杉木人工林林窗特征因子與閩楠幼林生長(zhǎng)關(guān)系的研究

歐建德

(明溪縣林業(yè)局，福建 明溪 365200)

杉木人工林林窗特征因子與閩楠幼林生長(zhǎng)關(guān)系的研究

歐建德

(明溪縣林業(yè)局，福建 明溪 365200)

通過對(duì)福建明溪杉木人工林中16個(gè)林冠的林窗長(zhǎng)軸和短軸及人工植苗3年生閩楠的保存率、地徑和樹高進(jìn)行調(diào)查，分析林窗特征對(duì)閩楠植苗更新的影響。結(jié)果表明， 影響閩楠幼林保存率和樹高的林窗特征因子的主次排序?yàn)殚_闊度>短軸>長(zhǎng)軸>面積；影響閩楠地徑生長(zhǎng)因子的主次順序?yàn)殚_敝度>短軸>面積>長(zhǎng)軸。林窗短軸、長(zhǎng)軸、面積與開闊度等林窗特征因子與閩楠保存率、樹高與地徑生長(zhǎng)均存在顯著性的開口向下的二次拋物線方程的線性關(guān)系。綜合閩楠幼林保存率、樹高和地徑生長(zhǎng)表現(xiàn)，林窗短軸的理想的取值范圍為5.10～6.26 m，合理取值范圍為1.23～10.13 m；林窗長(zhǎng)軸的理想的取值范圍為7.37～7.88 m，合理取值范圍為3.44～11.81 m；林窗面積的理想的取值范圍為15.0～35.6 m2，合理取值范圍為0～88.38 m2；林窗開闊度的理想的取值范圍為0.429～0.507，合理取值范圍為0.160～0.776。

閩楠；杉木人工林；林窗特征；更新

林窗干擾是森林群落中經(jīng)常發(fā)生的重要的小規(guī)模干擾，為自然森林群落演替的驅(qū)動(dòng)要素之一[1]，在森林的結(jié)構(gòu)、動(dòng)態(tài)和生物多樣性維持中起著重要的作用，已成為當(dāng)前森林生態(tài)學(xué)研究最活躍的領(lǐng)域之一[2]。林窗為森林苗木更新提供場(chǎng)所，對(duì)于許多樹種的定居和生長(zhǎng)是必要的，林窗特征與樹種特性，以及其他生物與非生物因素的相互作用，決定著樹種是否成活并生長(zhǎng)發(fā)育，最終決定著森林群落的更新水平。對(duì)針葉人工林進(jìn)行人為干擾產(chǎn)生林窗或林隙，經(jīng)人工植苗等措施， 進(jìn)行林下闊葉樹種更新層培育，形成結(jié)構(gòu)合理、 生態(tài)穩(wěn)定的復(fù)層林結(jié)構(gòu)，是實(shí)現(xiàn)高效林業(yè)和生態(tài)林業(yè)的有效渠道，也是當(dāng)前針葉人工林改造的方向。目前，我國的林隙研究主要圍繞天然林進(jìn)行，集中于基本特征的描述階段，而對(duì)人工針葉林的研究卻相對(duì)較少[2-9]。由于受到多方面因素的影響，人工林林隙更新一直以來沒有受到應(yīng)有的重視，對(duì)于林冠林隙及其更新的研究報(bào)道也較少。有關(guān)針葉人工林林窗對(duì)植苗更新影響的研究尚屬空白。

閩楠(Phoebebournei(Hemsl.)Yang)作為我國重要的珍貴用材樹種，因其前期耐蔭的特點(diǎn)，是一種較理想的林下更新樹種[10-11]。為此，進(jìn)行針葉樹人工林林下閩楠更新層培育嘗試，研究林窗特征對(duì)閩楠更新層生長(zhǎng)的效應(yīng)及規(guī)律，指導(dǎo)人為林窗干擾、維護(hù)和選擇，進(jìn)而科學(xué)指導(dǎo)針葉人工復(fù)層林的改造經(jīng)營。

