擇伐經(jīng)營(yíng)對(duì)天然闊葉米櫧林生長(zhǎng)的影響

戎建濤，黃清麟，張曉紅

（1. 溫州科技職業(yè)學(xué)院，浙江 溫州 325006；2. 中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院 資源信息研究所，國(guó)家林業(yè)局林業(yè)遙感與信息技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100091）

森林采伐是經(jīng)營(yíng)森林最重要的一個(gè)目的，而采伐必然會(huì)對(duì)森林結(jié)構(gòu)功能產(chǎn)生影響，過度采伐甚至?xí)茐纳稚鷳B(tài)系統(tǒng)，因此采伐一直是國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究的熱點(diǎn)問題[1-5]。我國(guó)也提出了“生態(tài)采伐”概念并應(yīng)用于東北天然林經(jīng)營(yíng)中[6]。在諸多采伐方式中，擇伐方式既能保持森林生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定，又能獲得木材收獲利用，是一種可持續(xù)的采伐方式，是調(diào)節(jié)森林結(jié)構(gòu)、促進(jìn)森林生長(zhǎng)和健康發(fā)展的重要經(jīng)營(yíng)措施[7]。大多數(shù)研究表明適當(dāng)強(qiáng)度擇伐能夠促進(jìn)林分生長(zhǎng)[8]，并且隨著強(qiáng)度的增加，直徑生長(zhǎng)、斷面積生長(zhǎng)也會(huì)相應(yīng)增加[9]，并能夠維持生物多樣性和提高土壤立地質(zhì)量[10-11]。擇伐對(duì)于天然林可持續(xù)經(jīng)營(yíng)有重要意義。Gardingen等[12]以印度尼西亞熱帶原始林為研究對(duì)象，分析擇伐后林分結(jié)構(gòu)、斷面積生長(zhǎng)、枯死率的動(dòng)態(tài)變化，結(jié)果表明擇伐后林分蓄積、斷面積有較大增長(zhǎng)，林分質(zhì)量沒有下降，林分結(jié)構(gòu)沒有遭到破壞，保留了自我恢復(fù)能力。Lei等[13]以東北落葉松云冷杉林為研究對(duì)象，分析了伐后12年林分結(jié)構(gòu)、樹木生長(zhǎng)、樹種組成、多樣性和土壤因子的變化，結(jié)果表明林分及單木直徑、斷面積、蓄積生長(zhǎng)率表現(xiàn)趨勢(shì)均是隨采伐強(qiáng)度增加而增加，但12年總收獲量沒有顯著增加，樹種組成沒有顯著變化，多樣性略有提高，土壤物理性質(zhì)略有提高。胡云云等[14]通過對(duì)吉林汪清金溝嶺林場(chǎng)10多年擇伐實(shí)驗(yàn)林分?jǐn)?shù)據(jù)分析后認(rèn)為擇伐可以明顯促進(jìn)林木單株及林分蓄積生長(zhǎng)量。Knoebol等[15]以美國(guó)鵝掌楸林為研究對(duì)象，認(rèn)為擇伐經(jīng)營(yíng)后的鵝掌楸總收獲量會(huì)降低，不過很少有人支持這種觀點(diǎn)。

