大強度撫育對油松人工林天然更新的影響

賈雙竹,彭博,賈哲,鄭建偉,谷建才

(1 河北農業(yè)大學 林學院， 河北 保定 071000 ； 2 河北農業(yè)大學 園林與旅游學院， 河北 保定 071000)

大強度撫育對油松人工林天然更新的影響

賈雙竹1,彭博1,賈哲2,鄭建偉1,谷建才1

(1 河北農業(yè)大學 林學院， 河北 保定 071000 ； 2 河北農業(yè)大學 園林與旅游學院， 河北 保定 071000)

以油松人工林為研究對象，在大強度撫育條件下，通過林分層次結構、各層次林木胸徑結構、樹高結構及其林木分布格局等指標研究林下天然更新狀況，結果表明：油松人工林在22 a、32 a時分別進行株數強度50%和40%的下層撫育，后經20 a天然更新(林分年齡52 a)，林分形成明顯層次結構，分為主林層、演替層及更新層，整個林分林木胸徑、樹高結構均呈多峰分布，其中主林層、演替層林木胸徑和樹高結構均呈單峰山狀分布，更新層林木胸徑和樹高結構呈多峰分布，各林層平均胸徑分別為23.2 cm、12.6 cm和3.1 cm，平均樹高分別為18.4 m、14.5 m和2.8 m，而對照標準地胸徑、樹高結構均呈單峰分布，平均胸徑、樹高分別為18.6 cm及17.9 m；主林層、演替層各層林木空間分布呈均勻分布，密度分別為840株/hm2和1 125株/hm2，更新層林木空間分布呈聚集分布，密度為675株/hm2，對照樣地林木空間分布偏向均勻分布，密度為1 605株/hm2。

人工油松林；天然更新；胸徑結構；樹高結構；空間分布格局

油松(PinustabulaeformisCarr.)，為中國特有樹種，具有喜光、耐寒、抗旱、適應性強等特點[1]，是北方地區(qū)的主要造林樹種之一，在涵養(yǎng)水源、保持水土、維持生態(tài)系統(tǒng)平衡等改善生態(tài)環(huán)境方面有著舉足輕重的作用[2]。油松林天然更新狀況一直是基層生產關注的工作。人工更新通常經濟成本高、成活率差、生長緩慢[3]，天然更新又經常出現(xiàn)更新分布不均、更新數量嚴重不足等現(xiàn)象[4]。為了解決這一問題，擬以承德市隆化縣北部山區(qū)油松人工林為研究對象，對油松林采取人工促進天然更新的撫育措施，在大強度撫育條件下，通過林分層次結構、各層次林木胸徑結構、樹高結構及其林木分布格局等指標研究林下天然更新狀況，旨在揭示人工促進對油松林天然更新的影響，為今后油松林的可持續(xù)經營與保護提供理論基礎。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于承德市隆化縣北部地區(qū)，地理坐標為東經112°01′～113°40′、北緯35°50′～37°08′。該區(qū)處于溫帶半干旱區(qū)內，受季風的影響，冬季寒冷干燥，夏季高溫多雨，1月份平均氣溫-11℃，7月平均氣溫23℃，無霜期約130 d。研究區(qū)土壤以棕黃色森林沙壤土為主，土層較深；主要樹種有油松、楊樹(Populusspp.)、樺樹(Betulaspp.)等，有林地面積達29.17萬hm2，林下灌木主要有山刺玫(RosadavuricaPall.)、華北忍冬(LoniceratatarinowiiMaxim.)、稠李[Padusracemosa(Lam.)Gilib.]等，草本層主要有早熟禾(PoaannuaL.)、披針葉苔草(CarexlanceolataBoott)、小紅菊[Dendranthemachanetii(Lévl.) Shih]等；主要河流都由北向南平行分布[5]。

2 研究方法

2.1 標準地設置及調查方法

標準地設在20世紀50年代油松人工造林地內，選擇立地條件基本一致、有代表性的52 a生標準地2塊，其中1塊為對照標準地，另1塊為撫育標準地。在撫育標準地中，油松林22 a生時進行大強度下層撫育，撫育株數強度50%，10 a后再次進行下層撫育，撫育株數強度40%，后經20 a天然更新，對照為天然更新。標準地面積為50 m×50 m。

