標(biāo)準(zhǔn)地重要值較高的樹種行列中，而7號標(biāo)準(zhǔn)地的紅松重要值則下降到了伴生樹種的水平。

3.2 物種數(shù)量與多樣性指數(shù)

過伐林與原始闊葉紅松林全林分及喬、灌、草各層的物種數(shù)量及生物多樣性指數(shù)見表3。從表3的數(shù)據(jù)來看，過伐林在全林分及喬、灌、草各層上，無論是在物種數(shù)量還是在生物多樣性指標(biāo)上普遍呈現(xiàn)略有增加的態(tài)勢，但差異并不顯著。只有7號標(biāo)準(zhǔn)地的物種數(shù)和生物多樣性指數(shù)有明顯的增加，原因是的采伐強(qiáng)度過大、林分密度過低(444株/hm2)，使林下光照顯著增強(qiáng)，侵入了一些陽性的草本及灌木植物，使其在草本層、灌木層的物種數(shù)量有一定程度的增加，但對多樣性指數(shù)仍沒有太大的影響。

3.3 紅松徑級分布與演替趨勢

由標(biāo)準(zhǔn)地紅松立木統(tǒng)計情況(表4)可知，原始闊葉紅松林的紅松立木株數(shù)在120～230株/hm2;而過伐林的紅松立木株數(shù)相差懸殊，7號標(biāo)準(zhǔn)地只有64株/hm2，從絕對數(shù)量上與紅松原始林有較大的差距，而8號、14號標(biāo)準(zhǔn)地的紅松立木數(shù)達(dá)到了216～420株/hm2，甚至超過了相應(yīng)原始林林型近一倍，表明這些過伐林林型中的紅松種群數(shù)量充足。

由表4原始紅松林的紅松立木分布可知：原始林的紅松分布峰值在最大徑級，在其它徑級分布數(shù)量相當(dāng);過伐林的紅松立木分布峰值在最小徑級，并隨著徑級增加分布數(shù)量急劇減少，32 cm以上幾乎沒有分布。原始林和過伐林的立木分布體現(xiàn)了闊葉紅松林的演替規(guī)律。紅松種群由小徑紅松上升到主林層是其自我維持過程的一個艱難階段，完成這一階段需要一定的自身形態(tài)特征和生理條件，并且所要求的森林結(jié)構(gòu)條件也是非?？量痰?。時間上要求與上層紅松分異、與上層闊葉樹趨同;垂直空間上要求去除上層林冠或減少上層林冠層次;水平空間上要求與紅松相離，與闊葉樹相位合適。若這樣的結(jié)構(gòu)條件及一定的自身形態(tài)特征及生理條件不存在，小徑紅松就會被淘汰。盡管如此，紅松的高壽命與高耐性使小徑紅松終究有一定比例上升到主林層［5］。原始林在紅松上層木的遮蔽下，林冠下的紅松小徑木只有在自身和環(huán)境條件都具備時才能獲得進(jìn)級生長的機(jī)會。而小興安嶺的過伐林都經(jīng)歷了多次的采伐，每一輪的采伐后都會有林冠下的紅松幼苗和幼樹獲得進(jìn)級生長的條件，使林下積累了數(shù)量不菲的紅松幼樹。7號標(biāo)準(zhǔn)地的云冷杉紅松過伐林的紅松立木株數(shù)偏低，是由于其林分針葉樹比例較大，林冠下的云冷杉幼樹密集，使擇伐對紅幼樹生長條件的改善相對較弱。

表2 標(biāo)準(zhǔn)地中各樹種重要值

從分層頻度數(shù)據(jù)來看，即使是位于保護(hù)區(qū)的紅松原始林，也受到了人類干預(yù)的影響。多年來對松籽滅絕式的采集方式已經(jīng)嚴(yán)重影響到紅松林的更新，使紅松在更新層頻度過低，10號標(biāo)準(zhǔn)地的更新層頻度甚至為零。如果長期使紅松原始林的更新層處于如此低的頻度狀態(tài)，將會影響紅松林的正常演替。而過伐林，雖然主林層的紅松頻度過低甚至為零，但紅松在更新層和演替層有非常高的分層頻度，預(yù)示著過伐林的演替趨勢是朝著闊葉紅松林的正確方向進(jìn)行。

表3 過伐林與原始闊葉紅松林全林分及喬、灌、草各層生物多樣性

表4 標(biāo)準(zhǔn)地紅松立木分布狀況

4 討論

上層木的強(qiáng)度采伐使過伐林的林冠疏開，使一些陽性的喬木、灌木和草本植物侵入，但對林分的多樣性指數(shù)沒有顯著的影響，說明生態(tài)系統(tǒng)還沒有發(fā)生質(zhì)的變化，小興安嶺的過伐林仍是與闊葉紅松林生態(tài)系統(tǒng)最相近的森林類型。

過伐林的上層大徑木被強(qiáng)度采伐，使林分平均胸徑下降50%，同時也使紅松在林木組成中的比例大幅下隆，普遍下降到2成以下。從重要值指標(biāo)來看，過伐林中紅松失去了建群種的主導(dǎo)地位，重要值已經(jīng)降到伴生樹種的水平，恢復(fù)紅松在林分中的主導(dǎo)地位成為重建闊葉紅松林生態(tài)系統(tǒng)的關(guān)鍵。

小興安嶺的過伐林中紅松種群的數(shù)量較為豐富，同時又具備良好的演替趨勢，因此在經(jīng)營策略上可采用封山育林及透光撫育措施。在集約經(jīng)營條件下可采用“定株培育”的方法，即在團(tuán)塊樹群里選出一定數(shù)量的紅松或在無紅松的闊葉樹里選出珍貴闊葉樹作為培育對象，利用培育木周圍的輔佐木，人為創(chuàng)造側(cè)方庇蔭和上方透光的適宜林隙條件［6］。使紅松幼苗盡快進(jìn)入演替層，促進(jìn)演替層紅松幼樹向主林層進(jìn)展，加速實現(xiàn)闊葉紅松林建群種的復(fù)位和生態(tài)系統(tǒng)的全面恢復(fù)。

［1］減潤國，劉濤.吉林白石山林區(qū)過伐林的類型、喬木樹種多樣性及生態(tài)位分析［J］.北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報，1997，19(1)：51-56.

［2］雷相東，唐守正，李冬蘭.東北過伐林灌木層物種多樣性與林分因子的典型相關(guān)分析［J］.應(yīng)用與環(huán)境生物學(xué)報，2002，8(4)：346-350.

［3］王義弘，李俊清，王政權(quán).森林生態(tài)學(xué)實驗實習(xí)方法［M］.哈爾濱：東北林業(yè)大學(xué)出版社，1990：98-102.

［4］唐守正，郎奎健，李?？?統(tǒng)計和生物數(shù)學(xué)模型計算［M］.北京：科學(xué)出版社，2006.

［5］劉洪儒，工樹力.天然紅松林內(nèi)小徑紅松及其在林分中的作用［J］.林業(yè)資源管理，1994(2)：59-64.

［6］李景文.天然紅松混交林恢復(fù)的基本對策［J］.林業(yè)月報，1997(4)：

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