南亞熱帶米老排人工林皆伐跡地天然更新研究

唐繼新 ，賈宏炎 ，曾 冀 ，李忠國 ，龐圣江 ，郝 建 ，趙 總

（1.中國林業(yè)科學(xué)研究院 熱帶林業(yè)實(shí)驗(yàn)中心，廣西 憑祥 532600；2.中國林業(yè)科學(xué)研究院 資源信息研究所，北京 100091）

依靠自然力而實(shí)現(xiàn)森林再生的天然更新林，具有生物多樣性高、育林成本低、更新過程地表水土流失少、森林群落結(jié)構(gòu)穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)[1-3]；然而，森林天然更新的順利完成并非易事，尤其是種子更新的障礙更為突出，從種子的產(chǎn)生、擴(kuò)散、萌發(fā)，到幼苗的定居，及幼樹的建成等階段，每一階段都面臨著自然因素和人為活動的干擾，且任何環(huán)節(jié)的干擾都能致使其更新發(fā)生障礙[4]。因此，天然更新一直是森林經(jīng)營、森林生態(tài)系統(tǒng)研究的熱點(diǎn)內(nèi)容[5-6]，然而以往對森林天然更新的研究，主要集中在天然林方面，對人工林天然更新的研究相對較少[7-8]，還未能滿足我國人工林可持續(xù)經(jīng)營的需要。因此，對促進(jìn)和利用人工林的天然更新進(jìn)行研究，具有重要的理論和實(shí)踐意義。

米老排Mytilaria laosensis又名殼菜果、三角楓、山桐油，為金縷梅科殼菜果屬常綠闊葉喬木，天然分布于我國廣東、廣西和云南省區(qū)以及越南和老撾等地，是我國南亞熱帶區(qū)域適生范圍廣的用材樹種，具有速生、干形通直圓滿、材質(zhì)優(yōu)良、改良土壤、萌生力強(qiáng)、落種于林緣及空曠地宜萌發(fā)等特性[9-14]。廣西和廣東是米老排人工林的主要經(jīng)營種植區(qū),經(jīng)營面積已達(dá)2 500 hm2[10]，目前不少林分已進(jìn)入可主伐利用的成熟期，基于米老排樹種的生物學(xué)特性，如何實(shí)現(xiàn)米老排樹種伐后跡地的高效更新？對米老排人工林的可持續(xù)經(jīng)營具有重要的理論及現(xiàn)實(shí)意義。自上世紀(jì)80年代起，國內(nèi)不少研究機(jī)構(gòu)及學(xué)者對米老排樹種進(jìn)行了系統(tǒng)研究，已基本摸清了其生物形態(tài)、生長、材性、制漿性能等，并解決了其采種育苗、造林選地、初植密度和林分經(jīng)營等技術(shù)問題[11]，然而有關(guān)“米老排人工林采伐跡地的天然更新研究”，目前還尚未見報道。本研究的實(shí)施旨在探索米老排人工林采伐跡地天然更新幼樹的樹種、起源、數(shù)量、分布和樹高結(jié)構(gòu)規(guī)律，為促進(jìn)、保護(hù)和利用米老排人工林跡地的天然更新的經(jīng)營提供理論依據(jù)。

1 研究區(qū)概況及研究方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于廣西憑祥市的中國林業(yè)科學(xué)研究院熱帶林業(yè)實(shí)驗(yàn)中心（下文簡稱熱林中心）哨平實(shí)驗(yàn) 場 39 林 班（22°5′10″N，106°53′14″E），屬南亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，干濕季明顯，太陽總輻射強(qiáng)，全年日照時數(shù)1 500～1 600 h，年均氣溫21.0 ℃，≥10 ℃積溫7 000～7 500 ℃，最熱月平均氣溫27.5 ℃，最冷月平均氣溫13.0 ℃，極端最低氣溫-1.0 ℃，年均降雨量1 380 mm，年蒸發(fā)量1 370 mm。海拔230 m，屬低山丘陵；土壤為花崗巖發(fā)育而成的赤紅壤，土層較厚。更新跡地前茬林為米老排人工純林，造林時間1984年春，造林苗木為裸根實(shí)生苗，造林密度2 500株/hm2；前茬林皆伐前經(jīng)過1次衛(wèi)生伐及1次撫育間伐（株數(shù)間伐強(qiáng)度20%～30%），皆伐時間為2011年底（林分皆伐后，人工清理采伐剩余物，未煉山），伐前林分的平均胸徑20.2 cm、平均樹高18.7 m和郁閉度為0.9；皆伐前，林分枯落物層厚度5～10 cm，林下灌木主要有山蒼子Litsea cubeba、香港大沙葉Pavetta hongkongensis和三椏苦Evodia lepta等，草本主要有粽葉蘆Thysanolaena maxima、五節(jié)芒Miscanthus fl oridulus、山姜Alpinia japonica等。

