帶狀采伐栽植闊葉樹對油松人工林天然更新的影響1)

劉明國 殷 有 孔繁軾 盧國珍 張連生

(沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)，沈陽，110161) (遼寧省生態(tài)實驗林場) (遼寧省干旱地區(qū)造林研究所) (遼寧省建平縣森林病蟲害防治檢疫站)

帶狀采伐栽植闊葉樹對油松人工林天然更新的影響1)

劉明國 殷 有 孔繁軾 盧國珍 張連生

(沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)，沈陽，110161) (遼寧省生態(tài)實驗林場) (遼寧省干旱地區(qū)造林研究所) (遼寧省建平縣森林病蟲害防治檢疫站)

采用標(biāo)準(zhǔn)地觀測的方法，研究了帶狀采伐栽植闊葉樹后油松(Pinustabulaeformis)人工林天然更新的特點和效果。結(jié)果表明：帶狀采伐栽植闊葉樹后，油松人工林天然更新效果受立地條件影響，陽坡不能更新或更新幼樹極少。油松窄帶狀采伐栽植山杏(Prunussibirica)，油松保留帶內(nèi)油松天然更新幼樹達(dá)3 500株/hm2；山杏林帶內(nèi)油松更新幼樹約2 500株/hm2，與山杏形成了混交林。油松窄帶狀采伐栽植黃櫨(Cotinuscoggygriavar.pubescens)，油松保留帶、黃櫨林帶油松更新幼樹株數(shù)均達(dá)到了天然更新標(biāo)準(zhǔn)；在有一定數(shù)量前更幼樹的前提下，油松寬帶狀采伐栽植刺槐(Robiniapseudoacacia)、山杏等闊葉樹后天然更新良好，闊葉樹帶內(nèi)形成了穩(wěn)定的針闊混交異齡林。

天然更新；油松；栽植闊葉樹；帶狀采伐

Journal of Northeast Forestry University.-2014,42(7).-1～4

We studied the effects of planting broadleaf tree species after strip cutting on natural regeneration ofPinustabulaeformisplantation by employing the observation of sample plots. The site condition has significant effects on natural regeneration ofPinustabulaeformis, and there are no or very few saplings on sunny slope. In the trial of plantingPrunussibiricaafter narrow strip cutting, the number ofPinustabulaeformissapling is 3 500 N/hm2at the leave strip, and that is 2 500 N/hm2at the broadleaf tree strip. In the trial of plantingCotinuscoggygriavar.pubescensafter narrow strip cutting, the number ofPinustabulaeformissapling is up to the standard of natural regeneration at the leave strip and broadleaf tree strip. In plantingRobiniapseudoacaciaandPrunussibiricaplantations after broad strip cutting, the mixed uneven-aged forests are at the cutting strip.

Keywords Natural regeneration;Pinustabulaeformis; Broadleaf tree species; Strip cutting

油松(Pinustabulaeformis)為遼西地區(qū)森林的主體，面積達(dá)53萬多hm2，其中95 %以上為同齡純林，但大面積油松純林在保護當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境中發(fā)揮的作用不夠理想，低質(zhì)、低產(chǎn)、低效林分達(dá)50%以上[1]58，[2]。同時大部分林分目前已進入成熟期或近熟期，所以油松更新改造問題急待解決。針對大面積油松同齡純林出現(xiàn)的弊端，20世紀(jì)80年代以來很多專家學(xué)者開展了純林改造試驗，如：趙榮慧等[1]62-72在阜新縣王府鎮(zhèn)的試驗表明，純林改造為混交林后，林分小氣候逐漸向良性轉(zhuǎn)變，土壤理化性狀改善，林木生長加快，松毛蟲蟲口密度下降。郭浩等[2]在凌源市欺天林場的油松純林更新改造試驗也得出了相似的結(jié)論。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，油松人工林帶狀采伐栽植闊葉樹改造對油松天然更新也有顯著作用。關(guān)于油松天然更新方面的研究報道多限于更新現(xiàn)象的調(diào)查和影響更新因子的分析[3-6]，也有少量諸如漸伐、帶狀采伐、整地等人工促進措施的研究報導(dǎo)[7-9]。課題組從2009年始開展了帶狀采伐栽植闊葉樹后油松天然更新的試驗觀測，旨在為大面積油松人工林的科學(xué)經(jīng)營提供理論依據(jù)。

