輪伐中期間伐對濕加松采脂前后生長的影響*

黃 婷 王 哲 司徒榮貴 趙奮成鄧樂平 吳惠姍 譚志強(qiáng) 郭文冰

（1. 臺山市紅嶺種子園，廣東 江門 529223；2. 廣東省森林培育與保護(hù)利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/廣東省林業(yè)科學(xué)研究院，廣東 廣州 510520）

撫育間伐是林分經(jīng)營管理的重要手段，是影響已建成林分生長發(fā)育的關(guān)鍵因素[1]。影響間伐效果的主要因素包括間伐所采用的形式、間伐的強(qiáng)度，以及間伐的林齡和次數(shù)[2]。間伐形式主要包括上層疏伐、下層疏伐、干擾樹疏伐和機(jī)械疏伐等[3]。不同報(bào)道中，疏伐對林分蓄積量、單株生長的影響存在較大差異。前人提出，小樹的生產(chǎn)潛力相對高于大樹，上層疏伐可增加林分總體的產(chǎn)量[4]，但也可能降低了林分生長率[5]。另有研究表明，輕度和中等疏伐強(qiáng)度可促進(jìn)胸徑增長，且胸徑增長隨著間伐強(qiáng)度增大而增大[6]。挪威云杉Picea abies輕度間伐后蓄積量與對照差別不大，只有重度疏伐（移除60%～70%斷面積）時，蓄積量減少[7]。但Nilsson等[5]的結(jié)果表明，歐洲赤松Pinus sylvestris疏伐處理減少了總蓄積量。輪伐中期對火炬松Pinus taeda林分進(jìn)行不同強(qiáng)度的疏伐，疏伐6 年后，單株胸徑與胸徑增長高于對照，而斷面積、蓄積量與蓄積量增長等低于對照[8]。以上研究結(jié)果表明疏伐可以促進(jìn)單株的生長，而林分的蓄積量會因樹種、疏伐強(qiáng)度不同而效果不同。

濕加松Pinus elliottii×P. caribaea是我國南方重要的材脂兼用工業(yè)原料林樹種[9-11]，林分密度控制是材脂兼用林經(jīng)營的重要技術(shù)措施[12-13]。但對松樹采脂前后間伐的必要性鮮見報(bào)道，不利于材脂兼用林的集約化管理。本研究對廣東臺山濕加松人工林設(shè)置兩個強(qiáng)度的下層疏伐試驗(yàn)，經(jīng)過7年的觀測，確定疏伐對采脂前后生長的影響，為材脂兼用林高效培育提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地位于廣東省江門市臺山紅嶺種子園，北緯22°10′，東經(jīng)112°49′，海拔30 m。年平均氣溫約22 ℃，年均降水量約1 808 mm。土壤為花崗巖分化的酸性紅壤，前茬樹種為桉樹。濕加松林分含6 個良種家系，于2000 年春季造林，株行距為3 m×3 m，造林時每株施250 g 過磷酸鈣[w（P2O5）=12%]作為基肥。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用主區(qū)為隨機(jī)完全區(qū)組的裂區(qū)設(shè)計(jì)，在不同坡位設(shè)置6 個區(qū)組，主區(qū)包括3 種密度：對照（D1）、間伐3%斷面積（D2）和間伐10%斷面積（D3）（表1），副區(qū)包括施肥（500 g N15P15K15復(fù)合肥）與不施肥兩個處理。為了設(shè)置較為均勻的小區(qū)，部分施肥小區(qū)在密度處理內(nèi)重復(fù)2 次，試驗(yàn)共包含48 個塊狀小區(qū)，每個小區(qū)30 m × 30 m。2010 年8 月中旬，采用下層疏伐的方法對樣地進(jìn)行撫育間伐，主要伐除長勢較差、胸徑相對較小的林木個體。試驗(yàn)林人工除雜后，每株沿滴水線挖一個弧形施肥溝，均勻?qū)⒒拾丛O(shè)計(jì)量施入后覆土。

2014—2017 年對12 cm 胸徑以上單株進(jìn)行全林強(qiáng)度割脂。

1.3 數(shù)據(jù)獲取

2010 年疏伐前、2011 年11 月、2012 年11 月、2013 年11 月、2017 年11 月對試驗(yàn)林分進(jìn)行每株檢尺，用常規(guī)方法測量胸徑（dbh）和冠幅；用超聲波測高測距儀（Hagl?f Vertex IV，瑞典）測量樹高H和枝下高，用二者差值計(jì)算冠長cl；2017 年末測量枝下高。樹高、胸徑增量為調(diào)查當(dāng)年的樹高、胸徑與間伐當(dāng)年樹高、胸徑的差值。林分密度SD 為每公頃保留活立木的株數(shù)。間伐后保存率特指每個小區(qū)調(diào)查當(dāng)年存活株數(shù)與2010 年疏伐后保留活立木株數(shù)的比值。

表1 濕加松兩種間伐強(qiáng)度處理與對照信息Table 1 The information of two kinds of thinning intensity treatment and control of Pinus elliottii ×P. caribaea

