千島湖區(qū)馬尾松次生林疏伐后闊葉樹(shù)生長(zhǎng)和群落恢復(fù)研究

徐高福,彭方有,方紅建,王志平,余陽(yáng)春,毛顯鋒,何俊

(淳安縣新安江生態(tài)開(kāi)發(fā)集團(tuán)有限公司,浙江 杭州 311700)

馬尾松(Pinusmassoniana)林是我國(guó)亞熱帶地區(qū)的主要森林類(lèi)型之一,迄今長(zhǎng)期觀測(cè)其群落生長(zhǎng)和闊葉樹(shù)演替變化的很少。2021年底,全國(guó)松材線蟲(chóng)病疫區(qū)已達(dá)19個(gè)省(市、自治區(qū)),其中14個(gè)為馬尾松林分布區(qū),并呈繼續(xù)擴(kuò)大的趨勢(shì)。這些疫區(qū)在染病后進(jìn)行大規(guī)模的枯死木清理,造成不必要的生態(tài)危害和經(jīng)濟(jì)損失。因而,馬尾松林的疏伐經(jīng)營(yíng)顯得十分重要。

以往的研究發(fā)現(xiàn),與闊葉林相比,馬尾松林外貌和結(jié)構(gòu)相對(duì)單一,對(duì)外界干擾的抵抗力和恢復(fù)力較弱,生態(tài)功能較低。馬尾松次生林改造經(jīng)營(yíng)措施,在不同時(shí)期從不同角度開(kāi)展了相關(guān)研究,應(yīng)用于實(shí)踐的有針對(duì)木材生產(chǎn)利用的低產(chǎn)林改造[1]、針對(duì)景觀的林相改造[2]、針對(duì)林分結(jié)構(gòu)調(diào)整的林分改造[3]、針對(duì)國(guó)家儲(chǔ)備林建設(shè)的改培經(jīng)營(yíng)[4],尤其是馬尾松林冠下造林[5]等。一般認(rèn)為,馬尾松次生林是在原生闊葉林植被遭破壞后自然或人工飛播、直播及定植苗木等方式形成的,目前大多以自然形成為主。本文作者曾經(jīng)在20年前進(jìn)行了馬尾松次生林疏伐后闊葉樹(shù)生長(zhǎng)與群落恢復(fù)的初步研究[6,7],2022年10月在此基礎(chǔ)上開(kāi)展進(jìn)一步調(diào)查分析。

1 研究區(qū)概況

1.1 自然條件

千島湖地處中亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)的北緣,其主要特征是溫暖多雨,四季分明,冬夏長(zhǎng),春秋短。年均氣溫17.10 ℃,>0 ℃的積溫6 210 ℃。年極端最低氣溫-7.60 ℃,年極端最高氣溫41.80 ℃。淳安縣由于地處山區(qū),地形復(fù)雜,地處中部的新安江水庫(kù)(千島湖)水面廣闊,“湖泊效應(yīng)”明顯,全縣氣溫呈現(xiàn)由中間向四周遞減的特點(diǎn)。湖區(qū)年平均氣溫為17.00～17.60 ℃,極端最低氣溫-5.00～-8.00 ℃,是全縣的最暖區(qū),處于湖區(qū)中心的姥山島,年平均氣溫7.60 ℃。年平均降水量1 491.00 mm,年降水日數(shù)153 d,年平均日照1 897.80 h,年平均空氣相對(duì)濕度76%,年均蒸發(fā)量1 317.90 mm。土壤主要類(lèi)型為紅壤,分布于海拔700 m以下,pH為5.5～6.0;黃壤分布于海拔700 m以上,pH為5.5左右;巖性土分布于海拔700 m以下,pH為7.0以上。

1.2 森林經(jīng)營(yíng)歷程

千島湖由1959年興建新安江水庫(kù)形成,湖中及周邊森林從此開(kāi)始了60余年的封山育林為主的休養(yǎng)生息[9],到20世紀(jì)90年代,分布著大面積的馬尾松占優(yōu)勢(shì)的次生林,因而面臨松材線蟲(chóng)病的威脅。千島湖天然林主要樹(shù)種為馬尾松及檵木(Loropetalumchinensis)、短尾越橘(Vacciniumcarlesii)、格藥柃(Euryamuricata)等76種。地帶性常綠闊葉樹(shù)種為苦櫧(Castanopsissclerophylla)、青崗(Cyclobalanopsisglauca)、石櫟(Lithocarpusglaber)[8]。2018年首次在千島湖發(fā)現(xiàn)松材線蟲(chóng)病,年枯死疫木少則1 000 t,高峰期年枯死疫木達(dá)60 000 t。因此,遵循正向自然演替規(guī)律,運(yùn)用林窗技術(shù)進(jìn)行馬尾松為主的次生林改造十分重要。

