撫育間伐對人工云杉林林分生長和林下環(huán)境的影響

秦新永，緱嬋娟

（甘肅省白龍江林業(yè)生態(tài)監(jiān)測和調(diào)查規(guī)劃院，甘肅蘭州 730000，甘肅白龍江阿夏省級自然保護區(qū)管護中心，甘肅舟曲 746300）

白龍江林區(qū)主要以青海云杉（picea crassifolia kom）、粗枝云杉（Picea asperata）、青杄（Picea wilsonii）等主要樹種構(gòu)成的人工林群落，目前已成為甘肅南部森林生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，在區(qū)域水源涵養(yǎng)、水土保持、生物多樣性保育方面發(fā)揮著不可替代的作用[1，2]。林區(qū)有人工云杉林5.41 萬hm2，大多已郁閉成林，但由于樹種單一、初植密度過大、正常撫育未及時開展，出現(xiàn)生產(chǎn)力下降、林下物種單一、地力衰退、病蟲害猖獗、火災(zāi)隱患較多、生態(tài)系統(tǒng)功能減弱等問題[2，3]。

撫育間伐是管理和經(jīng)營森林的重要措施，經(jīng)研究表明，近自然林經(jīng)營方式既能維持生物多樣性，提升森林生態(tài)系統(tǒng)功能，又能產(chǎn)生經(jīng)濟效益[4-7]。因此，如何優(yōu)化人工云杉林結(jié)構(gòu)，提高其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能，從而最大限度發(fā)揮生態(tài)效益，是白龍江林區(qū)森林管理的重要任務(wù)。通過對比研究間伐強度對白龍江林區(qū)人工云杉林林分生長和林下微環(huán)境變化的影響，從而為白龍江林區(qū)森林管理提供理論依據(jù)。

1 研究區(qū)概述

研究區(qū)位于甘肅白龍江森林生態(tài)系統(tǒng)定位觀測研究站的沙灘林場，屬岷山山系、高山地貌，地勢南高東低，海拔1790～4536m。為北溫帶高寒濕潤氣候，年均氣溫4.3 ℃，最熱月7 月，平均氣溫20.8 ℃；最冷月1月，平均氣溫-13.3 ℃；年均無霜期96.7d，年均降水量951mm，多集中在7、8 月；蒸發(fā)量918.8mm，年平均氣溫4.3～5.7 ℃，空氣相對濕度82%，年均日照時數(shù)1394.8h，日照率32%。土壤類型屬于棕壤土、灰褐土[3]，植被類型主要以粗枝云衫、青海云杉、冷杉等亞高山針葉林為主，主要喬木樹種有粗枝云杉、冷杉、樺木等；灌木有金露梅、懸鉤子、忍冬等；草本植物主要有東方草莓、香薷、苔草、甘肅棘豆等。

粗枝云杉林成林過程，1976 年春季，采用人工植苗、單株單穴的方式，栽植4a 生云杉幼苗，初植密度440 株/667m2，株行距1m×1.5m。1989 年，成為密閉人工云杉林，分別于1989、1992 年撫育間伐，間伐后進行封山育林。

2 材料與方法

2.1 調(diào)查方法

2013 年，在陽坡地段的粗枝云杉林，隨機選取3 塊規(guī)格10cm×10cm，不同密度且有代表性的樣地，依次標記為重度、中度、輕度間伐（HT、MT、LT），對應(yīng)密度分別為＜425 株/hm2、625～800 株/hm2、1125～1300 株/hm2。同時，設(shè)置對照組（CK），密度為2000～2600 株/hm2。上述每個樣地分別設(shè)置3 個重復(fù)，觀測每個樣方內(nèi)喬木的個體數(shù)、樹高、灌幅、胸徑。調(diào)查中，幼樹定義為DBH＜10cm、樹高＞1.3m；幼苗定義為H≤1.3m，共計樣方12 個。為了比較不同群落幼苗大小特征，將幼苗分為以下5 個等級（見表1），并在喬木樣方的中心，測定林下光照和枯枝落葉厚度。

表1 幼苗大小結(jié)構(gòu)標準

2.2 公式計算與數(shù)據(jù)處理

研究采用的林分生長指標主要有：平均胸徑、樹高、灌幅、林分株數(shù)、蓄積。數(shù)據(jù)采用Excel 和統(tǒng)計軟件SPSS15.0 進行處理。

3 結(jié)果與分析

3.1 撫育間伐對人工云杉林分生長的影響

撫育間伐能促進保留木林分生長，增加胸徑、冠幅、樹木蓄積。沙灘林場人工云杉林撫育間伐試驗地于1981 年建立，初建時林齡16a，密度379 株/667m2，平均胸徑7.50cm。于1985 年、1996 年分別進行2 次撫育，（1）對照區(qū)平均胸徑11.95cm，輕度、中度、重度間伐區(qū)平均胸徑25.50cm、28.70cm、34.50cm，與對照相比，林木胸徑分別增加46.89%、58.36%、65.36%。（2）對照區(qū)冠幅9.82cm，輕度、中度、重度間伐區(qū)分別為11.80cm、14.51cm、18.1cm，與對照相比，林木冠幅分別增加16.78%、32.32%、45.81%。（3）對照區(qū)樹高24.12m，輕度、中度、重度間伐區(qū)的樹高分別為24.21m、24.35m、25.32m，與對照相比，林木樹高分別增加0.3%、0.8%、5%。（4）對照區(qū)的林木蓄積量3976m3/hm2，輕度、中度、重度間伐區(qū)林木蓄積分別為2765m3/hm2、2128m3/hm2、2012 m3/hm2，與對照相比，林木蓄積分別減小49%、46%、30%。

