撫育間伐強度對興安落葉松中齡林測樹因子的影響

張期奇 董希斌 張?zhí)? 曲杭峰 馬曉波 管惠文 王智勇 阮加甫 陳蕾

摘 要：為更好的了解撫育間伐對天然興安落葉松中齡林樹高、胸徑和冠幅等因子的影響，充分掌握林分消長動態(tài)，為森林更好的經(jīng)營提供理論依據(jù)。本文以大興安嶺新林林業(yè)局平均林齡在52 a的落葉松天然次生中齡林為研究對象，在林地內(nèi)設(shè)置4塊（20 m×30 m）不同撫育間伐強度的樣地，依次為對照樣地（CK，0%）、低強度間伐樣地（Z1，16.75%）、中強度間伐樣地 （ Z2，25.48%）、高強度間伐樣地（Z3，34.38%）。分別對各樣地進行每木檢尺，調(diào)查樣地中所有喬木，包含樹種、株數(shù)、樹高、胸徑和冠幅等測樹因子。采用通徑分析的方法分析不同撫育間伐強度下測樹因子的變化規(guī)律及其相關(guān)性。結(jié)果表明：在中等強度間伐下，冠幅主要分布在1.5～4.0m之間，平均冠幅2.5m；冠高率主要分布在0.3～0.8之間，平均冠高率為0.54；胸徑對冠幅和冠高率促進作用最大，胸徑對冠形率抑制作用較??；樹高對冠幅和冠高率抑制作用最小，樹高對冠形率促進作用較大。因此，在中強度間伐Z2（25.48%）時，樹高、胸徑和冠幅等均達到最大。

關(guān)鍵詞：落葉松；中齡林；撫育間伐；測樹因子；通徑分析

中圖分類號：S753 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8023（2018）05-0001-07

Abstract： In order to better understand the effects of thinning on the tree height， DBH， and crown width in middle-aged Larch gmelinii of natural forests， the dynamics of growth and decline of the stands are fully grasped to provide a theoretical basis for better forest management. The natural secondary Larch gmelinii middle-aged forests with an average age of 52 years in the Xinlin Forestry Bureau of Daxingan Mountains was studied in this paper， and set up 4 plots （20m × 30m） with different thinning intensities including the control plot （CK， 0%）， the low-intensity thinning plot （Z1， 16.75%）， the medium-intensity thinning plot （Z2， 25.48%） ， and the high-intensity thinning plots （Z3， 34.38%）. Each wooden plot was measured for each plot and all trees in the plot were surveyed， including tree species， tree numbers， tree height， DBH， and crown width. The path analysis method was used to analyze the variation and correlation of tree-making factors under different tending intensities. The results showed that when the mid-intensity thinning was used， the crown width was mainly distributed between 1.5 and 4.0m with an average crown width of 2.5m； the crown rate was between 0.3 and 0.8， and the average crown rate was 0.54； The DBH had the largest promoting effect on the crown width and crown height， and the DBH had a smaller inhibition effect on the crown rate. The tree height had the least inhibition effect on the crown and crown height， and the tree height had a greater promoting effect on the crown rate； Therefore， the tree height， DBH， and crown width reached the maximum on the thinning Z2 （25.48%）.

Keywords： Larch gmelinii； middle-aged forest； thinning； tree-measurement factors； path analysis

