近自然經(jīng)營間伐對黔中馬尾松天然次生純林生長的初期效應(yīng)

王 科，譚 偉，戚玉嬌

（貴州大學(xué) 林學(xué)院，貴州 貴陽550025）

20世紀(jì)90年代中期，德國放棄人工林經(jīng)營方式，運(yùn)用近自然林業(yè)理論制定相關(guān)方針［1］。如今，德國已經(jīng)進(jìn)入近自然林業(yè)的時(shí)代，主張擇伐、自然更新，實(shí)行人工林向近自然林的轉(zhuǎn)化。德國政府也鼓勵盡可能多的森林實(shí)現(xiàn)近自然森林經(jīng)營。中國近些年來也在對近自然經(jīng)營進(jìn)行實(shí)踐。陸元昌等［2］指出：人工林近自然化改造在中國逐步從理論研究和學(xué)術(shù)討論到部分地區(qū)開展試點(diǎn)研究和試驗(yàn)，中國應(yīng)該針對不同地區(qū)和具體森林特征來實(shí)施具體改造的方法。王六平等［3］在貴州省推進(jìn)近自然森林經(jīng)營，提升森林質(zhì)量的探討中指出，貴州各地的森林類型千差萬別，如果貿(mào)然采用近自然森林經(jīng)營或許達(dá)不到預(yù)期的效果。因此，近自然森林經(jīng)營在中國實(shí)施必須要考慮到中國的國情和林情。近自然經(jīng)營在中國起步較晚，當(dāng)前開展的試點(diǎn)也不多。對近自然森林經(jīng)營理論與方法不斷實(shí)踐，積累足夠經(jīng)驗(yàn)，才能切實(shí)廣泛推進(jìn)近自然森林經(jīng)營的應(yīng)用，從而提升森林質(zhì)量，達(dá)到可持續(xù)經(jīng)營的目的，為中國林業(yè)可持續(xù)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。2009年，中德財(cái)政合作貴州省可持續(xù)森林經(jīng)營項(xiàng)目在貴陽試點(diǎn)林區(qū)開展。該項(xiàng)目通過引進(jìn)國內(nèi)外先進(jìn)的森林經(jīng)營技術(shù)，建立了一套森林經(jīng)營技術(shù)體系，開展近自然經(jīng)營。馬尾松Pinus massoniana作為貴州省常見的造林用材樹種之一，分布于全省各地，特別是黔中地區(qū)，但黔中地區(qū)生態(tài)位比較脆弱，部分面積存在石漠化，現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)力還達(dá)不到期望值［4-6］。為了進(jìn)一步了解近自然經(jīng)營間伐活動對林分生長的影響，檢驗(yàn)近自然經(jīng)營在貴州地區(qū)的適應(yīng)性，本研究擬在已開展近自然經(jīng)營的黔中地區(qū)馬尾松天然次生純林進(jìn)行固定樣地和臨時(shí)樣地調(diào)查，評價(jià)近自然經(jīng)營間伐4 a的實(shí)施效果，為今后建立適合貴州省的森林可持續(xù)經(jīng)營措施和評價(jià)技術(shù)體系提供參考依據(jù)。

1 研究地區(qū)與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于貴州省中部地區(qū)的開陽縣與息烽縣。開陽縣實(shí)驗(yàn)地坐標(biāo)為26°57′N，107°07′E，海拔為1112 m；息烽縣實(shí)驗(yàn)地坐標(biāo)為27°06′N，106°44′E，海拔為1013 m，為低中山丘陵地。年平均氣溫為10.6～15.3℃，年降水量為1000.0 mm左右，屬于北亞熱帶和南溫帶季風(fēng)氣候。用材樹種以馬尾松和杉木Cunninghamia lanceolata為主。馬尾松是本地區(qū)數(shù)量最多、分布最廣的樹種之一。

