疏伐樺木對川西亞高山岷江冷杉+樺木混交林林下岷江冷杉更新的影響研究

馮秋紅，蒲遠鳳，李登峰,2，陳素芬，劉興良 陳 艷，康永鴻，陳 進

(1．四川省林業(yè)科學(xué)研究院，四川臥龍森林生態(tài)系統(tǒng)定位站，四川 成都 610081;2．四川農(nóng)業(yè)大學(xué)，四川 成都 611130；3．九寨溝國家森林公園管理局，四川 九寨溝 623450;4．汶川縣環(huán)境保護和林業(yè)局，四川，汶川 623000；5．阿壩藏族羌族自治州木材檢查總站，四川 汶川 623012;6．南充市林業(yè)局，四川 南充 63700；7．億利首建生態(tài)科技有限公司，北京 100020)

川西亞高山林區(qū)地處青藏高原東南緣，是長江上游的重要生態(tài)屏障。川西亞高山森林在區(qū)域的水土保持、水源涵養(yǎng)等方面起到了巨大作用[1,2]。岷江冷杉是川西亞高山地區(qū)暗針葉林群落的頂級樹種，常分布于陰坡和半陰坡，然而自20世紀50年代以來，在大規(guī)模森林采伐的影響下，岷江冷杉林大面積消失，采伐跡地天然恢復(fù)初期多形成懸鉤子(Rubusspp.)或箭竹(Sinarundinarianitida)灌叢，逐步演替成以紅樺(Betulaalbo-sinensis)、糙皮樺(Betulautilis)為主的樺木林，隨著時間的推移，岷江冷杉林采伐跡地逐步發(fā)生發(fā)展，森林將演替成樺木+岷江冷杉混交林，并繼續(xù)向冷杉暗針葉林的頂級群落發(fā)展[3]。

岷江冷杉(Abiesfaxoniana)+樺木(Betulaspp.)混交林是以冷杉為主的原始暗針葉林在經(jīng)歷大規(guī)模采伐利用后所形成的[4,5]，是川西亞高山天然次生林的主要類型之一[3]，在西南亞高山地區(qū)是水源涵養(yǎng)林的重要組成部分，但與頂級群落——岷江冷杉林相比，其生態(tài)服務(wù)功能仍處于退化狀態(tài)[6]。森林天然更新是生態(tài)系統(tǒng)自我繁衍恢復(fù)的手段，也是森林群落發(fā)展和發(fā)生的重要組成部分[4,5]，進而是維持森林動態(tài)穩(wěn)定和可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)[7]。從岷江冷杉+樺木混交林向冷杉暗針葉林演替過程中，岷江冷杉的天然更新起到了至關(guān)重要的作用[8]。目前關(guān)于岷江冷杉林下更新的報道較多，主要包括林分條件、林窗干擾等方面對其更新的影響研究[2,9,10]，而關(guān)于疏伐樺木處理對天然次生林下岷江冷杉天然更新的影響研究尚未可見。本文以不同強度疏伐樺木的岷江冷杉+樺木混交林為研究對象，通過調(diào)查林分生長量、林下岷江冷杉苗木的成活率，保存率以及徑級結(jié)構(gòu)，來揭示疏伐樺木對岷江冷杉+樺木混交林林下岷江冷杉更新的影響，以期為該地區(qū)大面積存在的天然次生林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的提升奠定科學(xué)基礎(chǔ)。

1 研究區(qū)概況和研究方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于四川省理縣米亞羅林區(qū)，該區(qū)位于青藏高原東緣褶皺帶最外緣部分，具有典型的高山峽谷地貌，地理坐標N31°24′～31°55′，E102°35′～103°04′。氣候受著高原地形的決定性影響，屬冬寒夏涼的高山氣候。以海拔2 760 m的米亞羅鎮(zhèn)為例，年降水量700 mm～1 000 mm，年蒸發(fā)量1 000 mm～1 900 mm，1月均溫-8℃，7月均溫12.6℃，年均溫3.0℃，≥10℃的年積溫為1 200℃～1 400℃。

米亞羅林區(qū)植被垂直成帶明顯，其類型和生境隨海拔及坡向而分異[11,12]。原生森林分布于海拔2 400 m～4 200 m之間，以亞高山暗針葉林為主，主要優(yōu)勢樹種為岷江冷杉(Abiesfaxoniana)。自20世紀50年代開始的大規(guī)?？撤セ顒雍?，人工造林主要在陽坡，而陰坡則大多以天然更新為主。該區(qū)成土母巖主要為千枚巖、板巖、白云巖等的殘坡積風(fēng)化物，極易風(fēng)化，主要土壤類型為山地棕色森林土。