在標準地內，以10 m為間距分成25個10 m×10 m的正方形網格，將網格作為調查單元。對網格單元內的喬木(除枯死木外)以1 cm為起測胸徑進行每木檢尺，標記樹號實測并記錄每株樹的胸徑、樹高、枝下高、四向冠幅，以及在該調查單元內對應的x、y坐標?；厩闆r見表1。

表1 標準地自然條件Table 1 Natural conditions of sample plots

2.2 數據處理

根據試驗方案及研究方法，用Excel 、SPSS 21.0和ForStat 2.1統(tǒng)計軟件進行數據處理及回歸分析。

3 結果與分析

3.1 標準地林分結構

依據標準地調查結果，將標準地按不同林層統(tǒng)計分析其平均胸徑、平均樹高、密度等基本情況，詳見表2。

表2 標準地不同林層基本情況Table 2 The basic situation of forest storey in the sample plots

由表2可知，撫育標準地可分為3層，分別為主林層、演替層和更新層。其中，主林層每公頃株數為840株，平均胸徑為23.2 cm，平均樹高為18.4 m；演替層每公頃株數為1 125株，平均胸徑為12.6 cm，平均樹高為14.5 m；更新層每公頃株數為675株，平均胸徑為3.1 cm，平均樹高為2.8 m；在撫育樣地中，演替層林木株數所占比例高于主林層和更新層。對照標準地只有一個主林層，每公頃株數為1 605株，平均胸徑為18.6 cm，平均樹高為17.9 m。

3.2 林分樹高結構

分別將2塊標準地林木樹高分布以1 m分組進行統(tǒng)計，各標準地株數分布結果如圖1、圖2所示。

圖1 撫育標準地樹高株數分布Fig.1 Height distribution of thinning sample plot

圖2 對照標準地樹高株數分布Fig.2 Height distribution of control sample plot

由圖1可知，經過2次大強度下層撫育的標準地，經過多年天然更新后，樹高株數呈多峰分布，峰值分別在樹高級3 m、14 m和18 m處；分布也具有明顯的層次性，分為2～8 m、10～15 m和17～26 m等3層；標準地內株數共計660株，各層株數所占比例分別為31.8%、42.6%和25.6%。

由圖2可知，對照標準地樹高株數呈單峰分布，峰值出現(xiàn)在樹高級18 m處，樹高株數在10～26 m處均有分布。由此可見，油松人工林經過大強度撫育后，林分樹高結構出現(xiàn)明顯的分層現(xiàn)象，分為上層主林層、中層演替層和下層更新層，層間樹高級出現(xiàn)了斷檔現(xiàn)象。

將2塊標準地林木樹高級株數分布進行分布曲線擬合，結果見表3。

表3 各標準地樹高級株數分布曲線統(tǒng)計量Table 3 Height distribution statistics of each sample plot

從表3可知，撫育標準地林木株數隨樹高的分布，整體符合威布爾分布，各層次株數隨樹高分布規(guī)律有所不同，上層主林層、中層演替層符合正態(tài)分布，屬于單峰分布類型，下層更新層符合威布爾分布，屬于多峰分布；對照標準地正態(tài)分布擬合效果較好。

3.3 林分直徑結構

依據每木檢尺數據，將各標準地內林木株數以2 cm為徑階進行統(tǒng)計，則各樣地林木徑階株數分布如圖3和圖4所示。

圖3 撫育標準地徑階分布與擬合曲線

Fig.3 Diameter distribution and simulation curve of thinning sample plot

圖4 對照標準地徑階分布與擬合曲線Fig.4 Diameter distribution and simulation curve of control sample plot

由圖3可知，大強度撫育油松林直徑分布呈多峰山狀曲線。林木在徑階2～30 cm均有分布，且最小徑階4 cm株數最多，達到第1次峰值，在徑階12 cm處株數達到第2次峰值，在徑階24 cm處株數達到第3次峰值。