1.2 研究方法

1.2.1 樣地設(shè)置與調(diào)查 樣地設(shè)置對象為2個(gè)齡級的馬尾松天然次生純林，樣地平均海拔約1000 m，坡度約20°，土壤為砂頁巖發(fā)育形成的黃壤。實(shí)驗(yàn)地初始林分郁閉度均達(dá)到0.8以上。中齡林樣地設(shè)置在息烽縣，馬尾松平均年齡為18年生，初始年經(jīng)營林分密度為2340株·hm-2，對照林分密度為2200株·hm-2，經(jīng)營與對照林分初始年密度無顯著差異。近熟林樣地設(shè)置在開陽縣，馬尾松平均年齡為22年生，初始年經(jīng)營林分密度為1700株·hm-2，對照林分密度為1750株·hm-2，經(jīng)營與對照林分初始年密度無顯著差異。中林齡經(jīng)營林分的株數(shù)間伐強(qiáng)度39.18%，近熟林經(jīng)營林分的株數(shù)間伐強(qiáng)度為37.64%。固定樣地設(shè)置與調(diào)查：2013年分別設(shè)置馬尾松2個(gè)齡級共8個(gè)樣地（包括4個(gè)經(jīng)營樣地和4個(gè)對照樣地）。經(jīng)營樣地為半徑8.92 m的樣圓，對樣圓采取相應(yīng)的近自然經(jīng)營間伐措施。對照樣地為半徑5.64 m的樣圓，不采取任何經(jīng)營措施。每個(gè)樣圓周圍（含樣圓）設(shè)置約667 m2左右的保護(hù)區(qū)，其中經(jīng)營樣圓保護(hù)區(qū)與樣圓采用同一標(biāo)準(zhǔn)的經(jīng)營措施，對照樣圓保護(hù)區(qū)不采取任何經(jīng)營措施，樣圓設(shè)置見圖1。調(diào)查時(shí)用油漆對樣木編號和標(biāo)注胸徑測量位置，對目標(biāo)樹做好標(biāo)記。胸徑采用胸徑尺測量，測量位置位于胸徑測量環(huán)中央，樹高小于7 m用塔尺測量，大于7 m采用激光樹木測高儀DZH-30測量。固定樣地調(diào)查從2013年開始，間隔期為1 a，調(diào)查5次（4次復(fù)查）。臨時(shí)樣地設(shè)置與調(diào)查：由于固定樣地調(diào)查期間未對林下植被進(jìn)行過調(diào)查，只能在2017年通過設(shè)置臨時(shí)樣地作對比。在馬尾松經(jīng)營林分與相應(yīng)的對照林分中設(shè)置20 m×20 m的臨時(shí)樣方，2個(gè)齡級共設(shè)置8個(gè)樣方（包括經(jīng)營樣地和對照樣地）。調(diào)查時(shí)對林下灌木層和草本層做好物種和株數(shù)記錄，并測量地徑、樹高、灌幅、覆蓋度等因子。臨時(shí)樣地2017年調(diào)查1次。

1.2.2 近自然經(jīng)營間伐方法 是否要開展間伐活動判斷：判定是否需要間伐的林分主要因子有郁閉度、林分平均胸徑和林分密度等。通過現(xiàn)場觀察和初步調(diào)查，結(jié)合自然整枝高度、主層林木林冠重疊程度綜合判斷。間伐強(qiáng)度的定性判斷：主要考慮2個(gè)方面，一是要有效改善林木生長空間，避免過度競爭，二是要維護(hù)林木機(jī)械穩(wěn)定性。一般過密或者間伐時(shí)間過晚的林分一次間伐強(qiáng)度不宜過大，避免風(fēng)折雪折等自然災(zāi)害的發(fā)生。目標(biāo)樹選?。焊鶕?jù)林分的實(shí)際生長情況，按照GB/T 15781-2015《森林撫育規(guī)程》［7］，確定目標(biāo)樹、一般樹和干擾樹并做好標(biāo)記。為了比較經(jīng)營林分與對照林分目標(biāo)樹生長的差異，在對照樣地也做好目標(biāo)樹選取與標(biāo)記。間伐木現(xiàn)場確定：①密度控制性的間伐木。在局部過密地段，通過間伐具有一定競爭能力的林木，改善保留木空間結(jié)構(gòu)。②促進(jìn)目標(biāo)樹生長的間伐木。在現(xiàn)階段或者未來5 a內(nèi)與目標(biāo)樹存在較大競爭的林木，競爭木需要立即間伐。③其他間伐木。包括2類：一是具有收獲價(jià)值的下層木，二是干擾其他樹木正常生長的樹木，如倒靠在其他樹木上的林木等。對處于主層林下層沒有明顯競爭優(yōu)勢的林木，如無特殊需要，可不必間伐，任其自然衰亡。

