不同采伐強度對閩西常綠闊葉林林分結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響

羅 永 福

（福建省連城縣連城森林資源資產(chǎn)評估中心 366200）

不同采伐強度對閩西常綠闊葉林林分結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響

羅 永 福

（福建省連城縣連城森林資源資產(chǎn)評估中心 366200）

應(yīng)用多樣性分析方法和改進后的M.Godron穩(wěn)定性測定方法研究常綠闊葉林5種不同強度采伐（弱度9.8%、中度24.5%，強度46.8%和極強度72.3%和皆伐）作業(yè)10 a后林分結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。結(jié)果表明，擇伐林地林分處于穩(wěn)定狀態(tài)，隨著擇伐強度的增強，林分的穩(wěn)定性開始逐漸降低。皆伐林地林分處于不穩(wěn)定狀態(tài)。對于常綠闊葉林的科學(xué)經(jīng)營，從穩(wěn)定性出發(fā)，應(yīng)盡量采取擇伐方式, 尤其是中低強度的擇伐方式。

采伐強度；常綠闊葉林；林分結(jié)構(gòu)；穩(wěn)定性

常綠闊葉林作為我國亞熱帶地區(qū)的地帶性植被類型，是經(jīng)過長期演替形成的多層次、多類型且植物區(qū)系組成十分豐富的異齡闊葉林。常綠闊葉林在維護區(qū)域生態(tài)平衡及促進區(qū)域社會經(jīng)濟發(fā)展中具有十分重要的作用[1]。然而，常綠闊葉林的樹種組成、種間關(guān)系是否協(xié)調(diào)，是否達到最優(yōu)結(jié)構(gòu)，是否處于穩(wěn)定狀態(tài)，以及如何確定相應(yīng)的采伐措施，實現(xiàn)可持續(xù)經(jīng)營，卻少有研究見報。近年來，隨著森林可持續(xù)經(jīng)營思想的提出和發(fā)展，不同采伐強度與森林林分結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的相互關(guān)系開始受到越來越多的關(guān)注。通過對常綠闊葉林擇伐試驗樣地進行跟蹤調(diào)查研究，利用多樣性和 M.Godron穩(wěn)定性測定方法，評價常綠闊葉林在不同經(jīng)營措施下林分結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，旨在探討不同強度采伐作業(yè)對常綠闊葉林林分結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響，為確定合理的樹種組成和理想的林分結(jié)構(gòu)提供思路。

1 樣地概況與選擇

試驗地位于福建省連城縣邱家山國有林場（ 116°36′41″ ～ 116°57′02″E ，25°13′54″～25°55′26″N），地處武夷山南段東側(cè)，玳瑁山脈的北側(cè)。該區(qū)屬中亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候，年平均氣溫 13.8～19.5℃，年均降水量1734.4 mm，大多集中在梅雨期，其次為春季。年平均水汽壓18.2百帕，年均相對濕度83%。屬低山丘陵地形，海拔513～768 m之間，坡度 13～25°，土壤為山地黃紅壤，土層厚度中、疏松，屬Ⅱ類立地條件類型。該區(qū)的自然植被為天然次生的常綠闊葉林，主要建群樹種為米櫧（Castanopsis carlesii）、木荷（Schima superba） 、苦櫧（Castanopsis sclerophylla）、沉水樟（Cinnamomum micranthum） 、甜櫧（Castanopsis eyrel）、虎皮楠（Daphnipyllum oldhamii）等。

2 研究方法

2.1 樣地調(diào)查方法

試驗林地在采伐前均為天然次生的常綠闊葉林，且立地條件基本相同，于2001年10月按采壞留好、采老留壯、采大留小和采密留稀的原則進行不同強度擇伐（弱度9.8%、中度24.5%，強度46.8%和極強度72.3%）和皆伐作業(yè)，每種擇伐作業(yè)設(shè)標(biāo)準(zhǔn)地各 1塊（2500m2），伐后林分自然恢復(fù)植被。同時設(shè)未采伐的標(biāo)準(zhǔn)地 1塊，作為對照。 2011年 10月對試驗林進行復(fù)查。在標(biāo)準(zhǔn)地內(nèi)，對檢尺以上的樹木進行每木檢尺和定位調(diào)查。以每個調(diào)查單元的西南角作為坐標(biāo)原點，用皮尺測量每株樹木在該調(diào)查單元內(nèi)的X，Y坐標(biāo)，X表示東西方向坐標(biāo)，Y表示南北方向坐標(biāo)。對DBH〉5 cm以上的每株樹木進行每木鑒定，記錄種名，胸徑、樹高、枝下高、冠幅、坐標(biāo)等指標(biāo)。