我國(guó)亞熱帶常綠闊葉林為世界上罕見的植被類型，其中94%為天然闊葉林，并且由于中亞熱帶闊葉林所處的特殊地理位置，發(fā)揮著不可估量的生態(tài)社會(huì)效益[16]。然而，長(zhǎng)期以來中亞熱帶天然闊葉林通常被當(dāng)做“雜木林”，大量天然闊葉林被砍伐改種杉木和馬尾松林，對(duì)當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)和景觀造成極大破壞[17]。本研究以永安中亞熱帶典型天然闊葉林類型米櫧Castanopsis carlesii次生林為研究對(duì)象，分析不同擇伐強(qiáng)度對(duì)林分生長(zhǎng)和結(jié)構(gòu)的影響，探討合理的采伐措施，為南方天然常綠闊葉林可持續(xù)經(jīng)營(yíng)提供依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于福建省永安市，在東經(jīng)116°56′～117°47′、北緯 25°33′～ 26°12′之間，土地總面積294 km2。地處武夷山脈和戴云山脈之間過渡帶，閩中大谷地南端，東部和西南部屬于玳瑁山脈的中山山地，構(gòu)成兩條北東走向山脊，西北部屬于武夷山南坡的中山山地。試驗(yàn)地處于亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候區(qū)，屬亞熱帶海洋性氣候，具有冬短夏長(zhǎng)、氣候溫和、雨量充沛、溫暖濕潤(rùn)的特點(diǎn)。年平均氣溫14.3～19.2 ℃，一月平均氣溫4～9 ℃，極端低溫-7.1 ℃；七月平均溫度20～21 ℃，極端高溫40.5 ℃。大于或等于10 ℃的年平均活動(dòng)積溫為3 922～5 766 ℃，年降水量為1 490～2 060 mm，平均年降水日數(shù)130～169 d；年蒸發(fā)量1 455.5 mm，相對(duì)濕度80%以上；年日照時(shí)數(shù) 1 529.8～2 367.1 h，無霜期250～302 d。

研究區(qū)天然闊葉米櫧林為過伐后形成的次生林，主要樹種有米櫧、木荷Schima superba、新木姜子Neolitsea aurata、杜英Elaeocarpus sylvestris、 猴 歡 喜Sloanea sinensis、 絲 栗 栲Astanopsis fargesii、 擬 赤 楊A(yù)lniphyllum fortunei、虎皮楠Daphniphyllum oldhami、甜櫧Castanopsis eyrei、短?；蟼銞鱄eteropanax brevipedicellatus、署豆Elaeocarpus japonicus、楓香Liquidambar formosama、樹參Dendropanax proteus、厚殼桂Cryptocarya chinensis等。

2 研究方法

研究區(qū)位于福建永安市燕東街道辦事處麻嶺村3林班17大班1小班和2小班，面積23 hm2。按照系統(tǒng)抽樣原則，以100 m×25 m的系統(tǒng)抽樣密度在試驗(yàn)天然林設(shè)置31個(gè)同心圓調(diào)查樣地（半徑分別為6 m和12 m）（見圖1）。對(duì)半徑6 m內(nèi)胸徑（DBH）≥5 cm的所有林木進(jìn)行每木檢尺，測(cè)定其樹種、胸徑、樹高、枝下高和冠幅；對(duì)處于6 m半徑樣園外和12 m半徑樣園內(nèi)DBH≥25 cm的所有林木進(jìn)行每木檢尺，測(cè)定其樹種、胸徑、樹高、枝下高和冠幅。由于調(diào)查林分群落層次明顯，喬木層可分為3個(gè)層次：第I層樹高≥18 m，第II層樹高介于10.1～17.9 m之間， 第III層樹高≤10 m。擇伐前林分特征基本概況見表1。將31個(gè)同心圓樣地分為5條調(diào)查樣帶，每條樣帶寬100 m，相鄰兩條樣帶之間為200 m。樣帶1有7個(gè)同心圓樣地（樣園號(hào)23-1～23-5），為對(duì)照樣帶，不做任何采伐措施；樣帶2有5個(gè)同心圓樣地（樣園號(hào)27-1～27-4），采伐強(qiáng)度為23.37%；樣帶3有7個(gè)同心圓樣地（樣園號(hào)32-1～32-5），采伐強(qiáng)度為16.97%；樣帶4有5個(gè)同心圓樣地（樣園號(hào)36-1～36-4），采伐強(qiáng)度為17.59%；樣帶5有5個(gè)同心圓樣地（樣園號(hào)42-1～42-4），采伐強(qiáng)度為30.63%。2008年7月進(jìn)行第1次調(diào)查，2009年7月和2010年7月進(jìn)行第2、3次復(fù)查，2011年12月進(jìn)行第4次復(fù)查。計(jì)算伐后不同時(shí)間林分平均斷面積和蓄積的年生長(zhǎng)率，分析不同強(qiáng)度擇伐對(duì)林分生長(zhǎng)的影響。采用廣義線性模型（GLM）單因素方差分析研究不同擇伐強(qiáng)度對(duì)林分生長(zhǎng)影響效果是否顯著，并對(duì)差異顯著的數(shù)據(jù)進(jìn)行多重比較（p＜0.05，LSD，t檢驗(yàn)）。

