塞罕壩華北落葉松人工林不同經(jīng)營(yíng)模式效果評(píng)價(jià)

葛兆軒，苑美艷，單博文，黃選瑞，張志東

(河北農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院，河北 保定 071000)

森林經(jīng)營(yíng)模式是培育森林或利用森林的一系列經(jīng)營(yíng)措施的組合[1]。不同經(jīng)營(yíng)模式，如近自然森林經(jīng)營(yíng)[2-3]、生態(tài)系統(tǒng)經(jīng)營(yíng)[4]、檢查法擇伐經(jīng)營(yíng)[5]、目標(biāo)樹(shù)經(jīng)營(yíng)[6-7]、結(jié)構(gòu)化森林經(jīng)營(yíng)[8]等，對(duì)森林結(jié)構(gòu)和功能產(chǎn)生了顯著的影響。近年來(lái)，隨著林業(yè)發(fā)展目標(biāo)由以木材生產(chǎn)為主轉(zhuǎn)向以生態(tài)建設(shè)為主，人工林在生態(tài)保護(hù)方面起著重要作用[9]。為了培育健康穩(wěn)定的森林，提高人工林質(zhì)量和林地生產(chǎn)力，相繼開(kāi)展了經(jīng)營(yíng)模式設(shè)計(jì)[10]、經(jīng)營(yíng)方式對(duì)林分的影響[11-13]、經(jīng)營(yíng)效果評(píng)價(jià)及方法[14-16]、經(jīng)營(yíng)效果評(píng)價(jià)指標(biāo)的選取和量化[3]等一系列研究。研究主要集中于一種經(jīng)營(yíng)模式對(duì)林分質(zhì)量影響的量化評(píng)價(jià)，而針對(duì)不同經(jīng)營(yíng)模式效果綜合評(píng)價(jià)的研究還較少。

華北落葉松(Larix principis-rupprechtii Mayr)為冀北地區(qū)主要造林與用材樹(shù)種[17]，華北落葉松人工林在木材供給、生物多樣性保護(hù)和生態(tài)效益等方面具有重要作用。但長(zhǎng)期的粗放經(jīng)營(yíng)造成冀北地區(qū)華北落葉松人工林林下物種多樣性減少，穩(wěn)定性差，林分生產(chǎn)力普遍較低。因此，探尋適宜的經(jīng)營(yíng)模式是當(dāng)前華北落葉松人工林可持續(xù)經(jīng)營(yíng)的迫切任務(wù)。本研究以河北省塞罕壩機(jī)械林場(chǎng)華北落葉松人工林為研究對(duì)象，從林分生長(zhǎng)、林分結(jié)構(gòu)、天然更新、物種多樣性和土壤化學(xué)性質(zhì)5 個(gè)方面建立綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，并運(yùn)用主成分分析法對(duì)結(jié)構(gòu)化森林經(jīng)營(yíng)、近自然森林經(jīng)營(yíng)和傳統(tǒng)森林經(jīng)營(yíng)的經(jīng)營(yíng)效果進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，以期為塞罕壩華北落葉松人工林的培育和經(jīng)營(yíng)提供參考依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于河北省承德市塞罕壩機(jī)械林場(chǎng)，屬內(nèi)蒙古地區(qū)渾善達(dá)克沙地南緣，于陰山與大興安嶺山脈交接處(116°52′～117°39′ E，42°04′～42°36′ N)。地勢(shì)南低北高，分為壩上和壩下兩個(gè)部分。屬于寒溫性大陸季風(fēng)氣候。年平均氣溫－1.4 ℃，其中最高溫度可達(dá)30.9 ℃，最低溫度達(dá)－43.2 ℃；降水量較少，年均為450 mm，蒸發(fā)量大于降水量[18]。土壤種類十分豐富，以風(fēng)沙土、草甸土、棕壤、灰色森林土為主。植被類型多樣，包括草原與草甸、針葉林、闊葉林、灌叢和水生群落等[19]。其中按起源又可將喬木林分為天然次生林和人工林，天然次生林中主要的喬木樹(shù)種有白樺(Betula platyphylla Suk)、山楊(Populus davidiana Dode) 等；人工林中主要的喬木樹(shù)種有華北落葉松、樟子松(Pinus sylvestris var. mongolica Litv) 等；草本主要有早熟禾（Poa annua L.）、地榆(Sanguisorba officinalis L.)、鐵絲草(Ophiopogon chingii Wang et Tang) 等。

