興安落葉松過伐林結構優(yōu)化及其效果分析

玉 寶

(國家林業(yè)局管理干部學院，北京 102600)

過伐林是原始林經過高強度采伐之后形成的，從受干擾的程度劃分屬于原始天然林和次生林之間的一種類型[1-3]，過伐林結構優(yōu)化技術是一項十分復雜的系統(tǒng)。其中，選定間伐對象，設計間伐強度，促進更新，調控演替是難點和焦點。過去依據蓄積、最適株數、郁閉度等方法確定間伐強度，不能完全適合結構優(yōu)化經營。間伐強度除了經營目標、林分生長指標以外，還與林齡、林分密度、樹種組成、林木格局、演替階段、林分更新、垂直結構等諸多林分結構因子有關。必須圍繞林分結構因子，從經營與結構優(yōu)化的需要設計間伐強度等技術措施。

目前過伐林的研究主要圍繞生態(tài)恢復[4]、結構與功能、結構優(yōu)化等方面，主要以理論研究居多，缺乏可操作性，仍然未具備能夠指導林業(yè)生產的應用技術[5]。從林分整體空間出發(fā)，探討結構優(yōu)化和森林經營技術問題方面不夠深入，尤其在垂直空間結構優(yōu)化技術研究較少，需要深入系統(tǒng)研究。通過演替層的調控，能較快控制林分演替趨勢。但要通過優(yōu)化結構，調控林分演替，經營復層異齡林，必須從林分垂直各層入手調控各樹種不同徑級株數比例、合理高度、母樹數量等，并持續(xù)地確保有更新層的存在[6]。傳統(tǒng)目標樹經營方法和思路不足以解決優(yōu)化結構問題，目標樹經營對森林群落結構和功能產生的影響還沒有得到系統(tǒng)的研究[7]，而且實踐探索主要以人工林為主[8]，現仍處在探索階段。

本研究根據興安落葉松 (Larixgmelinii) 過伐林結構特征，提出了相應的結構優(yōu)化技術方法，設計了人工促進更新、誘導混交林、撫育間伐和局部撫育人工促進更新4種技術措施，分析了初步效果。為天然林結構優(yōu)化及撫育經營提供參考。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)選擇內蒙古大興安嶺森林生態(tài)系統(tǒng)國家野外科學觀測研究站，位于東經121°30′～121°31′，北緯50°49′～50°51′，海拔 800～1 100 m。屬寒溫帶濕潤氣候區(qū)，年平均氣溫-5.4 ℃，最低氣溫 -50.0 ℃，大于等于10 ℃積溫為1 403 ℃；年降水量為450～550 mm，60%集中在7—8月；無霜期為80 d。林下土壤為棕色針葉林土，土層厚度為20～40 cm，基巖以花崗巖與玄武巖為主。森林為以興安落葉松為建群種的寒溫帶針葉林。伴生樹種有白樺 (Betulaplatyphylla)、山楊 (Populusdavidiana) 等。林下主要有杜鵑 (Rhododendronsimsii) 等灌木和紅花鹿蹄草 (Pyrolaincarnate)、舞鶴草 (Maianthemumbifolium) 等草本植物。

研究區(qū)過伐林為20世紀80年代初主伐利用后形成的中幼齡天然林。1982—1986年當地林業(yè)部門對研究區(qū)林分進行了采伐作業(yè)，作業(yè)方式為100 m等帶間隔皆伐， 間隔期為10 a，作業(yè)面積為150 hm2左右。伐前林齡為120～180 a，蓄積量80～120 m3/hm2，郁閉度0.2～0.4，上層母樹群團狀分布，更新密度為1 500～2 400株/hm2， 幼樹年齡5～15 a， 幼樹組成為5落5樺。20世紀90年代初開始轉為撫育經營。

2 研究方法

2.1 標準地設置及調查

設置4塊標準地，5落3白2楊的標準地為30 m × 30 m，其他樹種組成的標準地為40 m × 40 m，基本情況見表1。對標準地的喬木進行每木檢尺，測量胸徑 (D)、樹高、枝下高等指標；調查林下更新樹種、密度。將標準地按5 m × 5 m進行網格化，劃分為若干個樣方。以標準地西南角作為坐標原點，用皮尺測量各樣方內的林木在標準地內的相對坐標 (X,Y)。其中，X表示東西方向坐標，Y表示南北方向坐標。