圖1 同心圓樣地示意Fig.1 Concentric circle sample plots

表1 伐前林分特征Table 1 Stands’ characteristics before cutting

生長(zhǎng)率計(jì)算使用普雷斯特公式計(jì)算：

式中：pn為n年間的平均生長(zhǎng)率；ya和ya-n分別為a和a-n年的斷面積和蓄積。

3 結(jié)果與分析

3.1 伐前林分因子分析

對(duì)不同擇伐強(qiáng)度的5條樣帶伐前林分測(cè)樹因子進(jìn)行方差分析，結(jié)果表明各個(gè)樣圓內(nèi)林分平均胸徑（20.84～23.69 cm）、林分單位面積株數(shù)（831 ～1 106株）、全林單位面積蓄積（187.40～305.24 m3）均沒有顯著差異（見表2），可以對(duì)其進(jìn)行擇伐后的分析比較。第I林層蓄積在林分蓄積中比例最大，為59%～73%，且各樣帶第I林層蓄積沒有顯著差異；第II林層蓄積在林分蓄積中比例為19%～35%，此林層除第5樣帶與第4樣帶蓄積差異顯著外，其它樣帶第II林層蓄積差異不顯著；第III林層蓄積在林分蓄積中比例最小，為3%～6%，此林層各個(gè)樣帶間蓄積差異不顯著。

3.2 伐去林分因子分析

各樣帶伐去林木平均胸徑、株數(shù)均無顯著差異（見表3）。其中第2樣帶伐去林木單位面積蓄積最大，為82.69 m3；第3樣帶伐去林木單位面積蓄積最小，為32.86 m3。從伐去林木林層蓄積比例來看，伐去林木主要在第I林層，占伐去總蓄積的85%～100%。

表2 伐前林分各測(cè)樹因子方差分析?Table 2 Variance analysis of tree measuring factors of stands before cutting

表3 伐去林木各測(cè)樹因子方差分析Table 3 Variance analysis on tree measuring factors of stands after tree cutting

3.3 擇伐對(duì)林分生長(zhǎng)的影響

伐后2009年、2010年、2011年林分生長(zhǎng)率見表4、表5、表6。由表4、5、6可知，擇伐后樣帶全林分?jǐn)嗝娣e生長(zhǎng)率和蓄積生長(zhǎng)率均大于對(duì)照樣帶，并且全林?jǐn)嗝娣e和蓄積生長(zhǎng)率隨著擇伐強(qiáng)度的增加而增加。擇伐樣帶的各林層斷面積和蓄積生長(zhǎng)率也大于對(duì)照樣帶。每條樣帶中，各林層與全林?jǐn)嗝娣e和蓄積生長(zhǎng)率排序均為第III林層＞第II林層＞第I林層＞全林。2009年5條樣帶中，全林?jǐn)嗝娣e和蓄積生長(zhǎng)率沒有顯著差異，對(duì)應(yīng)第I、II林層斷面積和蓄積生長(zhǎng)率也沒有顯著差異，23.37%擇伐強(qiáng)度樣帶第III林層生長(zhǎng)率與30.63%擇伐強(qiáng)度樣帶同林層生長(zhǎng)率差異不顯著，但與其它樣帶同林層生長(zhǎng)率差異顯著。2010年5條樣帶斷面積和蓄積生長(zhǎng)率方差分析結(jié)果一致，即30.63%擇伐強(qiáng)度樣帶與對(duì)照樣帶有顯著差異，但與其它擇伐強(qiáng)度的樣帶無顯著差異，不同林層斷面積和蓄積生長(zhǎng)率也表現(xiàn)出如上所述基本一致的規(guī)律。2011年5條樣帶中，30.63%和23.37%擇伐強(qiáng)度樣帶全林?jǐn)嗝娣e和蓄積生長(zhǎng)率最大（見表6），且與對(duì)照樣帶有顯著差異，與其它擇伐強(qiáng)度樣帶無顯著差異，林層生長(zhǎng)率也表現(xiàn)出上述規(guī)律，30.63%擇伐強(qiáng)度樣帶3個(gè)林層斷面積和蓄積生長(zhǎng)率都與對(duì)照有顯著差異。

