不同強度間伐對日本落葉松人工林生長及林下植物多樣性的影響

湯景明，孫擁康，馮 駿 ，林孝培

（1.湖北省林業(yè)科學(xué)研究院，湖北 武漢 430075；2.建始縣國有長嶺崗林場，湖北 建始 445300）

湖北省于1957年開始引種日本落葉松Larix kaempferi，因其生長快，材質(zhì)優(yōu)良，在鄂西山區(qū)引種栽培12.9萬hm2。鄂西山區(qū)已成為我國南方重要的日本落葉松速生豐產(chǎn)用材林產(chǎn)區(qū)。因日本落葉松林分密度偏大，撫育管理不到位，林分結(jié)構(gòu)不合理，其生產(chǎn)功能和生態(tài)功能沒有得到充分發(fā)揮。森林撫育間伐是森林可持續(xù)經(jīng)營的一項關(guān)鍵性措施?？茖W(xué)合理的撫育間伐能改善林分結(jié)構(gòu)，增加群落生物多樣性，促進林木個體和林分生長[1-3]。關(guān)于日本落葉松人工林撫育間伐的研究已見文獻報道[4-10]，但主要集中在撫育間伐對林分生長的影響及間伐技術(shù)等方面。關(guān)于日本落葉松林下植被的研究，已有文獻涉及林下植被生態(tài)位特征[11]和林窗干擾對林下植物多樣性的影響[12]等方面。撫育間伐對日本落葉松人工林林下植物多樣性的影響鮮見報道。由于林分的撫育間伐效應(yīng)受時間、強度和頻度等多因素影響，需要對其進行更系統(tǒng)地試驗研究和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)積累。本文研究不同間伐強度對日本落葉松林林分生長、林下植物多樣性和生物量的影響，旨在為建立鄂西山區(qū)日本落葉松人工林經(jīng)營技術(shù)體系提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究地位于建始縣國有長嶺崗林場。該林場地處北緯30°48′，東 經(jīng) 110°03′，海拔 1 500 ～1 900 m。屬北亞熱帶高山氣候區(qū)，氣候濕潤，雨量充沛。年平均氣溫11.7 ℃，年平均降水量1 700 mm。土壤為山地黃壤，土層平均厚度80 cm，pH值5.6。日本落葉松林為研究地主要人工林類型。試驗樣地位于長嶺崗林場倒車壩，海拔高度1 715 m，平均坡度22°，坡向為西北。1996年春造林，苗齡2 a。2008年7—8月，實施了清理雪災(zāi)木的衛(wèi)生伐，強度為5% ～10%。林分郁閉度 0.80，林分密度平均為1 283株/hm2。林分喬木層以日本落葉松占絕對優(yōu)勢，林下層植物主要有箬竹Indocalamus tessellatus、繡線菊Spiraea salicifolia、莢蒾Viburnum dilatatum、懸鉤子Rubus sp.、黃瓜香Cassia mimosoides、山胡椒Lindera glauca和魚腥草Houttuynia cordata等。

1.2 研究方法

2012年7月，設(shè)置4種間伐強度的作業(yè)區(qū)：①對照(C)，不間伐或僅作輕度衛(wèi)生伐；②弱度間伐(L)，保留密度1 150株/hm2；③中度間伐(M)，保留密度983株/hm2；④強度間伐(H)，保留密度833株/hm2。隨機區(qū)組排列，3次重復(fù)。不同作業(yè)區(qū)間設(shè)置3 ～ 5行的保護帶。采取下層間伐方式，伐去弱小及生長不良林木，同時使保留木均勻分布。2016年7—8月，在不同間伐強度的撫育作業(yè)區(qū)中，設(shè)置20 m×20 m樣地。調(diào)查喬木樹種的胸徑、樹高、枝下高和冠幅，并記錄生長狀況。在每塊樣地的中心和四個角各設(shè)5個2 m×2 m的灌木（含喬木樹種的更新苗）樣方，在每個灌木樣方的一角各設(shè)1個1 m×1 m的草本樣方，記錄每個灌木樣方內(nèi)灌木及喬木更新苗的名稱、高度、蓋度，記錄每個草本樣方內(nèi)各草本植物名稱、高度、蓋度。采用全挖收獲法調(diào)查測定每個灌木樣方林下植被生物量，并在80 ℃烘干至恒質(zhì)量后稱干質(zhì)量。根據(jù)樣地調(diào)查數(shù)據(jù)，計算各間伐強度林分的胸徑、樹高、冠幅、單株材積和蓄積量；計算林下各木本植物和草本植物的重要值，以物種重要值為指標(biāo)，計測各樣地林下木本植物和草本植物的物種豐富度指數(shù)R=S、Shannon-Wiener多樣性指數(shù)、Simpson多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)J=H/lnS。式中：S為物種數(shù)；Pi指第i個物種相對重要值的小數(shù)值[11]。采用SPSS 17.0軟件進行單因素方差分析并進行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同強度間伐對林分生長的影響