0 引言

隨著林業(yè)的發(fā)展，越來越多的專家和學(xué)者重視森林的經(jīng)營[1-4]，尤其是經(jīng)過自然災(zāi)害和人為干擾后形成的天然次生林。為了更好的進行森林經(jīng)營，撫育間伐顯得尤為重要[5-6]。撫育間伐是在具有培育前途和培育價值的高郁閉度次生林內(nèi)進行。目的是調(diào)節(jié)林分環(huán)境和林分結(jié)構(gòu)，促進林木生長，培育優(yōu)良干形，提高單位面積質(zhì)量。而林木質(zhì)量體現(xiàn)在胸徑、冠幅和樹高等方面。目前已經(jīng)有許多學(xué)者做了不同撫育間伐強度對林地各方面的影響的研究。孫志虎等[7]認為間伐不僅能夠明顯降低成熟林累計枯死木生物量碳，還能增加礦質(zhì)土壤碳儲量；朱玉杰等[8]則認為撫育間伐強度為20.86%時大興安嶺地區(qū)落葉松用材林的經(jīng)營效果最佳；李春義等[9]認為撫育間伐是提高生物多樣性和森林質(zhì)量的一項重要措施。熊斌梅等[10]認為黃杉的胸徑、樹高與樹齡成正相關(guān)，樹高與胸徑也成正相關(guān)；張敏等[11]研究了樹高與胸徑的相關(guān)關(guān)系并認為可以用三次曲線模型模擬出來它們的關(guān)系。但是相關(guān)分析只能看出總的相關(guān)性，并不能很好的看出直接和間接的相關(guān)性，并且都未做與冠幅的相關(guān)性研究。因此本文用通徑分析[12-15]的方法來研究胸徑和樹高對冠幅、冠高率和冠形率的直接相關(guān)性和間接相關(guān)性。為充分掌握林分消長動態(tài)和更好的經(jīng)營森林提供理論依據(jù)。

1 研究區(qū)概況與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

該試驗區(qū)位于大興安嶺地區(qū)新林林業(yè)局新林林場。該林場位于大興安嶺伊勒呼里山區(qū)北部，林區(qū)作業(yè)面積達到143，926 hm2，地理坐標(biāo)為東經(jīng)123°41′46″～125°25′50″、北緯51°20′8″～52°10′32″，屬于寒溫帶大陸性氣候，晝夜溫差大。該林區(qū)地勢平緩，一般坡度低于5°，平均海拔達到1 000 m以上。全年平均氣溫-2.6℃，夏季濕潤，溫涼多雨；冬季干燥寒冷，少風(fēng)多雪。年最低氣溫達-40℃（一般出現(xiàn)在1月上旬），年最高氣溫達37℃（平均最高月氣溫在7月份）。年平均降水量514mm，主要集中在6-8月份，并且降水分布不均勻。降水全年為130 d左右。

1.2 研究方法

天然落葉松中齡林試驗區(qū)設(shè)置在新林林場108林班6小班，作業(yè)面積約20 hm2（300畝），位于道路兩旁，坡度3°左右，坡向為西北方向；土壤為暗棕壤，厚度約17 cm。林分類型為天然次生林，主要樹種為興安落葉松（Larix gmelinii.）、有少許白樺（Betula platyphylla Suk.）和楊樹（Populus L.）。平均林齡52 a，平均胸徑16 cm，平均樹高12 m，林分郁閉度0.6。具體試驗區(qū)概況見表1。

在天然落葉松中齡林試驗區(qū)內(nèi)設(shè)置4塊樣地，該樣地在2008年進行過撫育間伐作業(yè)，每塊樣地的面積均為20 m×30 m。各樣地分別為（CK，0%）、低強度間伐樣地（Z1，16.75%）、中強度間伐 （Z2，25.48%）、高強度間伐（Z3，34.38%）。

在2017年8月對樣地進行外業(yè)調(diào)查，調(diào)查采用每木檢尺，記錄每株樹的樹種，胸徑，樹高和冠幅等，以及每棵樹的相對坐標(biāo)，記為（x，y）。

測樹因子主要指標(biāo)，包括冠幅、冠高、冠高率和冠形率。

（1）冠幅（W）：本次試驗用樹木東、南、西、北四個方向冠幅的平均值表示樹木的冠幅長度，其計算公式為

W= （WE+WS+WW+WN） /4。

式中：WE、WS、WW、WN分別代表樹木東、南、西、北四個方向的冠幅長度。

（2）冠高（L）：冠高即指樹干第一個活枝到樹梢的高度。即

L = H-H`。

式中：H為樹高；H`為樹干第一個活枝高度。

（3）冠高率（R）：冠高率為冠高（L）與樹高（H）的比值。即 R= L /H，R介于 0到1之間，當(dāng)R為0時表示樹干沒有冠高，R為1時表示樹木為全樹冠。

