人工開設(shè)林窗在側(cè)柏純林生態(tài)演替中的應(yīng)用研究

葛成立，汪為群，林文濤，林　勇，葛秉玨，付化成，張　瓊

(1.徐州農(nóng)業(yè)老科技工作者協(xié)會(huì)，江蘇　徐州　221003;2.徐州市林業(yè)局，江蘇　徐州　221009;3.銅山區(qū)趙疃林場(chǎng)，江蘇　徐州　221123)

人工開設(shè)林窗在側(cè)柏純林生態(tài)演替中的應(yīng)用研究

葛成立1，汪為群1，林文濤1，林勇2，葛秉玨2，付化成3，張瓊3

(1.徐州農(nóng)業(yè)老科技工作者協(xié)會(huì)，江蘇徐州221003;2.徐州市林業(yè)局，江蘇徐州221009;3.銅山區(qū)趙疃林場(chǎng)，江蘇徐州221123)

摘要:側(cè)柏純林人工開設(shè)林窗輔助造林是調(diào)整森林結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，該文闡述了人工開設(shè)林窗的原則、方法和應(yīng)掌握的技術(shù)要領(lǐng)，并提出分階段、分年度實(shí)施，且實(shí)行小尺度干擾，多建立復(fù)式林窗，讓林窗在林分內(nèi)均勻分布，對(duì)大小不同的林窗小氣候、氣溫相對(duì)濕度、光照、土壤含水量進(jìn)行觀測(cè)分析，提出人工開設(shè)林窗是促進(jìn)森林演替的最佳方式。關(guān)鍵詞:側(cè)柏;純林;林窗;生態(tài)演替

林窗最早由英國(guó)人Watt 1947年提出，又稱為林隙或林冠空隙，它是研究森林演替的重要內(nèi)容之一，林窗的發(fā)生過程就是不同樹種在林窗的更新和填補(bǔ)過程，林窗的大小和形狀也對(duì)森林樹種產(chǎn)生影響［1－4］。在森林內(nèi)人工開設(shè)大小不同的林窗，運(yùn)用斑塊狀造林技術(shù)，可使林窗內(nèi)樹種生長(zhǎng)發(fā)育迅速，并促進(jìn)林窗邊緣林木生長(zhǎng)，為混交林的種群重建及選擇最佳林木擇伐技術(shù)、面積和強(qiáng)度提供科學(xué)依據(jù)。因此，維護(hù)林窗效應(yīng)強(qiáng)度有利于森林物種多樣化的保護(hù)。是推動(dòng)森林演潛進(jìn)程，把森林引向一個(gè)地帶性較為穩(wěn)定的森林群落。

1　人工開設(shè)林窗的方法

1.1人工開設(shè)林窗原則

林窗開設(shè)要為調(diào)整森林結(jié)構(gòu)打基礎(chǔ)，以提高生態(tài)公益林的質(zhì)量，有以下幾點(diǎn):

1.1.1演替區(qū)區(qū)劃分階段、分年度多次開設(shè)，并實(shí)行總量控制，它是人工促進(jìn)側(cè)柏純林演替的一種營(yíng)林手段。分階段、分年度實(shí)施方能保持生態(tài)環(huán)境的穩(wěn)定，實(shí)施過程中的對(duì)林木采伐和林窗面積實(shí)行總量控制，每階段林木采伐量和林窗面積不應(yīng)突破總量的30%。

1.1.2循序漸進(jìn)實(shí)行小尺度干擾，多建立復(fù)式林窗，徐州石灰?guī)r山地側(cè)柏純林生態(tài)環(huán)境惡劣，植樹成活難，成材難，演替應(yīng)該是循序漸進(jìn)，對(duì)側(cè)柏純林實(shí)施小尺度干擾，林窗面積保持在50～300 m2之間，為保護(hù)生態(tài)環(huán)境應(yīng)多建立復(fù)式林窗，即在林窗內(nèi)仍保留數(shù)株側(cè)柏的優(yōu)勢(shì)木。

1.1.3人工開設(shè)的林窗要均勻分布，不要機(jī)械排列石灰?guī)r山地立地類型波動(dòng)性大，結(jié)合小地形，林木的稀疏度和森林經(jīng)營(yíng)等方面綜合分析，確定林窗分布與密度。