1 研究地概況

1.1 自然概況

遼西地區(qū)位于北緯40°20′～42°20′，東經(jīng)119°～122°，境內(nèi)地形起伏，多為低山丘陵，海拔一般在400～1 200 m。氣候?qū)儆诎敫珊导撅L(fēng)氣候區(qū)，年平均氣溫為7.5 ℃，年平均降水量為500 mm，年蒸發(fā)量1 700 mm，年平均相對濕度為55%。土壤主要為褐土，少部分為棕壤和風(fēng)沙土。本區(qū)屬華北植物區(qū)系邊緣，華北與蒙古植物區(qū)系的過渡地帶。

1.2 試驗地概況

1.2.1 油松窄帶狀采伐栽植闊葉樹試驗地

試驗地位于凌源市欺天林場聶虎溝工區(qū)，油松采伐帶、保留帶寬度8～12 m，伐后栽植闊葉樹。試驗地面積約5 hm2，土層厚度20～30 cm，坡度15°，海拔560～590 m。試驗用的油松純林為1970年營造，株行距為1.5 m×1.5 m。1982年按等高線進行帶狀采伐，穴狀整地，整地規(guī)格為40 cm×40 cm×40 cm。1983年春季栽植黃櫨(Cotinuscoggygriavar.pubescens)、小葉錦雞兒(Caraganamicrophylla)、元寶楓(Acertruncatum)、刺槐(Robiniapseudoacacia)、沙棘(Hippophaerhamnoides)等闊葉樹種，油松帶狀采伐栽植山杏(Prunussibirica)，試驗為1991年實施，各樹種造林密度見表1。

1.2.2 油松寬帶狀采伐栽植闊葉樹試驗地

試驗地位于建平縣沙海鎮(zhèn)，油松采伐帶、保留帶寬度為30 m，伐后栽植刺槐、山杏等。其中帶狀采伐栽植刺槐試驗地位于沙海鎮(zhèn)孟家窩鋪村2林班23小班，試驗地面積約3.8 hm2。母樹林齡46 a。立地條件為東北坡，厚層土，坡度10°，海拔約700 m。1998年進行帶狀采伐，前更幼樹株數(shù)約2 800株/hm2，采伐帶內(nèi)栽植刺槐，刺槐株行距1 m×3 m，竹節(jié)壕整地(整地規(guī)格2 m×1 m)；帶狀采伐栽植山杏試驗地位于沙海鎮(zhèn)孟家窩鋪村1林班5小班，面積約8 hm2。母樹林齡46 a。立地條件為東南坡，厚層土，坡度10°，海拔約720 m。1997年進行帶狀采伐，采伐帶栽植山杏，株行距2 m×3 m，竹節(jié)壕整地(整地規(guī)格2 m×1 m)。

2 研究方法

2.1 調(diào)查內(nèi)容

林況調(diào)查：保留帶內(nèi)油松和采伐帶內(nèi)闊葉樹的密度、郁閉度、平均樹高、平均胸徑、林齡等。

立地條件調(diào)查：坡向、坡位、坡度、海拔、土層厚度、枯落物厚度。

植被調(diào)查：灌木及草本的種類、高度和蓋度。

天然更新狀況調(diào)查：更新幼苗幼樹的數(shù)量、生長狀況及其組成結(jié)構(gòu)。

2.2 天然更新狀況調(diào)查方法

在闊葉樹帶內(nèi)，按一定距離機械地選取垂直于闊葉樹帶方向的樣帶，樣帶長為闊葉樹帶寬的2倍，上、下各向油松保留帶內(nèi)伸入半個采伐帶寬的長度，樣帶寬2 m。按從上到下的順序設(shè)置2 m×2 m的樣方，每個采伐帶設(shè)置樣方40個左右。在樣方內(nèi)記載油松天然更新幼苗、幼樹的數(shù)量，高度，直徑和樹齡。分別按油松保留帶、闊葉樹帶及針、闊葉樹林緣(以下稱為部位)統(tǒng)計單位面積更新株數(shù)，計算更新頻度，分析更新幼樹的樹齡及樹高組成結(jié)構(gòu)；如有其他樹種天然更新，也記載其更新狀況。樹高大于等于30 cm的為幼樹，小于30 cm的為幼苗；更新頻度=幼樹出現(xiàn)的樣方數(shù)/總樣方數(shù)。