（4）冠形率（S）：冠形率用冠高（L）與冠幅（W）的比值表示，即：

S = L /W。

首先將測得的數(shù)據(jù)錄入到Excel2010進行基本處理，然后通過SPSS19.0進行單因素方差分析，顯著水平為0.05，最后進行通徑分析。

通徑分析由數(shù)量遺傳學(xué)家 Sewall Wright[16]于1921 年提出。通徑分析通過分解自變量與因變量之間的表面直接相關(guān)性，來研究自變量對因變量的直接重要性和間接重要性，從而為統(tǒng)計決策提供依據(jù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同間伐強度對各指標(biāo)的影響

不同撫育間伐強度落葉松中齡林的樹高和胸徑的變化見表2。由表2可知，胸徑和樹高在4.80～26.5 cm和3.30～23.80 m之間，在低間伐強度下，與對照樣地（CK）相比胸徑和樹高略有下降，幅度不大；在中等間伐強度下，胸徑和樹高達到最大，胸徑約為13.07 cm，樹高約為12.62 m；在高間伐強度下，胸徑和樹高達到最小，胸徑約為11.91 cm，樹高約為12.62 m。經(jīng)過差異性分析，樣地Z1、樣地Z2和樣地Z3的樹高與胸徑均無顯著性差異（P≧0.05）。

不同撫育間伐強度落葉松中齡林的冠幅和冠高的變化見表3。由表3可知，冠幅和冠高主要在0.35～5.48 m和0.80～15.5 m之間，在低間伐強度下，冠幅和冠高下降不明顯，變化幅度不大；在中等間伐強度下，冠幅和冠高達到最大，冠幅變化明顯，增長近一倍，冠高則略有增長，冠幅約為2.48 m，冠高約為6.81m；在高間伐強度下，冠幅和冠高達到最小，冠幅約為1.26 m，冠高約為5.7 m。經(jīng)過差異性分析，樣地Z1和樣地Z3的冠幅無顯著性差異（P≧0.05），但是與其他樣地進行相互比較后均有顯著性差異（P<0.05）；而樣地Z1和樣地Z3的冠高略有差異，與其他樣地進行相互比較后也是差異性顯著（P<0.05）。

綜上所述，在中等撫育間伐強度下，胸徑、樹高、冠幅和冠高達到最大，因此，在以后在撫育間伐的過程中應(yīng)使用中等強度進行撫育間伐。這些基本指標(biāo)也是構(gòu)成冠層結(jié)構(gòu)的基本元素，張?zhí)鸬萚17]在撫育間伐對大興安嶺用材林冠層結(jié)構(gòu)和光環(huán)境特征的影響中表明，在中等間伐強度下各項指標(biāo)達到最優(yōu)，此研究與其基本一致。

2.1.1 冠幅結(jié)構(gòu)

為了更好的展現(xiàn)出不同間伐強度落葉松中齡林冠幅的結(jié)構(gòu)關(guān)系，對冠幅進行分級，在多種嘗試和參考盧妮妮[18]的不同齡級冠幅分級的條件下，采用每隔0.3 m分一級，最大上限為3 m，總共分出了11級（見表4）。由表4和圖1可知，在對照樣地中，冠幅主要分布在0.9～2.7 m之間，在1.2～1.5 m之間最多，約占33.33%；在低強度間伐樣地中，冠幅大致分布在0.6～2.4 m之間，也在1.2～1.5 m之間最多，約占33.05%；在中強度間伐樣地中，冠幅平均分布在1.5 m以上，有19.12%的冠幅超過3 m；在高強度間伐樣地中，平均冠幅分布在0.6～1.8 m之間，在1.2～1.5 m之間最多，達到了30.93%。

綜上所述，低強度間伐和高強度間伐冠幅分布與對照樣地基本一致，而在中等強度間伐時，冠幅明顯有增大的趨勢，有五分之一的冠幅超過3 m。因此，中等強度的間伐對冠幅生長是有促進作用的。