從表1看出，間伐后4 a的日本落葉松的平均胸徑、樹高、冠幅、單株材積和林分蓄積量均隨間伐強度的加大而增加，平均胸徑、樹高、冠幅和單株材積4指標(biāo)差異顯著（P＜0.05），蓄積量指標(biāo)差異不顯著（P＞0.05）。多重比較顯示，不同間伐強度的平均胸徑和平均樹高差異顯著，不同間伐強度的平均冠幅和單株材積表現(xiàn)出弱度間伐強度與對照、與中度間伐強度間差異不顯著，中度間伐強度與對照、與強度間伐強度間差異顯著。不同間伐強度的日本落葉松林分和對照的蓄積量差異不顯著。由于間伐降低了林分密度，減少了各強度間伐的日本落葉松林木個體間的競爭，促進其迅速生長，林木的胸徑、樹高、冠幅、單株材積和蓄積量等各項指標(biāo)都表現(xiàn)出強度間伐＞中度間伐＞弱度間伐＞對照，強度間伐后的林分生長最好，胸徑、樹高、冠幅、單株材積顯著大于對照和中、弱度間伐林分。間伐4 a后林分蓄積量雖較對照有增加，但沒有顯著性差異。

表1 不同間伐強度下日本落葉松林分生長情況?Table 1 Growth status of Larix kaempferi plantation forest with different thinning intensties

2.2 不同強度間伐對林下植物多樣性的影響

由表2可以看出， 與對照林分相比，3種間伐林分下的木本植物、草本植物的物種數(shù)差異顯著（P＜0.05），木本植物的物種數(shù)明顯表現(xiàn)出隨間伐強度的加大而增加，草本植物則表現(xiàn)出一定的波動性。與對照相比，間伐林分下的木本植物、草本植物的Shannon-Wiener多樣性指數(shù)和Simpson多樣性指數(shù)差異顯著（P＜0.05），木本植物的Shannon-Wiener多樣性指數(shù)和Simpson多樣性指數(shù)隨間伐強度的加大而增加，中度與弱度間伐之間差異不顯著，中弱度間伐與強度間伐差異顯著。草本植物的Shannon-wiener多樣性指數(shù)和Simpson多樣性指數(shù)也表現(xiàn)出波動性，強度間伐林分最高，但在3種間伐強度間差異不顯著。對照林分和間伐林分林下木本植物、草本植物的Pielou均勻度指數(shù)差異均不顯著（P＞0.05），沒有表現(xiàn)出規(guī)律性變化。從表2還可以看出，相同間伐強度下，林下草本植物多樣性各指標(biāo)高于木本植物。總體上看，間伐有利于增加林下植物的多樣性，且強度間伐的效果最好。間伐后林分郁閉度降低、光照條件變好，在一定程度上改善了林下水分和光照條件，明顯提高了林下植物的種類和數(shù)量[1，14]。

表2 不同間伐強度日本落葉松林下植被物種多樣性?Table 2 Species diversity of undergrowth of Larix kaempferi plantation forest with different thinning intensities

