撫育間伐對大興安嶺用材林生態(tài)經營的影響1)

田 軍

(大興安嶺地區(qū)營林局，加格達奇，165000)

毛 波 朱玉杰

(東北林業(yè)大學)

白永清

(大興安嶺韓家園林業(yè)局)

撫育間伐對大興安嶺用材林生態(tài)經營的影響1)

田 軍

(大興安嶺地區(qū)營林局，加格達奇，165000)

毛 波 朱玉杰

(東北林業(yè)大學)

白永清

(大興安嶺韓家園林業(yè)局)

以大興安嶺用材林為研究對象，設置8個試驗區(qū)，進行輕度、中度、重度撫育間伐；應用灰色關聯，綜合評價撫育間伐對林內生物多樣性、土壤肥力以及土壤呼吸情況的影響，優(yōu)化出大興安嶺用材林最佳的生態(tài)經營模式。結果表明：撫育強度為20.86%的中等強度撫育方式，對林地生物多樣性、土壤肥力、土壤呼吸情況有促進作用，有利于林分的生長。

撫育間伐；生物多樣性；土壤肥力；土壤呼吸

With the timber forest in the Daxing’an Mountains, we set eight test areas in the timber forest to carry out light, middle and serious tending felling and used the grey system to make the comprehensive evaluation of biodiversity, soil fertility and soil respiration after tending felling. We built the best ecological management mode for the scientific management of tending felling. The middle tending with the intensity of 20.86% has the promoting effect on biodiversity, soil fertility and soil respiration, and is benefit for the growth of standing forest.

撫育間伐，是人為干擾森林生態(tài)系統(tǒng)的一種生態(tài)經營模式；研究不同的撫育方式，是實現森林可持續(xù)經營不可或缺的[1-2]。許多專家學者在這方面做了大量的研究，李長江等[3]通過研究撫育間伐對林木生長情況的影響，得出合適的撫育間伐強度，極大促進了中、幼齡林木的生長發(fā)育。雷相東等[4]對云、冷杉混交林的間伐研究得出，間伐促進森林的更新。任立忠等[5]通過山楊次生林研究，發(fā)現撫育強度對森林生物多樣性的影響規(guī)律，中等強度的撫育間伐對生物多樣性有促進作用，高強度的撫育間伐對生物多樣性產生不利影響。土壤中儲存大量的碳[6]，土壤呼吸釋放大量的CO2，總量是化石燃料釋放總量的10多倍[7-8]。但是，對用材林經營后土壤呼吸的測定，絕大多數集中在生長季內[9-10]，而對非生長季的土壤呼吸測定及其調控機制的研究非常少[11]，結合生物多樣性、土壤肥力以及土壤呼吸，綜合評價用材林的生態(tài)經營模式未見報道。本研究以大興安嶺用材林為研究對象，綜合評價撫育間伐對大興安嶺用材林生物多樣性、土壤肥力以及土壤呼吸情況影響，優(yōu)化出最佳撫育強度的生態(tài)經營模式，為用材林的科學生態(tài)經營提供參考。

1 研究區(qū)概況

試驗地設置在黑龍江省大興安嶺林區(qū)新林林業(yè)局的新林林場106、107、108、109林班內，位于東經123°41′～125°25′，北緯51°20′～52°10′。土壤種類為棕色森林土，平均厚度為15 cm；年平均積溫不足1 600 ℃，屬于寒溫帶大陸性氣候。

2 研究方法

2.1 樣地設置

在試驗區(qū)選取8塊樣地，按照撫育強度將樣地編為A～H，其中A號樣地未采伐，作為對照樣地，B～H號樣地作為試驗樣地，每塊樣地均為20 m×20 m。各樣地撫育強度：A(對照)樣地為0、B樣地為6.23%、C樣地為16.75%、D樣地為20.86%、E樣地為27.85%、F樣地為40.01%、G樣地為56.51%、H樣地為67.25%。