1.2 樣地調(diào)查方法

2013年春，經(jīng)過實(shí)地踏查，在皆伐天然更新跡地上，選擇具有代表性的地塊，布設(shè)2塊矩形標(biāo)準(zhǔn)地：標(biāo)準(zhǔn)地i（面積：30 m×20 m；坡向：正西；坡度：25°；坡位：全坡），標(biāo)準(zhǔn)地ii（面積：30 m×20 m；坡向：西北；坡度：25°；坡位：全坡）。標(biāo)準(zhǔn)地調(diào)查采用相鄰網(wǎng)格法，即先將標(biāo)準(zhǔn)樣地劃分為6個10 m×10 m的樣方，再將10 m×10 m的樣方劃分4個為5 m×5 m的小樣方，并以5 m×5 m小樣方為調(diào)查單元，調(diào)查樣方內(nèi)所有樹高（h）≥0.3 m天然更新的幼樹，幼樹調(diào)查指標(biāo)：樹種、起源、數(shù)量、樹高、胸徑（或地徑）、坐標(biāo)。

1.3 空間格局及更新頻度分析方法

空間格局分析。本研究空間格局的分析全部采用空間點(diǎn)格局分析法，Ripley′s函數(shù)[15]的定義為：

式中，n為樣方內(nèi)植物個體數(shù)，r為距離尺度，dij是植物個體i和j之間的距離；A為樣地面積，wij是以i為圓心，以j為半徑的圓周長落在樣地內(nèi)的長度與該周長的比例的倒數(shù)，n為樣地中個體總數(shù)，Ir(i,j) 當(dāng)dij≤r時其取值為1，當(dāng)dij＞r時取值為0[15-17]。

更新頻度分析。結(jié)合熱林中心營林實(shí)踐，米老排的造林密度一般為2 m×2 m，為評價皆伐跡地米老排種子更新幼樹相對傳統(tǒng)人工造林的空間分布質(zhì)量，基于標(biāo)準(zhǔn)地幼樹的數(shù)量、生長和坐標(biāo)等調(diào)查信息，在計(jì)算機(jī)上重新以2 m×2 m的小樣方將標(biāo)準(zhǔn)樣地進(jìn)行分割，統(tǒng)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)樣地小樣方（2 m×2 m）的更新頻度，更新頻度=有更新幼樹的樣方數(shù)量/標(biāo)準(zhǔn)地樣方總數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 種子天然更新研究

2.1.1 更新分布研究

基于皆伐跡地種子更新幼樹（h≥0.3 m）調(diào)查數(shù)據(jù)，及種群空間格局的計(jì)算式（公式1和2），可繪制標(biāo)準(zhǔn)樣地種子更新幼樹的分布圖（見圖1）和空間點(diǎn)格局分析結(jié)果圖（見圖2）。由圖1和圖2分析可知，米老排皆伐跡地種子更新幼樹的密度較高，在0～10 m的研究尺度內(nèi)，其更新種群顯著偏離隨機(jī)分布，并呈聚集分布（P＜0.01）。其中，標(biāo)準(zhǔn)樣地i、ii的聚集強(qiáng)度分別為0.31和0.20，對應(yīng)的聚集尺度r分別為5 m和2 m。

