華北落葉松人工林短周期間伐與林分生產(chǎn)力的關(guān)系

李軍，王永明，陳波，趙心苗，楊新兵

(1.河北省木蘭圍場國有林場管理局，068450，河北圍場;2河北農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院，071000，河北保定)

華北落葉松人工林短周期間伐與林分生產(chǎn)力的關(guān)系

李軍1，王永明2?，陳波2，趙心苗2，楊新兵2

(1.河北省木蘭圍場國有林場管理局，068450，河北圍場;2河北農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院，071000，河北保定)

為了研究短期間伐對華北落葉松人工林林分生長和生產(chǎn)力的影響，設(shè)置不同保留密度(450、600、750、900株/hm2)的間伐樣地以及相應(yīng)的對照樣地，對間伐前后林分的樹高、胸徑、單株材積、蓄積量、生物量和生產(chǎn)力進(jìn)行測量與計算。結(jié)果表明:不同保留密度下，各間伐樣地胸徑、樹高和單株材積的生長量均大于對照樣地;由于保留密度的減小，各間伐樣地蓄積量和生物量小于對照樣地，各間伐樣地生產(chǎn)力均小于對照樣地(7 969 kg/(hm2·a));但是其生長率大于對照樣地。撫育間伐改變了林分的空間結(jié)構(gòu)和生長環(huán)境，明顯促進(jìn)了林木的生長，增加了林地的經(jīng)濟(jì)效益。

華北落葉松;人工林;間伐;生產(chǎn)力

華北落葉松(Larix principis-rupprechtii)生長迅速、樹干通直、木材堅韌細(xì)密、出材率高，是我國華北亞高山地區(qū)重要的造林樹種。華北落葉松人工林對冀北山區(qū)水源涵養(yǎng)、防風(fēng)固沙及林區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的形成與維護(hù)發(fā)揮著重要的作用［1-3］。目前華北落葉松人工林普遍存在林分密度大、郁閉度高、單株林木營養(yǎng)空間不足等問題。盡管林分整體生物量較高，但是單株生長量較低，徑級生長受到嚴(yán)重限制。針對這種現(xiàn)狀，對現(xiàn)有林分進(jìn)行適度間伐，不僅能夠改善林內(nèi)生境，加速枯落物的分解，而且能夠改善枯落物的組成成分，提高林地土壤自肥能力，使林地維持長期穩(wěn)定的地力和養(yǎng)分動態(tài)平衡，使林業(yè)生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展［4］。合理的間伐撫育還可以改善森林林冠層的營養(yǎng)空間以及地下水肥的供應(yīng)條件，保證林木個體和群落生長，充分提高森林群落的生物量和生產(chǎn)力［4-8］。為此，筆者設(shè)置不同保留密度的間伐樣地以及相應(yīng)的對照樣比較不同間伐強度與林分生產(chǎn)力的關(guān)系，以期為林業(yè)實際生產(chǎn)中合理間伐撫育提供理論依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于河北省承德市圍場縣木蘭林管局，地理坐標(biāo)為 E117°44'～ 118°9'，N41°56'～ 42°15'。該地區(qū)屬典型的冀北山地，地形山巒起伏，溝壑縱橫，地貌以山地為主，地勢西北高，東南低，海拔在800～1 780 m之間，陽坡陡，土層薄，陰坡較緩，土層較厚。該地區(qū)氣候?qū)俚湫偷拇箨懶约撅L(fēng)氣候，年平均氣溫4℃左右，年降水量400～500 mm，多集中在7—9月份，無霜期120 d左右。研究區(qū)內(nèi)土壤主要類型有黃棕壤和黑棕壤等。研究區(qū)內(nèi)主要喬木樹種有華北落葉松、黑樺(Betula dahurica)、白樺(Betula platyphylla)、山楊(Populus davidiana)、油松(Pinus tabuliformis)和蒙古櫟(Quercus mongolica)等。

2 研究方法

試驗于2009年春季林木展葉前在河北省承德市圍場縣木蘭林管局選擇立地條件基本一致的37～39年生華北落葉松人工林作為研究對象，其原始密度為1 050～1 200株/hm2。按照4個保留密度進(jìn)行間伐撫育，分別為 450、600、750 和 900 株/hm2，間代周期為1 a。每個密度級別分別設(shè)計3個重復(fù)和1個對照(CK)。樣地大小為30 m×30 m。2010年6月份分別對樣地內(nèi)的華北落葉松進(jìn)行每木檢尺，記錄每株林木的樹高、胸徑、冠幅等，生物量采用徐鄭周［1］的生物量與胸徑和樹高數(shù)學(xué)模型計算。

