青海東部人工生態(tài)公益林近自然經(jīng)營的林分結(jié)構(gòu)調(diào)整

王瓊琳,王文義,林 莎,曹 志,陳 琪,賀康寧,*

1 北京林業(yè)大學(xué)水土保持學(xué)院,水土保持國家林業(yè)局重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京 100083 2 北京市水土保持工程技術(shù)研究中心, 北京 100083 3 林業(yè)生態(tài)工程教育部工程研究中心, 北京 100083 4 青海省西寧市大通縣林業(yè)站, 西寧 810100

青海省東部黃土地區(qū)現(xiàn)存的大規(guī)模人工林,大多起源于20世紀(jì) 80 年代開始的“西北地區(qū)植樹種草活動(dòng)”,后經(jīng)數(shù)期“三北”防護(hù)林建設(shè)工程、天然林保護(hù)工程和退耕還林工程,形成了目前綠化的基本規(guī)模；這期間的造林設(shè)計(jì)以用材林的林分結(jié)構(gòu)為主,林分橫平豎直。大通縣塔爾溝研究區(qū)位于青海省東部,為少數(shù)民族聚集區(qū),林分多為當(dāng)?shù)厝罕娫趪姨?hào)召下自發(fā)造林所形成的不完全橫平豎直的林地,造林方式隨機(jī)但成活率不高,后通過多年補(bǔ)植,形成了多層次、異齡、混交的人工林分。隨著人類的發(fā)展和進(jìn)步,人們對于森林的經(jīng)營和管理理念越來越成熟,且逐漸由人工林向近自然林轉(zhuǎn)變。德國科學(xué)家Gayer通過大量森林經(jīng)營實(shí)踐總結(jié)提出近自然經(jīng)營理念[1],該理念強(qiáng)調(diào)人類在從事林業(yè)工作的過程中應(yīng)該盡可能的遵循樹木自然生長規(guī)律,順應(yīng)自然,減少人為干擾,以促進(jìn)人為經(jīng)營管理的森林朝著復(fù)層、異齡、混交的近自然林方向發(fā)展。多年來,我國雖然通過大量人工造林恢復(fù)和開拓了大面積林地,但是人工林的樹種單一、結(jié)構(gòu)規(guī)律簡單且多為用材林,造成了病蟲害、小老樹、土壤肥力下降等許多生態(tài)系統(tǒng)方面的問題[2]。所以,為了找到適用于青海東部地區(qū)的林分結(jié)構(gòu)調(diào)整策略與方法,以塔爾溝研究區(qū)多層次、混交、異齡的偏向于近自然的林分為例,提出近自然經(jīng)營措施。通過近自然經(jīng)營確保森林的可持續(xù)發(fā)展具有十分重要的意義。近自然林分能夠有效的抵御自然災(zāi)害和病蟲害、優(yōu)化土壤理化性質(zhì)、增加生物多樣性、提高森林的生態(tài)和經(jīng)濟(jì)效益等。

