不同采伐強(qiáng)度對(duì)云冷杉天然林主要針葉樹(shù)種生長(zhǎng)的影響1)

周夢(mèng)麗 張青 亢新剛 田猛 楊英軍 王全軍

(北京林業(yè)大學(xué)，北京，100083) (吉林省汪清林業(yè)局)

責(zé)任編輯:王廣建。

森林采伐是人類為獲得木材而進(jìn)行的一種森林經(jīng)營(yíng)活動(dòng)。然而，不合理的森林采伐作業(yè)會(huì)破壞森林生態(tài)系統(tǒng)的健康與穩(wěn)定，使其結(jié)構(gòu)和功能遭到嚴(yán)重的破壞，不能充分發(fā)揮森林的經(jīng)濟(jì)、生態(tài)和社會(huì)效益。因此，森林采伐一直是國(guó)內(nèi)外學(xué)者關(guān)注和研究的熱點(diǎn)問(wèn)題［1－5］。伴隨著森林可持續(xù)經(jīng)營(yíng)理念的進(jìn)一步深入及人類在理論和實(shí)踐中的不斷探索，我國(guó)的森林采伐方式得到了進(jìn)步和完善，“生態(tài)采伐”概念被提出并應(yīng)用于東北天然林經(jīng)營(yíng)［6］。在諸多森林采伐方式中，擇伐被普遍認(rèn)為是能將森林采伐對(duì)生態(tài)系統(tǒng)危害降到最小，并能保證森林生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定的一種可持續(xù)采伐方式。

多數(shù)研究表明，擇伐能促進(jìn)林木和林分的生長(zhǎng)，不需進(jìn)行代價(jià)很高的造林，就能促進(jìn)樹(shù)種組成極為理想的天然更新［7－11］。但不同的擇伐強(qiáng)度對(duì)林分的影響有所差異，且不同的林分類型，其采伐強(qiáng)度亦不同。董希斌［12］分析得出云冷杉林、闊葉紅松混交林、針闊混交林、落葉松林等的擇伐強(qiáng)度分別為60%、30%～50%、20%、40%時(shí)，林分年平均蓄積生長(zhǎng)量較大;而云冷杉為主的林分、以落葉松為主的林分和紅松針闊混交林擇伐強(qiáng)度分別不超過(guò)25%、60%和24%～35%時(shí)，更新效果最佳［13］。30%的擇伐強(qiáng)度即可發(fā)揮闊葉紅松林的多種效益，提高森林生產(chǎn)力，又可保持生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。Lei等［14］研究表明:不同擇伐強(qiáng)度下，林分的總收獲量和物種組成沒(méi)有明顯差異，但胸徑、斷面積和蓄積的定期連年生長(zhǎng)量(PAD)與采伐強(qiáng)度正相關(guān)。Makinen等［15］通過(guò)研究擇伐強(qiáng)度對(duì)歐洲赤松(Pinus sylvestris)的斷面積、材積生長(zhǎng)量、樹(shù)干形態(tài)和樹(shù)冠高的影響，發(fā)現(xiàn)斷面積生長(zhǎng)量隨擇伐強(qiáng)度增加而增加(0～42%)。戎建濤等［16］以5條天然闊葉米櫧林樣帶為研究對(duì)象，研究了不同擇伐強(qiáng)度對(duì)林分及不同林層的斷面積生長(zhǎng)率、蓄積生長(zhǎng)率的影響。然而，關(guān)于不同采伐強(qiáng)度對(duì)天然云冷杉林的全林及各林層林木生長(zhǎng)的影響很少有報(bào)道。

長(zhǎng)白山天然云冷杉林是我國(guó)北部應(yīng)對(duì)惡劣自然天氣的天然屏障，又是保證我國(guó)北部地區(qū)人民生活的重要資源，發(fā)揮著不可估量的經(jīng)濟(jì)、生態(tài)和社會(huì)效益。本研究以長(zhǎng)白山天然云冷杉速生豐產(chǎn)林的12塊固定樣地為研究對(duì)象，分析不同采伐強(qiáng)度對(duì)林分生長(zhǎng)的影響，探討合理的采伐強(qiáng)度，以期為天然云冷杉林可持續(xù)經(jīng)營(yíng)提供一定的參考價(jià)值。