從2009～2011年，對(duì)照樣帶林分?jǐn)嗝娣e和蓄積生長(zhǎng)率呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，不同年份生長(zhǎng)率差異不顯著；4條擇伐樣帶林分?jǐn)嗝娣e和蓄積生長(zhǎng)率均表現(xiàn)為隨著時(shí)間的增加而增大，但每條擇伐樣帶生長(zhǎng)率不同年份之間差異也不顯著（見圖2、圖3）。

4 結(jié)論與討論

擇伐能夠加快天然闊葉米櫧林林分生長(zhǎng)，擇伐樣帶林木生長(zhǎng)均大于對(duì)照樣地，但不同擇伐強(qiáng)度樣帶之間差異不明顯。這與Brian等的[18]研究結(jié)果一致。天然闊葉米櫧林是具有明顯垂直劃分層次的異齡混交林，其生態(tài)、社會(huì)價(jià)值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于經(jīng)濟(jì)價(jià)值[19]。Amin等[20]研究認(rèn)為擇伐適用于復(fù)層異齡林，可以在保持林分結(jié)構(gòu)完整性的基礎(chǔ)上促進(jìn)林分的生長(zhǎng)。Scott等[21]研究結(jié)果表明擇伐后減少了林木間的競(jìng)爭(zhēng)，保留木獲得更多生長(zhǎng)空間和光照從而加快生長(zhǎng)。天然闊葉米櫧林林分?jǐn)嗝娣e和蓄積生長(zhǎng)率隨著擇伐強(qiáng)度的增加而增加，

表4 2009年林分及林層的生長(zhǎng)率Table 4 Growth rates of stands and forest layers in 2009

表5 2010年林分及林層的生長(zhǎng)率Table 5 Growth rates of stands and forest layers in 2010

表6 2011年林分及林層的生長(zhǎng)率Table 6 Growth rates of stands and forest layers in 2011

圖2 5條樣帶林分?jǐn)嗝娣e生長(zhǎng)率隨時(shí)間變化Fig.2 Changes of stand basal area rate of fi ve sample belts with time

圖3 5條樣帶全林蓄積生長(zhǎng)率隨時(shí)間變化Fig.3 Changes of whole-stand volume growth rate of fi ve sample belts with time

隨著森林采伐方式的發(fā)展，擇伐經(jīng)營(yíng)由于可以將生態(tài)因子危害性降到最低，因此越來越受到人們關(guān)注[22]。擇伐對(duì)林木、林分生長(zhǎng)影響的研究主要集中在不同擇伐強(qiáng)度對(duì)樹高、胸徑、斷面積、蓄積和空間結(jié)構(gòu)等林分因子[23-24]，研究結(jié)果表明擇伐由于釋放了生長(zhǎng)空間，能夠提高單木直徑和蓄積的生長(zhǎng)[25-26]，但隨著擇伐強(qiáng)度的增大，單位面積株數(shù)會(huì)隨之減少，因此擇伐是否促進(jìn)林分總收獲量這個(gè)方面還沒有形成一個(gè)統(tǒng)一的定論[13]。隨著收集數(shù)據(jù)的增加，下一步可以研究擇伐對(duì)天然闊葉米櫧林收獲量的影響。

[1] Crow T R, Buckley D S, Nauertz E A, et al. Effects of management on the composition and structure of Northern hardwood forests in upper Michigan[J]. Forest Science, 2002,48(1): 129-145.

[2] Lahde E, Laiho O, Nororpi, et al. Development of Norway spruce dominated stands after single-tree selection and low thinning[J].Canadian Journal Forest Research, 2002, 32:1577-1584.

[3] Parrotta J A, Francis J K, Knowles O H. Harvesting intensity affects forest structure and composition in an upland Amazonian forest[J]. Forest Ecology and Management, 2002, 169:243-255.

[4] 唐守正,杜紀(jì)山. 利用樹冠競(jìng)爭(zhēng)因子確定同齡間伐林分的斷面積生長(zhǎng)過程[J].林業(yè)科學(xué), 1999,35(6):35-41.