2.3 不同強度間伐對林下植物生物量的影響

從表3看出，間伐后林分林下植物總生物量、木本植物總生物量及其地上、地下生物量差異均顯著（P＜0.05），并都表現(xiàn)出隨著間伐強度的增大而增加，其中，林下植物的總生物量、木本植物的生物量和木本植物地上生物量在對照及不同間伐強度間的差異顯著，木本植物地下生物量在對照與弱度間伐間、弱度與中度間伐間差異顯著，對照、弱度、中度間伐林分與強度 間伐林分間差異顯著。林下草本植物總生物量及其地上、地下生物量在對照林分和不同間伐林分間差異均不顯著（P＞0.05）。這說明，間伐可以增加日本落葉松林下植物的生物量，并隨著間伐強度的增大而增加。這是因為間伐疏開了喬木樹種日本落葉松的林冠，降低了林分郁閉度，改善了林地光照條件，促進了林下植物的更新與生長。林下植物的生長與生物量的積累，有利于林地土壤養(yǎng)分有效性和養(yǎng)分循環(huán)，改善林分立地質(zhì)量，增強水土保持能力。

表3 不同強度間伐日本落葉松林下植物生物量Table 3 Biomass of undergrowth of Larix kaempferi plantation forest with different thinning intensities kg/hm2

3 結(jié)論與討論

（1）撫育間伐調(diào)整了林分密度，為保留木的生長創(chuàng)造了良好的生長環(huán)境，促進了林分生長。隨著間伐強度的增加，林分平均胸徑、平均樹高和單株材積等顯著增加，而林分蓄積量沒有表現(xiàn)出顯著性差異。這與董金偉等[5]對山東藥鄉(xiāng)林場和譚雨亭等[8]對鄂西北風(fēng)埡林場日本落葉松人工林間伐后林分生長狀況的結(jié)論基本一致。楊年友等[6]對本試驗區(qū)其它林分的試驗表明，間伐后林分平均胸徑增加，林分蓄積量在較小間伐強度（20% ～33%）增加，在較大間伐強度（50%）下降。本研究是在經(jīng)過衛(wèi)生伐的基礎(chǔ)上進一步的試驗，兩次間伐的總株數(shù)強度基本上在35%以下，本試驗與楊年友等[6]的試驗結(jié)果也基本一致。根據(jù)本試驗結(jié)果并綜合楊年友等[6]的研究，日本落葉松人工林間伐后，林分蓄積量在較小間伐強度（＜35%）增加，在較大間伐強度（＞50%）下降。在總間伐強度不變的情況下，分次間伐，逐步調(diào)控林分密度，更有利于林分生長。同時，也有利于防止一次較大強度的間伐降低林分對冰雪災(zāi)害的抵抗力[15]。林分蓄積量取決于單株材積和林分密度。間伐促進了單株材積的生長，但降低了林分密度。不同間伐林分的蓄積量，隨著時間的推移，最終會趨向未間伐的對照林分，符合“最終產(chǎn)量恒定定律”[2]。這說明，不能單純通過間伐提高林分生產(chǎn)力，但通過間伐等合理的密度調(diào)控措施，可以提高材種規(guī)格和木材質(zhì)量，以獲取最佳的經(jīng)濟效益。

（2）撫育間伐可以增加林下植物的多樣性和林下植物的生物量，且強度間伐的效果最好。這與馬履一等[1]對北京山區(qū)油松人工林間伐試驗的結(jié)論一致。由于間伐后的時間只有4 a，森林生長發(fā)育周期長，間伐后4 a對林分生長和林下植物多樣性的影響是短期的，特別是間伐對林下植被的影響不具有長期性，受到一定的時間和空間尺度限制[1，14]。隨著時間的推移和林分郁閉度的恢復(fù)，林地環(huán)境發(fā)生新的變化，林下不同生活型植物對變化的林地環(huán)境作出新的不同的響應(yīng)，林下植物的種類組成、物種多樣性和生物量必將發(fā)生變化。

