林分密度對蒙古櫟次生林生長及更新的影響

徐 晶，李濱萍，孫 偉，王 楊，朱悅明

(1.吉林省林業(yè)勘察設(shè)計(jì)研究院，吉林 長春 130022；2.吉林省林木種苗繁育推廣示范中心，吉林 長春 130200；3.吉林省林業(yè)科學(xué)研究院，吉林 長春 130033；4.吉林省林木種子調(diào)制儲(chǔ)備中心，吉林 長春 130061)

林分密度是影響林內(nèi)樹木生長的重要因子之一，且林分密度在林分經(jīng)營中的可控性最高，便于實(shí)施[1]。合理的林分密度是保證林內(nèi)群落結(jié)構(gòu)和環(huán)境資源分配的重要因素，林分密度過低會(huì)導(dǎo)致空間資源的浪費(fèi)，林分密度過大，會(huì)導(dǎo)致林分之間競爭加強(qiáng)，單株個(gè)體長勢變?nèi)?，整體林分狀況較差，從而影響不同樹木的生長與更新狀況[2，3]。近年來，關(guān)于林分密度與林木生長之間關(guān)系的研究已有很多，研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)林分密度對不同林木生長過程中的胸徑、樹高、蓄積生長量、枝下高、冠幅等有顯著影響[4]，但鑒于不同地區(qū)和不同樹種之間的差異，林分密度對樹木生長的影響各不相同[5]。因此，需要分地區(qū)分樹種進(jìn)行相關(guān)研究。

天然更新幼苗的種類、數(shù)量以及生長狀況在一定程度上決定了森林的組成結(jié)構(gòu)與演替方向[6]。控制林分密度可以改變林內(nèi)環(huán)境因子以及林下幼苗對于光照與養(yǎng)分的競爭情況，從而影響天然更新過程中幼苗的數(shù)量與生長發(fā)育[7]。

蒙古櫟(Quercusmongolica)，又名柞樹，隸屬于殼斗科(Fagaceae)櫟屬(Quercus)，為落葉闊葉喬木，主要分布于我國的東北和華北地區(qū)[8，9]。近年來，隨著天然林受到人為嚴(yán)重干擾，蒙古櫟天然次生林面積隨之?dāng)U大，在我國東北地區(qū)占據(jù)了一定的位置，因此，通過探究林分密度與蒙古櫟林木生長更新之間的關(guān)系，可以為東北長白山地區(qū)蒙古櫟次生林培育經(jīng)營方式提供科學(xué)參考[10]。本研究以長白山地區(qū)蒙古櫟天然次生林為研究對象，通過分析不同林分密度與林木生長狀況及林下幼苗更新情況的關(guān)系，為確定利于蒙古櫟生長更新的穩(wěn)定密度結(jié)構(gòu)提供參考。

1 研究區(qū)概況

在吉林省長白山北坡露水河林業(yè)局四湖林場選取蒙古櫟天然次生林作為試驗(yàn)樣地，該地區(qū)屬于溫帶大陸性季風(fēng)氣候，夏季多雨、潮濕，冬季寒冷干燥且漫長，無霜期110 d左右，冰凍期較長，年均氣溫4 ℃左右，年均降水量700～900 mm，≥10 ℃年積溫為1 800～2 800 ℃。土壤類型為暗棕壤，植被類型隸屬長白山植物區(qū)系，蒙古櫟天然次生林分布較廣。

2 研究方法

2.1 樣地設(shè)置

根據(jù)植被分布與立地條件等因素，在研究區(qū)域內(nèi)，選取低(500～699株·hm-2)、中(700～899株·hm-2)、高(900～1 100株·hm-2)3種林分密度的蒙古櫟天然次生林作為試驗(yàn)樣地，每種林分密度各選取3塊30 m×30 m樣地，共計(jì)9塊樣地(見表1)。記錄樣地的海拔、坡度、坡向和坡位等基礎(chǔ)信息。