[5] 董希斌,李耀祥,姜立春. 間伐對(duì)興安落葉松人工林林分結(jié)構(gòu)的影響[J].東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2001,28(1):16-18.

[6] 張會(huì)儒,湯孟平,舒清態(tài).森林生態(tài)采伐的理論與實(shí)踐[M].北京:中國(guó)林業(yè)出版社,2006:1-8.

[7] 簡(jiǎn)曉丹.談森林生態(tài)采伐[J]. 黑龍江生態(tài)工程職業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào),2006,19(4):77-79.

[8] Scott T W, Chris C M. conifer response to three silvicultural treatments in the Oresgon Coast Range foothills[J].Canadian Journal of Forest Research,2004,34(9):1967-1978.

[9] Jaakkola T, Makinen H, Saren M, et al. Does thinning intensity affect the tracheid dimensions of Norway spruce[J]. Canadian Journal of Forestry Research, 2005,35(11):2685-2697.

[10] 任立忠,羅菊春,李新彬. 撫育采伐對(duì)山楊次生林植物多樣性影響的研究[J]. 北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2000,22(4):44-17.

[11] 李春明,杜紀(jì)山,張會(huì)儒.撫育采伐對(duì)森林生長(zhǎng)的影響極其模型研究[J].林業(yè)科學(xué)研究, 2003,16(5):636-641.

[12] Gardingen P R, Clearwater M J, Nifinluri T, et al. Impacts of logging on the lowland forest in Indonesia [J]. Forestry Review,1998, 77(2):71-82.

[13] Lei X D, Lu Y C, Peng C H, et al. Growth and structure development of semi-natural larch-spruce-f i r forests in northeast China: 12-year results after thinning[J].Forest Ecology and Management, 2007,40(1-3):165-177.

[14] 胡云云,閔志強(qiáng),高 延.擇伐對(duì)天然云冷杉林林分生長(zhǎng)和結(jié)構(gòu)的影響[J].林業(yè)科學(xué),2011,47(2):15-24.

[15] Knoebol B C, Burkhart H E. A growth and yield model for thinned stands of yellow-poplar[J]. For. Sci., 1986,32(2):27,62.

[16] 鐘章成.常綠闊葉林生態(tài)學(xué)研究[M].重慶:西南師范大學(xué)出版社,1988.

[17] 黃清麟.亞熱帶天然闊葉林經(jīng)營(yíng)中的五大誤區(qū)[J].世界林業(yè)研究,1998,11 (4):3l-33.

[18] Brian D H, Alain L S. Stand landscape integration in natural diaturbance-based management of the sourthern boreal forest[J].Forest Ecology and Management, 2002,155:369-385.

[19] 鐘章成.常綠闊葉林生態(tài)系統(tǒng)研究[M].重慶:西南師范大學(xué)出版社,1992.

[20] Amin H W, Seydack W J. An unconventional approach to timber yield regulation for multi-aged, muti-species forests[J]. Forest Ecology and Management,1995,77:155-168.

[21] Scott T W, Chris C M. Conifer response to three silvicultural treatments in the Oresgon Coast Range foothills[J]. Canadian Journal of Forest Research,2004,34(9):1967-1978.

[22] 董希斌. 采伐強(qiáng)度對(duì)落葉松生長(zhǎng)量的影響[J]. 東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2001,29(1):44-47.

[23] 雷相東, 陸元昌, 張會(huì)儒,等. 撫育間伐對(duì)落葉松云冷杉混交林的影響[J]. 林業(yè)科學(xué),2005,41(4):78-85.

[24] 沈 林, 楊 華, 亢新剛,等. 擇伐強(qiáng)度對(duì)天然云冷杉林空間結(jié)構(gòu)分布格局的影響[J]. 中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報(bào),2013,33(1):68-74.

[25] Forget E, Nolet P. Ten-year response of northern hardwood stands to commercial secetion cutting in southern Quebec, Canada[J].Forest Ecology and Management,2007,42(2):764-775.

[26] 鄭麗鳳, 周新年, 巫志龍. 天然林不同強(qiáng)度采伐10a后林地土壤理化性質(zhì)分析[J].林業(yè)科學(xué)研究,2008,34(3):18-25.