從圖4可知，油松林對照樣地林木徑階分布呈單峰山狀曲線。隨著徑階的增大，林木株數呈上升趨勢，在直徑到達17～19 cm時，林木株數達到峰值，之后隨著徑階的逐漸增大林木株數總體呈下降趨勢。大強度撫育樣地林分整體胸徑結構呈多峰型；主林層、演替層呈單峰型，符合正態(tài)分布；更新層呈多峰型的倒J型分布。胸徑結構是連續(xù)的，沒有斷檔現(xiàn)象。

對2塊標準地林分直徑分布選取正態(tài)和威布爾2種分布函數進行擬合，結果見表4。

表4 各標準地直徑分布曲線統(tǒng)計量Table 4 Diameter distribution statistic of each sample plot

從表4可知，大強度撫育標準地中，主林層、演替層正態(tài)分布的判別指數P分別為0.883和0.859，均高于威布爾分布函數，表明主林層、演替層符合正態(tài)分布；更新層判別指數與威布爾函數擬合效果更好，P為0.834；整個林分中擬合后判別指數P值最大為0.725，表明大強度撫育樣地林分整體直徑分布與威布爾函數擬合效果更好。對照樣地，擬合后判別指數P最大為0.901，表明該樣地林分直徑與正態(tài)函數擬合效果較好。

3.4 林木分布格局

空間分布格局作為物種對其生長環(huán)境適應和選擇等綜合作用的結果，反映了種群個體在水平分布上的變化情況，是種群個體在特定生存空間內相對靜止的一種分布狀態(tài)[6]。林分空間分布格局影響樹木間的競爭及空間生態(tài)位，也在很大程度上決定了林分的發(fā)展性、穩(wěn)定性及經營空間大小[7]。

依據標準地調查材料，采用方差/均值(V/m)的t檢驗法、聚塊性指標(m*/m)、擴散型指數(Iδ)和負二項參數K值指標對林木分布格局和聚集強度進行了分析，結果見表5。

表5 不同樣地林分空間分布格局指數Table 5 Spatial distribution pattern of each sample plot

由表5可以看出，撫育標準地整體林木空間分布的方差/均值、聚塊性指數、擴散型指數、負二項參數均大于1，說明撫育標準地整體林木空間分布呈聚集分布，且林分空間分布格局4項指標中上層、中層均小于1，下層大于1，說明林木上層、中層空間分布格局偏向均勻分布，下層偏向聚集分布，且上、中、下3層的株數密度分別為840株/hm2、1 125株/hm2和675株/hm2。對照標準地林木空間分布的方差/均值、聚塊性指數、擴散型指數較小，分別為0.872、0.914和0.857，負二項參數K為4.87，說明其林木空間分布格局偏向均勻分布，株數密度為1 605株/hm2。

通過對撫育標準地主林層、演替層和更新層林木分布規(guī)律進行分析，發(fā)現(xiàn)更新層林木分布呈現(xiàn)聚集分布，而主林層、演替層總體呈現(xiàn)均勻分布，說明油松林采取大強度撫育措施后，林木更新格局是從聚集分布向均勻分布變化。這種現(xiàn)象可能與林木競爭有關，競爭壓力小時多呈現(xiàn)聚集分布，而競爭壓力大時，則偏向均勻分布。

4 結論

以油松人工林為對象，在分階段大強度撫育條件下，通過林分層次結構研究林下天然更新狀況，結果表明：大強度撫育措施能夠促進油松林天然更新，林下天然更新良好。撫育30 a后林分出現(xiàn)了明顯的層次結構，分為主林層、演替層和更新層，演替層從數量上、分布上完全能夠滿足生產要求。這說明對油松人工林采取適當措施，完全可以促進天然更新。

通過研究各層次林木胸徑、樹高結構發(fā)現(xiàn)，林分樹高結構出現(xiàn)明顯的分層現(xiàn)象，分為上層主林層、中層演替層和下層更新層，層間樹高級出現(xiàn)了斷檔現(xiàn)象。這與通常耐陰樹種形成的復層異齡林樹高結構有所不同。出現(xiàn)這種現(xiàn)象可能與采取的撫育措施或環(huán)境因子對林木生長的影響有關，具體原因有待進一步研究。而胸徑結構是連續(xù)的，沒有斷檔現(xiàn)象；整個林分林木胸徑、樹高結構均呈多峰分布，主林層、演替層林木胸徑、樹高結構均呈單峰山狀分布，更新層林木胸徑、樹高結構呈多峰分布。