1.2 研究方法

1.2.1 樣地設(shè)置與群落調(diào)查

2016年3月在米亞羅林區(qū)選擇海拔、坡度、坡向以及土壤等環(huán)境條件一致的岷江冷杉林(樣地具體情況詳見表1)，開展了不同強度樺木疏伐處理試驗。疏伐強度依次設(shè)定(按照蓄積量計算)為：25%疏伐(即去除林分內(nèi)樺木蓄積量的25%)，50%疏伐做任何處理)。每個處理設(shè)置20 m×20 m的樣方3個；2016年7月對該樣地進行群落學(xué)背景調(diào)查，每個喬木樣方內(nèi)設(shè)置2 m×2 m的灌木樣方(即去除林分內(nèi)樺木蓄積量的50%)以及對照(即不5個，1 m×1 m草本樣方5個，即每個處理喬木樣方3個，灌木和草本樣方各15個。調(diào)查內(nèi)容具體包括對各樣方中的植物種類、數(shù)量、高度、蓋度等性狀進行記錄。

表1 岷江冷杉+樺木混交林樣地情況以及處理模式表

注：密度：林分初始密度。S1：25%疏伐樺木，是指對樣地內(nèi)樺木進行該物種總蓄積量25%的疏伐，優(yōu)先疏伐妨礙岷江冷杉生長的植株；S2：50%疏伐樺木，是指對樣地內(nèi)樺木進行該物種總蓄積量50%的疏伐，優(yōu)先疏伐妨礙岷江冷杉生長的植株；CK：不疏伐，對樣地內(nèi)目標樹不進行任何處理；下同。

1.2.2 林下更新調(diào)查

在喬木樣方中設(shè)置3個5 m×5 m的小樣方，分別于2016年7月和2017 年7月對岷江冷杉+樺木混交林開展了林下冷杉更新情況的調(diào)查，林下苗木調(diào)查等級：幼苗：H<0.5 m；幼樹：0.5 m≤H<2.0 m；小樹：H≥2.0 m，BD<5.0 cm。根據(jù)岷江冷杉幼苗基徑的分布情況，將其劃分為5個等級，分別為：Ⅰ級： BD<0.5 cm；Ⅱ級：0.5 cm≤BD<1 cm；Ⅲ級：1 cm≤BD<2 cm；Ⅳ級：2 cm≤BD<3 cm；Ⅴ級：3 cm≤BD<4 cm；Ⅵ：BD≥4 cm。

1.2.3 數(shù)據(jù)處理

對不同疏伐樺木強度下岷江冷杉+樺木林中建群樹種植株生長情況、林下更新情況方差分析，所有數(shù)據(jù)處理和制圖均通過SPSS13.0和Excel2010完成。

2 研究結(jié)果

2.1 不同強度疏伐樺木對岷江冷杉+樺木混交林林分單株生長量的影響

如表2所示，去除樺木對岷江冷杉+樺木混交林林分中剩余喬木的單株生長產(chǎn)生了一定的影響，雖然S1和S2處理模式下，林分剩余單株的胸徑和高度均無顯著的變化，但胸徑斷面積卻呈現(xiàn)顯著的上升趨勢，且S2模式較S1模式的促進作用更大。

表2不同強度疏伐樺木后岷江冷杉+樺木混交林中建群樹種生長指標

處理模式胸徑(cm)高度(m)胸徑斷面積(cm2)CK13.13±0.68a12.27±0.12a135.40±0.36bS115.57±2.22a11.54±1.31a190.40±3.87aS216.9±1.01a12.25±1.4a224.32±1.01a

2.2 不同強度疏伐樺木對岷江冷杉+樺木混交林林下岷江冷杉更新數(shù)量以及生長的影響

如表3所示，在對照林分中，苗木密度會隨著時間的推移而降低。通過去除樺木的疏伐處理，岷江冷杉+樺木混交林林下岷江冷杉苗木的降低趨勢有所改變。通過S1模式處理后，林下岷江冷杉幼苗的更新下降趨勢更為顯著，而經(jīng)過S2模式處理后，林下岷江冷杉苗木不但沒有減少，反而增加，增加為15.04%。

表3不同強度疏伐樺木后岷江冷杉+樺木混交林林下岷江冷杉苗木密度及變化率

處理模式My(株·hm-2)Mc(株·hm-2)變化率(%)CK2 25019 50-13.33 S13 6002 725-24.31 S22 8253 25015.04