3 結(jié)果與分析

3.1 窄帶狀采伐栽植闊葉樹油松天然更新

3.1.1 油松天然更新的數(shù)量及頻度

從表1可以看出，油松窄帶狀采伐栽植闊葉樹試驗中，采伐帶中栽植的沙棘已全部死亡，刺槐、山杏、黃櫨、元寶楓、小葉錦雞兒則生長良好，與油松形成了穩(wěn)定的帶狀混交林分。

窄帶狀采伐栽植山杏、黃櫨后油松天然更新良好；小葉錦雞兒林帶內(nèi)油松天然更新較差，只有少量幼苗，無幼樹；其他闊葉樹林帶內(nèi)未發(fā)現(xiàn)油松天然更新或只有極少數(shù)的天然更新幼樹。

表1 窄帶狀采伐栽植闊葉樹油松天然更新試驗概況

由表2可知，油松窄帶狀采伐栽植山杏后，各部位油松天然更新幼苗幼樹數(shù)量由多到少為：油松保留帶、油松山杏林緣、山杏林帶；更新頻度由大到小為：油松山杏林緣、油松保留帶、山杏林帶。油松保留帶和油松山杏林緣處油松天然更新幼樹株數(shù)均達(dá)到了更新標(biāo)準(zhǔn)(3 000株/hm2以上)。山杏林帶油松天然更新幼樹為2 500株/hm2，作為1個混交樹種株數(shù)已足夠；對于油松窄帶狀采伐栽植黃櫨，油松天然更新幼苗幼樹數(shù)量由多到少為：油松保留帶、黃櫨林帶、油松黃櫨林緣；更新頻度由大到小為：油松保留帶、黃櫨林帶、油松黃櫨林緣。各部位油松更新幼苗幼樹株數(shù)均達(dá)到了天然更新標(biāo)準(zhǔn)。此外油松保留帶、黃櫨林帶及油松黃櫨林緣各處均存在大量的黃櫨更新幼苗幼樹，分別為25 937、5 000、11 250株/hm2。

3.1.2 油松天然更新幼苗幼樹的組成結(jié)構(gòu)

從表3和表4可以看出，油松窄帶狀采伐栽植山杏后，油松保留帶內(nèi)幼苗幼樹樹齡較小，為2～8 a，個體較小，樹高分布在0.5 m以下；山杏林帶內(nèi)油松幼苗幼樹樹齡分布比較集中，為5～9 a，個體較大，樹高分布為0.3～1.5 m；油松山杏林緣處幼苗幼樹樹齡及樹高分布范圍大，樹齡為2～15 a，樹高分布在2.5 m以下。說明山杏林帶內(nèi)光照條件優(yōu)于油松保留帶，有利于更新幼樹的生長。同時隨著山杏的結(jié)實，山杏林帶內(nèi)人為活動加劇，不利于幼苗的發(fā)生和生長。

表2 窄帶狀采伐栽植山杏、黃櫨后油松天然更新狀況

表3 窄帶狀采伐栽植山杏后油松天然更新樹齡分布

表4 窄帶狀采伐栽植山杏后油松天然更新高度分布

3.2 寬帶狀采伐栽植闊葉樹油松天然更新

3.2.1 油松天然更新的數(shù)量及頻度

由表5可知，油松寬帶狀采伐栽植刺槐試驗地位于陰坡，由于刺槐幼樹受凍枯死等原因，試驗地內(nèi)目前保留株數(shù)為630～720株/hm2，郁閉度0.3左右，樹高5.2～6.0 m，胸徑7.1～8.1 cm，生長狀況良好。刺槐林帶中，油松天然更新幼樹株數(shù)達(dá)2 396～6 389 株/hm2，更新頻度62.5%～77.8%，與刺槐形成了針闊混交林；在油松保留帶中，油松保留密度為840～1 185 株/hm2，樹高8.0～10.6 m，胸徑12.3～13.7 m。油松天然更新幼樹株數(shù)達(dá)2 708～8 333 株/hm2，更新頻度60.2%～87.5%；各立地類型上油松保留帶內(nèi)天然更新幼樹株數(shù)均多于刺槐林帶。對于陰坡厚層土和陰坡薄層土立地類型，無論是油松保留帶還是刺槐林帶內(nèi)油松天然更新幼樹株數(shù)均達(dá)到更新標(biāo)準(zhǔn)，陰坡中層土立地類型的油松保留帶內(nèi)天然更新幼樹數(shù)量接近天然更新標(biāo)準(zhǔn)，刺槐林帶內(nèi)的油松更新幼樹作為1個混交樹種株數(shù)已足夠。