研究中提出的林分結構優(yōu)化技術措施旨在示范實踐，故設置了具有典型特征并與優(yōu)化技術相匹配的4塊標準地來說明，未作重復處理。

表1 標準地基本情況Table 1 Basic situation of sample plots

注：“落” 代表興安落葉松；“白” 代表白樺；“楊” 代表山楊。

2.2 林分結構優(yōu)化技術選擇

研究區(qū)森林經非經營性采伐后，在長期缺乏合理經營情況下，原有林分結構遭到破壞，失去自然規(guī)律性，林分更新、樹種組成、林分演替規(guī)律等發(fā)生較大變化。需要人為采取經營措施，優(yōu)化結構，促進林分自然更新水平和正向演替。林分結構優(yōu)化目標是恢復過伐林自然規(guī)律，促進過伐林正向演替，將林木分布格局向隨機分布調整，降低聚集系數，使結構更趨合理。調控林分演替，提高水平空間和垂直空間利用率，形成林木格局合理、垂直層次呈階梯式分布的復層、異齡林，該林區(qū)天然林樹種組成為8落2白或9落1白時能夠形成穩(wěn)定的群落結構。故將樹種組成調控的目標是落葉松和白樺組成接近8∶2或9∶1。D≥ 10.0 cm中齡林木具有結實量大、豐產的可能性高[9]，故將D≥ 10.0 cm林木做母樹來培育，調控母樹格局，促進林分更新。為調控樹種組成、林木格局，促進林分正向演替，提高林分天然更新能力，并將白樺純林誘導成混交林，2012年采取人工促進更新、誘導混交林、撫育間伐、局部撫育人工促進更新4種技術措施進行撫育。

1) 人工促進更新：標準地1林分更新較差，為提高天然更新能力，采取人工輔助天然更新的技術措施。

2) 誘導混交林：對標準地2白樺純林進行局部撫育、人工補植方法誘導成白樺落葉松混交林。

3) 撫育間伐：為調控標準地3樹種組成、林木格局、林分演替，進行撫育間伐。

4) 局部撫育人工促進更新：對標準地4采取將撫育間伐和人工促進更新相結合的辦法。

2.3 分析方法

應用方差/均值比率法[10]，求算林木聚集系數，檢驗林木空間格局。應用Excel軟件進行數據處理及計算，運用SPSS Statistics 17.0軟件進行數據統(tǒng)計分析。

3 結構優(yōu)化技術

4塊標準地的林分結構特征及對應的結構優(yōu)化措施詳見表2，林分結構優(yōu)化前后樹種組成及格局詳見表3。

表2林分結構特征及優(yōu)化技術措施
Table 2 Stand structure characteristics and optimizing technical measures

標準地更新密度/(株·hm-2)更新樹種比例/%落葉松白樺山楊采伐強度/%蓄積 株數優(yōu)化技術措施1125649.631.019.5--人工促進更新 2367520.776.62.714.446.3誘導混交林3292559.039.31.714.411.9撫育間伐4106914.172.912.95.115.0局部撫育人工促進更新

表3 林分結構優(yōu)化前后標準地樹種組成及格局Table 3 Species composition and distribution before and after optimization of stand structure in sample plots

3.1 人工促進更新

林下枯枝落葉層厚、母樹數量少，分布不均，結實量不夠是林分更新差的主要原因。同時，人為采伐干擾后林分光照、土壤溫度、濕度等微生境發(fā)生變化，對林分更新有較大影響。標準地1樹種組成為5落3白2楊，林分密度較小 (表1)。林分更新密度較低 (表2)，自然更新能力差。需要采用人工輔助天然更新技術，促進林分更新，提高林分空間利用率。在標準地內D≥ 10 cm落葉松有28株 (圖1)。從枯枝落葉層較厚，林木種子難以接觸土壤的地點，結合落葉松位置，挑選出14株落葉松作為母樹 (圖2)。以母樹分布與潛在更新能力區(qū)域形成集中連片，能夠將覆蓋全標準地的原則，避開了具有潛在天然更新能力的位置、范圍，避免出現重疊。在圖2中，以小方框標注樣方號為母樹位置。在距母樹10 m的位置 (黑色底紋樣方)，設置1 m × 1 m的小樣方，清除小樣方內灌木和草本，拋開死地被物層，露出土壤表層，人工輔助更新 (圖2)。