2.1.2 冠高率與冠形率結(jié)構(gòu)

不同撫育間伐強度下落葉松中齡林的冠高率和冠形率的變化情況見表5。由表5可知，冠高率主要分布在0.16～0.85之間，冠高率越大則代表活冠高[19]所占的枝條比重越大，樹木則越茂盛。隨著間伐強度增大，冠高率呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，在中等間伐強度下，冠高率達到最高，約為0.54。但是就變異系數(shù)[20-21]而言，則是高強度間伐時變異系數(shù)最大，為32%，屬于中度變異[22]。而冠形率在0.61～15.53之間，冠形率越大，說明活冠高占冠幅比重越大，間接地說明冠幅較小，樹木不飽滿。在中強度間伐下，冠形率最小，約為2.77，說明此時樹木最茂盛，整體比例較好。就變異系數(shù)而言，變異系數(shù)同樣達到最大為43%，屬于中度變異。對冠高率和冠形率分別做顯著性分析，發(fā)現(xiàn)樣地Z1和樣地Z3，樣地Z2和樣地Z4的冠高率均無顯著性差異（P≧0.05），樣地Z2的冠形率與其他樣地差異性顯著（P<0.05）。

為了更好的呈現(xiàn)不同撫育間伐強度冠高率和冠形率的關(guān)系，再次對冠高率進行分級，以0.1為1個間距，共分為10級。由于冠高率和冠形率近似相反的規(guī)律，本文只對冠高率進行了分級。由表6和圖2可知，對照樣地Z1冠高率主要分布在0.3～0.8之間，分布在0.5～0.6之間最多，達到了43.14%；而樣地Z2主要分布在0.3～0.7之間，分布在0.6～0.7之間最多，達到了47.01%；而樣地Z3就分布比較均勻在0.3～0.8之間，最多分布在0.5～0.6之間，達到了27.27%；樣地Z4主要分布在0.2～0.8之間，分布在0.4～0.6之間最多，達到了54.54%。在中等強度撫育間伐時，冠高率分布比較均勻，沒有集中在某一個區(qū)間內(nèi)，使得樹木光照分配均勻，冠形生長更加合理。綜上所述，中等撫育間伐強度使得冠高率增大，冠形率減小，從而使樹木長得更茂盛和勻稱。

2.2 各冠幅因子與樹高，胸徑的通徑分析

2.2.1 冠幅與胸徑、樹高的通徑分析

利用通徑分析的方法分析落葉松中齡林在不同撫育間伐強度冠幅與胸徑和樹高的關(guān)系，結(jié)果見表7。隨著間伐強度的增加，冠幅與胸徑之間的通徑系數(shù)呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，這表明胸徑對冠幅的促進作用先增大后減小，在中等強度間伐時達到最大促進作用，此時通徑系數(shù)為0.943。而冠幅與樹高的直接通徑系數(shù)為負值，表明樹高抑制冠幅的生長，隨著間伐強度的增加，抑制作用先減弱后增加，在中等間伐強度時抑制作用達到最小，此時通徑系數(shù)為-0.189。無論是胸徑還是樹高，直接通徑系數(shù)都大于間接通徑系數(shù)，表明胸徑和樹高對冠幅的直接作用大于間接作用。

2.2.2 冠高率與胸徑、樹高的通徑分析

利用通徑分析的方法分析落葉松中齡林在不同撫育間伐強度下冠高率與胸徑和樹高的關(guān)系，結(jié)果見表8。冠高率對胸徑的直接通徑系數(shù)在樣地Z1、樣地Z2和樣地Z3基本相等，均大于對照樣地，表明撫育間伐使得胸徑對冠高率的促進作用更加明顯了。冠高率對樹高的直接通徑系數(shù)為正值，但很?。欢鴺拥豘1、樣地Z2和樣地Z3的通徑系數(shù)均為負值，表明撫育間伐作業(yè)使得樹高對冠高率的促進作用變?yōu)橐种谱饔昧耍谥械乳g伐強度時，抑制作用最弱，直接通徑系數(shù)僅為0.121。由于胸徑對冠高率促進作用遠大于對照樣地，整體而言，對冠高率的綜合促進作用，中等間伐強度樣地仍然優(yōu)于對照樣地。無論是胸徑還是樹高，直接通徑系數(shù)都大于間接通徑系數(shù)，表明胸徑和樹高對冠高率的直接作用大于間接作用。