1 研究區(qū)概況

研究地區(qū)位于我國(guó)東北部吉林省汪清林業(yè)局金溝嶺林場(chǎng)，屬于長(zhǎng)白山系老爺嶺山脈雪嶺支脈，經(jīng)營(yíng)面積約為16 286 hm2。地貌屬于低山丘陵，海拔在300～1 200 m，坡度為5°～25°。受海洋濕氣團(tuán)的影響，本區(qū)具有溫帶海洋季風(fēng)氣候的特點(diǎn)，全年平均氣溫3．9℃左右，≥10℃的積溫為2 144℃;1月份氣溫最低，平均－32℃;7月份氣溫最高，平均22℃。年降水量600～700 mm，且多集中在7月份;無(wú)霜期為110～130 d，土壤為棕灰化土。本研究區(qū)的主要樹(shù)種有白樺(Betula platyphylla)、山楊(Populus davidiana)、色木(Acer mono)、椴樹(shù)(Tilia amurensis)、魚(yú)鱗云杉(Picea jezoensis)、紅皮云杉(Pinuskoraiensis)、臭冷杉(Abies nephrolepis)、紅松等;林下灌木主要有忍冬(Lonicera japonica)、暴馬丁香(Syringa amurensis)、毛榛子(Corylus mandshurica)等。主要的禾本科草類有珍珠梅(Sorbaria sorbifolia)、柳葉繡線菊(Spiraea salicifolia)等。

2 研究方法

2．1 樣地的布設(shè)和調(diào)查

1986年在吉林省汪清林業(yè)局金溝嶺林場(chǎng)33分區(qū)45林班16小班、35分區(qū)37林班5小班和32分區(qū)23林班1小班設(shè)置具有典型代表性的12塊云冷杉林固定樣地。各樣地立地條件基本一致，采伐強(qiáng)度分別設(shè)置為弱度(20%)(樣地編號(hào)5號(hào)、6號(hào)和11號(hào))、中度(30%)(樣地編號(hào)2號(hào)、3號(hào)和4號(hào))、強(qiáng)度(40%)(樣地編號(hào)7號(hào)、10號(hào)和12號(hào))以及對(duì)照(不采伐)(樣地編號(hào)1號(hào)、8號(hào)和9號(hào))。其中，1～4號(hào)樣地(30 m×70 m)于1995年進(jìn)行采伐，5～8號(hào)樣地(40 m×50 m)于1997年進(jìn)行采伐，9～12號(hào)樣地(40 m×50 m)于1999年進(jìn)行采伐。

每塊樣地采伐當(dāng)年，對(duì)樣地內(nèi)的胸徑≥5 cm的所有林木進(jìn)行編號(hào)，并測(cè)定其樹(shù)種、胸徑、樹(shù)高、枝下高和冠幅(東西、南北)等。在采伐后2、6、9年時(shí)，分別對(duì)每塊樣地進(jìn)行3次復(fù)測(cè)，并記錄樣地內(nèi)的枯立木、風(fēng)倒木、風(fēng)折木的種名及樹(shù)號(hào)等。

2．2 內(nèi)業(yè)處理

在根據(jù)國(guó)家林業(yè)局相關(guān)規(guī)程和研究區(qū)相關(guān)研究成果［17］，將樹(shù)高劃分為3個(gè)層次:第Ⅰ林層樹(shù)高≥18 m，第Ⅱ林層樹(shù)高＞10～18 m，第Ⅲ林層樹(shù)高≤10 m。

伐后不同時(shí)間林分內(nèi)主要針葉樹(shù)種(紅松、云杉、冷杉)的斷面積和蓄積的年生長(zhǎng)率的計(jì)算采用普雷斯特公式。即:pn=［(ya－ya－n)÷(ya+ya－n)］×200÷n。式中:pn為n年間的斷面積(蓄積)平均生長(zhǎng)率;ya、ya－n分別表示為a、a－n年的斷面積(蓄積)。

采用SPSS 19．0中的單因素方差分析，對(duì)不同采伐強(qiáng)度的樣地主要針葉樹(shù)種的全林及各林層的斷面積和蓄積生長(zhǎng)率進(jìn)行差異性分析，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))。

3 結(jié)果與分析

3．1 伐前林分狀況及其因子分析

伐前的林分特征狀況見(jiàn)表1。由表1可知，第Ⅰ林層的單位面積蓄積在全林蓄積比例中所占比例最大(55%～61%)，第Ⅱ林層的單位面積蓄積量占全林蓄積比例為37%～43%，第Ⅲ林層蓄積量在全林單位面積蓄積量中所占的比例最小(1%～2%)。