2 研究方法

2.1 樣地設(shè)置和調(diào)查

在塞罕壩北曼甸和千層板林場(chǎng)林區(qū)內(nèi)選擇立地條件相對(duì)一致的林齡為29 年生華北落葉松林分共3 塊，每個(gè)林分內(nèi)隨機(jī)布設(shè)3 塊50 m×50 m 的樣地，樣地之間間隔至少為50 m。記錄樣地所在位置的經(jīng)緯度、海拔、坡度、坡向、坡位、土壤類型、土壤厚度等。2014 年5 月，采用十字線法將每塊樣地劃分為4 個(gè)經(jīng)營(yíng)單元進(jìn)行經(jīng)營(yíng)（每個(gè)經(jīng)營(yíng)單元邊緣設(shè)置2.5 m 的緩沖區(qū)），采用隨機(jī)排列的方式布設(shè)4 組經(jīng)營(yíng)模式， 即近自然森林經(jīng)營(yíng)（N）、傳統(tǒng)森林經(jīng)營(yíng)（T）、結(jié)構(gòu)化森林經(jīng)營(yíng)（S）和對(duì)照（CK），每個(gè)經(jīng)營(yíng)模式3 次重復(fù)。各經(jīng)營(yíng)模式設(shè)計(jì)如下：

（1）近自然森林經(jīng)營(yíng)：以選定的目標(biāo)樹(shù)作為經(jīng)營(yíng)主體對(duì)象。首先將林分中的所有林木按照林木經(jīng)營(yíng)目標(biāo)進(jìn)行分級(jí)，確定目標(biāo)樹(shù)、干擾樹(shù)、特殊目標(biāo)樹(shù)和一般林木。其次，確定每公頃所選目標(biāo)樹(shù)數(shù)量（成熟林的每公頃胸高斷面積/單株樹(shù)的胸高斷面積）以及目標(biāo)樹(shù)之間的平均距離（目標(biāo)胸徑的20 倍），按三角形均勻配置。最后，伐除影響目標(biāo)樹(shù)和特殊目標(biāo)樹(shù)生長(zhǎng)的干擾樹(shù)（與目標(biāo)樹(shù)樹(shù)干距離小于被干擾半徑（目標(biāo)樹(shù)當(dāng)前胸徑加上4 cm 再乘以20）的林木），在特殊目標(biāo)樹(shù)與目標(biāo)樹(shù)發(fā)生沖突時(shí)，優(yōu)先保留特殊目標(biāo)樹(shù)[3,7]。

（2）結(jié)構(gòu)化森林經(jīng)營(yíng)：主要是對(duì)林分結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整。基于結(jié)構(gòu)化指標(biāo)（大小比數(shù)、角尺度、混交度等）確定保留木和采伐木（研究區(qū)華北落葉松的目標(biāo)胸徑達(dá)到50 cm 以上，可采伐利用；保留的中大徑木的競(jìng)爭(zhēng)大小比數(shù)不大于0.25；保留木最近4 株相鄰木的角尺度不大于0.5），林木分布格局的調(diào)整（調(diào)整林分中角尺度為1 或0.75 的單木），樹(shù)種組成的調(diào)整（將林分中主要樹(shù)種的取值為0、0.25 的單木作為潛在的調(diào)整對(duì)象），競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系的調(diào)整（做到使經(jīng)營(yíng)對(duì)象的競(jìng)爭(zhēng)大小比數(shù)不大于0.25）[8,10,20]。