近自然度作為近自然森林經(jīng)營中一個(gè)重要的技術(shù)參數(shù),對近自然森林經(jīng)營有著重要的意義[3]。國內(nèi)有關(guān)近自然評價(jià)的研究起步較晚,主要是探討評價(jià)指標(biāo)體系和引進(jìn)國外先進(jìn)方法進(jìn)行評價(jià)的研究,且多是對大尺度森林的近自然度定性評價(jià),指標(biāo)的選取比較片面,評價(jià)體系不完善[4]。常用評價(jià)方法有模型法和相對值法[5]、綜合指數(shù)法[6]、層次分析法[7],每種方法的側(cè)重點(diǎn)、尺度范圍、選取的指標(biāo)均有較大差異,前人對于森林近自然度評價(jià)的研究以定性描述為主,后逐漸引入了定量表達(dá)方法[8-10]。國外的定量評價(jià)方法主要集中于溫帶和北方森林[10-12]。Oliveira等通過量化方法評價(jià)了巴西阿羅卡里亞的森林自然性[13]。張敏等通過量化評價(jià)指標(biāo)評價(jià)了河北山區(qū)的森林自然度,定量評價(jià)數(shù)據(jù)精確,客觀性強(qiáng),但也存在指標(biāo)體系和分級標(biāo)準(zhǔn)確定上的差異[7]。喻慶國將定性描述和定量表達(dá)相結(jié)合評價(jià)了森林近自然度,評價(jià)結(jié)果較單一的定性或定量評價(jià)更為可靠[14]。本文試圖通過對塔爾溝典型林分進(jìn)行近自然度評價(jià),了解林分實(shí)際生長狀況,使原有的以用材林為目的營造的人工林向生態(tài)公益林轉(zhuǎn)變,以充分發(fā)揮林分水源涵養(yǎng)功能,應(yīng)用近自然度π值法則,將林分的近自然狀態(tài)在單位圓中繪制,并由各指標(biāo)值構(gòu)成的閉合圖形的面積表現(xiàn)出來,此閉合圖形面積與單位圓面積(近自然度期望值)的比值即為現(xiàn)實(shí)林分近自然狀態(tài)的最佳度量[15]。該方法能夠客觀、直觀的反映某一林分的近自然狀態(tài)。采用定性和定量相結(jié)合的方法,構(gòu)建了大通縣塔爾溝人工林林分的近自然度評價(jià)體系,為當(dāng)?shù)睾拖嗤⒌貤l件下的近自然經(jīng)營提供依據(jù),以提高森林的生態(tài)、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

1 研究區(qū)概況

1.1 樣地概況

塔爾鄉(xiāng)塔爾溝村位于青海省大通縣東部(圖1),坐標(biāo)東經(jīng)101°25′—101°42′,北緯36°58′—37°08′,地處半淺半腦山區(qū),屬于溫帶高原大陸性氣候,無霜期97 d,海拔2471—3656 m,年平均氣溫為3.7℃,年內(nèi)降雨量分布不均勻,蒸發(fā)量大,降雨主要集中在6—9月份,年均降雨量為451 mm,年均水面蒸發(fā)量為835.1 mm,土壤類型為黃土母質(zhì)上發(fā)育的山地棕褐土和栗鈣土, 土壤深厚,屬于黃土丘陵溝壑區(qū),試驗(yàn)地林分大多起源于20世紀(jì)80年代,當(dāng)?shù)厝罕娫谌狈υ炝纸?jīng)驗(yàn)的情況下,通過國家號(hào)召開始自發(fā)在塔爾溝山區(qū)營造以青楊為主的人工林,后期又在空地補(bǔ)植大量青海云杉,營造出了非完全橫平豎直、類似于天然林分布的林分,之后陸續(xù)實(shí)施了天然林保護(hù)、“三北四期”防護(hù)林、封山育林及退耕還林等工作,目前完成成片造林126.5 hm2,完成退耕還林128.2 hm2,完成封山育林146.7 hm2,完成“三北四期”防護(hù)林63.4 hm2,治理周邊荒坡76.6 hm2。

圖1 大通縣研究區(qū)位置圖Fig.1 Location map of the research area in Datong County

1.2 野外調(diào)查

試驗(yàn)于2018、2019年的5—9月在青海省大通縣塔爾溝進(jìn)行,結(jié)合當(dāng)?shù)噩F(xiàn)有的森林植被資料和野外實(shí)地踏查,在大通縣塔爾溝內(nèi)選取5種典型林分類型：青海云杉-落葉松混交林、青海云杉-白樺混交林、青楊-白樺混交林、青海云杉-青楊混交林、青海云杉純林。每種林分類型各設(shè)立5個(gè)20 m×20 m的標(biāo)準(zhǔn)地,并統(tǒng)一在樣地四周設(shè)置寬2.5 m的緩沖區(qū)。調(diào)查記錄各個(gè)標(biāo)準(zhǔn)地的基本信息見表1,典型樣地林木空間位置分布如圖2所示。