單株材積（V）、 斷面積（BA）、 蓄積量（VOL）、冠長率（CR）計(jì)算采用以下公式[14]，式中n為調(diào)查范圍內(nèi)的種植株數(shù)，由于每公頃種植密度為1 110 株，因此以1 110 與n的比值換算每公頃的斷面積、蓄積量：

式中π 為圓周率，f為形數(shù)，取0.5。

斷面積BA(m2·hm-2)用計(jì)算式：

蓄積量VOL(m3·hm-2)用計(jì)算式：

冠長率CR 用計(jì)算式：

1.4 統(tǒng)計(jì)分析

利用SAS 9.4 進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。樹高、胸徑、樹高增量、胸徑增量、間伐后保存率的分析采用Mixed 程序[15]，混合模型中密度效應(yīng)、施肥效應(yīng)、密度與施肥的互作效應(yīng)為固定效應(yīng)，區(qū)組以及區(qū)組與密度的互作效應(yīng)為隨機(jī)效應(yīng)。由于施肥對生長無顯著影響，后續(xù)分析中移除施肥、密度與施肥的互作項(xiàng)。采用LSMEANS 語句估算各年度密度的平均值，采用Tukey 進(jìn)行多重比較分析。林分密度、斷面積、蓄積量、蓄積量增量采用GLM程序，分析密度的作用效應(yīng)；采用MEAN 語句計(jì)算不同密度的平均值。采用univariate 程序以及histogram 語句繪制胸徑、冠幅、冠長率的直方圖，擬合威布爾（Weibull）分布曲線。

2 結(jié)果與分析

2.1 間伐后林分密度對單株生長的影響

由于2010 年D2 與D3 處理選擇性移除了胸徑較小的個體，3 種密度下，間伐當(dāng)年胸徑呈顯著性差異（P＜0.05），D3 顯著高于D1 與D2；D2 高于D1，但未達(dá)到顯著水平。間伐當(dāng)年，兩種間伐強(qiáng)度與對照的樹高無顯著差異，但D3 顯著高于D2。間伐1 年后，D3 與D2 的胸徑增量顯著高于D1，樹高增量也達(dá)到顯著水平；間伐2、3 年后，D3與D2 的樹高與胸徑增長仍保持高于對照的狀態(tài)。2014 年開始采脂，自然稀疏現(xiàn)象嚴(yán)重，2017 年的胸徑增量已不存在差異，而樹高增量仍存在差異，D2 最高，其次為D3，D1 最小。受間伐當(dāng)年生長差異的影響，觀測期內(nèi)，密度越小，胸徑越大；2017 年D2 與D3 胸徑相似，顯著大于D1 對照；而樹高在2013 年、2017 年3 個密度間差異不顯著（圖1）。另外，密度顯著作用于保留株的保存率，作用效應(yīng)只在2012 年（Y2）不顯著。

由圖2 知，在自然稀疏作用下，未經(jīng)疏伐的10 年生濕加松林分胸徑分布由6 cm 徑級向18 cm徑級遞增，20 cm 頻率陡然下降，少量分布在22 cm 與24 cm 徑級；隨著林齡增大，分布范圍逐漸向大徑級擴(kuò)展，峰值向大徑級偏移。D2 處理下，經(jīng)人工干預(yù)的10 年生濕加松林分，在17 cm 峰值位置兩側(cè)，大徑級比例比小徑級偏多；13 年生時各徑級分布較為均衡，17 年生林分，分布范圍明顯在大徑級偏多，其結(jié)構(gòu)比D1 對照更為合理。D3 處理將10 年生濕加松林分間伐成偏向大徑級的分布狀態(tài)；13 年生林分分布仍偏向大徑級；17年生林分小徑級（12～16 cm 胸徑）的比例明顯少于對照，26～ 32 cm 大徑級比例多于對照，但18～24 cm 的4 組徑級中，18～20 cm 的偏多，可能中等偏上的徑級在14～17 年間受到全林強(qiáng)度割脂的影響。

圖1 處理后不同年份濕加松單株生長在不同密度處理下的差異Figure 1 Differences of individual plant of Pinus elliottii ×P. caribaea growth in different years after treatment under different density treatments

圖2 不同密度處理的濕加松徑級分布差異Figure 2 Differences in diameter class distribution of Pinus elliottii ×P. caribaea treated with different densities

2.2 間伐對單株冠形態(tài)的影響

自然稀疏與間伐后3 種林分密度下的冠長率均符合正態(tài)分布與威布爾分布。自然稀疏的10 年生林分冠長率集中在0.44～0.56；13 年生峰值向更小的冠長率組偏移，說明自然整枝效果明顯，但分布范圍變廣。人工間伐后的林分，同樣存在自然整枝現(xiàn)象，D2 與D3 冠長率峰值均向更小的方向偏移，但冠長率分布更集中，說明間伐后，冠的形態(tài)可能更快穩(wěn)定（圖3）。