3 結(jié)果與分析

3.1 對樹高和胸徑的影響

間伐后林分郁閉度減小，光照增強，單木生長空間增大，促進(jìn)了林木胸徑和樹高的快速生長［9］。間伐前后林分平均胸徑的變化如圖1所示。伐后1年內(nèi)，各間伐撫育樣地林分胸徑生長量均大于對照樣地，和對照樣地當(dāng)年胸徑生長量相比增長比例在14% ～50%之間，隨著保留密度的增加，胸徑生長量逐漸減小(圖1)。保留密度為450株/hm2的樣地平均胸徑生長量最大，為0.14 cm。造成這種現(xiàn)象的原因是間伐后林分郁閉度減小，光照增強，單木生長空間增大，促進(jìn)了林木胸徑的生長。

間伐撫育對林分樹高的影響比較顯著，間伐前后林分平均樹高的變化如圖2所示。各間伐撫育樣地林分樹高生長量均大于對照樣地，和對照樣地當(dāng)年樹高生長量相比增長比例在15%～20%之間。保留密度為450和750株/hm2的樣地平均樹高生長量最大，均為0.08 m(圖2)。間伐使得林分密度降低，郁閉度減小，為保留木樹高生長創(chuàng)造了更好的營養(yǎng)空間、光輻射和空氣溫度等環(huán)境條件。

圖1 間伐前后林分平均胸徑的變化Fig．1 Changes of average diameter of forest stands before and after thinning

圖2 間伐前后林分平均樹高的變化Fig．2 Changes of average height of forest stands before and after thinning

3.2 對材積和蓄積量的影響

由于間伐撫育明顯地提高了林木的胸徑生長量，從而也就提高了斷面積的生長量，相應(yīng)地提高了單株材積的生長量。伐后1年內(nèi)，各間伐撫育樣地單株材積生長量均大于對照樣地，和對照樣地當(dāng)年生長量相比增長比例在10% ～34%之間，隨著保留密度的增加，生長量逐漸減小。保留密度為450株/hm2的樣地單株材積增長量最大，為0.0030 m3(圖3)。

蓄積量是林分中所有活立木的材積之和，采用普雷斯勒公式計算蓄積量生長率［10］。林分單位面積的蓄積量取決于樹高、斷面積生長量及單位面積株數(shù)。雖然間伐能提高單株材積的生長量，但由于單位面積株數(shù)減少，故間伐對蓄積量的影響與單株材積的變化規(guī)律不同。各間伐撫育樣地蓄積量生長量小于對照樣地，但生長率均大于對照樣地(圖4)，和對照樣地生長率相比增長比例在25%～46%之間。蓄積量生長率隨著保留密度的增加，生長率逐漸減小，保留密度為450株/hm2的樣地蓄積量生長率的增長量最大，為2.33%。

圖3 間伐前后林分平均單株材積的變化Fig．3 Changes of average individual plant volume of forest stands before and after thinning

林分生產(chǎn)力是指單位面積、單位時間內(nèi)有機物的凈生產(chǎn)量。林分生產(chǎn)力是目前研究間伐撫育對森林生長發(fā)育影響的重要內(nèi)容。它是評價樹種或立地條件優(yōu)劣，以及林分在某一段時間內(nèi)生產(chǎn)力高低的主要指標(biāo)［11］。伐后1年內(nèi)，保留密度為450株/hm2的樣地生產(chǎn)力為5 139 kg/(hm2·a)，保留密度為600株/hm2的樣地生產(chǎn)力為4 881 kg/(hm2·a)，保留密度為750株/hm2的樣地生產(chǎn)力為5 951 kg/(hm2·a)，保留密度為 900株/hm2的樣地生產(chǎn)力為7 038 kg/(hm2·a)，相應(yīng)的對照樣地的平均生產(chǎn)力為7 969 kg/(hm2·a)，間伐樣地生產(chǎn)力都小于對照樣地，是因為樣地保留株樹減少;但是，由于間伐樣地單株樹木生長環(huán)境的改善，各間伐樣地的生產(chǎn)力增長速度(生產(chǎn)力增長率)均大于對照樣地，保留密度為450株/hm2的樣地生產(chǎn)力增長率最大，為2.35%。

圖4 間伐前后林分蓄積量的變化Fig．4 Changes of forest stand volume before and after thinning

3.3 對生物量和生產(chǎn)力的影響

間伐后樣地內(nèi)林木株數(shù)減少，生物量會暫時小于對照樣地，同時由于保留木的生長情況相對較好，間伐樣地林木生物量的生長率高于對照樣地。伐后1年內(nèi)，各間伐撫育樣地生物量生長率均大于對照樣地，增長范圍在1.05% ～2.35%之間(圖5)，保留密度為900株/hm2的樣地增長最小。

圖5 間伐前后林分生物量的變化Fig．5 Changes of biomass of forest stand before and after thinning

圖6 間伐樣地年生產(chǎn)力的變化Fig．6 Changes of annual productivity of forest stands before and after thinning

