基于撫育間伐的福建柏人工林生長(zhǎng)效果評(píng)價(jià)

汪國(guó)彬,沈秋水,龔偉勇,李淵順,尤金攀,榮俊冬

(1.福建省安溪豐田國(guó)有林場(chǎng)，福建 安溪 362411；2.福建農(nóng)林大學(xué)，福建 福州 350012)

1 引言

森林撫育間伐是促進(jìn)林木生長(zhǎng)、提升林木和林分質(zhì)量、實(shí)現(xiàn)森林多種效益最大化的有效措施，但長(zhǎng)久以來(lái)我國(guó)廣泛存在“重造輕撫”問(wèn)題[1]。無(wú)論是從生態(tài)效益還是經(jīng)濟(jì)效益方面考慮，大面積營(yíng)造純林都是不符合可持續(xù)林業(yè)發(fā)展理念，營(yíng)造混交林并進(jìn)行撫育間伐，可以有效改善林內(nèi)光照，減少病蟲(chóng)害發(fā)生，促進(jìn)林木生長(zhǎng)及林下植被發(fā)育，有利于培育中大徑材，同時(shí)改善了林分結(jié)構(gòu)，增添生物多樣性，提升森林生態(tài)效益[2～4]。在撫育間伐對(duì)林木生長(zhǎng)的影響方面，已有一些相關(guān)研究表明，撫育間伐促進(jìn)了保留木直徑、斷面積和蓄積等的增長(zhǎng)[5-7]。福建柏(Fokieniahodginsii)屬柏科(Cupressaceae)福建柏屬，是我國(guó)二級(jí)重點(diǎn)保護(hù)的單型屬常綠瀕危樹(shù)種，具有樹(shù)形優(yōu)美、生長(zhǎng)快、適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)，為優(yōu)良的園林綠化和造林樹(shù)種，主要分布在越南及中國(guó)西南部、南部至東部的海拔 350～700 m 的林地，在我國(guó)以福建省中部最多[8，9]。早前，我國(guó)已經(jīng)在福建柏栽培技術(shù)方面進(jìn)行了一定的研究及探索，也有少量的一些與福建柏人工林撫育間伐相關(guān)的研究[10，11]。肖永元[10]，凌云天[11]等對(duì)福建柏人工林進(jìn)行撫育間伐效應(yīng)試驗(yàn)研究，結(jié)果得出，適當(dāng)?shù)膿嵊g伐可有效改善林內(nèi)環(huán)境，促進(jìn)福建柏生長(zhǎng)，顯著提高林分生產(chǎn)力。然而，就目前福建省安溪豐田國(guó)有林場(chǎng)的福建柏?fù)嵊g伐人工林生長(zhǎng)現(xiàn)狀研究甚少。因此，本文以經(jīng)過(guò)不同強(qiáng)度撫育間伐的福建柏人工林為研究對(duì)象，通過(guò)測(cè)定福建柏胸徑、樹(shù)高、枝下高、冠幅以及單株材積等指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)撫育間伐措施對(duì)人工林的福建柏生長(zhǎng)狀況的影響，為林場(chǎng)進(jìn)一步做好福建柏人工林經(jīng)營(yíng)管理提供科學(xué)的依據(jù)。

2 材料與方法

2.1 研究區(qū)概況

試驗(yàn)地位于福建省安溪豐田國(guó)有林場(chǎng)(25°16′～20′ N，118°1′～57′ E)，地處福建省東南沿海，廈、漳、泉閩南金三角西北部，屬典型的亞熱帶季風(fēng)氣候。氣候條件溫和，雨量充沛，全年平均氣溫19.5 ℃，最高37 ℃，最低0 ℃；年平均降水量1800 mm，夏季降水較多，無(wú)霜期330 d。土壤為黃紅壤，花崗巖成土母質(zhì)，土層較厚，可達(dá)60 cm。林下主要植被有芒萁(Dicranopterisdichotoma)、淡竹葉(Lophatherumgracile)、沿階草(Ophiopogonbodinieri)、杜莖山(Maesajaponica)、五節(jié)芒(Miscanthusfloridulus)、烏毛蕨(Blechnumorientale)、菝葜(Smilaxchina)等。