圖1標準地1D≥10cm落葉松位置
Fig.1 Position ofL.gmeliniiD≥ 10 cm in plots 1

圖2標準地1輔助更新樣方位置
Fig.2 Quadrat position of artificial forcing regeneration in plots 1

在母樹數量和位置合理的前提下，對林分更新仍然差的林分，采取調節(jié)營養(yǎng)生長和生殖生長關系的技術措施，促進林木開花結實。根據營養(yǎng)生長和生殖生長不同表現，采取環(huán)剝等物理方法或應用生長調節(jié)劑赤霉素、乙烯等[11]化學措施。

3.2 誘導混交林

林分采伐后落葉松更新不及時，而先鋒樹種白樺更新較好，逐漸將形成白樺純林。需要人工補植、間伐、促進更新等措施誘導混交林。標準地2為白樺純林，林木稀疏，林分密度低 (表1)。更新密度雖然較高，但更新株數的76.6%為白樺 (表2)，需要采取誘導混交林技術。林分中叢生白樺較多，D≥ 10 cm白樺對興安落葉松的更新有抑制作用[9]。白樺萌生枝條影響了落葉松更新，需要清除叢生白樺及萌生枝條，促進落葉松自然更新能力。通過間伐部分白樺，人工補植落葉松，提高落葉松比例，逐步形成混交林 (表2)。共間伐348株。其中，D≥ 5 cm林木17株，D< 5 cm林木331株。采伐山楊等非目的樹種、叢生白樺 (含萌生條) (圖3)。間伐蓄積強度14.4%，株數強度46.3%。

在標準地林木空隙內，參照D≥ 10 cm林木位置和格局，選擇難以自然更新的地點，以見縫插針方式栽植2年生落葉松1級苗。共栽植398株，栽植密度為2 490株/hm2(圖3)。人工補植的位置是非常重要，把天然更新和人工補植有機結合，可以節(jié)省成本。

圖3標準地2撫育間伐和人工補植后林木格局
Fig.3 Distribution after thinning and enrichment planting in plots 2

3.3 撫育間伐

標準地3樹種組成為5落5白-楊。更新密度較高，在更新幼樹中落葉松、白樺和山楊株數比例分別為：59.0%、39.3%、1.7% (表1～2)。從林分垂直層次看，未來林分演替趨勢將落葉松占優(yōu)勢，但目前主林層中白樺占優(yōu)勢，在演替層中白樺的比重仍然占4成 (表3)。需要采取撫育間伐技術，控制白樺優(yōu)勢，間伐白樺，從林分垂直分布中控制白樺演替趨勢，減弱演替層中白樺成數，提高落葉松比例，減小林木聚集系數，將逐漸形成落葉松白樺混交林 (表2)。

根據D≥ 10 cm林木格局，從中選出落葉松23株，白樺21株作為母樹來培育 (圖4)，共間伐99株。其中，D≥ 5 cm林木21株，D< 5 cm林木78株。采伐山楊、叢生白樺 (含萌生條)、極少數落葉松。間伐蓄積強度14.4%，株數強度11.9%。

圖4標準地3作為母樹的林木位置
Fig.4 Seed tree position of plots 3

3.4 局部撫育人工促進更新

標準地4樹種組成7落3白+楊。更新密度較低，在更新幼樹中落葉松比例偏低，白樺比例較高，分別為：14.1%、72.9% (表1～2)。從林分垂直層次看，更新層白樺占優(yōu)勢，未來林分演替趨勢具有白樺占優(yōu)勢的可能性 (表3)。需要采取局部撫育間伐，并結合人工輔助天然更新技術，優(yōu)化林分結構，促進林分正向演替，增加落葉松更新株數，促進落葉松自然更新能力，提高林分空間利用率 (表2)?？刂瓢讟鍍?yōu)勢，從林分垂直分布中控制白樺演替趨勢，減弱更新層中白樺成數，提高落葉松比例，減小林木聚集系數，將逐漸形成落葉松白樺混交林 (表2)。