4 結(jié)論

研究結(jié)果表明:撫育間伐在短期內(nèi)對林木胸徑、樹高、單株材積等林分生長因子均有促進(jìn)作用。與對照樣地相比，間伐樣地胸徑生長量增長14% ～50%，間伐樣地樹高生長量增長15% ～20%，間伐樣地單株材積生長量增長10% ～34%，間伐樣地生物量生長率增長1.05%～2.35%。間伐樣地蓄積量生長量小于對照樣地，但增長率大于對照樣地，和對照樣地相比增長25%～46%。間伐樣地年生產(chǎn)力小于對照樣地，但增長率均大于對照樣地，和對照樣地相比增長18%～39%。

隨著保留密度的增大，間伐樣地林分胸徑生長量、單株材積生長量、林分蓄積量增長量都逐漸減少。間伐樣地樹高生長量、生物量生長率的增長量和生產(chǎn)力生長率的增長量與保留密度之間沒有明顯關(guān)系，各間伐樣地樹高生長量的順序為750株/hm2＞450株/hm2＞900株/hm2＞600株/hm2，生物量生產(chǎn)率增長量的順序為450株/hm2＞750株/hm2＞600株/hm2＞900株/hm2，生產(chǎn)力生長率增長量的順序為450株/hm2＞750株/hm2＞600株/hm2＞900株/hm2。

［1］徐鄭周，劉廣營，王廣海，等.燕山山地華北落葉松人工林群落生物多樣性及其生物量的研究［J］.林業(yè)資源管理，2010(2):43-49

［2］馬長明，張艷華，趙國華，等.燕山山地華北落葉松人工林喬木生物量空間分布格局［J］.河北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2010，33(2):37-41

［3］楊新兵，張偉，張建華，等.生態(tài)撫育對華北落葉松幼齡林枯落物和土壤水文效應(yīng)的影響［J］.水土保持學(xué)報，2010，24(1):119-122

［4］尤建民，張恩生，曹運強.河北省落葉松人工林可持續(xù)發(fā)展對策探討［J］.河北林業(yè)科技，2000(3):34-36

［5］李春明.撫育間伐對人工林分生長的影響研究［D］.北京:中國林業(yè)科學(xué)研究院，2003

［6］劉鳳芹，曹云生，楊新兵，等.冀北山區(qū)華北落葉松樺木混交林空間結(jié)構(gòu)分析［J］.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2011，32(3):32-38

［7］李春明，杜紀(jì)山，張會儒.撫育間伐對森林生長的影響及其模型研究［J］.林業(yè)科學(xué)研究，2003，16(5):636-641

［8］徐鄭周.燕山山地華北落葉松人工林生物量分配格局及植物多樣性的研究［D］.河北保定:河北農(nóng)業(yè)大學(xué)，2010

［9］賈芳.京北低山區(qū)油松、側(cè)柏人工林撫育間伐效應(yīng)分析［D］.北京:北京林業(yè)大學(xué)，2010

［10］吳富楨.測樹學(xué)［M］.北京:中國林業(yè)出版社，1992:162

［11］謝華.杉木人工林撫育間伐效應(yīng)研究［D］.合肥:安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)，2007

Relationship between the short-term thinning of Larix principis-rupprechtii plantation and forest productivity

Li Jun1，Wang Yongming2，Chen Bo2，Zhao Xinmiao2，Yang Xinbing2
(1.Mulan Weichang Forestry Administration of Hebei，068450，Weichang，Hebei;2.College of Forest，Agricultural University of Hebei，071000，Baoding，Hebei:China)

In order to study the effect of short-term thinning on the growth and productivity ofLarix principis-rupprechtiiplantation，thinning plots with different reserve densities(450，600，750，900 strains/hm2)and the corresponding control plots were set.Tree height，diameter，individual volume，stand volume，biomass and productivity before and after thinning were measured and calculated.The results show that:with different reserve density，growth of diameter，tree height and individual volume in thinned plots was larger than that in control plots;with decreased reserve density，the stand volume and biomass in thinned plots were less than that in control plots;the productivity of thinned plots decreased by 7 969 kg/(hm2·a)compared with control，but its growth rate was greater than the control plots.Thinning changed the spatial structure and growth conditions of stand，promoted growth of trees significantly，and increased the economic benefit of forest.

Larix principis-rupprechtii;plantation;thinning;productivity

2011-12-26

2012-05-29

項目名稱:林業(yè)公益性行業(yè)科研專項“中國森林凈生產(chǎn)力多尺度長期觀測與評價研究”(200804006/rhh-09)

李軍(1977—)，男，高級工程師。主要研究方向:林業(yè)生產(chǎn)與經(jīng)營管理。E-mail:lijun770207@163.com

?通信作者簡介:王永明(1989—)，男，碩士研究生。主要研究方向:水土保持、森林生態(tài)。E-mail:kabwym@qq.com

(責(zé)任編輯:程 云)