2.2 多樣性分析方法

群落的物種多樣性通常具有以下三種含義:①物種豐富度，指一個群落或生境中，種的數(shù)目的多寡；②均勻度，指一個群落或生境中全部種的所有個體在各個種之間的分配情況，它反映物種組成的均勻程度；③多樣性指數(shù)，是物種豐富度和均勻度的綜合。所以說，物種多樣性既是生物多樣性的重要組成成分，又是群落組織復(fù)雜性度量指標(biāo)，也是群落生態(tài)環(huán)境反映。在生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)，某一物種個體數(shù)的減少都會通過另一個功能相似的種類的增加得到補償，系統(tǒng)內(nèi)物種多樣性越大，則能夠補償?shù)姆N就越多，恢復(fù)性就越大[2]。有研究指出:物種多樣性高的樣地有利于維持群落生產(chǎn)力的穩(wěn)定，也有利于群落經(jīng)受干擾后生產(chǎn)力的恢復(fù)[3,4]。對物種多樣性進行研究可以更好地認識群落的組成、變化和發(fā)展。物種多樣性的計算公式甚多，選擇以下4種最常用指標(biāo)進行分析。

豐富度:即群落中植物種數(shù)S

Shannon-Wiener多樣性指數(shù)Dsh:

Shannon-Wiener均勻度指數(shù)Jsh:

Simpson的優(yōu)勢集中性指數(shù)C:

式中，S為樣地中出現(xiàn)的物種數(shù)，N為群落植物總個體數(shù)，Ni為第i種植物個體數(shù)。

2.3 M.Godron穩(wěn)定性測定方法

M.Godron穩(wěn)定性測定方法是法國生態(tài)工作者從工業(yè)生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)并引入到植物生態(tài)學(xué)研究中。它是由所研究的植物群落中所有種類的數(shù)量和這些種類的頻度進行計算。首先把所研究群落中不同種植物的頻度測定值由大到小的順序排列，并把植物的頻度換算成相對頻度，按相對頻度由大到小的順序逐步積累起來，然后將整個群落內(nèi)植物種類的總和取倒數(shù)，按著植物種類排列的順序也逐步積累起來，由對應(yīng)的結(jié)果可以看出百分之多少的種類占有多大的積累相對頻度。將植物種類百分?jǐn)?shù)同累積相對頻度一一對應(yīng)，畫出散點圖，并將各點以一條平滑的曲線連接起來，在兩個坐標(biāo)軸的 100處連一直線，與曲線的交點即為所求點。根據(jù)這種方法，種百分?jǐn)?shù)與累積相對頻度比值越接近 20/80群落在垂直方向上的林分結(jié)構(gòu)就越穩(wěn)定，在 20/80這點上是群落林分結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定點[5]。M.Godron穩(wěn)定性測定方法存在缺陷，鄭元潤在采用M.Godron法進行森林植物群落穩(wěn)定性研究時提出如下改進方法，即首先建立數(shù)學(xué)模型，模擬散點圖平滑曲線，方法如下:

平滑曲線模擬模型為

直線方程為

將（2）代入（1），得

得x解為

方程有2個解，一個解遠大于100，另一個解應(yīng)在0～100之間，根據(jù)實際情況，交點x軸的坐標(biāo)應(yīng)大于0小于100[6]。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同采伐強度對林分主要特征的影響