表5 寬帶狀采伐栽植刺槐油松天然更新試驗概況

3.2.2 油松天然更新幼苗幼樹的組成結(jié)構(gòu)

由表6和表7可知，油松保留帶內(nèi)更新幼苗幼樹樹齡分布較寬，在陰坡厚層土、中層土和薄層土立地條件的樹齡分別為7～19、6～20、4～17 a，但刺槐林帶內(nèi)分布較集中，分別為9～16、11～17、11～17 a，原因在于刺槐林帶比較寬，油松采伐后保留帶的種源傳播距離有限，所以刺槐林帶中前更油松幼樹所占比例較大；油松保留帶內(nèi)更新幼苗幼樹樹高較低，在陰坡厚層土、中層土和薄層土立地條件的樹高分別為0.5～6.5、0.5～7.0、5.0 m以下，在刺槐林帶內(nèi)油松幼樹較高，分別為1.5～7.0、2.0～7.0、1.5～7.5 m，這與不同部位光照條件的差異有關(guān)。刺槐林帶內(nèi)主林層油松幼樹樹高與刺槐高度接近，兩者形成了穩(wěn)定的混交林。

表6 寬帶狀采伐栽植刺槐后油松天然更新樹齡分布

表7 寬帶狀采伐栽植刺槐后油松天然更新高度分布

由表8可知，油松寬帶狀采伐栽植山杏試驗地位于半陽坡，山杏林帶內(nèi)油松天然更新幼樹株數(shù)為1 250～1 563 株/hm2，更新頻度37.5%～45.8%。大部分油松天然更新幼樹樹高明顯超過山杏，但由于其更新頻度低，除了少數(shù)正處于油松樹冠下的山杏被壓外，絕大部分生長正常，與油松天然更新幼樹形成了穩(wěn)定的混交林。

4 結(jié)論與討論

帶狀采伐栽植闊葉樹后，油松人工林天然更新效果受立地條件影響，陽坡不能更新或更新幼樹極少。天然更新成功的條件是：有可靠的種子來源，有適宜發(fā)芽所需的種床，有適合幼苗存活和生長的環(huán)境條件[10-11]，水分條件是種子萌發(fā)和幼苗定居的關(guān)鍵因素之一，土壤濕度增大有利于種子發(fā)芽和幼苗的存活與生長。在遼西半干旱地區(qū)，坡向在很大程度上決定著土壤水分條件，對油松天然更新影響顯著，陽坡更新幼樹極少[6]。本項研究中，油松窄帶狀采伐栽植元寶楓、刺槐、沙棘試驗地位于陽坡，不適合油松天然更新。窄帶狀采伐栽植山杏、黃櫨試驗地處于陰坡、半陰坡，寬帶狀采伐栽植刺槐、山杏試驗地處于陰坡和半陽坡，更新狀況良好。小葉錦雞兒試驗地雖地處半陰坡，但由于其根系發(fā)達(dá)，根水勢低，吸收力強，水分養(yǎng)分競爭能力強大，不利于油松天然更新幼苗的存活及生長[1]17-21。