2.2 樣地設(shè)置

2019年12月份在福建省安溪豐田國(guó)有林場(chǎng)選取地形因子和初始種植密度基本一致的已經(jīng)過(guò)撫育間伐的7種福建柏人工林，分別記為：試驗(yàn)林1，試驗(yàn)林2，試驗(yàn)林3，試驗(yàn)林4，試驗(yàn)林5，試驗(yàn)林6，試驗(yàn)林7，具體林分情況見(jiàn)表1。每種試驗(yàn)林地內(nèi)分別選取15 m×15 m喬木標(biāo)準(zhǔn)地3個(gè)，共計(jì)21個(gè)標(biāo)準(zhǔn)地。記錄海拔、坡度、坡向、坡位等立地環(huán)境因子，樣地基本情況見(jiàn)表1。

表1 樣地基本情況

2.3 指標(biāo)測(cè)定及方法

2019年12月份對(duì)選取的7種福建柏林分的標(biāo)準(zhǔn)地進(jìn)行每木檢尺，測(cè)量樣地內(nèi)福建柏的樹(shù)高、胸徑、冠幅、枝下高，起測(cè)福建柏胸徑≥5 cm，胸徑采用圍徑鋼卷尺測(cè)量樹(shù)體距地面1.3 m處的直徑，樹(shù)高采用測(cè)高器先測(cè)定幾棵標(biāo)準(zhǔn)樹(shù)高作為參照，再根據(jù)參照目測(cè)其他周圍福建柏樹(shù)高，冠幅采用鋼卷尺測(cè)定東西、南北冠幅，在求其東西、南北冠幅平均值，枝下高同樣采用塔尺測(cè)量活枝垂直高度。徑階分布以2 cm為一個(gè)徑階，采用上限排外法進(jìn)行福建柏株數(shù)在各徑階的分布情況統(tǒng)計(jì)。

福建柏平均胸徑計(jì)算公式為：

(1)

式(1)中：N為樣地內(nèi)福建柏總株數(shù)；di為第i株林木的胸徑；福建柏二元材積計(jì)算公式[12]：

V=0.00005685D1.629996H1.261954

(2)

一元材積計(jì)算公式為：

V=0.00009133D2.6423

(3)

2.4 數(shù)據(jù)處理與分析

利用Microsoft Excel 2010和SPSS 17.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，采用單因素方差分析進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)(P<0.05),同時(shí)采用LSD-最小顯著差法進(jìn)行多重比較，綜合評(píng)價(jià)利用統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件進(jìn)行主成分分析。

3 結(jié)果與分析

3.1 基于撫育間伐的不同福建柏林分生長(zhǎng)差異性分析

基于撫育間伐的7種不同福建柏林分中福建柏胸徑、樹(shù)高、冠幅、枝下高和單株材積差異均極顯著(表2)。試驗(yàn)林5的福建柏胸徑在所有林分中最大，為17.20 cm，與其他林分間差異均顯著；試驗(yàn)林1的福建柏胸徑在所有林分中最小，為9.51 cm，總體上與其他林分間差異達(dá)到顯著水平；7種林分的福建柏胸徑大小依次為：試驗(yàn)林5>試驗(yàn)林3>試驗(yàn)林4>試驗(yàn)林6>試驗(yàn)林7>試驗(yàn)林2>試驗(yàn)林1。試驗(yàn)林5的福建柏樹(shù)高在所有林分中相對(duì)較大，為12.14 m，兩種林分與其他林分間差異顯著；試驗(yàn)林7的福建柏樹(shù)高則最小，為8.39 m，總體上與其他林分間差異顯著；7種林分的福建柏樹(shù)高依次為：試驗(yàn)林5>試驗(yàn)林4>試驗(yàn)林3>試驗(yàn)林2>試驗(yàn)林1>試驗(yàn)林6>試驗(yàn)林7。試驗(yàn)林1的福建柏枝下高在所有林分中最高，為6.05 m，與其他林分間差異均顯著，而其他林分間差異均不顯著，說(shuō)明除了試驗(yàn)林外，其他林分福建柏枝下高無(wú)明顯差異，均在1.79～2.51 m范圍內(nèi)。