1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)區(qū)位于福建省西北部，武夷山東南側(cè)的明溪縣，屬中亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)。年均氣溫15.7～18.6 ℃，年降雨量 1 700～2 000 mm，>10 ℃的年有效積溫 4 525.8～5 472.9 ℃，年均無霜期261 d。海拔350 m，坡度10°～15°，土壤為砂巖發(fā)育的山地紅壤。土壤容重1.32 g/cm3，土壤全氮為1.52 g/kg、速效磷為3.9 mg/kg、速效鉀含量44.17 mg/kg，有機(jī)質(zhì)含量為3.18 g/kg，pH 4.5。調(diào)查地在明溪縣浮溪石的杉木(Cunninghamialanceolata)林下套種閩楠基地進(jìn)行。調(diào)查地于2010年經(jīng)過林冠層擇伐后，于2011年2月采用閩楠實(shí)生苗進(jìn)行林下套種。

2 材料與方法

2.1 調(diào)查方法

2013年12月對(duì)福建明溪杉木人工林的16個(gè)林冠林窗進(jìn)行調(diào)查，選擇同一坡向，沿同一水平帶方向調(diào)查， 遇到林隙時(shí)，以林隙中心為核心，調(diào)查并記錄林冠林窗的長(zhǎng)軸(L)、短軸(W)、以林隙邊緣木的平均高度作為林隙高度(H)，并調(diào)查林冠林窗內(nèi)人工植苗的3年生閩楠的保存率、地徑和樹高。

2.2 數(shù)據(jù)處理及統(tǒng)計(jì)分析方法

根據(jù)所調(diào)查林窗接近橢圓形的特點(diǎn)，林窗面積(A)采用橢圓面積公式A=πLW/4計(jì)算[5]。林窗開闊度(O)：O=(L+W)/2/H計(jì)算[12]。

以林冠林窗內(nèi)閩楠樹高、地徑的算術(shù)平均值作為該林窗的代表值，用Excel2003進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和回歸計(jì)算。

3 結(jié)果與分析

3.1 林窗特征因子的主效應(yīng)分析

林窗的面積、開闊度、長(zhǎng)軸和短軸作為林窗特征的主要因子，直接影響著林窗的光環(huán)境、溫濕度以及土壤養(yǎng)分等環(huán)境因素，從而對(duì)林窗內(nèi)植苗更新產(chǎn)生影響。分析比較林窗特征因子主效應(yīng)，對(duì)林窗內(nèi)科學(xué)植苗更新具有指導(dǎo)意義。

保存率、樹高和地徑作為衡量植苗更新造林成效的3個(gè)主要指標(biāo)，為此，對(duì)林窗內(nèi)植苗更新的閩楠幼樹生長(zhǎng)指標(biāo)與林窗的4個(gè)主要特征因子分別進(jìn)行多元線性擬合，結(jié)果見表1。

由表1可知，閩楠保存率、樹高和地徑的4個(gè)林窗特征因子擬合的多元線性方程的R2值介于 0.784 473～0.942 717，總體擬合效果好，達(dá)到極顯著性水平。通過比較分析特征因子的系數(shù)絕對(duì)值發(fā)現(xiàn)，對(duì)保存率影響而言，林窗特征因子的主次排序?yàn)椋毫执伴_闊度>林窗短軸>林窗長(zhǎng)軸>林窗面積；林窗特征因子對(duì)樹高影響的主次排序?yàn)椋毫执伴_闊度>林窗短軸>林窗長(zhǎng)軸>林窗面積；林窗特征因子對(duì)地徑影響的主次排序?yàn)椋毫执伴_闊度>林窗短軸>林窗面積>林窗長(zhǎng)軸。綜合比較4個(gè)林窗特征因子對(duì)閩楠生長(zhǎng)性狀的影響，其排序不盡相同， 但排在前2位的順序一致， 均為林窗開闊度>林窗短軸，說明林窗開闊度、林窗短軸2個(gè)林窗特征因子對(duì)閩楠植苗更新的影響最為強(qiáng)烈， 建議在人工林林下植苗更新過程中， 應(yīng)該更多考慮林窗開闊度和林窗短軸2個(gè)因素。