（3）傳統(tǒng)森林經(jīng)營(yíng)：采用下層疏伐法，采伐林冠下層不健康的和其他樹(shù)種林木。

（4）對(duì)照：對(duì)林分內(nèi)的樹(shù)木不做任何采伐作業(yè)。

同年7—9 月在每個(gè)經(jīng)營(yíng)單元內(nèi)對(duì)DBH≥5 cm的林木進(jìn)行每木檢尺，記錄林木所在位置、胸徑、樹(shù)高、枝下高、冠幅，并記錄樹(shù)種、健康狀況以及林分的郁閉度等。將高度低于120 cm 的華北落葉松幼苗定為更新幼苗，在標(biāo)準(zhǔn)地內(nèi)以每個(gè)10 m×10 m 的樣方為單位進(jìn)行調(diào)查，將更新苗統(tǒng)一編號(hào)掛牌，記錄其高度、基徑及其在樣方內(nèi)的相對(duì)坐標(biāo)，并通過(guò)查輪生枝法確定其年齡。在標(biāo)準(zhǔn)地的四角及中心位置各設(shè)置1 個(gè)1 m×1 m 的小樣方，調(diào)查草本物種、株數(shù)、高度和蓋度。在每個(gè)1 m×1 m 的小樣方內(nèi)，按照0～10 cm 和10～20 cm 兩個(gè)土層，利用土鉆取樣，然后將各樣方內(nèi)同一層次的土壤分別進(jìn)行混合，形成一個(gè)混合樣，帶回實(shí)驗(yàn)室陰干后進(jìn)行土壤化學(xué)性質(zhì)的測(cè)定。根據(jù)野外實(shí)際勘察情況和調(diào)查分析后的結(jié)果（林分郁閉度和林木生長(zhǎng)狀況），將不同經(jīng)營(yíng)單元的采伐強(qiáng)度控制在15% 以下，明確采伐對(duì)象，然后做上標(biāo)記進(jìn)行林木的采伐作業(yè)。

2016 年7—8 月，對(duì)經(jīng)營(yíng)樣地進(jìn)行調(diào)查，調(diào)查的內(nèi)容與采伐前相同，并記錄好相關(guān)數(shù)據(jù)以備使用。樣地林分基本情況見(jiàn)表1。

表1 樣地概況 Table 1 Survey of sample plots

2.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)與因子

2.2.1 林分生長(zhǎng) 采用林木單株材積年均生長(zhǎng)量、林分蓄積定期平均生長(zhǎng)量指標(biāo)衡量林分生長(zhǎng)。

2.2.2 林分結(jié)構(gòu) 林分結(jié)構(gòu)從林木樹(shù)高、胸徑、林木分布格局和林木大小分化程度等方面進(jìn)行描述，林木分布格局用角尺度來(lái)表示，林木大小分化程度通過(guò)胸徑變異系數(shù)來(lái)表達(dá)。利用空間結(jié)構(gòu)分析軟件Winkelmass 進(jìn)行林分空間結(jié)構(gòu)分析。

2.2.3 天然更新 依據(jù)更新苗的高度將4 種經(jīng)營(yíng)模式林分下的更新苗劃分為5 個(gè)等級(jí)，即：第I 級(jí)（H1）：H1≤3 cm；第II 級(jí)（H2）：3 cm＜H2≤8 cm；第III 級(jí)（H3）：8 cm＜H3≤25 cm；第IV 級(jí)（H4）：25 cm＜H4≤70 cm；第V 級(jí)（H5）：70 cm＜H5≤120 cm。

2.2.4 物種多樣性 計(jì)算草本植物的物種豐富度（S）、Pielou 均勻度指數(shù)（J）、Shannon-Wiener指數(shù)（H’）和Simpson 指數(shù)（P）來(lái)衡量物種多樣性。

2.2.5 土壤化學(xué)性質(zhì) 土壤化學(xué)性質(zhì)的測(cè)試內(nèi)容包括土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、全鉀、全磷、堿解氮、速效鉀、有效磷含量以及土壤的酸堿度（pH）指標(biāo)。

2.3 評(píng)價(jià)方法

利用SPSS 20.0 對(duì)所選評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行描述性統(tǒng)計(jì)，得到各項(xiàng)指標(biāo)平均值和標(biāo)準(zhǔn)差，并進(jìn)行方差檢驗(yàn)，方差齊性時(shí)采用Tukey 多重比較，采用主成分分析法對(duì)華北落葉松人工林不同經(jīng)營(yíng)模式的效果進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

（1）為了消除量綱及數(shù)量級(jí)的影響，將原始數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化，公式如下：