試驗(yàn)林5的福建柏冠幅在所有林分中最大，為2.86 m，且與試驗(yàn)林4、試驗(yàn)林5和試驗(yàn)林3之間差異不顯著，與試驗(yàn)林7、試驗(yàn)林2和試驗(yàn)林1之間存在顯著差異；試驗(yàn)林2的福建柏冠幅在所有林分中最小，為2.10 m，且與其他林分間差異顯著；7種林分的福建柏冠幅大小依次為：試驗(yàn)林6>試驗(yàn)林5>試驗(yàn)林3>試驗(yàn)林4>試驗(yàn)林7>試驗(yàn)林1>試驗(yàn)林2，所有林分冠幅均在2.10～2.86 m。試驗(yàn)林5的單株材積在所有林分中最大，為0.1381 m3，與其他林分間差異達(dá)到顯著水平；試驗(yàn)林1的單株材積在所有林分中最小，為0.0429 m3，與試驗(yàn)林7和試驗(yàn)林2之間無(wú)顯著差異，與試驗(yàn)林4、試驗(yàn)林5、試驗(yàn)林3和試驗(yàn)林6間差異顯著；7種林分的福建柏單株材積大小依次為：試驗(yàn)林5>試驗(yàn)林3>試驗(yàn)林4>試驗(yàn)林6>試驗(yàn)林7>試驗(yàn)林2>試驗(yàn)林1。

表2 基于撫育間伐的不同福建柏林分生長(zhǎng)差異性

3.2 不同福建柏林分撫育間伐后生長(zhǎng)量分析

由表3分析可知，試驗(yàn)林1～7經(jīng)過(guò)撫育間伐后，福建柏胸徑、樹(shù)高、單株材積生長(zhǎng)量都很大程度提高了，胸徑分別生長(zhǎng)了3.41 cm，3.71 cm，5.27 cm，2.24 cm，7.40 cm，3.01 cm，2.66 cm，樹(shù)高分別生長(zhǎng)了3.44 cm，3.52 cm，4.34 cm，3.14 cm，6.44 cm，3.89 cm，3.69 cm，材積分別生長(zhǎng)了0.0354 m3，0.0357 m3，0.0729 m3，0.0469 m3，0.1170 m3，0.0459 m3，0.0389 m3。其中，試驗(yàn)林1～7的福建柏材積增長(zhǎng)率分別為70.86%、70.14%、73.56%、51.71%、84.72%、64.11%、61.65%。因此，間伐強(qiáng)度35%處理后的福建柏胸徑、樹(shù)高、單株材積生長(zhǎng)最快，其它強(qiáng)度撫育間伐也促進(jìn)了福建柏林分的生長(zhǎng)。

表3 不同福建柏林分撫育間伐前后生長(zhǎng)量

3.3 基于撫育間伐的福建柏一元和二元材積方程計(jì)算的材積比較

通過(guò)查閱大量文獻(xiàn)可知，當(dāng)前用于計(jì)算福建柏材積的常用公式有二元材積計(jì)算公式[10]：V=0.00005685D1.629996H1.261954；一元材積計(jì)算公式為：V=0.00009133D2.6423。將福建柏胸徑值和對(duì)應(yīng)的樹(shù)高值代入兩個(gè)方程中，可得基于撫育間伐的福建柏林分單株材積，見(jiàn)表4。分析可知，只用胸徑值計(jì)算的單株材積均大于胸徑、樹(shù)高值計(jì)算的單株材積，試驗(yàn)林1～7的二元材積方程計(jì)算結(jié)果比一元材積計(jì)算結(jié)果分別低0.0099 m3、0.0137 m3、0.0261 m3、0.0099 m3、0.0320 m3、0.0090 m3、0.0176 m3。

表4 福建柏一元和二元材積方程計(jì)算的材積比較

3.4 基于撫育間伐的不同福建柏林分生長(zhǎng)特性綜合評(píng)價(jià)