表1 樣地基本信息

2 研究方法

2.1 近自然度指標(biāo)選取

國內(nèi)外評價(jià)林分近自然度的指標(biāo)主要考慮五大類：經(jīng)營痕跡、林分結(jié)構(gòu)、物種組成、年齡及枯死木[10,13,16-17]。由于所選樣地均無人工采伐痕跡和撫育管理跡象,故不考慮經(jīng)營痕跡指標(biāo)。林分結(jié)構(gòu)指標(biāo)主要包括垂直結(jié)構(gòu)(C1)和水平結(jié)構(gòu)(C2)[10],此外還可以考慮草本蓋度(C3)及其多樣性(C4)[17]和林下天然更新(C5)[16-17]。物種組成主要以物種多樣性(C6)和組成系數(shù)(C7)來表示[15],林分年齡結(jié)構(gòu)能夠反映種群發(fā)展趨勢[18],但由于確定每棵樹的年齡較為復(fù)雜,常用直徑分布(C8)代替年齡結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析[19]?？菟滥局笜?biāo)即考慮到林分內(nèi)的枯木比例(C9),與之類似的還可用健康木比例(C10)來評價(jià)林分近自然程度[15]。這些指標(biāo)既包括定量指標(biāo),也包括定性指標(biāo),所以還需要對這些指標(biāo)進(jìn)行賦值、標(biāo)準(zhǔn)化和正向處理[20]。

2.2 指標(biāo)處理

林分垂直結(jié)構(gòu)用林層數(shù)來表示[21],可參照國際林聯(lián)(IUFRO)的林分垂直分層標(biāo)準(zhǔn)[22],根據(jù)優(yōu)勢高將林分劃為3層,其中樹高≥2/3優(yōu)勢高的樹木劃為上層,樹高介于1/3—2/3 優(yōu)勢高之間的樹木劃為中層,樹高≤1/3 優(yōu)勢高的樹木劃為下層。若各層的林木株數(shù)均≥10%,記林層數(shù)為3層。若其中有兩層的林木株數(shù)≥10%,記為2層。若只有一層的林木株數(shù)≥10%,記為1層[15]。

水平結(jié)構(gòu)可用角尺度(W)來表示[23]。角尺度用于描述林分林木個(gè)體水平地面上的分布格局,當(dāng)林分平均角尺度小于0.475時(shí),林分均勻分布,人為干擾痕跡大；當(dāng)平均角尺度介于[0.475, 0.517]之間時(shí),林分處于隨機(jī)分布,更接近自然分布；當(dāng)平均角尺度大于0.517時(shí),林分處于聚集分布[24]。表達(dá)式為：

(1)

林下草本隨著林分近自然程度的增加,其蓋度和多樣性會(huì)隨之增加[25]。其中蓋度是基于視覺估計(jì)的百分比值,需要進(jìn)行賦值處理。草本多樣性可用Simpson多樣性指數(shù)表示。

林分天然更新越多,越接近于自然林[16]。根據(jù)《森林資源規(guī)劃設(shè)計(jì)調(diào)查技術(shù)規(guī)程》(GB/T 26424—2010)調(diào)查苗高大于50 cm的幼苗數(shù)量,苗數(shù)≥2500株/hm2時(shí),林分更新良好。介于[500, 2500)株/hm2時(shí)林分更新一般。<500株/hm2時(shí)林分更新不良[15]。

樹種組成系數(shù)即該樹種斷面積占林分總斷面積的比重,用十分法表示,統(tǒng)計(jì)比重超過10%的樹種數(shù)量,<2為純林,=2為混交林,≥3為多優(yōu)勢樹種混交林[15]。物種多樣性以混交度(M)來表示,混交度能反映樹種相互隔離程度[26],林分平均混交度的值介于0—1之間,越接近1越好。表達(dá)式為：

(2)

直徑分布能夠很好的反映林分的近自然狀況,當(dāng)直徑分布曲線呈倒“J”型時(shí),林分接近典型天然異齡林結(jié)構(gòu)。當(dāng)曲線呈多峰狀時(shí),表示林分為不完整的異齡林。當(dāng)曲線呈單峰狀時(shí),表示林分近乎為同齡林[27]。

枯立木狀況可表示林分的自然稀疏情況,當(dāng)枯立木的比例≥10%時(shí),林分自然稀疏良好。介于5%—10%時(shí),林分自然稀疏一般。比例<5%時(shí),林分基本無自然稀疏[8]。林分越近自然,林木的健康指數(shù)越高[28],故可用無病蟲害、無空心、無彎折的健康木比例來評估近自然狀況[15]。

