間伐對不同齡組華北落葉松人工林直徑生長的影響

王倩，程順，李永寧

(1河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 林學(xué)院，河北 保定 071000；2河北省塞罕壩機械林場，河北 圍場 068466)

我國人工林面積居世界首位，但森林質(zhì)量不高，單位面積蓄積量遠低于世界平均水平。森林撫育間伐是優(yōu)化林分結(jié)構(gòu)、改善林分質(zhì)量、提高森林生產(chǎn)力的有效措施，撫育間伐的效果評價一直是森林經(jīng)營反饋調(diào)節(jié)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，可不斷地優(yōu)化間伐作業(yè)設(shè)計，進而實現(xiàn)森林的精準經(jīng)營。

撫育間伐可以改善林冠層的營養(yǎng)空間，促進林下植被更新，提高林分水源涵養(yǎng)能力，進而影響林分生長[1-9]。間伐后，林分直徑生長量顯著增加[10-11]，但不同齡組的林分直徑生長對間伐的響應(yīng)不同，有研究表明，與幼齡林、近熟林相比，中齡林間伐后林木生長較好[12-13]。也有研究認為，幼齡林間伐后生長較近熟林好[14]。間伐在促進林分生長的同時，也會改變林分直徑結(jié)構(gòu)[15-16]。有研究表明，間伐后林木個體生長空間增大，林木間競爭減小，直徑生長速度加快，林分內(nèi)大中徑階林木比例增加，直徑分布趨于左偏[17-19]，也有研究認為，間伐使直徑分布更趨于對稱分布，從而使林分更穩(wěn)定[20]。目前，關(guān)于間伐對林分直徑結(jié)構(gòu)影響的研究多側(cè)重于相近林齡林分的比較，還缺少對不同齡組林分直徑結(jié)構(gòu)影響研究。

塞罕壩是京津冀地區(qū)重要的生態(tài)支撐區(qū)，華北落葉松(Larixprincipis-rupprechtii)作為該區(qū)主要的造林樹種，對防風(fēng)固沙、水源涵養(yǎng)、水土保持等起著重要作用。為此，基于塞罕壩不同齡組的間伐和對照樣地，通過間伐后不同時期的華北落葉松直徑數(shù)據(jù)，分析間伐對直徑生長的影響，以期為本地區(qū)華北落葉松人工林的林分結(jié)構(gòu)調(diào)整和可持續(xù)經(jīng)營提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于河北省最北部的塞罕壩機械林場，屬冀北山地與蒙古高原交匯區(qū)，地理坐標為E 116°51′～117°39′，N 42°02′～42°36′。本地屬寒溫性大陸季風(fēng)氣候，春秋兩季較短，冬季漫長寒冷，年均氣溫-1.3 ℃，極端最低氣溫-43.3 ℃，極端最高氣溫33.4 ℃，年均降水量460 mm，年均無霜期64 d。研究區(qū)主要以丘陵和曼甸為主，坡度較緩，土壤類型有風(fēng)沙土、草甸土和棕壤土等。林場森林覆蓋率為82.6%，人工林面積為5.43萬hm2，天然林面積為2.05萬hm2，其中人工林面積占喬木林的72.6%，優(yōu)勢樹種以華北落葉松、樟子松、白樺為主。

2 研究方法

2.1 樣地設(shè)置與調(diào)查

2014年10月，在塞罕壩機械林場選擇立地條件較好、生長正常的幼齡林、中齡林、近熟林的華北落葉松人工純林，每個齡組設(shè)置間伐和對照樣地各3塊，共18塊，樣地面積為20 m×30 m，坡度為3°～14°，海拔為1 400～1 700 m。2014年11月按照“采劣留優(yōu)、采弱留壯、采密留稀”原則對間伐樣地進行采伐，以促進保留木健康生長。調(diào)查各樣地的立地因子，并進行每木檢尺；2016年10月、2018年10月進行復(fù)測，樣地基本信息如表1。

2.2 直徑生長變化

采用SPSS 22.0中單因素方差分析對不同齡組華北落葉松間伐和對照樣地間伐后前2年(2014-2016年)以及后2年(2016-2018年)的直徑生長量進行分析，比較不同齡組林分直徑生長量以及間伐后2期直徑生長量的差異。