對樣地中各標(biāo)準(zhǔn)地的林分密度、平均胸徑、郁閉度等特征進行調(diào)查，再對不同作業(yè)類型采伐前后以及10a后各標(biāo)準(zhǔn)地的林分密度、平均胸徑、郁閉度等特征進行調(diào)查，調(diào)查結(jié)果見表1。由表1可以看出，在采伐前，各標(biāo)準(zhǔn)地林分的主要特征并無太大差異；采伐后因作業(yè)類型的不同而呈現(xiàn)出梯度性的差異，采伐10a后，梯度性的差異雖仍然存在，但是較剛采伐后卻是大為減小。其中弱度和中度擇伐后，經(jīng)過10a的恢復(fù)，林分密度和郁閉度已恢復(fù)或超過伐前的林分密度，平均胸徑也較伐前有所增長，這些林分特征較伐后更是增幅明顯。而強度、極強度擇伐和皆伐后，林分雖經(jīng)過10a的恢復(fù)，較伐后在林分密度和郁閉度方面有了極大的恢復(fù)，平均胸徑也有所增加，但是和伐前相比仍有差距。而作為對照的未采伐的試驗地，經(jīng)過10a的發(fā)展，其林分密度、平均胸徑、郁閉度增加不多。

表1 不同作業(yè)類型采伐前后林分主要特征Table 1 The main characteristic of the stand in different cutting operation site before and after cutting

3.2 多樣性分析

表2為不同強度采伐10a后的樣地多樣性分析。由表1可以看出不同采伐強度樣地的物種豐富度排序為:弱度擇伐〉中度擇伐〉未采伐〉強度擇伐〉極強擇伐〉皆伐；Shannon-Wiener多樣性指數(shù)（Dsh）:弱度擇伐>中度擇伐>強度擇伐>極強擇伐>未采伐>皆伐；Shannon-Wiener均勻度指數(shù)（Jsh）:未采伐<弱度擇伐<中度擇伐<強度擇伐<極強擇伐<皆伐，優(yōu)勢集中性指數(shù)C:極強擇伐<弱度擇伐<強度擇伐<中度擇伐<皆伐<未采伐。但弱度擇伐、中度擇伐、強度擇伐、極強擇伐之間物種的豐富度并無顯著差異，而皆伐樣地的物種豐富S、Shannon-Wiener多樣性指數(shù)（Dsh）均與擇伐和未采伐樣地的相比數(shù)值較小， Shannon-Wiener均勻度指數(shù)（Jsh）卻是最高，優(yōu)勢集中性指數(shù)C則是僅次于未采伐的樣地；說明擇伐對森林物種的豐富度和多樣性影響不大，但是皆伐會對森林物種的豐富度和多樣性產(chǎn)生一定的影響；林分中的均勻度指數(shù)（Jsh）與采伐強度呈正相關(guān)，皆伐后的林分優(yōu)勢集中性指數(shù)較擇伐后的林分略高，但是較未采伐的林分卻低出很多。說明擇伐和皆伐均會對林分優(yōu)勢集中性指造成較大的影響，這可能與擇伐時對樹種的選擇有關(guān)。

表2 不同采伐方式后的多樣性分析Table 2 Analysis of the diversity of different harvesting practices

3.3 M.Godron穩(wěn)定性

運用鄭元潤改進的M.Godron穩(wěn)定性測定法分別對不同采伐強度進行分析，得到林分結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性圖解如圖1～圖6所示。由圖1～圖6可以看出種百分?jǐn)?shù)與累積相對頻度，進一步建立數(shù)學(xué)模型，模擬散點圖平滑曲線，用 EXCEL分析得到表3。由表3可知對照樣地、弱度擇伐、中度擇伐、強度擇伐、極強擇伐后的交點坐標(biāo)之間相差不大，分別為 24.83/75.17、25.75/74.25、 25.94/74.06、 26.87/73.13、28.40/71.60，均接近穩(wěn)定交點坐標(biāo)20/80，表明林分處于穩(wěn)定狀態(tài)。由于交點坐標(biāo)愈靠近穩(wěn)定交點坐標(biāo) 20/80，林分結(jié)構(gòu)越穩(wěn)定，說明隨著擇伐強度的增加，林分的穩(wěn)定性開始逐漸降低；皆伐后的交點坐標(biāo)為30.96/69.04，表明皆伐后樣地林分結(jié)構(gòu)處于不穩(wěn)定狀態(tài)；說明擇伐后經(jīng)過一定的恢復(fù)，對林分結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性影響不大，而皆伐則對林分結(jié)構(gòu)穩(wěn)定有較大的影響。

圖1 未采伐樣地林分結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性圖解

圖 2 弱度擇伐后林分結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性圖解

圖3 中度擇伐后林分結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性圖解

圖4 強度擇伐后林分結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性圖解

圖5 極強擇伐后林分結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性圖解

圖6 皆擇伐后林分結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性圖解

表3 不同采伐方式后林分結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析結(jié)果Table 3 Stability analysis of stand structure after different harvesting practices