圖1 固定研究樣地設(shè)置示意圖Figure 1 Fixed research sample schematic diagram

1.2.3 數(shù)據(jù)處理方法 根據(jù)固定樣地每年的調(diào)查數(shù)據(jù)，用Excel軟件統(tǒng)計(jì)林木算術(shù)平均胸徑、樹高、材積、蓄積等因子，用SPSS 18.0軟件做方差分析比較經(jīng)營與對照樣地各生長因子的差異，對本研究中導(dǎo)致林木生長差異的主要因素做相關(guān)性分析。本研究參考的計(jì)算模型，采用貴州省正式頒布的單株林木二元材積式計(jì)算馬尾松材積。V=0.000094147×D（1.93896-0.0042676×（D＋H））×H（0.70998＋0.0059256×（D＋H））。其中：V為單株材積（m3），D為胸徑（cm），H為樹高（m）。 生物量計(jì)算公式： 灌木W(wǎng)=0.0650×D01.3809×H0.9271， 草本W(wǎng)=653.1178×P0.9112［8-9］。 其中：W為生物量（kg·hm-2），D0為地徑（cm），H為樹高（m），P為覆蓋度（%）。 林木優(yōu)勢度=胸徑/樣地平均胸徑×樹高/樣地平均樹高。

2 結(jié)果與分析

2.1 間伐對林分胸徑分布的影響

間伐影響了馬尾松林分的直徑分布（圖2）。中齡林初始年本底林分（未實(shí)施間伐前的經(jīng)營林分與對照林分總稱）和4 a后的對照林分在胸徑為6～14 cm的林木株數(shù)比例較大，趨于右偏態(tài)分布。采取間伐措施4 a后的林分在胸徑為12～18 cm的林木株數(shù)比例較大，趨于正態(tài)分布。近熟林初始年本底林分和4 a后的對照林分在胸徑為10～14 cm的林木株數(shù)比例較大，趨于右偏態(tài)分布。采取間伐措施4 a后的林分在胸徑為22～26 cm的林木株數(shù)比例較大，趨于左偏態(tài)分布。間伐使得較小徑階的林木株數(shù)比例減少，而較大徑階的林木株數(shù)比例增大，說明近自然經(jīng)營間伐措施有助于大徑級木材的生產(chǎn)。

圖2 近自然經(jīng)營間伐措施對馬尾松林徑階分布的影響Figure 2 Effect of close-to-nature management thinning measures on the diameter distribution of Pinus massoniana forest

2.2 間伐對林分平均胸徑、樹高及單株材積生長的影響

間伐對馬尾松林分平均胸徑和單株材積生長起到了促進(jìn)作用，經(jīng)營林分年生長量和生長率均大于對照林分（表1）。中齡林中，經(jīng)營林分胸徑年生長量和生長率均為對照林分的1.47倍，其中第4年生長量和生長率分別達(dá)到了對照林分的2.47倍和2.48倍，平均單株材積的年生長量和生長率分別為（0.0164±0.0120） m3·a-1和 20.08%， 大于對照林分的（0.0127±0.0087） m3·a-1和 15.95%。 近熟林中， 經(jīng)營林分胸徑年生長量和生長率分別是對照林分的1.38和1.23倍，其中第3年生長量和生長率分別最高達(dá)到了對照林分的2.64倍和2.41倍，平均單株材積年生長量和生長率分別為（0.0227±0.0163）m3·a-1和8.56%，大于對照林分的（0.0162±0.0174）m3·a-1和7.53%。間伐沒有有效促進(jìn)林分平均樹高生長，中齡林經(jīng)營林分平均樹高年生長量和生長率在前3 a大于對照林分，但在第4年小于對照林分。近熟林樹高生長量在第1年和第3年表現(xiàn)出經(jīng)營林分大于對照林分，而在第2年和第4年則表現(xiàn)出經(jīng)營林分小于對照林分。