2.3 直徑結(jié)構(gòu)擬合與分析

三參數(shù)Weibull分布函數(shù)因其具有較強的靈活性和適應(yīng)性，可以擬合不同偏度、峰度以及不同林分類型的直徑分布，對各種直徑分布擬合效果良好，本研究采用此方法進行各齡組林分的直徑分布擬合。采用ForStat 2.2中的統(tǒng)計分布假設(shè)檢驗功能，分布類型選擇Weibull分布，對各樣地的直徑分布進行擬合，并采用Kolmogorov-Smirnov(K-S)檢驗法對擬合結(jié)果進行檢驗[21]。三參數(shù)Weibull分布函數(shù)的表達式如下：

x>a,b>0,c>0

(1)

式中：a為位置參數(shù)(最小徑階下限值)，b為尺度參數(shù)(徑階分布范圍)，c為形狀參數(shù)，x為徑階中值。13.6時，直徑分布由對稱逐漸移向左偏。

采用不同時期的間伐和對照樣地直徑分布的參數(shù)和偏度、峰度變化，分析不同齡組林分間伐后前2年、后2年直徑分布隨時間變化規(guī)律。

3 結(jié)果與分析

3.1 間伐對不同齡組直徑生長的影響

間伐促進了保留木生長，且有加快的趨勢，間伐樣地的直徑生長量顯著大于對照樣地。不同齡組間伐和對照樣地的直徑生長量單因素方差分析結(jié)果見圖1。

圖1 不同齡組間伐與對照直徑生長量比較Figure 1 Comparison of diameter growth increment between thinning and control of different age groups注：括號內(nèi)不同字母表示同一年齡間伐與對照直徑生長量的差異顯著，括號外不同字母表示間伐、對照前后2年直徑生長量的差異顯著(P<0.05)。

由圖1可知，間伐后，間伐樣地前2年、后2年直徑生長量均明顯大于對照樣地(P<0.05)，且間伐樣地后2 年直徑生長量明顯大于前2年直徑生長量(P<0.05)，而對照樣地兩期直徑生長量差異不顯著(P>0.05)。進行撫育間伐后，林分密度降低，保留木獲得了充分的生長空間且快速生長；間伐后由于對林分的干擾影響以及林冠先期擴展生長，使得后2年的直徑生長量明顯大于前2年。

間伐對幼齡林、中齡林、近熟林的直徑生長量均有顯著促進作用，但是不同齡組間存在明顯差異。幼齡林、中齡林、近熟林的間伐樣地直徑生長量，前2年分別比對照樣地高0.17 cm、0.23 cm、0.15 cm，后2年直徑生長更快，分別比對照樣地高0.21 cm、0.32 cm、0.17 cm。間伐對不同齡組樣地直徑生長量的促進作用表現(xiàn)為：中齡林>幼齡林>近熟林，即中齡林間伐后恢復(fù)最快。

3.2 不同齡組林分直徑分布特征

不同齡組間伐和對照樣地直徑分布擬合檢驗結(jié)果見表2。

表2 不同齡組林分直徑分布擬合檢驗P值Table 2 Fitting test P value of stand diameter distribution of different age groups

由表2可知，間伐樣地中，無論是間伐前還是間伐后，幼齡林、中齡林、近熟林的林分直徑分布均符合三參數(shù)Weibull分布，對照樣地的直徑分布也均符合三參數(shù)Weibull分布。間伐樣地中P值在0.593～0.961之間，對照樣地P值在0.549～0.825之間，各林分的擬合精度較高。不同齡組間伐樣地的P值均大于對照樣地，且隨著時間增加，P值逐漸增大，說明間伐樣地擬合效果較好；3個齡組的林分中，中齡林的P值最大，近熟林的P值最小，擬合效果表現(xiàn)為：中齡林>幼齡林>近熟林。

由不同齡組不同時期的直徑分布擬合參數(shù)見表3。

表3 不同齡組林分直徑分布擬合參數(shù)變化Table 3 Changes of fitting parameters of stand diameter distribution of different age groups

由表3可知，間伐樣地直徑分布擬合的位置參數(shù)a值較對照樣地大，且均隨時間的增加而逐漸增大；間伐樣地的參數(shù)a值隨林齡增大而增大，中齡林增長速度最快，近熟林增長速度最慢；對照樣地的參數(shù)a值變化不大。對于尺度參數(shù)b值來說，間伐樣地的b值均大于對照樣地，且隨時間增大而增大，但與林齡的關(guān)系不大。形狀參數(shù)c值范圍為2.621～4.352，間伐樣地中，隨時間的增加，幼齡林的c值逐漸增大，中齡林、近熟林的c值逐漸減小，最終均趨近于3.6；對照樣地中，不同齡組林分的參數(shù)c值變化較小。

3.3 間伐對不同齡組直徑結(jié)構(gòu)的影響

不同齡組直徑分布曲線變化見圖2。

圖2 不同齡組直徑分布曲線變化Figure 2 Variation of stand diameter distribution curve of different age groups