1.1.4人工開設(shè)林窗與側(cè)柏林中幼林撫育間伐同步實(shí)施去除林中病樹、枯立木、被壓弱樹、斷頭樹，確保留下來(lái)的林木由弱變強(qiáng)，枯枝再生新葉，建立一個(gè)新的生態(tài)系統(tǒng)。

1.2人工開設(shè)林窗的做法

1.2.1以演替試驗(yàn)區(qū)的區(qū)劃為基礎(chǔ)以小區(qū)為單位(即40 m×50 m)布置林窗，即在2 000 m2內(nèi)布置3～4個(gè)林窗，其面積形狀隨林分狀況而定，形成不規(guī)則的自然形，保證人工開設(shè)的林窗分布均勻(見分區(qū)圖1)。

1.2.2演替試驗(yàn)區(qū)進(jìn)行林分調(diào)查通過實(shí)地調(diào)查，林分面積，林木各經(jīng)階的株數(shù)，統(tǒng)計(jì)林分總株數(shù)，總面積和病樹、枯立木、被壓木的株數(shù)、林中空地(30 m2以上)與裸石面積(30 m2以上)最終測(cè)算林木采伐總量和林窗應(yīng)開設(shè)面積。

圖1?、舴謪^(qū)地帶性生態(tài)林演替樹種區(qū)林窗圖

1.2.3林窗面積確定林窗面積要依據(jù)林窗內(nèi)通風(fēng)透光和演替樹種耐蔭性確定，同時(shí)參照林窗周邊林木郁閉度和林木稀疏度加以認(rèn)定，一般講，小尺度林窗保持在40～300 m2。另外，也可用林窗周邊林木高度，來(lái)確定林窗面積，即林木高度1～2.5倍的倍數(shù)自乘得出平方數(shù)而確定。

1.2.4人工開設(shè)林窗技術(shù)要領(lǐng)

(1)以林隙及其走向向周邊擴(kuò)展，伐除枯立木、病弱樹、過密樹直至找到周邊優(yōu)勢(shì)側(cè)柏樹。

(2)對(duì)過密的地塊，以弱樹為中心向周邊擴(kuò)展實(shí)行疏伐，疏伐長(zhǎng)度、寬度相當(dāng)于林木平均高1～2倍。

(3)林中空地包括濫伐地塊，人為破壞地塊、人工開荒地植樹造林遺漏地，林窗面積原則上就是林中空地面積，低于30 m2要調(diào)整至50～60 m2。

(4)裸石地是指大于30 m2裸石，林窗開設(shè)主要考慮裸巖植被覆蓋，應(yīng)在裸巖周邊向外延伸2～3 m2，讓藤本植物有生長(zhǎng)空間，以藤覆蓋裸巖。

(5)復(fù)式林窗開設(shè)方法、石灰?guī)r山地立地條件差，林木長(zhǎng)成大樹要經(jīng)歷一個(gè)艱難復(fù)雜過程，因此，在淺層土、中層土的地段建立的林窗應(yīng)適當(dāng)保留林窗內(nèi)數(shù)株優(yōu)勢(shì)側(cè)柏樹，以此提高生態(tài)環(huán)境質(zhì)量。對(duì)林窗面積超過100 m2，更應(yīng)適當(dāng)保留林窗內(nèi)數(shù)株側(cè)柏優(yōu)勢(shì)樹。

2　林窗的小氣候觀測(cè)分析

2.1觀測(cè)點(diǎn)設(shè)置

為了解開設(shè)林窗內(nèi)氣候變化狀況，特設(shè)置不同面積大小的林窗進(jìn)行了1 a的觀測(cè)記載，林窗規(guī)格以觀測(cè)點(diǎn)林分平均高0.75，1，1.5，2倍自乘得出的平方面積，將觀測(cè)儀器放置林窗中心，本觀測(cè)地點(diǎn)的林分平均高為8 m，林窗大小分別有6 m×6 m、8 m ×8 m、12 m×12 m、16 m×16 m 4種規(guī)格，另設(shè)有復(fù)式林窗觀測(cè)點(diǎn)，林窗面積(12 m×12 m) 144 m2以及側(cè)柏林和林緣空曠區(qū)為對(duì)照觀測(cè)點(diǎn)。