（3）本研究對日本落葉松中齡林不同強度間伐后4 a的林分生長及其林下植物多樣性的影響進行了分析，間伐對林分生長及林下植物多樣性的影響與時間尺度有關(guān)。對于森林生長進程而言，4 a對林分生長及林下植物多樣性的影響是短期的。該研究反映了間伐對林分生長及其林下植物多樣性的短期影響。隨著時間的推移，林分生長和林下植物多樣性受間伐方式、強度和頻度等多種因素的綜合影響，要想清楚了解林分生長以及林下植物種類、數(shù)量和生物量變化的動態(tài)過程，需要對不同間伐強度的林分生長和林下植被的動態(tài)變化設(shè)置固定樣地進行長期定位觀測，全面掌握撫育間伐后林分的變化，掌握其長時間尺度的動態(tài)變化規(guī)律，控制不同生長階段林分的密度，促進林分結(jié)構(gòu)優(yōu)化和物種多樣性維持。

（4）日本落葉松人工林是鄂西山區(qū)重要人工林類型，初始密度較大，大多數(shù)林分結(jié)構(gòu)單一，林下植被發(fā)育差，生產(chǎn)力低下。確定適度的間伐強度，及時進行撫育間伐，是當(dāng)前日本落葉松人工林經(jīng)營迫切需要解決的問題。該試驗和現(xiàn)有林的調(diào)查結(jié)果表明，撫育間伐對日本落葉松人工林林分生長和林下植被有顯著的影響。在人工林經(jīng)營實踐中，應(yīng)對間伐后的林分補植優(yōu)良闊葉樹種，豐富林下木本植物的多樣性。

[1]馬履一,李春義,王希群,等.不同強度間伐對北京山區(qū)油松生長及其林下植物多樣性的影響[J].林業(yè)科學(xué),2007,43(5):1-9.

[2]諶紅輝,方升佐,丁貴杰,等.馬尾松間伐的密度效應(yīng)[J].林業(yè)科學(xué),2010,46(5):84-91.

[3]李春義,馬履一,徐 昕.撫育間伐對森林生物多樣性影響研究進展[J].世界林業(yè)研究,2006,19(6):27-32.

[4]沈作奎,魯勝平.日本落葉松人工林撫育間伐起始期的研究[J].湖北民族學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版),2003,21(4):44-46.

[5]董金偉,盧勝西,白世紅.日本落葉松撫育伐技術(shù)研究[J].林業(yè)科技,2004,29(4):17-19.

[6]楊年友,李 玲,宋亞莉.天保工程區(qū)日本落葉松人工商品林不同間伐效果分析[J].湖北林業(yè)科技,2007(3):14-18.

[7]郭 琳,朱 琴,張保剛,等.四川盆地日本落葉松林撫育間伐研究[J].四川林業(yè)科技,2014,35(6):64-68

[8]譚雨亭,邢文鋒,謝延平,等.不同撫育間伐強度對中齡日本落葉松人工林生長量的影響[J].湖北林業(yè)科技,2015,44(3):11-12, 25.

[9]Kima M, Leea W K, Kimb Y S et al.Impact of thinning intensity on the diameter and height growth of Larix kaempferi stands in central Korea[J].Forest Science and Technology, 2016,12(2):77-87.

[10]Lee S K, Son Y, Lee K, et al.Influence of thinning on carbon storage in a Japanese larch (Larix kaempferi) plantation in Yangpyeong, central Korea[J].Forest Science and Technology,2010, 6(1):35-40.

[11]馬豐豐,潘 高,張燦明 ,等.湖北建始縣日本落葉松林下植被生態(tài)位特征[J].中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報,2016,36(4):73-79.

[12]湯景明,孫擁康,徐紅梅,等.林窗對日本落葉松人工林林下植物多樣性的短期影響[J].西南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報,2016,32(2): 106-110.

[13]馬克平,黃建輝,于順利,等.北京東靈山地區(qū)植物群落多樣性研究.Ⅱ.豐富度、均勻度和物種多樣性[J].生態(tài)學(xué)報,1995, 15(3):268-277.

[14]李瑞霞,馬洪靖,閔建剛,等.間伐對馬尾松人工林林下植物多樣性的短期和長期影響[J].生態(tài)環(huán)境學(xué)報,2012, 21(5):807-812.

[15]湯景明,宋叢文,戴均華,等.湖北省主要造林樹種冰雪災(zāi)害調(diào)查[J].林業(yè)科學(xué),2008,44(11):2-10.