表1 不同閩楠生長(zhǎng)性狀的回歸方程

3.2 林窗特征因子對(duì)閩楠生長(zhǎng)的影響

林窗面積、林窗開闊度、林窗長(zhǎng)軸與林窗短軸等因子對(duì)于林窗內(nèi)的生境有著復(fù)雜的協(xié)同關(guān)系，了解并準(zhǔn)確評(píng)價(jià)林窗面積、林窗開闊度、林窗長(zhǎng)軸與林窗短軸等林窗特征因子單因素的作用規(guī)律，對(duì)于如何科學(xué)進(jìn)行人工干攏，產(chǎn)生理想的林窗生境，促進(jìn)林窗內(nèi)更新培育成效有著重要作用。為此，分別對(duì)閩楠保存率、樹高和地徑等性狀指標(biāo)與林窗特征因子進(jìn)行各種方程擬合。3.2.1 林窗特征因子對(duì)閩楠保存率的影響 將閩楠幼樹保存率與不同林窗特征因子分別進(jìn)行線性方程、冪函數(shù)、對(duì)數(shù)函數(shù)與二次項(xiàng)方程擬合結(jié)果見表2。從表2各種擬合的系列方程的R2值分析可知，用二次項(xiàng)方程擬合結(jié)果最為理想，其R2值介于 0.526 5～0.635 1，說明林窗特征的林窗短軸、林窗長(zhǎng)軸、林窗面積均與林窗開闊度和閩楠保存率存在顯著性的開口向下的二次拋物線方程關(guān)系，利用林窗開闊度和林窗短軸較林窗面積與林窗長(zhǎng)軸預(yù)測(cè)閩楠幼林的保存率較為理想。

3.2.2 林窗特征因子對(duì)閩楠樹高的影響 將閩楠幼樹樹高與不同林窗特征因子分別進(jìn)行線性方程、冪函數(shù)、對(duì)數(shù)函數(shù)與二次項(xiàng)方程擬合結(jié)果見表3。從表3擬合的系列方程的R2值分析可知，用二次項(xiàng)方程擬合結(jié)果最為理想，其R2值介于 0.831 1～0.862 3，說明林窗特征的林窗短軸、林窗長(zhǎng)軸、林窗面積與林窗開闊度， 均與閩楠樹高存在顯著性的開口向下的二次拋物線方程關(guān)系，利用林窗開闊度和林窗面積等林窗特征因子較林窗短軸與林窗長(zhǎng)軸預(yù)測(cè)閩楠幼林樹高更加理想。

3.2.3 林窗特征因子對(duì)閩楠地徑的影響 將閩楠幼樹地徑與不同林窗特征因子分別進(jìn)行線性方程、冪函數(shù)、對(duì)數(shù)函數(shù)與二次項(xiàng)方程擬合結(jié)果見表4。從表4擬合的系列方程的R2值分析可知，用二次項(xiàng)方程擬合結(jié)果最為理想，其R2值介于 0.733 7～0.817 0，說明林窗特征的林窗短軸、林窗長(zhǎng)軸、林窗面積與林窗開闊度， 均與閩楠地徑均存在顯著性的開口向下的二次拋物線方程關(guān)系，利用林窗開闊度和林窗長(zhǎng)軸較林窗短軸與林窗面積預(yù)測(cè)閩楠幼林地徑更加理想。

表2 不同林窗特征因子閩楠保存率的回歸方程

表3 不同林窗特征因子閩楠樹高的回歸方程

表4 不同林窗特征因子閩楠地徑的回歸方程

3.3 閩楠林窗植苗更新的特征因子優(yōu)化

如何選擇或通過林隙干擾創(chuàng)建并維持理想的林冠和林窗是閩楠林窗科學(xué)植苗更新的主要內(nèi)容。林窗開闊度、林窗面積以及林窗長(zhǎng)、短軸4個(gè)特征因子是林窗的數(shù)量性指標(biāo)。進(jìn)行林窗特征因子優(yōu)化，對(duì)于閩楠林窗科學(xué)植苗更新具有重要的指導(dǎo)意義。