表1 樣地基本情況

2.2 指標(biāo)測定

2.2.1 林木生長測定

對樣地內(nèi)所有胸徑≥1 cm的蒙古櫟進(jìn)行每木檢尺，分別測定胸徑、樹高、冠幅(按東西向、南北向測量)、中央直徑等指標(biāo)，并掛牌標(biāo)號。

2.2.2 幼苗更新測定

將每塊樣地分別劃分成9個(gè)10 m×10 m的小樣方，對每一塊樣方內(nèi)蒙古櫟天然更新幼苗數(shù)量進(jìn)行調(diào)查，并測量每株幼苗的地徑、株高和冠幅。將幼苗按照苗高劃分為4個(gè)等級：I級(0～20 cm)、II級(20～40 cm)、III級(40～60 cm)、IV級(>60 cm)，進(jìn)行相關(guān)統(tǒng)計(jì)分析。

2.3 生長指標(biāo)計(jì)算

2.3.1 樹木干形飽滿程度

采用樹木胸高形率表示樹木干形飽滿程度[11]，計(jì)算公式為：

q2=d1/2/d1.3

式中：q2為胸高形率/%；d1/2為樹木中央直徑/cm；d1.3為胸徑/cm。

2.3.2 冠幅

用東西和南北2個(gè)方向冠幅的平均值來表示冠幅大小[12]，計(jì)算公式為：

W=(W東西+W南北)/2

式中：W為林木的平均冠幅/m；W東西為林木東西方向的冠幅/m；W南北為林木南北方向的冠幅/m。

2.3.3 樹冠對稱指數(shù)

用樹冠對稱指數(shù)(東西向、南北向冠幅中較小值與較大值的比值)來衡量林冠發(fā)育是否對稱均勻。該指數(shù)趨近于“1”時(shí)，代表樹冠形狀均勻且對稱；當(dāng)指數(shù)趨近于“0”時(shí)，代表樹冠存在偏冠現(xiàn)象[13]。

2.4 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)采用Excel 2007和SPSS 19.0進(jìn)行處理和分析。

3 結(jié)果與分析

3.1 林分密度對林木胸徑和樹高的影響

從表2中可以看出，不同林分密度下蒙古櫟平均胸徑大小關(guān)系為中密度林分(M)>低密度林分(L)>高密度林分(H)，且中密度林分和低密度林分下胸徑顯著大于高密度林分(P< 0.05)，中密度林分胸徑雖大于低密度林分，但二者之間差異性不顯著。從胸徑的最大值來看，中密度林分下存在的最大胸徑值大于其他密度林分，胸徑最小值之間差異不大。不同林分密度下的平均樹高大小關(guān)系為中密度林分(M)>高密度林分(H)>低密度林分(L)，3種林分密度下的平均樹高之間無顯著差異。從樹高的最大值來看，中密度林分下存在的最大樹高值大于其他密度林分，樹高最小值之間差異同樣不大?？梢钥闯?，中密度林分下的胸徑和樹高均大于其他密度林分，生長較好。

表2 不同林分密度下蒙古櫟胸徑與樹高

3.2 林分密度對林木樹干和樹冠的影響

從表3中可以看出，低、中、高3種林分密度下蒙古櫟胸高形率分別為63.58 %、70.76 %和66.92 %，且中密度林分胸高形率顯著高于其他密度林分(P< 0.05)，低密度林分和高密度林分之間無顯著性差異。3種林分密度下平均冠幅大小關(guān)系為低密度林分(L)>中密度林分(M)>高密度林分(H)，即隨著林分密度的增加，平均冠幅逐漸減小，但三者之間差異性不顯著。3種林分密度下樹冠對稱指數(shù)大小關(guān)系同樣為低密度林分(L)>中密度林分(M)>高密度林分(H)，隨著林分密度的增加，樹冠對稱指數(shù)逐漸減小，低密度林分和中密度林分之間差異性不顯著，但顯著高于高密度林分。說明低密度林分由于林內(nèi)空間較為充足，林冠能夠得到較大的生長空間，同時(shí)生長較為均勻，發(fā)生偏冠的情況較小。

表3 不同林分密度下蒙古櫟胸高形率和樹冠對稱指數(shù)