根據D≥ 10 cm林木格局，從枯枝落葉層較厚，自然更新難度大的地點，選出落葉松24株，白樺26株作為母樹來培育 (圖5)。在距母樹10 m的位置，設置1 m × 1 m的小樣方，清除小樣方內灌木和草本，拋開死地被物層，露出土壤表層，人工輔助更新。

圖5標準地4作為母樹的林木位置
Fig.5 Seed tree position of plots 4

共間伐60株。其中，D≥ 5 cm林木6株，D< 5 cm林木54株。主要采伐山楊、叢生白樺 (含萌生條)。間伐蓄積強度5.1%，株數強度15.0% (表2)。

4 優(yōu)化效果

林分結構特征是決定優(yōu)化措施的主要依據。對4種類型的林分進行結構優(yōu)化，能夠調整林分密度、林木分布格局、促進林分更新，使林分空間得到合理的填充；調整了種間、種內關系和林木競爭；能夠調整樹種組成，按照經營目標調控林分演替趨勢。如標準地2通過間伐、人工補植，林木聚集系數由4.56降低為2.71 (表3)。如標準地3經間伐，林木聚集系數由3.43變?yōu)?.08，聚集程度有所下降 (表3)；樹種組成由5落5白-楊調整為6落4白，落葉松成數有所提高，其優(yōu)勢更加明顯 (表1、3)；調整了垂直層樹種組成，主林層、演替層和更新層樹種組成由伐前的6白4落-楊、6落4白-楊、8落2白-楊調整為5落5白、5落5白、8落2白 (表3)，主林層落葉松優(yōu)勢更加明顯。如標準地4經間伐，林木聚集系數由1.61變?yōu)?.12，聚集程度有所下降 (表2～3)；樹種組成由7落3白 + 楊調整為7落3白，樹種組成結構更趨合理 (表2～3)；調整了垂直層樹種組成，主林層、演替層和更新層樹種組成由伐前的7落3白 + 楊、9落1白 + 楊、5白3落2楊調整為7落3白、9落1白、6白4落 (表3)，保持主林層和演替層落葉松優(yōu)勢，同時增加了更新層落葉松成數。

更新層是決定未來林分結構的重要因子，也是林分可持續(xù)循環(huán)的決定性因子[6]。在林分各個生長階段保持復層異齡林，必須持續(xù)地保留有一定比例的更新層，更新層物種的演替是森林群落結構發(fā)生變化的主導驅動因子[12]。因此在林分不同生長階段合理調整林分密度和林木分布格局，確保生境異質性和自然更新能力[13]。胸徑D≥ 10 cm林木對更新位置和格局有顯著影響[9]。對自然更新能力差的林分，通過在自然更新難的區(qū)域中培育母樹 (D≥ 10 cm) 促進天然更新。母樹數量和分布格局將影響更新效果，母樹分布與潛在更新能力區(qū)域，能夠互補形成集中連片。對白樺純林通過間伐叢生白樺 (每叢保留1株)、山楊等非目的樹種，人工補植落葉松的方法，誘導成白樺落葉松混交林。

針對不同結構特征的林分，依據經營目標，兼顧林木個體大小、林木格局、林分垂直結構、樹種組成和林分演替等林分結構因子，確定間伐對象和間伐強度。興安落葉松過伐林適合綜合撫育法。根據在林分垂直層中落葉松優(yōu)勢程度，未來林分演替趨勢，調控主林層、演替層和更新層樹種組成。間伐不同位置的林木，對促進林木生長，調解種內、種間關系和林木競爭，優(yōu)化林木格局，促進林下更新與植被生長等將產生較不同的影響。對遭受不同程度干擾的過伐林，應采取與其結構特征相適應的優(yōu)化技術措施。

經過撫育間伐、人工補植、人工促進更新等措施，林分結構發(fā)生了變化。調整了林木株數和格局，提高林分空間利用率，緩解了林木競爭，林木聚集系數變小 (聚集程度有所下降)，調整了主林層、演替層和更新層等垂直層樹種組成，促進了林分正向演替。文中設定了優(yōu)化目標、原則及結構優(yōu)化理論技術措施。適用經過非經營性采伐而形成的過伐林的結構優(yōu)化經營，在森林經營實踐中，應依據現有林分更新情況、樹種組成、林木格局、林分未來演替趨勢等狀況，結合經營目標靈活采用優(yōu)化技術措施，力求取得更好的優(yōu)化效果。

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