2.2.3 冠形率與胸徑、樹高的通徑分析

利用通徑分析的方法分析落葉松中齡林在不同撫育間伐強度下冠形率與胸徑和樹高的關(guān)系。結(jié)果見表9，冠形率與胸徑的直接通徑系數(shù)為負值，表明胸徑抑制冠形率。對照樣地的系數(shù)最大，表明抑制作用最明顯，而樣地Z2和樣地Z3系數(shù)基本相等，表明此時胸徑對冠形率抑制作用最弱。而冠形率與樹高的直接通徑系數(shù)為正值，表明樹高對冠形率具有促進作用，四塊樣地的直接通徑系數(shù)相差不大，整體而言，樣地Z2和樣地Z3優(yōu)于其他樣地。無論是胸徑還是樹高，直接通徑系數(shù)都大于間接通徑系數(shù)，表明胸徑和樹高對冠形率的直接作用大于間接作用。

3 結(jié)論

本文用通徑分析的方法分析研究撫育間伐后林地胸徑和樹高與冠幅、冠高率和冠形率等因子的變化規(guī)律與關(guān)系，得出如下結(jié)論：

（1）隨著撫育間伐強度的增加，樹高、胸徑、冠幅和冠高呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢，在中等強度間伐Z2（25.48%）下，樹高、胸徑、冠幅和冠高達到最大，分別為13.07 cm、12.62 m、2.48 m和6.81 m。

（2）在對照樣地CK（0%）中，冠幅主要分布在0.9～2.7 m之間，在1.2～1.5 m之間最多，約占33.33%；冠高率主要分布在0.3～0.8之間，在0.5～0.6之間最多，達到了43.14%；在低強度間伐樣地Z1（16.75%）中，冠幅主要分布在0.6～2.4 m之間，也在1.2～1.5 m之間最多，約占33.05%；冠高率主要分布在0.3～0.7之間，在0.6～0.7之間最多，達到了47.01%；在中強度間伐樣地Z2（25.48%）中，冠幅平均分布在1.5 m以上，有19.12%的冠幅超過3m；冠高率分布比較均勻，在0.3～0.8之間，在0.5～0.6之間最多，達到了27.27%；在高強度間伐樣地Z3（34.38%）中，冠幅主要分布在0.6～1.8m之間，在1.2～1.5 m之間最多，達到了30.93%。冠高率主要分布在0.2～0.8之間，在0.4～0.6之間最多，達到了54.54%。

（3）隨著撫育間伐強度的增加，胸徑對冠幅和冠高率的促進作用呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，胸徑對冠形率的抑制作用呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢；在中等強度撫育間伐Z2（25.48%）下，胸徑對冠幅和冠高率促進作用最大，胸徑對冠形率抑制作用較小。

（4）隨著撫育間伐強度的增加，樹高對冠幅和冠高率的抑制作用呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢，樹高對冠形率的促進作用呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢；在中等強度撫育間伐Z2（25.48%）下，樹高對冠幅和冠高率抑制作用最小，樹高對冠形率促進作用較大。

由于撫育間伐的影響，使得樹木采光好，所以冠幅、樹高和胸徑等測樹因子也都比對照樣地大。并且在中等強度（25.48%）時均達到最大，這說明合理強度的撫育間伐可以使得樹木變得更加茂盛。胸徑對冠幅和冠高率具有促進作用，對冠形率具有抑制作用；樹高對冠幅和冠高率具有抑制作用，對冠形率具有促進作用。這些測樹因子的相互作用是為了林木能夠按照一些規(guī)律生長與生存。

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