圖1 米老排皆伐跡地種子更新幼樹分布Fig. 1 Sapling distribution of natural seed regeneration on clearcut land of Mytilaria laosensis plantation

2.1.2 更新數(shù)量、頻度和生長分析

為摸清采伐跡地種子更新幼樹的數(shù)量、頻度、生長等狀況，及評價采伐跡地的種子更新幼樹能否成林。由表1分析可知：標(biāo)準(zhǔn)地內(nèi)樹高(h)≥0.3 m種子更新幼樹平均的更新密度、更新頻度、更新高度分別為19 941.5株/hm2、96.0%和1.60 m，表明米老排皆伐跡地種子更新幼樹的密度、分布和生長狀況均較好，不僅高于國家森林天然更新數(shù)量的良級標(biāo)準(zhǔn)（10 000株/hm2）[18]，亦優(yōu)于“李復(fù)春針對采伐跡地天然更新提出的數(shù)量和頻度的良級標(biāo)準(zhǔn)”（有效更新株數(shù)＞3 000株/hm2，頻度＞60%）[18]。此外，參照熱林中心采伐跡地人工更新成林驗(yàn)收的主要標(biāo)準(zhǔn)（苗木保存率＞80%，幼林平均高大于1.5 m），及熱林中心米老排不同密度育苗試驗(yàn)研究（見表2），標(biāo)準(zhǔn)地內(nèi)樹高（h）＞1.3 m更新幼樹平均的更新密度、更新頻度、更新高度和更新胸徑分別為11 633.5株/hm2、90.7%、2.08 m和1.18 cm，表明跡地種子更新幼樹的質(zhì)量，不僅達(dá)到了采伐跡地人工更新成林的主要驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，亦優(yōu)于苗圃其不同密度育苗處理同齡苗木的生長質(zhì)量（苗圃苗木樹高和地徑的試驗(yàn)均值分別為1.58～1.80 m、1.22～1.52 cm）。

表1 米老排人工林皆伐跡地種子更新狀況?Table 1 Natural seed regeneration condition of clearcut land of Mytilaria laosensis plantation

表2 不同密度育苗試驗(yàn)的米老排苗木生長狀況?Table 2 Growth of Mytilaria laosensis seedlings with different densities on nursery

2.1.3 更新群落樹高結(jié)構(gòu)分析

由圖3分析可知：標(biāo)準(zhǔn)地內(nèi)種子更新幼樹樹高（h）≥0.3 m的樹高分布近似正偏山狀的weibull密度函數(shù)[19]，標(biāo)準(zhǔn)地i和標(biāo)準(zhǔn)地ii樹高分布函數(shù)的形狀參數(shù)c值分別為2.263和2.231，尺度參數(shù)b值分別為1.66和1.94；標(biāo)準(zhǔn)樣地種子更新幼樹樹高分布頻率的規(guī)律：在一定范圍內(nèi)，樹高的分布頻率先隨樹高值增加而增加，隨后再逐漸減少，其中標(biāo)準(zhǔn)地i與標(biāo)準(zhǔn)地ii樹高分布頻率增減的理論期望臨界值分別為1.66 m、1.94 m（即對應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)樣地樹高分布函數(shù)的尺度參數(shù)值b）。標(biāo)準(zhǔn)樣地樹高分布頻率的數(shù)據(jù)表明：在米老排人工林皆伐作業(yè)后1.5年時,其采伐跡地的種子更新幼樹樹高分布最高頻率的區(qū)間為1.66～1.94 m，此時采伐跡地大部分的種子更新幼樹樹高已基本高出采伐跡地的雜灌草面，結(jié)合表1標(biāo)準(zhǔn)樣地種子更新幼樹樹高（h）＞1.3 m的更新數(shù)量、更新頻度、平均樹高和平均胸徑數(shù)值進(jìn)行綜合分析，故在采伐作業(yè)后1.5年左右對皆伐跡地的種子更新幼樹進(jìn)行間苗定株，是較為適合的。

圖3 米老排皆伐跡地種子更新幼樹樹高概率分布Fig.3 Probability distribution of trees height of natural seedling on clearcut land of Mytilaria laosensis plantation