2.2 生態(tài)經營影響指標的測定

在每塊試驗樣地內，詳細記錄每一株喬木的樹種，并測其胸徑、樹高和冠幅；在每塊樣地中隨機布設3個5 m×5 m的灌木樣方，調查記錄樣方內灌木的種類、高度、冠幅、蓋度；在3個灌木樣方的中心設置1 m×1 m的草本樣方，調查草本植物的種類、蓋度、高度和頻度。

在各樣地內隨機設置取樣點，每個樣點取土壤剖面為0～10 cm的土壤1 kg，帶回實驗室進行分析。土壤肥力指標包括pH值、土壤碳通量、有機質含量、全氮、全磷、全鉀、水解氮、有效磷、速效鉀。土壤肥力各指標測定方法和標準，與文獻[12]、[13]一致。

土壤呼吸采用LI-8150測量，30 min為一個循環(huán)周期，時間為24 h。

2.3 生態(tài)經營的綜合評價方法

應用灰色關聯度法，綜合評價撫育強度對大興安嶺用材林生態(tài)經營的影響時，先確定決策矩陣，然后根據決策矩陣利用相關系數法求各個指標的權重，再求其灰色關聯度；最后得到的關聯度越高，說明該撫育強度對生態(tài)經營的影響越好。

生物多樣性的測度，采用物種豐富度指數(S)、生物多樣性指數(H′)和均勻度指數(J)[14]。

S=標準地內所有物種數之和；

(1)

(2)

J=H′/lnS。

(3)

評價指標的理想對象矩陣：

S={si}m×1；i=1、2、…、m。

(4)

式中：si為初始化后的決策矩陣X′中第i行的最大值。

生態(tài)經營各個指標的灰色關聯系數：

(5)

在選擇的影響因子中，不同的影響因子對生態(tài)經營的綜合評價結果的影響程度不盡相同，需要對每個指標賦予不同的權重[15]。影響因子的相關系數法，先用SPSS計算出相關系數，再用公式(6)計算出權重[16-17]。

(6)

式中：vi為生態(tài)經營影響因子的相對系數。

根據公式(7)計算出各樣地指標的關聯度(bj)。

(7)

3 結果與分析

3.1 撫育間伐對森林生物多樣性的影響

依據調查所得數據，運用公式(1)、(2)、(3)計算各試驗區(qū)生物多樣性指數(見表1)。

表1 撫育間伐后林地生物多樣性

利用公式(5)和(7)，結合各個生物多樣性的權重，求出撫育間伐后各個試驗樣地生物多樣性的灰色關聯度：A(CK)為0.686、B為0.424、C為0.607、D為0.787、E為0.762、F為0.619、G為0.465、H為0.515。試驗樣地經過撫育間伐改造后，林地生物多樣性的灰色關聯度，D樣地最大(0.787)，表明撫育強度20.86%對用材林生物多樣性的影響最佳；E樣地的灰色關聯度(0.762)大于A樣地的(0.686)，說明撫育強度27.85%的經營模式優(yōu)于未采伐樣地。其余的樣地，灰色關聯度均低于未采伐樣地A，從生物多樣性的角度探討出有益的撫育強度。

3.2 撫育間伐對林地土壤肥力的影響

土壤肥力指標以及實測數據見表2。

利用SPSS計算出相關系數，結合公式(6)，計算林地土壤肥力各個指標的權重。pH值、土壤碳通量、有機質、全N、全P、全K、水解N、有效P、速效K的權重，分別為0.037、0.070、0.130、0.120、0.129、0.128、0.128、0.127、0.132。

利用公式(5)和(7)，各個生物多樣性的權重，求出撫育間伐后各個試驗樣地土壤肥力的灰色關聯度：A(CK)為0.715、B為0.513、C為0.583、D為0.961、E為0.477、F為0.429、G為0.352、H為0.326。撫育間伐后用材林土壤肥力的灰色關聯度表明：從撫育間伐對用材林土壤肥力影響的角度考慮，撫育強度20.86%的生態(tài)經營模式最佳。