對(duì)伐前各樣地林分的測(cè)樹(shù)因子進(jìn)行方差分析及多重比較后，結(jié)果表明，各樣地的林分胸徑、平均樹(shù)高、單位面積株數(shù)、全林單位面積蓄積量、第Ⅰ林層單位面積蓄積量、第Ⅱ林層單位面積蓄積量及第Ⅲ林層單位面積蓄積量，均沒(méi)有顯著性差異(見(jiàn)表2)。

3．2 采伐后各測(cè)樹(shù)因子方差分析

不同采伐強(qiáng)度樣地的采伐木各測(cè)樹(shù)因子狀況見(jiàn)表3。由表3可知，從伐去林木林層蓄積比例來(lái)看，采伐強(qiáng)度為20%的樣地，采伐林木主要分布在第Ⅱ林層，占伐去總蓄積的66%;采伐強(qiáng)度為30%、40%樣地的采伐林木主要分布在第Ⅰ林層，分別占各自伐去總蓄積的92%和74%。但從總體來(lái)看，采伐林木主要集中在第Ⅰ林層，占伐去總蓄積的70%。

表1 伐前林分特征

表2 伐前林分因子方差分析

表3 伐后林木各測(cè)樹(shù)因子方差分析

3．3 采伐對(duì)林分生長(zhǎng)的影響

為了消除除采伐外其他因素的影響，首先對(duì)采伐后的各樣地的枯立木、風(fēng)倒木、風(fēng)折木等進(jìn)行胸徑、樹(shù)高的反演。然后計(jì)算伐后各時(shí)期的林分生長(zhǎng)率。伐后2、6、9 a林分生長(zhǎng)率見(jiàn)表4。采伐后，采伐強(qiáng)度為20%、30%、40%的樣地的主要針葉樹(shù)種(紅松、云杉、冷杉)的全林及各林層的斷面積和蓄積生長(zhǎng)率均大于對(duì)照樣地。全林及第Ⅰ林層和第Ⅱ林層生長(zhǎng)率(斷面積和蓄積生長(zhǎng)率)隨著采伐強(qiáng)度的增加而增加，但當(dāng)采伐強(qiáng)度達(dá)到一定值時(shí)，其值會(huì)降低;第Ⅲ林層的生長(zhǎng)率與采伐強(qiáng)度呈正相關(guān)關(guān)系。在各樣地中，各林層與全林生長(zhǎng)率排序?yàn)榈冖罅謱樱镜冖蛄謱樱救郑镜冖窳謱印?/p>

對(duì)伐后2、6、9 a全林及各林層的斷面積及蓄積生長(zhǎng)率分別進(jìn)行方差分析得出，在伐后2 a，全林及第Ⅰ、Ⅱ林層的生長(zhǎng)率沒(méi)有顯著性差異，第Ⅲ林層的生長(zhǎng)率呈顯著差異;在伐后6、9 a，全林及第Ⅱ、Ⅲ林層的生長(zhǎng)率差異性顯著，而第Ⅰ林層的生長(zhǎng)率差異性不顯著。

在對(duì)各個(gè)時(shí)期及各不同采伐強(qiáng)度全林及各林層生長(zhǎng)率進(jìn)行多重比較后，可以看出，伐后2 a，30%與對(duì)照樣地全林及第Ⅱ林層生長(zhǎng)率差異性顯著;采伐強(qiáng)度40%的樣地與對(duì)照、采伐強(qiáng)度20%樣地的第Ⅲ林層生長(zhǎng)率差異性均顯著。伐后6 a，采伐強(qiáng)度30%的樣地與對(duì)照、采伐強(qiáng)度20%的樣地全林、Ⅱ、Ⅲ林層生長(zhǎng)率均差異顯著;采伐強(qiáng)度40%的樣地與對(duì)照、采伐強(qiáng)度20%樣地的第Ⅲ林層生長(zhǎng)率具有顯著差異，且采伐強(qiáng)度40%的樣地與對(duì)照的全林?jǐn)嗝娣e生長(zhǎng)率差異顯著。伐后9 a，采伐強(qiáng)度30%的樣地與對(duì)照、采伐強(qiáng)度20%樣地的全林、Ⅱ、Ⅲ林層的生長(zhǎng)率均差異顯著;采伐強(qiáng)度40%的樣地與對(duì)照、采伐強(qiáng)度20%樣地的第Ⅲ林層生長(zhǎng)率均有顯著性差異。