圖3 不同濕加松林分密度的冠長率分布差異Figure 3 Differences in the distribution of crown length ratios of different forest densities of Pinus elliottii ×P. caribaea

圖4 不同濕加松林分密度的冠幅分布差異Figure 4 Differences in the distribution of crown width class of different forest densities of Pinus elliottii ×P. caribaea

林分單株冠幅表現(xiàn)不穩(wěn)定，未隨著林齡增大而發(fā)育變大（圖4）。但3 種密度下的差異較為明顯，間伐當(dāng)年差異較?。?3 年生林分，冠幅小于3.0 m 的在D1 下分布較多，峰值在D1 最小；17年生峰值位置相似，但D2 與D3 冠幅大于3.5 m的比例明顯多于D1，說明間伐有利于冠幅的發(fā)育。

2.3 疏伐對林分生長的影響

受間伐的影響，D1、D3 間伐后初始林分密度存在顯著差異，10 年生、11 年生、12 年生的林分保持D1＞D2＞D3 的林分密度；隨后，自然稀疏現(xiàn)象嚴(yán)重，13 年生的林分D1 處理林分密度大幅度減少，D1 與D2 間不存在顯著差異；17 年生林分3 個處理間達(dá)到相似林分密度。說明未經(jīng)撫育間伐的林分，采脂期自然稀疏現(xiàn)象比間伐的林分嚴(yán)重（圖5）。

D2 處理移除的斷面積與蓄積量較少，因此D2 與D1 的斷面積與蓄積量在5 個年度與對照均差異不顯著；而D3 處理移除比例較高，處理0～3年均顯著低于對照與D1，但由于對照與D1 在采脂期林分密度的大幅度減少，在處理第7 年，林分?jǐn)嗝娣e、蓄積量、蓄積量增量均無處理間的差異。2010 年D1 與D2 處理移除的蓄積量均值分別為3.06 和9.96 m3·hm-2，若加上這部分材積的收益，則假設(shè)2013 年主伐，D1、D2、D3 每公頃共收獲的材積為175.35、182.98 和171.95 m3；而假設(shè)2017 年主伐，D1、D2、D3 每公頃共收獲的材積為201.62、204.91 和202.85 m3。說明斷面積移除3%和10%的輕度下層疏伐沒有降低總體收獲的單位面積蓄積量（圖6）。

圖5 3 種密度處理下的間伐后0～7 年濕加松林分密度變化Figure 5 Changes of stand density of Pinus elliottii ×P.caribaea in 0～7 years after thinning under three density treatments

圖6 濕加松林分?jǐn)嗝娣e、蓄積量、蓄積量增量變化Figure 6 Changes of Pinus elliottii ×P. caribaea stand basal area, stand volume and stand volume increment

3 結(jié)論與討論

濕加松是我國南方重要的脂材兼用樹種，本研究通過連續(xù)觀測濕加松人工林的樹高、胸徑、冠幅等生長量性狀，計(jì)算其增量、林分密度、截面積、蓄積量等指標(biāo)來分析不同強(qiáng)度間伐對10 年濕加松林分生長的影響，研究結(jié)果將為建立更高效的培育技術(shù)提供理論基礎(chǔ)。

本試驗(yàn)采用的是下層疏伐，即砍伐處于林冠下層、徑級較小、生長比較衰弱的林木，本試驗(yàn)按照截面積比例砍伐，所以砍伐樹林?jǐn)?shù)量的比例是高于截面積比例的，屬于弱度到中度程度的疏伐。在地上部分，疏伐可以減少競爭，有利于單株生長，有研究表明疏伐可以在一定程度改變土壤養(yǎng)分含量[16]。對單株而言，間伐后3 年內(nèi)對樹高、胸徑都有顯著的影響，并且生長增量與間伐強(qiáng)度呈正比，間伐強(qiáng)度越大，促進(jìn)效果越好，這與華北落葉松Larix principisrupprechtii[17]、日本落葉松Larix kaempferi[18]等針葉樹種的研究結(jié)果一致。并且，間伐3 年內(nèi)還有利于濕加松冠幅發(fā)育、冠形穩(wěn)定。間伐后第4 年開始割脂，間伐的促進(jìn)作用不再顯著，這主要是由于隨著林齡的增長，加上對林分進(jìn)行了割脂，自然稀疏現(xiàn)象嚴(yán)重，林分密度差異逐漸消失。

對整個林分而言，斷面積移除3%，處理3 年與7 年后單株生長、大徑材分布、單株形態(tài)比對照理想，加上移除的材積后蓄積量總體大于對照。斷面積移除10%，處理3 年蓄積量小于對照；但平均胸徑顯著大于對照及移除3%的間伐強(qiáng)度，如不進(jìn)行采脂經(jīng)營，則該處理培育大徑材林的可能性較大。由于D3 處理林分林木數(shù)量較少，總體產(chǎn)脂量相較D1、D2 較低，且間伐10%截面積的成本也較高，因此綜合各方面因素，本研究結(jié)果表明間伐截面積3%的強(qiáng)度較適合培育脂材兼用林。