表8 寬帶狀采伐栽植山杏后油松天然更新試驗概況

油松窄帶狀采伐栽植山杏，保留帶內(nèi)和針闊林緣處油松天然更新幼樹均達(dá)到天然更新株數(shù)要求。山杏林帶內(nèi)油松幼樹株數(shù)達(dá)2 500 株/hm2，與山杏形成了混交林。油松窄帶狀采伐栽植黃櫨，油松保留帶、黃櫨林帶及林緣處油松更新幼樹株數(shù)均達(dá)到了天然更新標(biāo)準(zhǔn)，同時各部位均存在大量的黃櫨更新幼苗幼樹。適宜的光照也是天然更新中種子萌發(fā)和幼苗定居的關(guān)鍵條件之一。油松帶狀采伐栽植闊葉樹后，無論是油松保留帶還是闊葉樹帶內(nèi)油松天然更新均比較好，其原因為，油松保留帶內(nèi)一方面?zhèn)确酵腹庠鰪?，另一方面由于保留株?shù)降低，林冠上方的透光度也會增大。闊葉林帶內(nèi)的光斑作用有利于天然更新[10]。

在有一定數(shù)量前更幼樹的前提下，油松寬帶狀采伐栽植刺槐、山杏等闊葉樹后天然更新良好。油松寬帶狀采伐栽植刺槐，無論是油松保留帶還是刺槐林帶內(nèi)油松天然更新均較好，刺槐林帶內(nèi)形成了穩(wěn)定的針闊混交異齡林。油松寬帶狀采伐栽植山杏，山杏林帶內(nèi)也形成了穩(wěn)定的針闊混交異齡林。種源條件是天然更新成功的必要條件之一。遼西地區(qū)油松林齡為30～50 a，已進入大量結(jié)實期，但由于油松種子傳播距離有限，所以寬帶狀采伐栽植闊葉樹時應(yīng)有一定數(shù)量的前更幼樹。

本研究表明，油松天然更新中存在著更新幼樹株數(shù)較多但有時更新頻度不高的現(xiàn)象，說明更新幼樹空間分布不均勻，需采取就地移苗補植等人工促進技術(shù)。

[1] 趙榮慧.半干旱地區(qū)造林學(xué)[M].北京:北京農(nóng)業(yè)大學(xué)出版社,1995.

[2] 郭浩,步兆東,田福軍,等.遼西油松純林林分改造效益的綜合評價[J].北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報,2003,25(5):6-9.

[3] 徐化成,鄭均寶.河北省承德地區(qū)油松天然更新的研究[J].林業(yè)科學(xué),1963,8(3):223-237.

[4] 郭泉水.油松天然更新的數(shù)量化分析[J].河北林學(xué)院學(xué)報,1992,7(2):99-106.

[5] 李喜霞,劉明國,高曉東.朝陽地區(qū)侵蝕溝內(nèi)油松天然更新的影響因子分析[J].沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報,2002,33(5):352-355.

[6] 湯雨寧,劉明國,殷有,等.朝陽地區(qū)油松天然更新規(guī)律初探[J].遼寧林業(yè)科技,2007(4):41-43.

[7] 朱長戰(zhàn),王鐵聯(lián),王鐵勝.油松人工純林二次漸伐冠下天然更新技術(shù)的研究[J].內(nèi)蒙古林業(yè)調(diào)查設(shè)計,2008,31(4):56,58.

[8] 李喜霞,劉明國,李海春.朝陽地區(qū)人工采伐帶內(nèi)油松天然更新研究[J].沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報,2003,34(1):35-39.

[9] 劉明國,趙偉浩,殷有,等.采伐方式及整地對半干旱地區(qū)油松天然更新的影響[J].沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報,2009,40(3):313-317.

[10] 曾德慧,尤文忠,范志平,等.樟子松人工固沙林天然更新障礙因子分析[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報,2002,13(3):257-261.

[11] Gong Y L, Swaine M D, Miller H G. Effects of fencing and ground preparation on natural regeneration of native pinewood over 12 years in Glen Tanar, Aberdeenshire[J]. Forestry,1991,64(2):157-168.

Effects of Planting Broadleaf Tree Species after Strip Cutting on Natural Regeneration ofPinustabulaeformisPlantation/

Liu Mingguo, Yin You(Shenyang Agricultural University, Shenyang 110161, P. R. China); Kong Fanshi(Ecological Experimental Forest Farm of Liaoning); Lu Guozhen(Afforestation Institute of Liaoning in Arid Zones); Zhang Liansheng(Forest Pest Control and Quarantine Station of Jianping County)//

劉明國，男，1964年9月生，沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院，教授。

2013年10月31日。

S754.1

1) 遼寧省“十一五”科技攻關(guān)項目(2006207001)。

責(zé)任編輯：程 紅。