（2）篩選主成分，將標(biāo)準(zhǔn)化后的數(shù)據(jù)利用SPSS 軟件進(jìn)行分析，從方差分析結(jié)果中選取累積貢獻(xiàn)率≥85% 的前m 個(gè)主成分，建立標(biāo)準(zhǔn)化變量與m 個(gè)主成分之間的關(guān)系，公式如下：

式中，Yk代表第k 個(gè)主成分（k=1, 2, ···, m）；為第k 個(gè)主成分的因子載荷；為第p 個(gè)指標(biāo)變量；為第k 個(gè)主成分的第p 個(gè)指標(biāo)變量的因子載荷。

（3）確定各個(gè)主成分的權(quán)重，用以下公式計(jì)算：

式中， wk代表第k 個(gè)主成分的權(quán)重； λk表示第k 個(gè)主成分的貢獻(xiàn)率。

（4）根據(jù)公式（2）篩選出的m 個(gè)主成分和公式（3）得到的權(quán)重建立綜合評(píng)價(jià)函數(shù)：

其中，F(xiàn) 為各經(jīng)營(yíng)模式的綜合得分，得分越高，說(shuō)明該種經(jīng)營(yíng)模式效果越好[21-23]。

3 結(jié)果與分析

3.1 林分生長(zhǎng)特征

圖1 不同經(jīng)營(yíng)模式單株材積年均生長(zhǎng)量和林分蓄積定期平均生長(zhǎng)量Fig. 1 Tree volume annual mean increment and periodical mean increment of stand stock volume in stands with different management modes

由圖1 可知，T、N、S 3 種經(jīng)營(yíng)模式的單株材積年均生長(zhǎng)量顯著大于CK（P＜0.05），其中S 模式的值最高，N 模式次之，且S 模式顯著高于T 和N 模式（P＜0.05）；而對(duì)于林分蓄積定期平均生長(zhǎng)量而言，S、N、CK 3 種經(jīng)營(yíng)模式顯著高于T 模式（P＜0.05）， 但3 種模式間無(wú)顯著差異（P＞0.05），總的來(lái)說(shuō)，S 和N 模式的林分蓄積定期平均生長(zhǎng)量最大。

3.2 林分結(jié)構(gòu)特征

3.2.1 林分樹(shù)高 4 種經(jīng)營(yíng)模式管理后的華北落葉松人工林林分的平均樹(shù)高間無(wú)顯著差異（P＞0.05），且不同經(jīng)營(yíng)模式間林分的平均樹(shù)高均呈現(xiàn)出T＞CK＞S＞N（圖2）。

3.2.2 林木胸徑分布 不同經(jīng)營(yíng)模式林分內(nèi)胸徑分布總體上均似正態(tài)分布。各經(jīng)營(yíng)模式林分林木胸徑主要集中分布在16～20 cm 徑階范圍內(nèi)，徑級(jí)為18 cm時(shí)林木株數(shù)達(dá)到最大值。S 模式中，6～12 cm 徑階的林木數(shù)量明顯減少，CK 模式中，20～28 cm 徑階的林木嚴(yán)重不足，小徑階林木株數(shù)分配較均勻，而T 模式林分中小徑階林木嚴(yán)重缺少。S、N、T 3 種經(jīng)營(yíng)模式24～28 cm 徑階的林木株數(shù)均有增加，但S 模式株數(shù)增加的最多，并且在S 模式和N 模式林分中新增了30～32 cm 大徑階林木（圖3）。

3.2.3 林木空間分布格局 由圖4A 可知，T、N、S、CK 模式林分角尺度均值分別為0.476、0.493、0.501 和0.483，說(shuō)明林木整體分布均屬于隨機(jī)分布狀態(tài)。但S 模式更加隨機(jī)，說(shuō)明更接近自然狀態(tài)。角尺度為0.5 時(shí)4 種經(jīng)營(yíng)模式分布概率達(dá)到最大，且隨機(jī)分布的比例分別為54.3%、54.1%、53.2%和53.5%，非常相似。通過(guò)One-way 方差檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)角尺度分別為0、0.25、0.5、0.75、1 時(shí)，4 種經(jīng)營(yíng)模式的角尺度分布頻率整體上無(wú)顯著差異（P＞0.05）（圖4B）。