各指標(biāo)賦值情況及相關(guān)算法可參考相應(yīng)文獻(xiàn)[15,20]。具體賦值情況見表2。

表2 定性指標(biāo)賦值表

2.3 π值法則

π值法則是借助單位圓來求得每個(gè)林分最終的自然度值,將以1為半徑的單位圓從圓心用放射線劃分為n(指標(biāo)個(gè)數(shù))個(gè)等面積的扇形,以順時(shí)針方向在每條放射線上由大到小標(biāo)出指標(biāo)值和指標(biāo)名,并依次連接形成閉合圖形,該圖形即可表示某個(gè)林分的近自然狀態(tài)。當(dāng)各指標(biāo)值均為1時(shí),為最優(yōu)近自然狀態(tài)。現(xiàn)實(shí)林分近自然度值可用某一林分的近自然狀態(tài)值與最優(yōu)近自然狀態(tài)值的比值來表示[15]。具體計(jì)算公式如下：

(3)

(4)

s2i=(L1L2sinθ)/2

(5)

式中,ω表示自然度值,s1和s2分別代表閉合圖形中的扇形面積之和以及三角形面積之和,m表示指標(biāo)值為1的指標(biāo)個(gè)數(shù),n為指標(biāo)總個(gè)數(shù),L1和L2分別表示閉合圖形中三角形部分相鄰的指標(biāo)值,θ表示相鄰指標(biāo)間的夾角。

2.4 近自然度等級

參考國家林業(yè)局頒布的《國家森林資源連續(xù)清查主要技術(shù)規(guī)定》[29],結(jié)合國內(nèi)外在近自然度方面的研究[3,10,30-32],根據(jù)大通縣人工林實(shí)際情況,采用等間距法,將自然度劃分為五個(gè)等級[32],見表3。

表3 近自然狀態(tài)分級標(biāo)準(zhǔn)

3 結(jié)果與討論

3.1 林分指標(biāo)分析

對野外調(diào)查數(shù)據(jù)進(jìn)行上述處理后得到林分狀態(tài)特征表(表4)。由表4可以看出,5種典型林分類型均有垂直分層現(xiàn)象,表現(xiàn)良好。在水平結(jié)構(gòu)上,杉落混交林(PL)和青海云杉純林(P)兩種針葉林分都為均勻分布,杉楊混交林(PP)表現(xiàn)為聚集分布,杉樺混交林(PB)和楊樺混交林(BP)均為隨機(jī)分布。楊樺闊葉林(BP)草本蓋度達(dá)61.33%,草本多樣性豐富。兩種針闊混交林(PB、PP)的草本蓋度高于兩種針葉純林(PL、P)。杉樺混交林(PB)的草本多樣性最為豐富,青海云杉純林(P)的草本蓋度和多樣性較低。各類林分的林下更新都較少,其中杉樺混交林(PB)的林下更新優(yōu)于其他四類林分,青海云杉純林(P)林下更新最少。杉樺混交林(PB)接近于強(qiáng)度混交,其余三類混交林(PL、BP、PP)均為中度混交。青海云杉純林(P)的直徑分布表現(xiàn)為單峰,近乎為同齡林。四類混交林(PL、PB、BP、PP)的直徑分布均呈多峰狀,即均為不完整異齡林,說明這些人工林分年齡結(jié)構(gòu)都未達(dá)到穩(wěn)定水平。杉樺混交林(PB)中有較多枯立木,自然稀疏良好,有老齡林的特征。其他三類混交林(PL、BP、PP)自然稀疏一般,而青海云杉純林(P)幾乎無自然稀疏。五種典型林分中只有杉樺混交林(PB)健康木比例達(dá)90%以上,其余林分均存在較多不健康林木。

表4 林分狀態(tài)特征表

3.2 近自然狀態(tài)評價(jià)結(jié)果

應(yīng)用單位圓π值法則處理數(shù)據(jù)后得到各類樣地的近自然度值(圖3),近自然度排序?yàn)椋呵嗪Ｔ粕?白樺混交林(ωPB=0.4786)>青楊-白樺混交林(ωBP=0.2664)>青海云杉-青楊混交林(ωPP=0.2283)>青海云杉-落葉松混交林(ωPL=0.1872)>青海云杉純林(ωP=0.0190)。依次屬于遠(yuǎn)近自然林、近人工林、近人工林、人工林和人工林。