2.2 萌生更新分析

由表3分析可知：在林分皆伐作業(yè)后1.5年時，跡地米老排伐樁的萌發(fā)及萌條的生長狀況極好，伐樁萌條的萌發(fā)率、平均高、平均胸徑的均值分別為100%、2.94 m和2.10 cm，與表1相比，伐樁萌條的胸徑和樹高生長顯著優(yōu)于同期種子更新幼樹的生長；有關(guān)研究表明，當(dāng)伐樁萌條高在1.5～2.0 m間定株更有利[20]，若對采伐跡地實(shí)行短周期工業(yè)原料林的經(jīng)營目標(biāo)，為降低伐樁除萌的生產(chǎn)成本，及避免伐樁萌條過多不利于萌條的生長，故米老排伐樁的定株工作最好在1～1.5 a間。

2.3 天然更新林經(jīng)濟(jì)效益分析

相對傳統(tǒng)人工造林，米老排皆伐跡地天然更新林的生長及分布狀況良好，不需再對采伐跡地人工造林，可間接節(jié)省煉山、清山、挖坑、整地、定植、造林基肥和苗木培育等環(huán)節(jié)的造林成本。有研究表明米老排人工林傳統(tǒng)的造林模式需5 435元/hm2[9]，且隨著未來勞力的緊缺呈逐年高漲的趨勢。因此，促進(jìn)和利用米老排人工林跡地的天然更新，營林成本節(jié)省明顯，經(jīng)濟(jì)效益提升顯著。

表3 標(biāo)準(zhǔn)地米老排伐樁萌生更新狀況?Table 3 Sprouting condition of Mytilaria laosensis stump on standard plots

3 討論與結(jié)論

（1）在皆伐作業(yè)后1.5 a時，米老排皆伐跡地的主要天然更新樹種為米老排樹種，在0～10 m的尺度范圍內(nèi)，種子更新幼樹的空間分布為聚集分布，且種子天然更新幼樹的樹高分布近似正偏山狀的weibull密度函數(shù)。

（2）在皆伐作業(yè)后1.5 a時，皆伐跡地米老排種子的更新狀況良好（樣地樹高（h）≥0.3 m更新幼樹平均的更新密度和更新頻度分別為19 941.5株/hm2、96.0%），符合到采伐跡地森林天然更新的良級標(biāo)準(zhǔn)，亦可達(dá)到采伐跡地人工更新成林的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)；米老排伐樁萌條（樹高和胸徑）的生長優(yōu)于種子更新幼樹的生長狀況。若對采伐跡地實(shí)行大徑材的培育目標(biāo)，此時除萌及對種子更新幼樹進(jìn)行定株，是較為適宜的。因伐樁萌條的生長快于種子更新幼樹的生長，過遲除萌伐樁萌條會對種子更新幼樹的生長不利，而過早除萌則跡地雜草灌木會較多，亦不利于跡地種子的萌發(fā)及生長。

（3）相對傳統(tǒng)人工更新的造林方式，充分利用米老排樹種種子的成熟期、落種期、天然更新特性（落種在林緣及空曠地易萌發(fā)、伐樁易萌生）的生物學(xué)特性，對適宜皆伐的米老排人工商品林適時采用小面積皆伐、非煉山清理采伐跡地剩余物、保護(hù)和利用采伐跡地的天然更新幼樹，可有效實(shí)現(xiàn)采伐跡地森林的更新。

（4）對米老排人工林皆伐跡地的天然更新幼林，實(shí)行大徑材的經(jīng)營模式還是短周期工業(yè)原料林的經(jīng)營模式，每種經(jīng)營模式的全周期經(jīng)營參數(shù)（不同起源更新林適宜的密度及其生長過程、撫育間伐時間及強(qiáng)度、營林收益等）如何？此外，米老排皆伐跡地種子更新的機(jī)理（即影響米老排種子天然更新的關(guān)鍵因子）是什么？目前還尚不清楚，因此，本研究具有一定的局限性，這些問題還有待后續(xù)的進(jìn)一步研究。

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