由圖2可知，不同齡組樣地的Weibull分布曲線均表現(xiàn)為單峰山狀分布，間伐樣地的分布曲線隨時間增加逐漸向右移動，且峰度逐漸降低，但均比對照樣地高峰狹窄。2016-2018年間伐樣地分布曲線峰值位置的移動距離均大于2014-2016年，前2年幼齡林、中齡林、近熟林分別移動1.51 cm、1.83 cm、1.32 cm，后2年分別移動1.76 cm、2.14 cm、1.41 cm；并且峰度降低程度也是后2年大于前2年，后2年幼齡林、中齡林、近熟林分別降低了3.53、4.31、3.24。對照樣地的分布曲線峰值位置移動距離較間伐樣地小，且表現(xiàn)為前2年略大于后2年，前2年分別移動0.78 cm、0.89 cm、0.56 cm，后2年分別移動0.47 cm、0.51 cm、0.36 cm；峰度也逐漸減小，但變化不明顯。這說明間伐后林分生長速度加快，小徑階林木逐漸生長成為大徑階林木，直徑分布曲線由陡峭變得平坦，且向右快速移動。

從曲線對稱性來看，對于間伐樣地，幼齡林的曲線c值由2.853增加到3.723，直徑分布由右偏趨于對稱，而中齡林、近熟林的曲線c值則由4.0左右降低到3.6附近，由左偏趨于對稱的正態(tài)分布；對于對照樣地，不同齡組的直徑分布偏度變化不大，幼齡林的c值較小，均在2.7左右，呈右偏，而中齡林與近熟林的c值較大，均在4.0～4.3之間，呈左偏。

4 討論

間伐顯著促進了林分直徑的生長，這與已有的多數(shù)研究結(jié)果一致[7-8,18,22]。在一定時期內(nèi)，隨著間伐時間增加，林分生長速度逐漸加快，本研究中間伐樣地后2年林分直徑生長量高于前2年，這與董莉莉等、胡云云等研究結(jié)果相一致[2,9]。但間伐對不同齡組林分直徑生長的促進作用存在差異，有研究認為間伐對中齡林的撫育效果要高于幼齡林，也有研究認為中齡林的撫育效果明顯高于近熟林，本研究認為間伐對直徑生長的促進作用為中齡林>幼齡林>近熟林[12-13]。分析原因可能是中齡林處于直徑的快速生長期，間伐后保留木獲得了足夠的生長空間，生長更快且促進作用更明顯，而幼齡林處于徑向生長的初期，近熟林處于徑向生長的平緩期，直徑生長速度較慢，撫育效果低于中齡林。

本研究中不同齡組的華北落葉松人工純林直徑結(jié)構(gòu)均符合三參數(shù)Weibull分布，中齡林擬合效果最佳。林分密度是影響直徑結(jié)構(gòu)的重要因素[23]，合理的間伐可以促進林分結(jié)構(gòu)發(fā)生改變[11,24-25]，致使直徑分布向右移，峰度降低[26-27]，這與本研究結(jié)果一致。同時，本研究比較了間伐后不同齡組林分的直徑動態(tài)變化，幼齡林表現(xiàn)為由右偏趨于對稱，中齡林表現(xiàn)為由左偏趨于對稱，與已有對幼齡林、中齡林的研究結(jié)果一致[16,18]。分析原因，可能是幼齡林間伐前密度較大，林分生長較慢，導(dǎo)致小徑階林木株數(shù)較多，直徑分布呈右偏，實施間伐作業(yè)后，將被壓木和長勢較弱的林木伐除，保留木的光照和水分等營養(yǎng)條件充足，林木生長得到釋放，從而大徑階林木逐漸增多。本研究還發(fā)現(xiàn)，間伐后近熟林的直徑分布也由左偏趨于對稱，與中齡林直徑分布變化規(guī)律相似，表明在這兩種林分中，中大徑階林木占比較大，但還保留有少量的較細林木，需要通過短周期、低頻率的間伐不斷完善林分結(jié)構(gòu)。

5 結(jié)論

(1)間伐顯著促進了不同齡組華北落葉松林分的直徑生長；間伐后4年間，隨著時間增加，林分直徑生長速度呈增加趨勢，中齡林的直徑生長最好。

(2)無論是間伐樣地還是對照樣地，不同齡組林分直徑分布均符合三參數(shù)Weibull分布，中齡林的擬合效果最佳。

(3)隨間伐時間的增加，不同齡組林分直徑分布峰值位置均向右移動，且林分直徑分布最終均趨于對稱分布。