3.3 林分密度對冠下更新幼苗數(shù)量的影響

從表4中可以看出，不同苗高等級下，中密度林分的更新幼苗數(shù)量明顯高于其他林分密度，說明天然更新幼苗在中密度林分下最好。其次是低密度林分，高密度林分下幼苗更新效果最弱。不同林分密度下，各等級幼苗的數(shù)量大小關(guān)系均表現(xiàn)出II級 > I級 > III級 > IV級，即隨著苗高的增加，更新幼苗的數(shù)量呈現(xiàn)出先增加后降低的趨勢，II級更新幼苗數(shù)量最多，遠(yuǎn)高于其他等級數(shù)量。由此可見，林分密度過高和過低均會(huì)影響幼苗的天然更新。

表4 不同林分密度下蒙古櫟林下更新幼苗數(shù)量

3.4 林分密度對冠下更新幼苗生長的影響

從表5中可以看出，各林分密度下蒙古櫟更新幼苗的苗高、地徑和冠幅均在中密度林分下最大。更新幼苗的苗高和地徑在中密度林分和高密度林分下顯著高于低密度林分(P< 0.05)，冠幅在各密度林分下無顯著性差異。說明中密度林分最有利于林下幼苗的更新與發(fā)育。

表5 不同林分密度下蒙古櫟林下更新幼苗生長狀況

4 結(jié)論與討論

林分密度對林分生長發(fā)育有著重要的作用，適宜的林分密度可以為林木生長提供充足的生長空間和養(yǎng)分空間，是林分可持續(xù)生長的重要前提[11]。本研究結(jié)果表明，隨著林分密度的增加，蒙古櫟平均胸徑呈現(xiàn)出先增加后降低的趨勢，在中密度林分下平均胸徑最高。這與相關(guān)研究中平均胸徑會(huì)隨著林分密度的升高不斷降低和不同林分密度下樹木的胸徑未出現(xiàn)顯著差異的結(jié)果不一致[5，14]，出現(xiàn)原因主要是研究地區(qū)、樹種以及林分密度劃分的差異導(dǎo)致的，因此，具體林分需要進(jìn)行具體研究分析。本研究在中密度林分下樹高最大，但林分密度對樹高的生長無顯著影響，該結(jié)果與多數(shù)研究結(jié)果一致[15，16]。

本研究中密度林分胸高形率顯著高于其他林分密度(P<0.05)，且隨著林分密度的增加，平均冠幅逐漸減小。該結(jié)果與劉月等研究結(jié)果一致[12]。3種林分密度下樹冠對稱指數(shù)隨著林分密度的增加逐漸減小，說明低密度林分由于林內(nèi)空間較為充足，林冠能夠得到較大的生長空間，同時(shí)生長較為均勻，發(fā)生偏冠的情況較小。張曉紅等對蒙古櫟垂直結(jié)構(gòu)特征的研究中得到結(jié)果與本研究相似[17]。

幼苗的天然更新是林分自然繁衍和群落演替的主要手段[18]。本研究發(fā)現(xiàn)，蒙古櫟天然更新幼苗在中密度林分下更新數(shù)量最多。不同林分密度下，隨著苗高的增加，更新幼苗的數(shù)量呈現(xiàn)出先增加后降低的趨勢，II級更新幼苗數(shù)量最多，遠(yuǎn)高于其他等級數(shù)量。由此可見，林分密度過高和過低均會(huì)影響蒙古櫟幼苗的天然更新。這與康永祥等關(guān)于遼東櫟的研究和劉兵兵等關(guān)于蒙古櫟的研究結(jié)果相同[19，20]。本研究中，各林分密度下更新幼苗的苗高、地徑和冠幅均在中密度林分下最大。

綜上所述，中密度林分既為蒙古櫟林木提供了充足的林上生長空間，又為更新幼苗的生長提供了一定的林下空間，對于蒙古櫟次生林的持續(xù)發(fā)展最為有利。因此，在蒙古櫟林分經(jīng)營過程中，對于密度過大林分，可以適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行人工疏伐，從而為蒙古櫟健康可持續(xù)生長提供有利條件。