綜合研究結(jié)果表明，閩楠幼林3年保存率、樹高和地徑等生長(zhǎng)指標(biāo)與林窗4個(gè)主要特征因子均存在顯著性的開口向下的二次拋物線方程線性關(guān)系，擬合效果好。為進(jìn)一步合理取值范圍， 通過計(jì)算并將4種林冠林窗特征因子的不同性狀的極值點(diǎn)及擬合性狀值結(jié)果列表5，由表5可看出以下特征：

1) 閩楠幼林3年生保存率、樹高和地徑的林窗短軸的極值點(diǎn)分別為 6.256 904、5.105 015、5.261 364 m；由于不同性狀的極值點(diǎn)不盡相同， 且閩楠保存率、樹高及地徑性狀均為正指標(biāo)， 理想的取值范圍應(yīng)該涵蓋3個(gè)性狀的極值且不宜過寬， 故選擇3個(gè)性狀極值點(diǎn)的最大值與最小值范圍作為理想值(下同)， 其理想的取值范圍為5.10～6.26 m；按照理想的取值范圍±1倍的標(biāo)準(zhǔn)差確定合理的取值范圍，經(jīng)計(jì)算本研究的林窗短軸的標(biāo)準(zhǔn)差為 3.866 07 m，合理取值范圍為1.23～10.13 m。

2) 閩楠幼林3年生保存率、樹高和地徑的林窗長(zhǎng)軸的極值點(diǎn)分別為 7.881 773、7.371 654、7.587 302 m，其理想的取值范圍為7.37～7.88 m；經(jīng)計(jì)算本研究的林窗長(zhǎng)軸的標(biāo)準(zhǔn)差為 3.928 507 m，合理取值范圍為3.44～11.81 m。

3) 閩楠幼林3年生保存率、樹高和地徑的林窗面積的極值點(diǎn)分別為 35.600 00、22.538 46、15.000 00 m2，其理想的取值范圍為15.0～35.6 m2；經(jīng)計(jì)算本研究的林窗面積的標(biāo)準(zhǔn)差為 52.789 78 m2，合理取值范圍為0～88.38 m2。

4) 閩楠幼林3年生保存率、樹高和地徑的林窗開闊度的極值點(diǎn)分別為 0.506 632、0.429 089、0.442 472；其理想的取值范圍為0.429～0.507；經(jīng)計(jì)算本研究的開闊度的標(biāo)準(zhǔn)差為 0.268 636，合理取值范圍為0.160～0.776。

表5 不同林窗特征因子閩楠的生長(zhǎng)性狀和極值

4 結(jié)論與討論

4.1 結(jié) 論

1) 對(duì)保存率和樹高影響而言，林窗特征因子的主次成分排序?yàn)榱执伴_闊度>林窗短軸>林窗長(zhǎng)軸>林窗面積；影響閩楠地徑生長(zhǎng)的林窗特征因子主次順序?yàn)榱执伴_闊度>林窗短軸>林窗面積>林窗長(zhǎng)軸。建議在林窗創(chuàng)建和維護(hù)方面著重考慮開闊度和林窗短軸2個(gè)因素。

2) 林窗特征的短軸、長(zhǎng)軸、面積、開闊度與閩楠3年保存率、樹高和地徑生長(zhǎng)方面均存在顯著性的開口向下的二次拋物線方程的線性關(guān)系，且擬合效果較好。

3) 綜合閩楠幼林保存率、樹高和地徑生長(zhǎng)表現(xiàn)，林窗短軸的理想的取值范圍為5.10～6.26 m，合理取值范圍為1.23～10.13 m；林窗長(zhǎng)軸的理想的取值范圍為7.37～7.88 m，合理取值范圍為3.44～11.81 m；林窗面積的理想的取值范圍為15.0～35.6 m2，合理取值范圍為0～88.38 m2；林窗開闊度的理想的取值范圍為0.429～0.507， 合理取值范圍為0.160～0.776。