注：My：未進行試驗前，岷江冷杉+樺木混交林林下岷江冷杉苗木初始密度；Mc：去除樺木的疏伐處理1 a后，岷江冷杉+樺木混交林林下岷江冷杉苗木密度

如圖1所示，與疏伐樺木處理前相比，處理后的幼苗、小樹和苗木總數(shù)均有所降低，僅幼樹數(shù)量有所增加，但均未達到顯著水平。

圖1 疏伐樺木前后苗木組成對比圖

如圖2所示，S2處理模式的幼苗和幼樹密度顯著高于CK處理模式，但與S1模式間差異無顯著差異；而對于小樹而言，S1處理模式顯著高于CK和S2處理模式，后兩者間亦無顯著差異；就苗木總數(shù)而言，S2處理模式顯著高于CK，但前兩者與S1處理模式間無顯著差異。

圖2 不同強度疏伐樺木后岷江冷杉+樺木混交林林下岷江冷杉苗木組成

如表4所示，在不同程度去除樺木的疏伐處理作用下，岷江冷杉+樺木混交林林下岷江冷杉苗木的生長量在不同類型苗木間有所差異，對于幼樹和小樹而言，雖然疏伐樺木在一定程度上促進了其基徑和高度的增長，但均未達到顯著程度。S1和S2處理模式均顯著促進了幼苗的基徑生長，S2處理模式還顯著地促進了幼苗的高度生長。

表4 不同強度疏伐樺木后岷江冷杉+樺木混交林林下岷江冷杉苗木年生長量

2.3 不同強度疏伐樺木對岷江冷杉+樺木混交林林下岷江冷杉更新結(jié)構(gòu)的影響

如圖3所示，不同程度去除樺木后，岷江冷杉+樺木混交林林下岷江冷杉幼苗呈現(xiàn)的分布格局比較類似，大體均以Ⅲ級為主，其次為Ⅳ級、Ⅲ級、Ⅴ級、Ⅵ級和Ⅰ級。但在不同處理之間仍有一些差別，即樺木疏伐處理后的岷江冷杉+樺木混交林中，岷江冷杉苗木在小徑級中的比例有所上升，尤其是S2處理最為明顯。

圖3 不同強度疏伐樺木后岷江冷杉+樺木混交林林下岷江冷杉苗木徑級結(jié)構(gòu)圖

3 討論

前人研究表明，林分疏伐不但可以促進林分的生長[9,13～14]，還可以在不同程度上促進林下更新[15,16]。本研究也發(fā)現(xiàn)了類似的結(jié)果，即通過去除25%(S1)和50%(S2)樺木疏伐，不但促進了岷江冷杉+樺木混交林林分喬木的胸徑斷面積，而且還在不同程度上改變了林下更新的狀況。S2處理模式顯著促進了岷江冷杉+樺木混交林林下冷杉幼樹和幼苗的成活率，而對小樹生長成活的影響不大，S1處理模式顯著促進了小樹的成活情況，而對幼苗和幼樹影響不顯著。

本研究還發(fā)現(xiàn)，不同強度去除樺木對岷江冷杉+樺木混交林林下岷江冷杉苗木的基徑和高度均產(chǎn)生了一定的影響，這與前人研究結(jié)果類似[13,17]，然而苗木所受影響隨著苗木類型的變化也有所差異，相比之下，幼苗所受影響最為顯著，幼樹和小樹雖然也受疏伐樺木的影響，但均未達到顯著水平。經(jīng)過疏伐樺木的林分，其林下幼苗的基徑均顯著高于對照，特別是在S2處理模式下，幼苗的高度顯著高于其他兩種處理，表明S2處理對林下冷杉幼苗的更新有顯著促進作用。

綜上所述，不同強度去除樺木疏伐處理均在不同程度上影響了岷江冷杉+樺木混交林的林分生物量生長量、林下岷江冷杉更新率、更新個體的生長狀況以及組成。即，疏伐樺木顯著促進了林分喬木胸徑斷面積和林下岷江冷杉幼苗的基徑生長，50%疏伐樺木處理模式不但顯著促進了以幼苗和幼樹為主的岷江冷杉苗木成活率，還顯著促進了幼苗的高度生長；25%疏伐樺木處理模式顯著促進了岷江冷杉小樹成活率和幼苗的基徑生長。經(jīng)過疏伐處理后，林下岷江冷杉幼苗的徑級結(jié)構(gòu)變化不大，但小徑級苗木所占比例呈現(xiàn)上升趨勢。本研究僅為對1 a疏伐效應(yīng)的研究，然而作為生長周期較長的森林生態(tài)系統(tǒng)，長期的效應(yīng)監(jiān)測研究無疑更為重要，本研究將持續(xù)關(guān)注。

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