通過(guò)對(duì)5個(gè)福建柏生長(zhǎng)指標(biāo)進(jìn)行主成分分析，由表5可提取1個(gè)綜合指標(biāo)，代表5個(gè)單項(xiàng)指標(biāo)的絕大部分信息，把這個(gè)綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)定義為第1主成分，其特征值為3.904，其方差貢獻(xiàn)率為78.072%，累積方差貢獻(xiàn)率78.072%。由表5～表7分析可知，綜合指標(biāo)值F1=0.246ZX1+0.255ZX2+0.130ZX3+0.228ZX4+0.246ZX5，其中，ZX1、ZX2、ZX3、ZX4、ZX5分別為胸徑、樹(shù)高、枝下高、冠幅、單株材積的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化后的變量。以主成分對(duì)應(yīng)特征值的方差貢獻(xiàn)率作為權(quán)重建立綜合評(píng)價(jià)模型，其表達(dá)式為F=0.7807F1，由此表達(dá)式可計(jì)算基于撫育間伐的7種福建柏林分生長(zhǎng)狀況的綜合得分值，并得出排名。根據(jù)綜合得分，7種林分福建柏生長(zhǎng)性狀由優(yōu)到劣為：試驗(yàn)林5、試驗(yàn)林4、試驗(yàn)林3、試驗(yàn)林6、試驗(yàn)林7、試驗(yàn)林2、試驗(yàn)林1。

表5 主成分特征值、方差貢獻(xiàn)率及累積貢獻(xiàn)率

表5 主成分系數(shù)

表6 基于撫育間伐的福建柏生長(zhǎng)特性主成分因子得分值及排名

4 結(jié)論與討論

本研究中，基于撫育間伐的7種福建柏林分中福建柏胸徑、樹(shù)高、冠幅、枝下高和單株材積差異性達(dá)到極顯著水平。試驗(yàn)林5的福建柏胸徑、樹(shù)高、單株材積均在不同強(qiáng)度間伐的福建柏林分中最大。適宜的撫育間伐強(qiáng)度可最大程度提高林分生長(zhǎng)效率，提高林分整體質(zhì)量，促進(jìn)樹(shù)體及林分可持續(xù)健康發(fā)育[13～18]。而試驗(yàn)林1和試驗(yàn)林2的福建柏胸徑、樹(shù)高、冠幅、單株材積均在不同強(qiáng)度間伐的福建柏林分中較小，這可能是由于這兩種林分的密度較大，導(dǎo)致福建柏生長(zhǎng)狀況比其他林分更差一些。所有林分中福建柏冠幅均在2.10～2.86 m，這可能是由于在采取撫育間伐措施處理下，福建柏生長(zhǎng)更偏向于高徑生長(zhǎng)，以維持正常形態(tài)和生長(zhǎng)穩(wěn)定性[19]。試驗(yàn)林1～7經(jīng)過(guò)撫育間伐后，福建柏胸徑、樹(shù)高、單株材積生長(zhǎng)量都很大程度得到了提高，其中，間伐強(qiáng)度35%處理后的福建柏胸徑、樹(shù)高、單株材積生長(zhǎng)最快，其它強(qiáng)度撫育間伐也最大程度促進(jìn)了福建柏林分的生長(zhǎng)。

采用二元材積計(jì)算公式：V=0.00005685D1.629996H1.261954，一元材積計(jì)算公式為：V=0.00009133D2.6423，計(jì)算的單株材積比較結(jié)果顯示，只用胸徑值計(jì)算的試驗(yàn)林1～7單株材積均大于胸徑、樹(shù)高值計(jì)算的單株材積。由于撫育間伐措施能夠明顯改善林分結(jié)構(gòu)，改善林內(nèi)光照、溫度、適度等條件，進(jìn)而促進(jìn)林分生長(zhǎng)，尤其是單株林木生長(zhǎng)效果比較顯著[20～23]，因此采用一元材積方程和二元材積方程計(jì)算的立木材積差異性，可能受撫育間伐因素的影響，并且是不可忽視的影響因素。

樹(shù)體形態(tài)指標(biāo)是評(píng)判林木生長(zhǎng)狀況最有效的指標(biāo)，胸徑、樹(shù)高、枝下高、冠幅、單株材積可有效地反映林木生長(zhǎng)狀況，利用主成分分析法，根據(jù)綜合評(píng)價(jià)值高低，得出基于撫育間伐的7種林分福建柏生長(zhǎng)性狀由優(yōu)到劣為：試驗(yàn)林5、試驗(yàn)林4、試驗(yàn)林3、試驗(yàn)林6、試驗(yàn)林7、試驗(yàn)林2、試驗(yàn)林1。因此，在所有試驗(yàn)林中，試驗(yàn)林5、試驗(yàn)林4的生長(zhǎng)效果相對(duì)最好。