2.2氣溫及相對(duì)濕度的觀測(cè)

各月于每天早、中、晚3次觀測(cè)結(jié)果列于表1。

從表1可以看出，6: 00各觀測(cè)點(diǎn)氣溫，相對(duì)濕度相近似;12:00時(shí)，8 m×8 m、12 m×12 m、16 m× 16 m，林窗內(nèi)氣溫相對(duì)濕度相似，復(fù)式林窗與6 m× 6 m林窗氣溫，相對(duì)濕度相近，側(cè)柏林內(nèi)氣溫相對(duì)偏低1～2℃，相對(duì)濕度偏高4%左右，林緣空曠地氣溫略高于其他觀測(cè)點(diǎn)，相對(duì)濕度略低于其他觀測(cè)點(diǎn)。18:00～19: 00點(diǎn)各觀測(cè)點(diǎn)氣溫、相對(duì)濕度相似，但林緣氣溫略高，其他4個(gè)林窗觀測(cè)點(diǎn)1℃。在林區(qū)的小氣候控制下，各個(gè)觀測(cè)點(diǎn)氣溫、相對(duì)濕度無(wú)明顯差異，這種微小的變化對(duì)林木生長(zhǎng)也不會(huì)產(chǎn)生影響，大尺度林窗實(shí)際是一片無(wú)林地，其氣溫、相對(duì)濕度不在這個(gè)范圍內(nèi)。

2.3林窗大小對(duì)太陽(yáng)光照影響

以2013年4月20～25日數(shù)日觀測(cè)，不同林窗大小接收太陽(yáng)光照的狀況見表2。

表2說明，林窗面積小，太陽(yáng)進(jìn)入林窗較晚，6 m ×6 m林窗比16 m×16 m林窗晚62 min，太陽(yáng)離開林窗時(shí)間相差較小，林窗間僅差14 min，為保證林窗內(nèi)演替樹種的生長(zhǎng)，6 m×6 m林窗即按林高0.75倍開設(shè)的林窗，東側(cè)面積受光照面積偏小，宜另選擇耐蔭性樹種，12 m×12 m，16 m×16 m即按林分高1.5～2倍的開設(shè)的林窗，光照較充足，適應(yīng)多種演替樹種的生長(zhǎng)。

2.4不同林窗大小對(duì)土壤含水量的影響

2013年10月選擇氣象輕度干旱期對(duì)地表土壤5～10 cm含水量測(cè)定分析結(jié)果列于表3。

表3說明，土壤含水量高低與林窗內(nèi)林木根系密度與數(shù)量和林內(nèi)光照度有關(guān)。6 m×6 m林窗與復(fù)式林窗其側(cè)柏林內(nèi)的林木根系密度大，吸收土壤中水分相對(duì)較多，大林窗植物根系較少，吸收水分相對(duì)少，故土壤含水量略高，林緣空曠地因無(wú)樹木遮蔭，光照強(qiáng)度大，故表層土壤中含水量相對(duì)較低。

表1　側(cè)柏林不同林窗大小氣溫相對(duì)濕度匯總

表2　不同林窗大小每日光照狀況

表3　各林窗地表土壤含水量

3　結(jié)果與討論

3.1人工開林窗林木采伐量實(shí)施總量控制

采伐量不突破總蓄積30%，根據(jù)試驗(yàn)區(qū)7.8 hm2每木調(diào)查記錄，開設(shè)林窗前側(cè)柏14 962株，總蓄積465.09 m3，經(jīng)過2010年、2011年連續(xù)2 a人工開設(shè)林窗并結(jié)合撫育間伐，2 a共伐林木4 444株，其中病株、枯立木755株，過密樹2 723株，保留側(cè)柏10 518株，減少29.7%，實(shí)測(cè)林木總蓄積443.7 m3，減少4.6%。