圖2 不同經(jīng)營(yíng)模式林分平均樹(shù)高Fig. 2 The average tree height of stands with different Management modes

圖3 不同經(jīng)營(yíng)模式林分胸徑分布Fig. 3 The DBH distribution of stands with different management modes

圖4 不同經(jīng)營(yíng)模式林分角尺度分布圖Fig. 4 Uniform angle index distribution of stands with different management modes

3.2.4 林木大小分化程度 4 種經(jīng)營(yíng)模式的胸徑變異系數(shù)無(wú)顯著差異（P＞0.05），經(jīng)營(yíng)前林分林木胸徑變異系數(shù)是0.256，T、N、S 3 種模式經(jīng)營(yíng)后林木胸徑變異系數(shù)分別是0.202、 0.248 和0.215。S 和T 兩種模式的胸徑變異系數(shù)小于N 和CK 模式，說(shuō)明S 和T 經(jīng)營(yíng)模式下的林分林木胸徑離散程度較?。▓D5）。

3.3 天然更新

華北落葉松人工林4 種經(jīng)營(yíng)模式下林分林下更新苗數(shù)量具有相同的變化趨勢(shì)，隨著更新苗高度的增加呈明顯的下降趨勢(shì)。從各個(gè)高度級(jí)更新苗的株數(shù)來(lái)看，各經(jīng)營(yíng)模式林分都存在極高的繁殖量，極低的成活率現(xiàn)象。4 種經(jīng)營(yíng)模式林分中林下更新苗株高處于第1 等級(jí)（0＜H1≤3 cm）的株數(shù)占絕大部分，分別達(dá)到6 355、6 584、7 895 和9 404 株，CK 和T 模式林分內(nèi)的更新苗株數(shù)高于N 和S 模式，但隨著更新苗高度的增加，更新苗數(shù)量呈降低趨勢(shì)（圖6）。

3.4 草本物種多樣性

不同經(jīng)營(yíng)模式林分的草本物種豐富度（S）和Shannon-Wiener 多樣性指數(shù)（H’）均表現(xiàn)為N＞S＞T＞CK，且N 模式顯著高于CK 模式（P＜0.05）；Pielou 均勻度指數(shù)（J）和Simpson 多樣性指數(shù)（P）在不同經(jīng)營(yíng)模式間均無(wú)顯著差異（P＞0.05），總體來(lái)看表現(xiàn)為N＞S＞T=CK（圖7）。

3.5 土壤化學(xué)性質(zhì)變化

圖5 不同經(jīng)營(yíng)模式林分胸徑變異系數(shù)Fig. 5 The coefficient of DBH variation in stands with different management modes

圖6 不同經(jīng)營(yíng)模式林分各等級(jí)更新苗數(shù)量Fig. 6 The number of seedlings belonging to different height level in stands with different management modes

圖7 不同經(jīng)營(yíng)模式林分物種多樣性指數(shù)Fig. 7 Species diversity indices in stands with different management modes

不同經(jīng)營(yíng)模式的土壤全鉀含量、土壤pH 值隨土層深度的增加逐漸增加，土壤有機(jī)質(zhì)、全磷、全氮、土壤堿解氮、有效磷和速效鉀含量則呈現(xiàn)出隨土層深度的增加而減少的趨勢(shì)。其中土壤有機(jī)質(zhì)含量在10～20 cm 土層內(nèi)S 模式顯著高于CK 模式（P＜0.05）。土壤堿解氮含量在0～10 cm 土層內(nèi)S 和T 模式顯著高于CK 模式（P＜0.05），10～20 cm土層內(nèi)T 模式顯著高于CK 模式（P＜0.05）；有效磷含量在0～10 cm 土層內(nèi)S 模式顯著高于CK 和T 模式（P＜0.05），10～20 cm 土層內(nèi)S 模式顯著高于其它3 種經(jīng)營(yíng)模式（P＜0.05），N 模式顯著高于CK 模式（P＜0.05）（表2）。

3.6 效果評(píng)價(jià)

利用SPSS 20.0 軟件對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化后的數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析，由表3 可知，前2 個(gè)主成分的累積貢獻(xiàn)率為70% 和85%，因此篩選出的前2 個(gè)主成分已能充分表達(dá)各經(jīng)營(yíng)模式的總體經(jīng)營(yíng)效果。