2.3 間伐對林分目標(biāo)樹的胸徑、樹高及材積生長影響

據(jù)統(tǒng)計(jì)可知（表2）：間伐對林分目標(biāo)樹胸徑、材積及樹高生長有不同程度的影響，中齡林經(jīng)營林分目標(biāo)樹的胸徑年生長量是對照林分的1.65倍，樹高年生長量是對照林分的1.10倍，材積年生長量是對照林分的1.33倍。近熟林經(jīng)營林分的目標(biāo)樹胸徑年生長量是對照林分的1.15倍，目標(biāo)樹材積年生長量是對照林分的1.19倍，樹高年生長量不及對照林分。差異性檢驗(yàn)結(jié)果表明：目標(biāo)樹的胸徑和材積年生長量與非目標(biāo)樹有顯著差異（P＜0.05），目標(biāo)樹的樹高年生長量與非目標(biāo)樹無顯著性差異（P＞0.05）。中齡林經(jīng)營林分與對照林分目標(biāo)樹的胸徑和材積年生長量有顯著差異，非目標(biāo)樹的胸徑年生長量也有顯著差異。近熟林經(jīng)營林分與對照林分目標(biāo)樹年生長量無顯著差異。因此，近自然經(jīng)營間伐對于促進(jìn)近熟林目標(biāo)樹胸徑和材積的生長效果不如中齡林明顯，間伐措施并不能有效促進(jìn)目標(biāo)樹樹高的生長。

表1 各處理方式下馬尾松林分胸徑、樹高及單株材積年生長指標(biāo)分析Table 1 Analysis of DBH,tree height and annual growth index of Pinus massoniana forest under different treatments

表2 近自然經(jīng)營間伐馬尾松林分目標(biāo)樹與非目標(biāo)樹胸徑、樹高和單株材積年生長量Table 2 Annual growth of DBH,tree height and annual growth index of target and non-target trees in the Pinus massoniana forest

2.4 間伐措施下馬尾松林分蓄積的生長

由表3可知：由于間伐，初始年蓄積量小于對照林分，后續(xù)4 a生長過程中經(jīng)營林分蓄積量也小于對照林分。中齡林中經(jīng)營林分初始年蓄積量為119.35 m3·hm-2，小于對照林分的162.84 m3·hm-2，近熟林中經(jīng)營林分初始年蓄積量為233.01 m3·hm-2，小于對照林分的290.15 m3·hm-2。間伐林分蓄積生長量在小于對照林分的情況下，生長率卻在中齡林中比對照林分高出4.13%，在近熟林中比對照林分高出1.03%?？傊匀唤?jīng)營間伐不能提高馬尾松林分蓄積生長量，但可以提高生長率。

表3 近自然經(jīng)營間伐馬尾松林分蓄積的年均生長量和生長率Table 3 Annual average growth and growth rate of Pinus massoniana forest accumulation in natural management

2.5 間伐對不同優(yōu)勢等級林木材積生長的影響

將初始年林木優(yōu)勢度分為3個(gè)等級，即優(yōu)勢度≥1.3為優(yōu)勢木，0.7≤優(yōu)勢度＜1.3為一般木，優(yōu)勢度＜0.7為被壓木。按照林木優(yōu)勢等級統(tǒng)計(jì)平均單木材積的年生長量（表4）。結(jié)果顯示：各林分中林木材積的連年生長量由大到小的排序依次是優(yōu)勢木、一般木、被壓木。

中齡林中，經(jīng)營林分優(yōu)勢木的平均材積連年生長量是對照林分的1.33倍，一般木的平均材積連年生長量是對照林分的1.21倍，被壓木材積生長量小于對照林分。經(jīng)營林分優(yōu)勢木、一般木和被壓木的平均單株材積連年生長量比例約7.7∶3.4∶1.0，對照林分優(yōu)勢木、一般木和被壓木的平均單株材積連年生長量比例約4.5∶2.2∶1.0?？梢?，中齡林間伐對被壓木材積的生長沒有促進(jìn)作用，對優(yōu)勢木和一般木材積生長促進(jìn)效果較好。

