次生馬尾松、金錢松混交林的針闊異齡混交林改造成效研究

王良衍，楊曉東，曹立光

（1. 浙江天童國家森林公園，浙江 寧波 315114；2. 華東師范大學(xué) 環(huán)境科學(xué)系，上海 200062；3. 浙江天童森林生態(tài)系統(tǒng)國家野外科學(xué)觀測(cè)研究站，浙江 寧波 315114；4. 浙江省寧波市鄞州區(qū)林業(yè)技術(shù)管理服務(wù)站，浙江 寧波 315100）

次生馬尾松、金錢松混交林的針闊異齡混交林改造成效研究

王良衍1，楊曉東2,3，曹立光4

（1. 浙江天童國家森林公園，浙江 寧波 315114；2. 華東師范大學(xué) 環(huán)境科學(xué)系，上海 200062；3. 浙江天童森林生態(tài)系統(tǒng)國家野外科學(xué)觀測(cè)研究站，浙江 寧波 315114；4. 浙江省寧波市鄞州區(qū)林業(yè)技術(shù)管理服務(wù)站，浙江 寧波 315100）

采用生態(tài)學(xué)地域潛在植被原理，選擇木荷（Schima superba）、小葉青岡（Cyclobalanopsis myrsinifolia）和紅楠（Machilus thunbergii）3種地帶性闊葉優(yōu)勢(shì)樹種對(duì)次生馬尾松、金錢松混交林進(jìn)行針闊異齡混交林改造，分析改造后的林分結(jié)構(gòu)和林分生長量的變化規(guī)律及其影響，同時(shí)分析臺(tái)風(fēng)對(duì)杉木機(jī)械受損的影響。結(jié)果表明：改造10 a后，試驗(yàn)林的林分結(jié)構(gòu)由單層變?yōu)閺?fù)層林；林內(nèi)植物由陽性向耐陰或中性轉(zhuǎn)變，地帶性常綠闊葉優(yōu)勢(shì)樹種地位明顯；更新的木荷、小葉青岡重要值分別達(dá)到59.9%和19.8%，林分平均蓄積年生長量達(dá)3.73 m3/hm2，比改造前提高50%。經(jīng)臺(tái)風(fēng)風(fēng)害林木機(jī)械受損調(diào)查表明，改造后的針闊異齡混交林林木受損指數(shù)遠(yuǎn)優(yōu)于日本扁柏純林。

海岸低山；退化林；地帶性闊葉種；異齡混交；機(jī)械受損指數(shù)；防護(hù)林改造

沿海防護(hù)林是生態(tài)公益林的重要組成部分，不僅具有防風(fēng)固沙、保持水土、涵養(yǎng)水源的功能，還可以抵御臺(tái)風(fēng)暴雨危害，美化人居環(huán)境，對(duì)于維護(hù)沿海地區(qū)生態(tài)安全、人民財(cái)產(chǎn)安全和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)安全具有重要意義，是實(shí)現(xiàn)沿海區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的重要組成部分。海岸低山防護(hù)林的生態(tài)環(huán)境脆弱、造林困難，如何對(duì)現(xiàn)有低效防護(hù)林實(shí)施改造，讓其防護(hù)效益不間斷，已成為目前浙江東部沿海防護(hù)林經(jīng)營的一個(gè)難點(diǎn)。目前，沿海防護(hù)林的研究集中在防護(hù)林生物量、生產(chǎn)力、物種多樣性和樹種篩選及林分更新等方面，但是關(guān)于海岸防護(hù)林快速恢復(fù)更新及防風(fēng)效果的研究甚少。

本研究以浙江東部沿海次生馬尾松、金錢松混交林改造為針闊異齡混交防護(hù)林為對(duì)象，分析低效防護(hù)林采取異齡混交木荷、小葉青岡等改造后的林分結(jié)構(gòu)和林分生長量的變化規(guī)律及其影響；同時(shí)，分析臺(tái)風(fēng)對(duì)林木機(jī)械受損的影響，以期為低效防護(hù)林的改造更新和保育提供理論依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

盤山林區(qū)位于寧波市鄞州區(qū)天童林場(chǎng)的東部（29° 46′ N，121° 48′ E），海拔310 ~ 510 m。該地地處亞熱帶中部東端，受海洋性季風(fēng)氣候影響，溫暖濕潤，四季分明，年平均氣溫16.2℃，年平均降水量1 386 mm，年平均相對(duì)濕度82%。每年7－10月常遭受熱帶風(fēng)暴危害，每年平均2.8個(gè)[1]。試驗(yàn)地位于盤山朝東近海的山坡，迎風(fēng)面地形無山丘阻攔，地勢(shì)開闊。坡度15 ~ 25°，山地紅壤，土壤厚度80 ~ 100 cm，質(zhì)地沙壤土。地帶性植被為由栲屬（Castanopsis）、木荷屬（Schima）、青岡屬（Cyclobanopsis）和石櫟屬（Lithocarpus）的種類為建群種或伴生種組成的常綠闊葉林[2~3]。