4 結(jié)論與討論

不同強度采伐作業(yè)對林冠破壞程度不同，進而引起林地光照條件、溫度和濕度等環(huán)境因子的不同，從而對林分結(jié)構(gòu)與物種多樣性產(chǎn)生不同的影響[7,8]。皆伐使原有的群落和基質(zhì)徹底破壞，森林皆伐可使群落生物量喪失80% ～90%[9]， 林地環(huán)境發(fā)生顯著變化，水分養(yǎng)分循環(huán)功能喪失二分之一[10]。對不同作業(yè)類型采伐前后林分主要特征進行調(diào)查，發(fā)現(xiàn)采用中度擇伐程度以下的方式進行作業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)地，各標(biāo)準(zhǔn)地的林分密度、平均胸徑、郁閉度、物種的豐富度以及多樣性指數(shù)等經(jīng)過一定時間后都有了較大程度的恢復(fù)，甚至是增長，而采取強度、極強度擇伐和皆伐的樣地，這些林分特征雖有所恢復(fù)，但是大不如前。說明中度以下的擇伐不會影響林分結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，反而有利于森林產(chǎn)品的輸出，有利于原有物種的保持和恢復(fù)，維持森林經(jīng)營過程的可持續(xù)發(fā)展，這對于常綠闊葉林中林木的采伐輸出和森林生態(tài)環(huán)境的維護具有重要的意義。但是強度、極強度和皆伐對林分的主要特征破壞過大，會對林分的穩(wěn)定性造成較大的影響。

對常綠闊葉林擇伐試驗樣地進行跟蹤調(diào)查研究，利用多樣性和M.Godron穩(wěn)定性測定方法，研究常綠闊葉林5種不同強度采伐（弱度9.8%、中度24.5%，強度46.8%和極強度72.3%和皆伐）作業(yè)10 a后林分結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。結(jié)果表明，經(jīng)過10 a的恢復(fù)，擇伐林地林分處于穩(wěn)定狀態(tài)，距離穩(wěn)定交點坐標(biāo)20/80的距離呈現(xiàn)出未采伐〈弱度擇伐〈中度擇伐〈強度擇伐〈極強擇伐的趨勢，說明擇伐作業(yè)的強度越強，對穩(wěn)定性影響越大，但還不至于破壞林分結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。而皆伐則對林分結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性影響較大，即便是經(jīng)過10a的恢復(fù)，林分仍處于不穩(wěn)定狀態(tài)。由此說明擇伐有利于原有林分結(jié)構(gòu)的保持和發(fā)育，對于常綠闊葉林的科學(xué)經(jīng)營，從穩(wěn)定性出發(fā)，應(yīng)盡量采取擇伐方式，尤其是中、低強度的擇伐。常綠闊葉林作為閩西的地帶性植被類型，經(jīng)過長期演替形成多樹種、多層次、多類型的異齡闊葉林。穩(wěn)定林分結(jié)構(gòu)的基本條件應(yīng)是異齡混交林，但不能說只要是異齡混交林就可以了，適當(dāng)、合理的最佳混交組合是穩(wěn)定林分結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)[1]。通過合理的采伐方法和措施，形成合理的林分結(jié)構(gòu)，對森林資源的保護具有重要意義。

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The influence of different cutting intensities on the structure stability for evergreen broad-leaved forest

Luo Yong-fu
（Forest Resources Property appraisal Centerof Liancheng , Liancheng , Fujian 366200 China）

Analysis of the evergreen broad-leaved Forest stand structural stability after the 5 kind of types of cutting intensity operation（low intensity, 9.8%; middle intensity, 24.5%; high intensity, 46.8%; over-high intensity, 72.3%）with Diversity method and the improved expression of the M．Godron stability measurement method．The result showed that the selective cutting is benefit to stability of stand structures，With selective cutting intensity enhancement of the stability of the stand began to decrease. Clearcutting woodlands stand in an unstable state. From the stability of the scientific management of the evergreen broad-leaved forest, selective cutting should be taken, especially in low-intensity selective cutting.

cutting intensity；evergreen broadleaved forest；stand structural；stability

S752.2

A

1004-7743（2012）03-0001-05

2012-05-25