近熟林中，經(jīng)營林分優(yōu)勢木的平均材積連年生長量是對照林分的1.22倍，一般木的平均材積連年生長量是對照林分的1.66倍，被壓木的平均材積生長量是對照林分的1.63倍。經(jīng)營林分優(yōu)勢木、一般木和被壓木的平均單株材積連年生長量比例約為5.6∶3.3∶1.0，對照林分優(yōu)勢木、一般木和被壓木的平均單株材積連年生長量比例約為7.5∶3.2∶1.0。可知，近熟林擇伐對各優(yōu)勢等級的林木在材積生長上均有促進(jìn)作用，對一般木和被壓木材積的生長促進(jìn)效果比優(yōu)勢木更好。

表4 近自然經(jīng)營間伐下馬尾松林分各優(yōu)勢等級的林木生長量Table 4 Growth of single woods of different dominant grades of Pinus massoniana forest under close-to-nature management thinning

林木優(yōu)勢度與林木平均單株材積年生長量的相關(guān)性分析見表5。馬尾松林分的林木優(yōu)勢度與材積年生長量均在0.01水平上呈顯著正相關(guān)，其中最高相關(guān)性系數(shù)達(dá)0.902。說明在同一林分中林木胸徑越大、樹高越高，林木材積生長就越快。

表5 近自然經(jīng)營間伐馬尾松林木優(yōu)勢度與材積年生長量的相關(guān)性Table 5 Correlation between dominance of Pinus massoniana forest and annual growth of volume in close-to-nature management

2.6 間伐對林下植被生長的影響

由表6可知：近自然經(jīng)營間伐林分林下的灌木層植被物種數(shù)大于對照林分，草本層植被物種數(shù)小于對照林分，中齡林經(jīng)營林分灌木層共出現(xiàn)27種植物，比對照林分多6種，草本層共出現(xiàn)21種，比對照林分少2種。近熟林經(jīng)營林分灌木層共出現(xiàn)22種植物，比對照林分多2種，草本層共出現(xiàn)9種，比對照林分少3種。中齡林經(jīng)營林分灌木層植被的株數(shù)密度小于對照林分，灌木層平均地徑、平均樹高、平均生物量以及草本層的平均高、覆蓋度、平均生物量均大于對照林分。近熟林經(jīng)營林分灌木層植被的平均地徑、平均樹高和草本層平均高小于對照林分，灌木層株數(shù)密度、平均生物量和草本層覆蓋度、平均生物量大于對照林分。然而差異性檢驗(yàn)結(jié)果顯示：經(jīng)營林分的這些觀測因子與對照林分均無顯著差異性。所以，實(shí)施近自然經(jīng)營間伐4 a對林下植被的生長促進(jìn)效果不明顯。

表6 近自然經(jīng)營間伐下馬尾松林下植被生長情況Table 6 Vegetation growth under the forest of Pinus massoniana in the close-to-nature management

3 結(jié)論與討論

分析可知：間伐增加了馬尾松林分內(nèi)大徑級林木株數(shù)的比例，同時(shí)促進(jìn)了林分平均胸徑和單株材積的生長，對目標(biāo)樹胸徑和材積的生長也有促進(jìn)作用，對中齡林林分的影響比近熟林顯著。這可能與間伐后林內(nèi)競爭減小，林木迅速生長有關(guān)。已有研究表明：間伐對胸徑因子的生長促進(jìn)效果最明顯［10］，林分在生長過程中，隨著冠幅和密度的增大，林木的個(gè)體生長空間減小，胸徑生長受到抑制［11］，而間伐使林木個(gè)體的寬生長空間增大，從而有利于胸徑的生長［12］。近自然改造正是通過對大徑材的收獲來調(diào)整經(jīng)營周期，以增加單木的材積，從而有效地促進(jìn)林木單株材積的生長［13］。近自然經(jīng)營間伐不能有效促進(jìn)樹高的生長，這與方萍［11］和何先進(jìn)［12］對馬尾松間伐林的研究結(jié)果相似。諶紅輝等［14］研究結(jié)果顯示：密度對樹高生長無顯著影響。然而也有研究結(jié)果得出：近自然經(jīng)營間伐能夠促進(jìn)樹高生長的結(jié)論，如馬履一等［15］對不同間伐強(qiáng)度的北京山區(qū)油松Pinus tabulaeformis林研究表明：間伐后油松平均樹高生長明顯高于未間伐林分。因此，間伐對樹高生長的影響目前還沒有一致的結(jié)論。