1958年盤山森林基本被砍伐，植被退化為荒山或次生灌叢。此后，林場(chǎng)進(jìn)行人工造林，大面積營造了馬尾松（Pinus massoniana）、黑松（P. thunbergii）、金錢松（Pseudolarix amabilis）、柳杉（Cryptomeria fortunei）和日本扁柏（Chamaecyparis obtusa）等防護(hù)林。2000年以來，該地森林曾遭受臺(tái)風(fēng)及松材線蟲病的危害。2003年，林場(chǎng)在次生松林風(fēng)害跡地上，保留抗風(fēng)性較強(qiáng)的金錢松、楓香（Liquidambar formosana）等闊葉母樹，選擇了地帶性常綠闊葉優(yōu)勢(shì)樹種木荷（Schima superba）、小葉青岡（Cyclobalanopsis myrsinifolia）和紅楠（Machilus thunbergii）幼苗進(jìn)行跡地改造更新[4~6]。

2 材料與方法

由于盤山松林遭受松材線蟲病危害，天童林場(chǎng)2003年對(duì)該地1978年人工營造的6馬尾松4金錢松混交林進(jìn)行改造，采伐清理馬尾松、保留長勢(shì)好的金錢松和闊葉母樹及幼樹，在采伐跡地上墾穴（規(guī)格為：長×寬×深 = 0.50 m×0.50 m×0.35 m），當(dāng)年3月，采用當(dāng)?shù)刈圆勺苑钡哪竞?年生和小葉青岡、紅楠2年生裸根苗補(bǔ)植營造。造林后連續(xù)3 a每年2次對(duì)更新幼林進(jìn)行削草、擴(kuò)穴撫育；造后第8年，進(jìn)行一次割灌割草撫育。

選擇有代表性的林分設(shè)置20 m×20 m樣方3個(gè)，調(diào)查記錄樹種、胸徑、樹高、冠幅等，并在每個(gè)樣地的4角各設(shè)立1個(gè)2 m×2 m的小樣方，記錄種類的名稱、高度、數(shù)量。在改造的第6和第10年的10月分別調(diào)查一次，并計(jì)算了物種的重要值及林木蓄積量。

式中，相對(duì)密度 =某物種個(gè)體總數(shù)/所有物種個(gè)體總數(shù)；相對(duì)頻度 = 某物種出現(xiàn)的次數(shù)/全部物種出現(xiàn)的次數(shù)之和；相對(duì)顯著度 = 某物種胸高斷面積之和/全部物種胸高斷面積總和。馬尾松和金錢松的樹種形數(shù)為0.39，木荷、楓香及紅楠等硬闊葉植物的值為0.38。

此外，為了進(jìn)一步研究林分受損機(jī)理，探索更新樹種機(jī)械受損與抗臺(tái)風(fēng)風(fēng)害的關(guān)系。在2012年8月“?？睆?qiáng)臺(tái)風(fēng)災(zāi)害后，于當(dāng)年9月開展了臺(tái)風(fēng)對(duì)木荷、小葉青岡混交林中的林木受損情況調(diào)查，探索更新幼苗的抗風(fēng)性能。在上述樣地上進(jìn)行調(diào)查，將風(fēng)害林木受損程度劃分成6個(gè)等級(jí)。具體標(biāo)準(zhǔn)：0級(jí)，未受損害或略受損，損害級(jí)值為0；Ⅰ級(jí)，頂梢折斷長度≤樹高1/6或植株輕度傾斜＜15°，損害級(jí)值為1；Ⅱ級(jí)，頂梢折斷長度1/6 ~ 1/5或植株傾斜15 ~ 30°，損害級(jí)值為2；Ⅲ級(jí)，樹頂以下折斷的長度占樹高的1/5 ~ 1/4或植株傾斜30 ~ 60°，損害級(jí)值為3；Ⅳ級(jí)，樹頂以下折斷的長度占樹高的1/4 ~ 1/3或植株較大傾斜＞60°，損害級(jí)值為4；Ⅴ級(jí)，樹頂以下折斷的長度占樹高的1/3以上或倒伏，損害級(jí)值為5。調(diào)查時(shí)按樹種、林分類型分別統(tǒng)計(jì)植株不同受損級(jí)別的株數(shù)，計(jì)算出平均受損級(jí)值（FDA）和受損指數(shù)（FD）。