圖3 不同類型人工林林分狀態(tài)單位圓Fig.3 Stand state unit circles of different types of man-made forestC1：垂直結(jié)構(gòu) Vertical structure；C2：水平結(jié)構(gòu) Horizontal structure；C3：草本蓋度 Herb coverage；C4：草本多樣性 Herb diversity index；C5：林下天然更新 Natural regeneration；C6：物種多樣性 Average mingling；C7：組成系數(shù) Composition coefficient；C8：直徑分布 Diameter distribution；C9：枯木比例 Dead trees quantity；C10：健康木比例 Healthy tree proportion

3.3 林分狀態(tài)分析

杉樺混交林(PB)近自然度值最高,為0.4786,自然度等級為3,屬于遠(yuǎn)近自然狀態(tài),林分為兩種鄉(xiāng)土樹種混交的人工林,樹種多樣性豐富,林層為復(fù)層結(jié)構(gòu),林木隨機(jī)分布,有較多林木發(fā)育為老齡林,自然稀疏良好,林下更新較多,林木健康,已自然更新為不完整的異齡林,樹種隔離程度較高,林下草本覆蓋良好,種類豐富,可以看出該林分組成良好,且生長較為穩(wěn)定,枯立木和林下更新適中,但密度較大,需人為調(diào)整。

楊樺混交林(BP)的近自然度值為0.2664,自然度等級為4,屬于近人工林狀態(tài),林分為兩種鄉(xiāng)土樹種混交的人工林,林層為多層結(jié)構(gòu),林木呈隨機(jī)分布,樹種多樣性豐富,有少量枯立木,林分自然稀疏情況和林下更新一般,已自然更新為不完整的異齡林,混交程度良好,林下草本較多。該林分密度較合理,但青楊病蟲害較多,林分健康受到一定影響。

杉楊混交林(PP)的近自然度值為0.2283,自然度等級為4,屬于近人工林狀態(tài),林分為兩種鄉(xiāng)土樹種混交的人工林,林層為復(fù)層結(jié)構(gòu),物種多樣性豐富,林木呈聚集分布,有較少枯立木,自然稀疏和林下更新一般,草本蓋度和多樣性較好,已演替為不完整的異齡林,屬于中度混交。該混交林分在青海的天然分布較少,密度較大,且青楊病蟲害嚴(yán)重,影響林分健康,需進(jìn)行結(jié)構(gòu)調(diào)整。

杉落混交林(PL)的近自然度值為0.1872,自然度等級為5,屬于人工林狀態(tài),林分為鄉(xiāng)土樹種和引進(jìn)樹種混交的人工林,物種多樣性豐富,林層為復(fù)層結(jié)構(gòu),林木分布均勻,林下更新較少,有較少枯立木,自然稀疏一般,林分已演進(jìn)為不完整異齡林,樹種隔離程度較良,草本蓋度和多樣性較高。該林分密度過大、為兩針葉樹種混交,其在青海的天然分布較少,需進(jìn)行人為撫育。

青海云杉純林(P)的近自然度值為0.0190,自然度等級為5,屬于人工林狀態(tài),林層結(jié)構(gòu)簡單,林木分布非常均勻,為樹種組成單一的同齡林,林下草本蓋度和多樣性低,幾乎沒有枯立木,無林下更新和自然稀疏。這種純林人工林造林密度過大且林木過于均勻分布,需要人為結(jié)構(gòu)調(diào)整才能加快演替進(jìn)程。

3.4 近自然經(jīng)營管理探討

3.4.1經(jīng)營方向與調(diào)整措施

青海省東部地區(qū)自20世紀(jì)80年代開始按照用材林技術(shù)規(guī)程造林,且以存活率高的楊樹為主,后因大量引進(jìn)外來?xiàng)顦浞N,導(dǎo)致青海本土生長優(yōu)良的青楊種退化,因此存在著樹種單一、密度過大、病蟲害和土壤肥力下降等問題。后雖規(guī)劃為生態(tài)公益林并經(jīng)過了長期的封禁管理,林分發(fā)揮了一定的水土保持功能,但許多林分依舊發(fā)揮不了很好的水源涵養(yǎng)作用。為使林分逐步納入近自然正規(guī)管理,加快林分向近自然林發(fā)展,需要對現(xiàn)有林分進(jìn)行結(jié)構(gòu)調(diào)整,以充分發(fā)揮生態(tài)公益林的水源涵養(yǎng)功能。