4.2 討 論

1) 進(jìn)行針葉樹人工林林下闊葉樹種或珍貴樹種更新層培育，并形成較穩(wěn)定的復(fù)層林結(jié)構(gòu)，改變針葉人工林結(jié)構(gòu)單一、生態(tài)功能低下的現(xiàn)狀，一直是林業(yè)發(fā)展趨勢(shì)和研究熱點(diǎn)之一。林窗作為針葉人工林中主要生境之一，直接影響著林下更新層的生長(zhǎng)，進(jìn)行林窗特征因子與更新層植物生長(zhǎng)關(guān)系的研究具有現(xiàn)實(shí)意義。

2) 本研究采用數(shù)學(xué)方法進(jìn)行林窗特征與閩楠生長(zhǎng)效應(yīng)研究，較好地建立了林窗主要特征因子與閩楠生長(zhǎng)的林窗模型，反映了林窗閩楠生長(zhǎng)的內(nèi)在規(guī)律，可以為森林營造及優(yōu)化管理提供科學(xué)的依據(jù)。今后，林窗模型研究的深入將成為研究林窗植物更新的重要內(nèi)容。

3) 閩楠的保存率、地徑、樹高等性狀的極值點(diǎn)在林窗短軸、長(zhǎng)軸、面積及林窗開闊度等特征因子的不一致性，尤其是在林窗面積和林窗開闊度指標(biāo)方面差異較大。本研究林窗特征因子理想取值范圍采用3個(gè)性狀極值點(diǎn)最大取值范圍，即理想值范圍為3個(gè)性狀極值點(diǎn)的林窗特征因子的最大值與最小值之間，合理的取值范圍按照理想的取值范圍±1倍的標(biāo)準(zhǔn)差確定。這種方法可能導(dǎo)致閩楠經(jīng)營中林窗特征因子取值范圍過大，影響實(shí)際成效。如何科學(xué)精確取值將成為下一步研究的重點(diǎn)。

4) 本研究對(duì)象僅是對(duì)林窗下閩楠幼林生長(zhǎng)表現(xiàn)進(jìn)行，加上研究?jī)H是圍繞林窗長(zhǎng)軸、林窗短軸、林窗面積與林窗開闊度4個(gè)林窗特征因子的線性關(guān)系開展，存在明顯局限性，有關(guān)研究尚待深入。

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(責(zé)任編輯 韓明躍)

Research on the Relationship Between Gap Characteristics ofCunninghamialanceolataPlantations and the Growth of Gap RegenerationPhoebebourneiSeedlings

OU Jian-de

(Fujian Mingxi Forestry Bureau, Mingxi Fujian 365200, China)

16 canopy gaps inCunninghamialanceolataplantations forest and preserving rate, ground diameter, and tree height of 3-year oldPhoebebournei. plantation in mingxi, Fujian Province was investigated, and analyzed the effects of gap characteristics on planting regeration. The results showed that, in the order of affect on preservation rate and height growth ofP.bournei. seedlings, the order of gap characteristics factors was canopy openness> gaps minor axis> gaps long axis > gap size. In order of affect on seedlings ground diameter, it was canopy openness> gaps minor axis> gap size > gaps long axis. There was a significant downward opening quadric parabolic relationship between canopy openness, gaps minor axis, gaps long axis, gap size and seedlings preservation rate, height， ground diameter. Comprehensive preservation rate, tree height and diameter growth performance, ideal gaps minor axis was range of 5.10 -6.26 m, reasonable ranges was of 1.23-10.13 m. Ideal gaps long axis was range of 7.37 -7.88 m, reasonable was range of 3.44 -11.81 m. Ideal gap size was range of 15.0 -35.6 m2, reasonable was range of 0 -88.38 m2. Ideal canopy openness was range of 0.429-0.507, reasonable was range of 0.160-0.776.

Phoebebournei;Cunninghamialanceolataplantations; gap characteristics; regeneration

2014-03-08

中央財(cái)政林業(yè)科技推廣項(xiàng)目(2012 7號(hào))資助。

歐建德(1970—)，男，高級(jí)工程師。研究方向：林木育種、資源培育、森林經(jīng)營和保護(hù)。Email：smmxojd@163.com。

10.3969/j.issn.2095-1914.2014.06.010

S718.45

A

2095-1914(2014)06-0060-05