間伐可能會產(chǎn)生2種效應(yīng)：一種是使保留木生長空間擴(kuò)大而出現(xiàn)的 “增長效應(yīng)”，另一種是除去的林木對林分蓄積等產(chǎn)生的 “失去效應(yīng)”［16］。本研究中，間伐提高了林分蓄積的生長率，減少了林分起始年的蓄積量，林木個(gè)體生長空間擴(kuò)大，后續(xù)幾年中林木生長速率提高，但因個(gè)體數(shù)量的減少使得總生長累積量未表現(xiàn)出優(yōu)勢，這可能與間伐強(qiáng)度和實(shí)施時(shí)間有關(guān)。相關(guān)研究表明：需要調(diào)控合適的間伐強(qiáng)度，才能使得單株材積和單位面積蓄積達(dá)到最佳［17］。馬正銳等［18］對馬尾松人工林間伐效應(yīng)3 a的研究結(jié)果顯示：間伐強(qiáng)度30%為最佳，強(qiáng)度間伐會導(dǎo)致林分蓄積量不增反減。而劉紅梅等［19］研究結(jié)果則表明：對馬尾松實(shí)施強(qiáng)度間伐10 a后的蓄積生長量高于未間伐林分。本研究中馬尾松林間伐強(qiáng)度平均為38.41%，屬強(qiáng)度間伐范圍，實(shí)施間伐時(shí)間為4 a，實(shí)施間伐時(shí)間相對較短。造成林分總生產(chǎn)力低下的原因還可能是因?yàn)榻匀唤?jīng)營間伐與傳統(tǒng)間伐的間伐方式和經(jīng)營目的不同。傳統(tǒng)的間伐是按 “除小留大，除密留稀，除劣留優(yōu)”的原則進(jìn)行采伐，為了利于保留木快速生長，以追求林木生產(chǎn)量最大化［20］。近自然經(jīng)營主要采伐以與目標(biāo)樹競爭的林木，為了利于目標(biāo)樹的生長，利用與森林相關(guān)的各種自然力，不斷優(yōu)化森林結(jié)構(gòu)和功能，使生態(tài)和經(jīng)濟(jì)需求最佳結(jié)合，而不單只為了提高林分的生產(chǎn)量［21］。

近自然經(jīng)營間伐對不同優(yōu)勢等級的馬尾松林木生長影響不同。中齡林間伐對被壓木生長有抑制作用，可能是因?yàn)橹旋g林生長較為迅速，林木間競爭較為激烈，而被壓木的競爭能力相對較弱造成的［22］。近熟林間伐對優(yōu)勢木材積生長的促進(jìn)效果不如一般木和被壓木顯著，因?yàn)樵诮炝蛛A段，林木激烈分化期已過，優(yōu)勢木及整個(gè)林分的發(fā)展趨勢基本定型，林分密度對優(yōu)勢木生長的影響也相對減弱，擇伐后給比較小的林木提供了光照和養(yǎng)分，從而對一般木和被壓木的生長促進(jìn)效果更好。

近自然經(jīng)營間伐對馬尾松林下植被生長的促進(jìn)效果不明顯。這與文獻(xiàn)［23-24］對林分間伐效應(yīng)的研究結(jié)果相反。影響林下植被生長的因素很多，其根本原因是上層喬木與林下植被對光照、水分、養(yǎng)分等的競爭［25］。間伐可以促進(jìn)林下植被的發(fā)育，但本研究中林下植被4 a的生長并未表現(xiàn)出明顯優(yōu)勢，可能原因是在間伐階段對采伐木周圍灌草植被有一定破壞，使得林下植被在間伐后短期內(nèi)的生長受到了影響［26］。

總之，近自然經(jīng)營間伐使得大徑階的林木株數(shù)比例增加，對單株林木的胸徑和材積生長有促進(jìn)作用。另外，近自然經(jīng)營間伐措施對樹高的影響不大，4 a的生長過程中林下植被并未表現(xiàn)出明顯優(yōu)勢，林分蓄積生長量也不足，還需要對林分的生長進(jìn)行長期調(diào)查。