根據(jù)近自然評價(jià)結(jié)果,確定各個(gè)林分近自然經(jīng)營方向并制定調(diào)整措施。杉樺混交林(PB)近自然狀況較好,青海云杉作為青藏高原東北邊緣特有樹種,分布在海拔較高的地區(qū),能夠在惡劣的立地條件和生境下生長,是青海省的頂級群落種,具有較高的生態(tài)價(jià)值。白樺作為青海云杉的混交先鋒樹種,耐嚴(yán)寒,對土壤適應(yīng)性強(qiáng),可以改良土壤,且青海云杉和白樺分布海拔基本相同,通過營造青海云杉-白樺混交林,可使林分逐步向青海云杉頂級群落過渡[33-34]。此類林分無需過多人為撫育,適當(dāng)間伐調(diào)整密度后,使其自然演替即可,最終白樺會(huì)被淘汰,林分演替為青海云杉頂級群落。

楊樺混交林(BP)中青楊耐寒、耐旱,適合青海高寒多風(fēng)的地理環(huán)境,但由于樹種退化,病蟲害較多,需要伐除病蟲害嚴(yán)重,較為劣勢的青楊干擾木,并適當(dāng)在空地和枯立木周圍補(bǔ)植青海云杉,使得林分在自然演替過程中,逐步淘汰青楊,發(fā)展為杉樺混交林。

杉楊混交林(PP)中青海云杉和青楊雖然均為鄉(xiāng)土樹種,在青海云杉適宜的陰坡、半陰坡,青楊可以生長,但兩樹種混交的天然分布很少。此類林分由于青楊耗水量大,且多病蟲害,可適當(dāng)擇伐密度、混交度、大小比數(shù)不合理及病蟲害嚴(yán)重的青楊,并補(bǔ)植白樺,讓白樺逐步替代青楊,營造杉樺混交林。

杉落混交林(PL)中青海云杉和落葉松混交可以改善林分的生態(tài)條件,使林下草本群落結(jié)構(gòu)得到一定的調(diào)整和改善,有利于地表植被的生長發(fā)育和恢復(fù),更有利于物種的生存[35]。對于此類林分,可以通過適當(dāng)擇伐調(diào)整林分密度,并在密度不合理處補(bǔ)植白樺,以提高生物多樣性,防火和有害生物防治能力,使林分趨于穩(wěn)定。

青海云杉純林(P)中,青海云杉雖為當(dāng)?shù)氐捻敿壢郝浞N,但人工林的人為干擾太大,樹種單一,生物多樣性欠缺,導(dǎo)致林分穩(wěn)定性變差,影響林下植被的生長發(fā)育。此類林分可以通過擇伐調(diào)整林分角尺度和密度,并補(bǔ)植白樺,為林分提供足夠的枯落物、改良土壤、增加生物多樣性等,使林分逐步發(fā)展為杉樺混交林。

3.4.2林分結(jié)構(gòu)調(diào)整實(shí)例

以青海云杉純林(P1)為例進(jìn)行近自然結(jié)構(gòu)調(diào)整,該青海云杉人工林初始造林密度過大,且林分橫平豎直,整體立地條件較差,若不進(jìn)行近自然撫育經(jīng)營而使其自然稀疏逐漸向近自然林發(fā)展還需要很長時(shí)間,因此依據(jù)上述近自然評價(jià)結(jié)果提出合理的林分結(jié)構(gòu)調(diào)整措施。

首先要確定目標(biāo)樹、干擾木和一般林木,其中目標(biāo)樹選取有鳥窩或其它動(dòng)物棲息場所的生態(tài)目標(biāo)樹；優(yōu)勢木；樹干通直、冠幅飽滿、根系健康沒有損傷、無病蟲害的林木。干擾木通常為生長較強(qiáng)勢或過于衰弱、有病蟲害等對目標(biāo)樹生長產(chǎn)生直接影響的林木。除去目標(biāo)樹、生態(tài)目標(biāo)樹和干擾樹的林木即為一般木,只有在林地密度過大,需要進(jìn)行大量的采伐來達(dá)到經(jīng)營目的的時(shí)候,才對其進(jìn)行擇伐。