通過(guò)各因子載荷絕對(duì)值可知，第一主成分在林分生長(zhǎng)蓄積生長(zhǎng)率、林分結(jié)構(gòu)平均樹(shù)高、物種多樣性S、H'、J、P、土壤化學(xué)性質(zhì)有機(jī)質(zhì)、全氮含量、全磷含量、有效磷含量、速效鉀含量和pH 值指標(biāo)上具有較大載荷；第2 主成分在林分生長(zhǎng)單株材積年均生長(zhǎng)量、胸徑、全鉀含量、堿解氮含量指標(biāo)上載荷較大（表4）。

利用因子載荷值與標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)計(jì)算各主成分的得分，得出2 個(gè)主成分的權(quán)重為：0.814 和0.186。通過(guò)構(gòu)建綜合評(píng)價(jià)函數(shù)，計(jì)算不同經(jīng)營(yíng)模式的綜合得分（表5）。4 種經(jīng)營(yíng)模式綜合得分最高的均是S 模式，即華北落葉松在S 模式的經(jīng)營(yíng)效果最好。

4 討論

不同的經(jīng)營(yíng)模式可以通過(guò)調(diào)節(jié)林分密度改善保留木的生長(zhǎng)空間和競(jìng)爭(zhēng)力[11]，對(duì)林木生長(zhǎng)具有重要影響。研究表明，撫育間伐可以促進(jìn)林分林木胸徑生長(zhǎng)，對(duì)林分單株材積生長(zhǎng)量具有促進(jìn)作用[11,24-25]。本研究中，不同經(jīng)營(yíng)模式林分生長(zhǎng)差異顯著，S 模式單株材積年均生長(zhǎng)量和蓄積定期平均生長(zhǎng)量最大（圖1）。這可能是由于S 模式是將整個(gè)林分內(nèi)的中大徑木和目標(biāo)樹(shù)分布都調(diào)整到了最佳位置。林分密度和郁閉度降低，可以改善林木的光環(huán)境，有利于林木生長(zhǎng)[26-27]。N 模式是將目標(biāo)樹(shù)周圍的干擾木伐除，只將目標(biāo)樹(shù)的生長(zhǎng)調(diào)到了最佳位置，其它無(wú)干擾的一般木生長(zhǎng)空間幾乎沒(méi)有變化；T 模式雖然伐除了下層競(jìng)爭(zhēng)力小的林木，但主林層林木的競(jìng)爭(zhēng)還是比較激烈，保留木得不到足夠的空間和養(yǎng)分，所以單株材積平均生長(zhǎng)量和蓄積定期平均生長(zhǎng)量低于S 模式。這在其他學(xué)者的研究中[13,28]也得到了相似的結(jié)論。

表2 不同經(jīng)營(yíng)模式林下土壤化學(xué)性質(zhì)的變化 Table 2 Soil chemical properties change among stands with different management modes in middle-aged plantation

表3 總方差分析Table 3 Total variance analysis

林分結(jié)構(gòu)是評(píng)價(jià)一種經(jīng)營(yíng)效果的重要指標(biāo)[23]。樹(shù)高、胸徑、角尺度和大小比數(shù)能夠直接反映林木的生長(zhǎng)。許多研究發(fā)現(xiàn)撫育間伐對(duì)林木樹(shù)高生長(zhǎng)無(wú)顯著影響[26]。本研究結(jié)果表明不同經(jīng)營(yíng)模式平均樹(shù)高間無(wú)顯著差異（P＞0.05）（圖2）。通過(guò)分析林分內(nèi)林木胸徑分布發(fā)現(xiàn)，S 模式中小徑階林木明顯減少，24～28 cm 徑階的林木株數(shù)增加的最多，在S 模式和N 模式林分中新增了大徑階林木（圖3）。此外，S 和T 經(jīng)營(yíng)模式下林木胸徑變異系數(shù)小于N 和CK 模式（圖5），說(shuō)明S 和T 經(jīng)營(yíng)模式林分胸徑離散程度較小。這可能是由于在S 模式經(jīng)營(yíng)過(guò)程中采伐了一些小徑階林木，改善了林分密度，有利于大徑階林木胸徑生長(zhǎng)。N 模式以經(jīng)營(yíng)目標(biāo)樹(shù)為主，只采伐了影響目標(biāo)樹(shù)生長(zhǎng)的其他木，林分密度降低，促進(jìn)了林分內(nèi)林木的生長(zhǎng)。比較不同經(jīng)營(yíng)模式林分角尺度發(fā)現(xiàn)，經(jīng)營(yíng)前后林木整體分布均屬于隨機(jī)分布狀態(tài)，N 模式和S 模式林分角尺度均值較CK 模式均有小幅度的增加，林木有向隨機(jī)分布的趨向，其中S 模式更加隨機(jī)（圖4B）。已有研究表明，理想的林分中林木分布為隨機(jī)狀態(tài)更好[29]。可以說(shuō)明N 模式和S 模式具有使林木分布改善為理想林分的效果，S 效果更明顯。