對標準地林木空間分布格局研究可知，大強度撫育標準地主林層、演替層各層林木空間分布呈均勻分布，密度分別為840株/hm2和1 125株/hm2，更新層林木空間分布呈聚集分布，密度為675株/hm2，而對照樣地林木空間分布偏向均勻分布，密度為1 605株/hm2；撫育標準地主林層、演替層和更新層平均胸徑分別為23.2 cm、12.6 cm和3.1 cm，平均樹高分別為18.4 m、14.5 m和2.8 m， 而對照標準地平均胸徑、平均樹高分別為18.6 cm及17.9 m。

[1]蘇薇,岳永杰,余新曉. 北京山區(qū)油松天然林的空間結構分析[J]. 灌溉排水學報,2009,9(1):113-117.

[2]陳光彩,郝士成,李怡，等. 麻池背油松天然林林分生長結構的研究[J]. 山西林業(yè)科技,2004(4):10-13.

[3]于守龍. 遼西地區(qū)人工促進森林天然更新的探討[J]. 遼寧林業(yè)科技,2015(6):62-63.

[4]張笑菁,趙秀海,康峰峰,等. 太岳山油松天然林林木的空間格局[J]. 生態(tài)學報,2010(18):4821-4827.

[5]趙娜. 冀北山地華北落葉松人工林與油松天然次生林群落穩(wěn)定性研究[D].保定：河北農業(yè)大學,2011.

[6]林笑雨. 閩楠天然林林分結構分析[D].福州：福建農林大學,2016:48-58.

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(編輯 劉彥琴)

Effects of high intensity thinning on natural regeneration ofPinustabulaeformis

JIA Shuangzhu1，PENG Bo1，JIA Zhe2，ZHENG Jianwei1，GU Jiancai1

(1CollegeofForestry,HebeiAgriculturalUniversity,Baoding071000,China；2CollegeofLandscapeandTorism,HebeiAgriculturalUniversity,Baoding071000,China)

Pinus tabulaeformisplantationwasthestudyobjectofthisarticle.Foreststoreystructure,DBH,heightanddistributionstructureineachstoreyweretheaspectsofthecompreensiveanalysisforeffectsoftendingonnaturalregeneration.Theresultsshowedthat:thestructureoftheforeststoreywasobviousaftertwicethinning,foronein22a(thenumberintensityas50%)andtheotherin32a(thenumberintensityas40%).Thediameterandheightdistributionappearedtobemountain-likecurveatmainstoreyandsuccessionstorey,andregenerationstorey,whichappearedtobemultiple-peakeddistribution.TheaverageDBHofeachstoreywere23.2cm, 12.6cmand3.1cmrespectively,andtheaverageheightwere18.4m, 14.5mand2.8mrespectively.Thediameterandheightoftreesatthesampleplotsappearedtobesingle-peakeddistribution,theaverageofDBHandheightofwhichwere18.6mand17.9mrespectively.Themainstoreyandsuccessionstoreyshowedtobetheuniformdistribution,thedesityofwhichwere840trees/hm2and1 125trees/hm2,while the regeneration storey showed the aggregated distribution, the desity of which was 675 trees/hm2. The stand appeared to be a uniform distribution at the control sample plot, and the density was 1 605 trees/hm2.

Pinustabulaeformisplantation；natural regeneration；diameter structure；height structure；spatial distribution pattern

1007-4961(2017)01-0011-06

10.13320/j.cnki.hjfor.2017.0003

2016-11-04；

2016-12-15

國家重點研發(fā)計劃課題“壩上高原及華北北部山地沙化土地治理與沙產業(yè)技術研發(fā)及示范”(2016YFC0500802)。

賈雙竹(1993-)，女，河北辛集人，在讀碩士研究生，研究方向：森林經理學。

鄭建偉(1978-)，男，河北南和人，碩士，林業(yè)工程師，主要研究方向：森林經理學。

S 754.5

A