其次要確定采伐和補(bǔ)植強(qiáng)度,以近自然評價(jià)結(jié)果較好的杉樺混交林(PB)為調(diào)控模板,根據(jù)林分調(diào)查分析所得杉樺混交林在適宜針闊混交比約為7∶3時(shí)的合理密度為2533—3155株/hm2,以此確定采伐強(qiáng)度應(yīng)在44.4%—55.6%之間,補(bǔ)植白樺強(qiáng)度為30%。由于單次采伐強(qiáng)度不應(yīng)超過30%,所以要分次進(jìn)行結(jié)構(gòu)調(diào)整,一般采伐周期為3—5年。

據(jù)此進(jìn)行首次結(jié)構(gòu)調(diào)整,結(jié)合樣地中林木個(gè)體的角尺度和胸徑大小比數(shù),需要伐除云杉純林中林木分布過于均勻(角尺度接近于0)和生長過于衰弱(胸徑大小比數(shù)接近于1)、有病蟲害的干擾木。共選取分布絕對均勻和處于絕對劣態(tài)的擇伐木21株,采伐強(qiáng)度為25%。采伐后補(bǔ)植白樺10株,首次結(jié)構(gòu)調(diào)整擇伐木位置分布圖和補(bǔ)植白樺后林木位置分布圖如圖4和5所示。

圖4 擇伐木位置分布圖Fig.4 Map of selective logging location

圖5 補(bǔ)植后林木位置分布圖Fig.5 Map of forest trees after replanting

經(jīng)過結(jié)構(gòu)調(diào)整后,該青海云杉純林的平均角尺度由0.3184上升為0.3347,雖然還沒有達(dá)到隨機(jī)分布,但相較于之前過于均勻的結(jié)構(gòu)有了顯著提升。平均胸徑大小比數(shù)也由0.5202下降為0.4723,絕對劣勢木明顯減少,總體由劣勢林分轉(zhuǎn)變?yōu)橹杏範(fàn)顟B(tài)。且林分由原來的零度混交變?yōu)榱酥卸然旖?。調(diào)整后該林分密度仍然過大,但由于采伐不能過于頻繁,林分需要經(jīng)過一定的生長周期后再進(jìn)行二次結(jié)構(gòu)調(diào)整。

4 結(jié)論

評價(jià)結(jié)果顯示：青海云杉-白樺混交林(ωPB=0.4786)>青楊-白樺混交林(ωBP=0.2664)>青海云杉-青楊混交林(ωPP=0.2283)>青海云杉-落葉松混交林(ωPL=0.1872)>青海云杉純林(ωP=0.0190)。依次屬于遠(yuǎn)近自然林、近人工林、近人工林、人工林和人工林。評價(jià)結(jié)果符合現(xiàn)地實(shí)際情況,構(gòu)建了適用于當(dāng)?shù)睾拖嗤⒌丨h(huán)境地區(qū)的人工林林分近自然評價(jià)體系,為大通縣人工林近自然經(jīng)營提供了可靠依據(jù)。在青海東部進(jìn)行人工林近自然經(jīng)營時(shí),首先對密度過大的林分進(jìn)行撫育間伐,用人為稀疏的方式使林分都具有良好的生長條件,讓干形良好的林木和目的樹種形成合理的密度,對于經(jīng)濟(jì)價(jià)值低及生長落后的林木,在自然稀疏之前就進(jìn)行間伐利用。其次要營造合理的混交林分,如杉樺混交林,青海云杉作為青海省的頂級群落種,具有較高的生態(tài)價(jià)值,而白樺作為青海云杉的混交先鋒樹種,可以改良土壤,通過營造青海云杉-白樺混交林,可以提高林地生產(chǎn)力、增加物種多樣性、使林分能夠更加健康穩(wěn)定的生長,且逐步向青海云杉頂級群落過渡,使其發(fā)揮良好的水源涵養(yǎng)功能。