表2 撫育間伐后土壤肥力指標的實測值

3.3 撫育間伐對林地土壤呼吸的影響

為更好的分析不同采伐強度對土壤呼吸的影響，現將各樣地土壤日呼吸數據進行整理(見表3)。由表3可知，撫育間伐后，樣地土壤呼吸的日變化為1.39～3.48 μmol·m-2·s-1。其中：撫育強度為6.23%、16.75%、20.86%、27.85%、40.01%的樣地，土壤呼吸的日變化量，均高于對照樣地。撫育強度20.86%的試驗樣地，土壤呼吸的日變化量最大；撫育強度56.51%的試驗樣地，土壤呼吸的日變化量最低。隨撫育強度的加大，試驗樣地土壤呼吸的日變化幅度，呈現先升高后降低的趨勢。

表3 不同采伐強度后土壤日呼吸的比較

3.4 撫育間伐對生態(tài)經營影響的綜合評價

利用公式(5)和公式(7)，結合各個生物多樣性的權重，求出撫育間伐后各個試驗樣地土壤肥力的灰色關聯度。A(CK)、B、C、D、E、F、G、H的土壤肥力灰色關聯度，分別為0.708、0.484、0.604、0.869、0.606、0.489、0.399、0.393。

4 結論與討論

撫育強度為20.86%、27.85%中等強度撫育間伐的灰色關聯度較高，分別為0.787、0.762，均高于對照樣地(0.686)；其余撫育間伐強度的，生物多樣性的灰色關聯度均低于對照樣地；說明對林分生物多樣性的提高起到促進作用。但過高或過低強度的撫育間伐，對林分生物多樣性將起到負面影響，甚至產生破壞作用，這與高明[18]的研究成果相似。

從土壤肥力的角度看，撫育強度為20.86%的灰色關聯度(0.961)高于對照樣地(0.715)，對林地土壤肥力有改善作用，這與高明[19]和徐少輝[20]的研究結果相似。

通過分析不同強度采伐后各樣地土壤呼吸情況，當撫育強度較低時，土壤呼吸速率隨撫育強度增加而升高；但撫育強度較高時，土壤呼吸速率隨撫育強度增加而降低。因此，當采用中等強度的撫育間伐時，林地土壤呼吸速率較大，有利于林分的生長，這與郭輝[21]的研究結果相似。

在中等強度的撫育間伐條件下：林分密度趨于合理，競爭減小，有利于其生長；林地內光照、濕度等條件改善，群落內資源梯度適中，促進了林下灌木及草本植物的生長；林地內小氣候發(fā)生適當變化，促進了土壤內微生物的活動，進而加快了土壤內有機物的分解，提高了土壤肥力，促進了林地內養(yǎng)分的循環(huán)；植物及微生物的頻繁活動，促進了土壤呼吸速率的提高，加快了林地內碳循環(huán)過程。各方面因素相互促進，使林分達到最佳生態(tài)經營模式。

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Effects of Different Cutting Intensities on Ecological Management Pattern of Timber Forest in Daxing’an Mountains/

Tian Jun

(Forest Management Bureau of Daxinganling, Jiagedaqi 165000; P. R. China);

Mao Bo, Zhu Yujie

(Northeast Forestry University);

Bai Yongqing

(Haijiayuan Forest Bureau of Daxing’an Mountain Area)//Journal of Northeast Forestry University.-2014,42(8).-61～64

Tending felling; Biodiversity; Soil fertility; Soil respiration

田軍，男，1972年3月生，大興安嶺地區(qū)營林局技術推廣站，工程師。E-mail：jqtianjun@163.com。

朱玉杰，東北林業(yè)大學工程技術學院，教授。E-mail：zhuyujie004@126.com。

2014年4月16日。

S753.7； S718.5

1) 林業(yè)公益性行業(yè)科研專項(201204509)。

責任編輯：張 玉。