林木更新直接影響著林分的健康程度，綜合比較4 種經(jīng)營(yíng)模式各等級(jí)更新苗數(shù)量，S 模式和N 模式較CK 和T 模式均有優(yōu)勢(shì)。分析認(rèn)為，S 模式和N 模式是將影響目標(biāo)樹(shù)生長(zhǎng)或空間結(jié)構(gòu)單元內(nèi)不合理的林木伐除，大大的降低了林分的郁閉度。研究也表明，郁閉度與林下幼苗的生長(zhǎng)為負(fù)相關(guān)關(guān)系[30]。

物種多樣性反映了群落物種組成，可以反映群落功能水平。眾多研究結(jié)果表明，干擾改變森林群落物種多樣性[31]，同樣對(duì)林分土壤質(zhì)量也會(huì)產(chǎn)生一定的影響[13]。本研究中，N 模式物種多樣性指數(shù)較其它經(jīng)營(yíng)模式要高（圖7）。S 模式土壤有機(jī)質(zhì)含量高，CK 模式最低（表2）。這可能是由于S 模式更加注重林分結(jié)構(gòu)的合理化，經(jīng)過(guò)林分結(jié)構(gòu)調(diào)整，使林分內(nèi)的水熱狀況，透氣性能優(yōu)于其它模式，從而加速了凋落物的分解，致使有機(jī)物質(zhì)含量高于其它3 種模式。

表4 因子載荷 Table 4 Component matrix

表5 綜合評(píng)價(jià)結(jié)果Table 5 Comprehensive evaluation results

5 結(jié)論

結(jié)構(gòu)化經(jīng)營(yíng)模式將林分內(nèi)的中大徑木和目標(biāo)樹(shù)調(diào)整到最佳位置，改善了林分密度和郁閉度，促進(jìn)了林木生長(zhǎng)。并且林分內(nèi)水熱狀況、透氣性能要優(yōu)于其它模式，土壤有機(jī)質(zhì)、有效磷等含量最高。

近自然經(jīng)營(yíng)模式和結(jié)構(gòu)化經(jīng)營(yíng)模式通過(guò)伐除影響目標(biāo)樹(shù)生長(zhǎng)的不合理的林木，林分結(jié)構(gòu)要優(yōu)于傳統(tǒng)經(jīng)營(yíng)模式和對(duì)照，更有利于林下更新，物種多樣性較高。

傳統(tǒng)經(jīng)營(yíng)模式采用下層疏伐，主林層林木的競(jìng)爭(zhēng)比較激烈，保留木得不到足夠的空間和養(yǎng)分，生長(zhǎng)緩慢，林分更加趨向于均勻分布。

綜合評(píng)價(jià)結(jié)果表明，塞罕壩29 年林齡的華北落葉松人工林在S 模式的經(jīng)營(yíng)效果最佳。對(duì)于華北落葉松人工林來(lái)說(shuō)，林分生長(zhǎng)是一個(gè)長(zhǎng)期的過(guò)程，如何在長(zhǎng)時(shí)間尺度上優(yōu)化林分結(jié)構(gòu)，提高更新和土壤理化性質(zhì)，還需對(duì)樣地進(jìn)行長(zhǎng)期的連續(xù)觀測(cè)和經(jīng)營(yíng)效果研究。