3.2人工開設(shè)林窗面積實(shí)施總量控制

首次開林窗面積不應(yīng)突破總面積的30%。對(duì)7.8 hm2試驗(yàn)區(qū)調(diào)查統(tǒng)計(jì)林窗面積。結(jié)果顯示，人工林窗計(jì)139個(gè)，平均每公頃17.8個(gè)，其中復(fù)式林窗117個(gè)，窗內(nèi)保留側(cè)柏樹797株，林窗總面積2.354 hm2(見表4)，占試驗(yàn)區(qū)總面積28.7%，平均每個(gè)林窗160.82 m2，按小區(qū)開設(shè)的林窗其林窗分布較為均勻，保證演替樹種在林分內(nèi)均勻分布。

表4　試驗(yàn)區(qū)林窗數(shù)量與面積統(tǒng)計(jì)

3.3林窗小氣候影響演替樹種選擇和森林樹種組成

通過對(duì)不同規(guī)格林窗小氣候分析、人工開設(shè)林窗面積，可以用林分平均高的倍數(shù)自乘測(cè)算林窗面積，以試驗(yàn)區(qū)側(cè)柏林8 m樹高為依據(jù)(選用6 m×6 m，8 m×8 m，12 m×12 m，16 m×16 m)測(cè)定林窗小氣候，其林窗內(nèi)溫度相對(duì)濕度無(wú)明顯差異，對(duì)造林成活率和林木生長(zhǎng)無(wú)明顯影響，光照時(shí)間以林分平均高1.5～2.0倍自乘得出面積(即12 m×12 m，16 m ×16 m)，林窗內(nèi)光照時(shí)間最長(zhǎng)與林緣空曠處無(wú)明顯差異，林窗內(nèi)表層土壤含水量在天氣輕度干旱期測(cè)定，以林分平均高的1，1.5，2倍，自乘得出的面積(即8 m×8 m，12 m×12 m，16 m×16 m)比其他林窗土壤含水量較高。綜上所述，人工開設(shè)林窗的面積應(yīng)以林分平均高1～2.5倍自乘得出的面積，其林窗小氣候環(huán)境最佳，也適合林木生長(zhǎng)，可作為人工開設(shè)林窗大小的依據(jù)。

3.4人工開設(shè)林窗是森林干擾的一種方式

試驗(yàn)結(jié)果說明人工開設(shè)林窗應(yīng)該實(shí)施小尺度干擾，面積在40～300 m2之間，這種小尺度林窗形成的森林植物群落成為不同發(fā)育階段斑塊鑲嵌體，它

增加了森林群落的豐富度，改變了森林結(jié)構(gòu)，提高了森林資源質(zhì)量，林窗開設(shè)要與林窗補(bǔ)充新的樹種資源緊密聯(lián)系起來(lái)，成為整體，保證林窗在森林演替中的推動(dòng)力得到有效發(fā)揮。

3.5復(fù)式林窗在側(cè)柏純林演替中作用

復(fù)式林窗是指在人工開設(shè)林窗面積范圍內(nèi)適當(dāng)保留數(shù)株分布勻稱的優(yōu)勢(shì)側(cè)柏樹，這些保留的側(cè)柏樹又不能成為獨(dú)立林窗，故此稱復(fù)式林窗。其優(yōu)點(diǎn)有(1)讓立地條件差、生態(tài)脆弱的石灰?guī)r山地側(cè)柏純林，不因開設(shè)林窗而增加采伐強(qiáng)度，影響生態(tài)環(huán)境;(2)有利于調(diào)整演替過程中林木混交形式，增加群落演替中多種混交模式如株間混交，喬灌混交等;(3)有利于新植幼苗的成活與生長(zhǎng)，提高幼苗的抗性;(4)有利于減輕惡劣立地環(huán)境對(duì)森林生物多樣化的制約。

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作者簡(jiǎn)介:葛成立(1940－)，男，江蘇泰州人，高級(jí)工程師，主要從事造林與森林經(jīng)營(yíng)等工作。

基金項(xiàng)目:徐州市科技發(fā)展項(xiàng)目“徐州石灰?guī)r山地側(cè)柏杶林演替技術(shù)的研究”(徐科技［2010］137號(hào))

收稿日期:2014-11-06;修回日期:2014-11-24

文章編號(hào):1001－7380(2015) 03－0032－04

中圖分類號(hào):S791.38

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:Adoi:10.3969/j.issn.1001－7380.2015.03.008