由圖1 可知，撫育間伐明顯增加了林木胸徑、冠幅，與對照組相比，重度間伐的胸徑和冠幅增加最為明顯；撫育間伐對樹高影響不明顯，重度間伐僅增加了5%；撫育間伐減小了林木蓄積量，且重度間伐林木蓄積量減小最為顯著。

圖1 不同間伐強度對林分生長的影響

3.2 撫育間伐對林下幼苗、幼樹的影響

撫育間伐能豐富幼苗、幼樹生長及林下植物的多樣性，增加林下幼苗和幼樹的平均密度、高度。由圖2 可知，隨著間伐強度的增加，輕度、中度、重度間伐區(qū)的幼苗、幼樹平均密度分別為1560 株/hm2、2558 株/hm2、5870 株/hm2，與對照相比，幼苗、幼樹平均密度分別增加58%、123%、280%。輕度、中度、重度間伐區(qū)幼苗高度分別為30cm、42cm、48cm，與對照相比，幼苗、幼樹平均高度分別增加22%、34%、59%。由此可知，間伐可增加幼苗、幼樹數(shù)量和高度，加快幼苗、幼樹生長速度，促進人工云杉林的更新。

圖2 不同間伐強度對幼苗、幼樹生長的影響

3.3 撫育間伐對光照和林下枯枝落葉厚度的影響

撫育間伐對林下微氣候環(huán)境也會產(chǎn)生重要影響。由圖3 可知，隨著間伐強度的增加，林下光照顯著增加，分別為6250Lux、8769Lux、28650Lux，與對照相比，分別增加245%、357%、956%，其中，重度間伐效果最為明顯。隨著間伐強度的增加，林下枯枝落葉層厚度減小，分別為3.7cm、2.7cm、2.3cm，與對照相比，分別減小16%、28%、53%，其中，重度間伐效果最為顯著。由此可見，間伐有利于林下植被的生長和森林更新，不同強度的間伐影響也不同，重度間伐對林下光照和枯枝落葉厚度的影響最大。

圖3 不同間伐強度對林下環(huán)境變化的影響

4 結(jié)論與討論

撫育間伐是影響人工林健康生長的重要影響影子，研究間伐強度對人工云杉林林分生長及林下環(huán)境的影響，對于人工林生態(tài)系統(tǒng)健康可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。撫育間伐的作用，首先，能顯著加快人工云杉林保留木快速生長，隨著間伐強度的增加，間伐樣地的保留木生長也顯著增加，間伐樣地生長速度顯著大于對照樣地。其次，能顯著增加林冠開闊度，較好地改善林分結(jié)構(gòu)和林下微環(huán)境[8-10]。由于林冠開闊，植物光合作用加強，植物生長加快，因而保留木的胸徑、樹高、冠幅均得到增加。最后，光照的增加、林冠的開闊，更容易形成動物棲息地，提升動物對物種種子的傳播幾率，可促進種子的萌發(fā)及森林更新[11-12]。

如果林地光照水平較弱、土壤溫度較低、種間競爭較強，會嚴重限制土壤種子庫的發(fā)展及種子的萌發(fā)和生長[12]。通過本研究可知，重度間伐的林木平均胸徑、冠幅、樹高均明顯大于對照樣地。其中，以重度間伐影響最為明顯，可顯著減少林木郁閉度，改善林內(nèi)光照及林下微氣候條件，幼苗密度顯著高于中度、輕度間伐樣地、對照樣地。

由表2 可知，林內(nèi)光照條件是決定幼苗生長的主要因素，枯枝落葉層厚度也對幼苗密度具有抑制作用。有研究表明，亞高山針葉林林下枯枝落葉層厚度對其土壤種子庫的生長及萌發(fā)具有嚴重的物理阻礙作用[12-13]。由于松針分解十分緩慢，一方面減緩了養(yǎng)分循環(huán)，另一方面較厚的枯枝落葉層會嚴重阻礙幼苗萌發(fā)[12，14]。因此，針對白龍江林區(qū)人工云杉林經(jīng)營管理，應(yīng)在不傷害植被生長的同時，去除部分枯枝落葉層。隨著間伐強度的增加，重度間伐樣地幼苗密度和幼樹高度均顯著高于對照樣地，從間伐強度來說，重度間伐較為適宜。白龍江林區(qū)大部分人工林存在密度過高的情況，有必要對其云杉林進行多次間伐。

表2 不同間伐強度下幼苗密度與林下環(huán)境條件的關(guān)系

5 結(jié)語

綜上所述，撫育間伐可明顯增加林木胸徑、冠幅、樹高、林下光照及生物多樣性，減小枯枝落葉層厚度和林分蓄積量，提高森林生產(chǎn)力和生態(tài)系統(tǒng)功能，同時，促進森林更新，降低森林病蟲害和森林火災(zāi)發(fā)生幾率。隨著近年來人工林經(jīng)營理念由用材林轉(zhuǎn)為生態(tài)公益林，為了更好地實現(xiàn)白龍江林區(qū)人工云杉林的成功轉(zhuǎn)型，必須對其進行撫育間伐，間伐強度應(yīng)根據(jù)初植密度而定。

在本研究中，初植密度6500 株/hm2的云杉中齡林，選擇400～425 株/hm2的間伐強度，17a 后林下喬木生長狀況最佳，幼苗生長較好。由此表明，適宜強度的間伐對人工云杉林林分生長及林下微環(huán)境的改善是非常有必要的，其既是實現(xiàn)白龍江林區(qū)人工云杉林最大生態(tài)效益的重要途徑之一，又是保持林區(qū)可持續(xù)經(jīng)營的重要措施。