伐后不同時(shí)期，從生長(zhǎng)率的總體變化及其方差分析結(jié)果看，對(duì)照及采伐強(qiáng)度20%樣地的全林及各林層生長(zhǎng)率呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，采伐強(qiáng)度30%、40%樣地的全林及各林層生長(zhǎng)率隨年份的增加先增加后減少。各采伐強(qiáng)度的不同年份之間斷面積和蓄積生長(zhǎng)率的差異性不顯著。伐后2、6、9年，采伐強(qiáng)度為30%的樣地的全林?jǐn)嗝娣e和蓄積生長(zhǎng)率最大，斷面積生長(zhǎng)率分別為3．68%、3．95%、3．76%，蓄積生長(zhǎng)率分別為4．43%、4．73%、4．49%。

表4 不同采伐強(qiáng)度不同時(shí)期全林及林層生長(zhǎng)率

4 結(jié)論與討論

通過(guò)對(duì)12塊云冷杉天然林的固定樣地上的主要針葉樹(shù)種(紅松、云杉和冷杉)在采伐后的生長(zhǎng)率變化情況的研究分析，在伐后2 a，不同采伐強(qiáng)度下主要針葉樹(shù)種的斷面積和蓄積生長(zhǎng)率之間的差異性不明顯，伐后的6、9 a，斷面積和蓄積生長(zhǎng)率的差異性顯著，主要樹(shù)種的斷面積和蓄積生長(zhǎng)率隨采伐強(qiáng)度的增加而呈先增加后減少的趨勢(shì)，而究其減少的原因可能在于，云、冷杉為耐蔭樹(shù)種，紅松為弱陽(yáng)性樹(shù)種，過(guò)大強(qiáng)度的采伐，致使林內(nèi)光照強(qiáng)度急劇增加，林下的溫濕度也隨之發(fā)生了很大變化，紅松、云杉、冷杉難以適應(yīng)林內(nèi)光照、濕度、溫度的驟變，所以其斷面積和蓄積生長(zhǎng)率會(huì)減少。從總體上看，采伐強(qiáng)度為30%的樣地全林及各林層的斷面積和蓄積生長(zhǎng)率最高，且與其它采伐強(qiáng)度的樣地的差異性顯著。故認(rèn)為云冷杉天然林較佳的采伐強(qiáng)度為30%。

云冷杉天然林是具有明顯垂直結(jié)構(gòu)的異齡混交林，其生態(tài)、社會(huì)價(jià)值遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于經(jīng)濟(jì)價(jià)值。采伐作業(yè)可以促進(jìn)林分的更新和生長(zhǎng)，節(jié)約更新造林成本，而且對(duì)涵養(yǎng)水源、保持水土、調(diào)節(jié)氣候、保護(hù)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)生態(tài)的良性循環(huán)起到持續(xù)穩(wěn)定的作用［18］。本文的創(chuàng)新點(diǎn)在于通過(guò)采用云冷杉天然林主要樹(shù)種生長(zhǎng)率這一指標(biāo)研究采伐經(jīng)營(yíng)對(duì)云冷杉天然林的影響，試圖為云冷杉天然林的經(jīng)營(yíng)提供依據(jù)。隨著采伐強(qiáng)度的增大，林地釋放的生長(zhǎng)空間會(huì)隨之加大，而林地上的活立木的單位面積株數(shù)會(huì)隨之減少，但是林分總收獲量是否會(huì)隨著采伐強(qiáng)度的增大而有所增加，林分的整體的空間結(jié)構(gòu)是否會(huì)隨著采伐強(qiáng)度的增加而有所優(yōu)化，林分的固碳作用以及對(duì)土壤肥力的調(diào)控作用等的能力是否會(huì)隨著采伐強(qiáng)度的變化而有所改變，這些都需要作進(jìn)一步研究分析。因此，在后期研究中，期望通過(guò)研究采伐對(duì)云冷杉天然林收獲量及其空間結(jié)構(gòu)的影響，進(jìn)而為云冷杉天然林的經(jīng)營(yíng)管理提供更好的依據(jù)。

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