式中：ni為林木受損值為i的株數(shù)，N為調(diào)查樣本總株數(shù)[7]。

3 結(jié)果與分析

3.1 林分結(jié)構(gòu)和植物的變化

試驗(yàn)結(jié)果明顯地表現(xiàn)出低質(zhì)松林改造后，針葉混交林的林分結(jié)構(gòu)由單層變?yōu)閺?fù)層異齡林，喬木層組成由金錢松、楓香等闊葉樹種混生，蓋度50%，樹高8 ~ 11 m，占據(jù)著主林層（表1）。在灌木層中，已涌現(xiàn)了大量的木荷、小葉青岡、紅楠等地帶性常綠闊葉林樹種，密度分別達(dá)1 900、760、288株/hm2，蓋度70%，高3 ~ 6 m，明顯地形成了一個(gè)以地帶性常綠闊葉樹種為主的更新層；在草本層中，最具有跡地特色的是已有少量青岡（Cyclobalanopsis glauca）、紅楠、苦櫧（Castanopsis sclerophylla）和隔藥柃（Eurya muricata）等耐陰植物出現(xiàn)。已從低質(zhì)結(jié)構(gòu)向較優(yōu)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化，已基本形成喬、灌、草本層層次錯(cuò)落、具有復(fù)層結(jié)構(gòu)的森林群落。

表1 改造前后群落結(jié)構(gòu)的變化Table 1 Change of community structure before and after transformation

3.2 樹種的重要值

表2列出了次生松林改造后各樹種的重要值。在更新層（灌木）中性或者耐陰的木荷、小葉青岡和紅楠3個(gè)樹種的重要值達(dá) 88.4，說明已明顯占優(yōu)勢(shì)地位。相反，在喬木層陽性或中性的金錢松、楓香等的重要值仍然較高。說明人工改造促進(jìn)了地帶性常綠闊葉林中性或耐陰樹種的更新。

表2 次生馬尾松、金錢松混交林改造后10 a喬木層和灌木層樹種重要值Table 2 The importance values of tree and shrub layers 10 years after transformation of P. massoniana-Ps. amabilis mixed forest

3.3 林分生長的變化

對(duì)3個(gè)績效樣地的生長研究表明：改造后針闊異齡混交林生長具有較好的促進(jìn)作用。在喬木層中，馬尾松皆伐清理后，雖然剩余的金錢松、楓香等樹種密度有所減少，但其胸徑和蓄積量比改造前分別提高16%和52.7%、16.7%和57.1%、10.8%和35.1%。同時(shí)，更新層中木荷、紅楠和楓香生長迅速，蓄積量分別為13、19和0.9m3/hm2。試驗(yàn)林改造后10 a總蓄積量達(dá)82.8 m3/hm2，比改造前增加37.3 m3/hm2，平均每年增加蓄積量3.73 m3/hm2（表3）。

3.4 不同林木的風(fēng)害受損指數(shù)

為探索臺(tái)風(fēng)災(zāi)后林木機(jī)械受損與抗風(fēng)性效果。在2012年8月“?？迸_(tái)風(fēng)襲擊盤山后，選擇同一坡向、海拔高度的試驗(yàn)林與22年生日本扁柏（平均樹高9 m，平均胸徑10 cm）純林比較風(fēng)害林木機(jī)械受損情況調(diào)查（表 4）表明，改造后針闊混交林的林分中，損傷級(jí)別 0級(jí)所占個(gè)數(shù)最多。在喬木層中金錢松、楓香等闊葉樹損傷級(jí)別在0 ~Ⅱ級(jí)，僅輕微受損；在更新層中木荷和紅楠損傷級(jí)別在0 ~Ⅳ級(jí)均有分布，但Ⅲ和Ⅳ級(jí)中其分布幼樹個(gè)體數(shù)量都較少，小葉青岡和楓香損傷級(jí)別0 ~Ⅱ級(jí)，受損較輕。與日本扁柏純林相比，受損級(jí)別0 ~Ⅴ均有分布，損傷株數(shù)達(dá)36.1%。

表3 次生馬尾松和金錢松混交林改造后10 a的林分生長變化Table 3 Stand growth of transformed forest 10 years later

表4 盤山林區(qū)臺(tái)風(fēng)災(zāi)后人工林各林木的受損指數(shù)Table 4 Damage index of tested stand and 22-year Ch. obtusa forest

4 結(jié)論與討論

（1）采用木荷、小葉青岡和紅楠3種地帶性常綠闊葉優(yōu)勢(shì)樹種混交造林是進(jìn)行低質(zhì)防護(hù)林改造的行之有效方法。改造后10 a，防護(hù)林的林分結(jié)構(gòu)開始由單層林變?yōu)閺?fù)層異齡林，林內(nèi)植物由陽性向中性或耐陰性轉(zhuǎn)變，林分由低質(zhì)結(jié)構(gòu)向較優(yōu)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化，明顯地朝良性方向演替，基本上形成喬木層、灌木（更新）層和草本層結(jié)構(gòu)的森林群落。

改造后，更新層中的木荷、小葉青岡和紅楠的重要值分別達(dá) 59.9%、19.8%和 8.7%，地帶性常綠闊葉樹種的優(yōu)勢(shì)地位明顯，且生長旺盛；草本層中已有部分紅楠、青岡、木荷、苦櫧、隔藥柃等耐陰植物出現(xiàn)，具有自然更新能力。金錢松、木荷、小葉青岡混交林的林分蓄積量達(dá)82.8 m3/hm2，扣除保留木前期生長量后，平均每年增加蓄積量3.73 m3/hm2，比改造前年均蓄積生長量2.48 m3/hm2提高50.4%。

（2）異齡混交林在臺(tái)風(fēng)“?？憋L(fēng)災(zāi)后林木機(jī)械平均受損級(jí)別和受損指數(shù)低，林木受損遠(yuǎn)低于日本扁柏純林。這種現(xiàn)象反映了森林林分結(jié)構(gòu)對(duì)于林木抗風(fēng)襲機(jī)械受損能力具有重要影響。原因主要在于林分層次的差異?；旖涣譃閺?fù)層結(jié)構(gòu)，垂直結(jié)構(gòu)分層明顯，具有完整的喬、灌、草本層。高齡混交林的喬木層為金錢松、楓香等，灌木層由木荷、小葉青岡和紅楠等組成，結(jié)構(gòu)完善，各層次間具有協(xié)同保護(hù)作用，在抵抗風(fēng)害時(shí)，林分結(jié)構(gòu)完善性的作用就得到了發(fā)揮，不同層次可以有效分解和緩解林冠風(fēng)的壓力脅迫。與之相比，純林一般為單優(yōu)林分結(jié)構(gòu)，垂直結(jié)構(gòu)單一，林木機(jī)械受損較大。由此可見，在營林實(shí)踐中，建立具有高物種多樣性的復(fù)層混交林，有利于增強(qiáng)林分的抗干擾能力和穩(wěn)定性。

（3）沿海防護(hù)林處在海陸相互活躍的過渡地帶，在海陸相互作用過程中會(huì)產(chǎn)生環(huán)境異質(zhì)性化，進(jìn)而對(duì)植物種群的更新、生長和分布格局產(chǎn)生影響。因此，在盤山現(xiàn)有試驗(yàn)林中，對(duì)于相對(duì)密度較大的林分，可在近期進(jìn)行1次強(qiáng)度15%的透光伐，增加林內(nèi)光照和空間，促進(jìn)更新層常綠闊葉幼樹的生長。同時(shí)，可在“林窗”內(nèi)少量補(bǔ)植頂級(jí)闊葉樹種，如云山青岡（Cyclobalanopsis sessilifolia）、長葉石櫟（Lithocarpus harlandii）、米櫧（Castanopsis carlesii）等闊葉優(yōu)勢(shì)樹種[8]，從而增加林分的樹種混交和層次結(jié)構(gòu)，提高林分穩(wěn)定性、加速向地帶性常綠闊葉林的演替進(jìn)程。

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Transformation of Secondary Mixed Forest of Pinus massoniana-Pseudolarix amabilis to Conifer-broadleaf Unevenaged Forest

WANG Liang-yan1，YANG Xiao-dong2,3，CAO Li-guang4
（1. Tiantong National Forest Park, Ningbo 315114, China; 2. Department of Environment Science, East China Normal University, Shanghai 200062, China; 3. Tiantong National Station of Forest Ecosystem, Chinese National Ecosystem Observation and Research Network, Ningbo 315114, China; 4. Yinzhou Forestry Station of Ningbo, Ningbo 315100, China）

Transformation of secondary mixed forest of Pinus massoniana-Pseudolarix amabilis was conducted with three zonal dominant broadleaved tree species. The results demonstrated that transformed forest structure changed from single-layer to multi-storied 10 years later. The proportion of neutral or shade-tolerant plants increased, zonal broadleaved species turned to be dominant in the forest, and the importance values of Schima superba and Cyclobalanopsis myrsinifolia arrived 59.9% and 19.8%, and the annual growing stock was 3.73m3/ha, increased by 50% than before. Investigation of typhoon damage on transformed forest indicated lower damage index than on pure Chamaecyparis obtusa forest.

zonal broadleaved tree species; unevenaged mixed forest; damage index; transformation

S718

A

1001-3776（2013）02-0047-05

2012-10-23；

2013-01-30

寧波市重大科研項(xiàng)目（2012C10027）；寧波市科技攻關(guān)項(xiàng)目（2010C10028）

王良衍（1945－），男，浙江紹興人，高級(jí)工程師，從事營林和森林生態(tài)學(xué)研究。