2 材料與方法

試驗(yàn)地設(shè)置在淳安縣新安江生態(tài)開(kāi)發(fā)集團(tuán)有限公司所屬小金山林場(chǎng)682小班,地處千島湖中心湖區(qū),面積4.5 hm2,坡向東南,坡度25°～35°。在坡面中部立地條件基本相同的馬尾松純林、馬尾松闊葉混交林、常綠闊葉林的中齡林林分中,由于生產(chǎn)性間伐及雪壓、地塊外公路建設(shè)原因,于1996年、2002年對(duì)馬尾松純林、馬尾松闊葉混交林進(jìn)行了2次40%～50%高強(qiáng)度“砍松留闊”的疏伐。

選取有代表性的馬尾松純林、馬尾松闊葉混交林、常綠闊葉林分,各設(shè)立一個(gè)長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)樣地,根據(jù)地形設(shè)置固定樣地,規(guī)格為20 m×20 m,在每個(gè)樣地內(nèi)設(shè)置16個(gè)(5 m×5 m)小樣方。逐個(gè)樣方調(diào)查胸徑≥3 cm的所有植物種(喬木、灌木),記錄其物種名稱、胸徑、樹(shù)高、冠幅(蓋度),在樣方的右下角和樣地中心設(shè)置1 m×1 m草本層小樣方,記錄植物高度、蓋度和株數(shù)。分別于1996年3月、2002年10月、2022年10月進(jìn)行了3次調(diào)查,通過(guò)重要值計(jì)算進(jìn)行馬尾松次生林疏伐后闊葉樹(shù)生長(zhǎng)與群落恢復(fù)情況分析。

重要值=(相對(duì)密度+相對(duì)顯著度+相對(duì)頻度)×100/3,依據(jù)該公式計(jì)算胸徑≥3 cm的所有喬木、灌木物種重要值。

3 結(jié)果與分析

3.1 地帶性闊葉樹(shù)種的重要值和群落結(jié)構(gòu)變化

馬尾松純林經(jīng)過(guò)疏伐后,促進(jìn)了常綠闊葉樹(shù)生長(zhǎng),地帶性常綠闊葉樹(shù)苦櫧、石櫟在喬木層中的比重越來(lái)越高,這2個(gè)樹(shù)種重要值從0增加到6年后的11.23%,再增加到26年后的36.64%,其樹(shù)高、胸徑、密度相應(yīng)提高;馬尾松純林試驗(yàn)地塊整體闊葉樹(shù)重要值從首次疏伐6年后上升至31.96%,第2次疏伐再過(guò)20年后增加到76.78%(表1)。說(shuō)明林分通過(guò)人為高強(qiáng)度的疏伐干擾,喬木層由10松純林,先向3松7闊的針闊混交林轉(zhuǎn)變,再向1松9闊的近乎闊葉林的方向發(fā)展。

表1 千島湖馬尾松純林2次疏伐后闊葉樹(shù)生長(zhǎng)與群落恢復(fù)情況

以馬尾松為主的針闊葉混交林樣地,其馬尾松重要值由試驗(yàn)初的66.87%,經(jīng)“砍松留闊”第1次疏伐6年后下降至34.05%,第2次疏伐再過(guò)20年后下降到13.54%;苦櫧成為這個(gè)地塊的優(yōu)勢(shì)樹(shù)種,其重要值由試驗(yàn)初的25.83%增加到6年后的44.82%,26年后重要值提高到53.01%(表2)。喬木層由7松3闊,6年后演變?yōu)?松7闊,再過(guò)20年向1松9闊發(fā)展。疏伐26年后馬尾松純林和以馬尾松為主的針闊混交林的最終演變結(jié)構(gòu)幾乎相同。

沒(méi)有疏伐的常綠闊葉林前6年蓄積量年平均增長(zhǎng)6.3%,再過(guò)20年后,優(yōu)勢(shì)樹(shù)種苦櫧枯死比例達(dá)1/3,總體蓄積呈基本穩(wěn)定態(tài)勢(shì)(表3)。

表3 千島湖常綠闊葉林生長(zhǎng)與群落演變情況

3.2 經(jīng)營(yíng)收益與周邊松材線蟲(chóng)病侵入比較

根據(jù)地帶性樹(shù)種演變趨勢(shì),通過(guò)高強(qiáng)度疏伐既可獲取一定的經(jīng)濟(jì)收益,又可節(jié)省松材線蟲(chóng)病發(fā)生時(shí)枯死疫木清理的費(fèi)用。

研究區(qū)馬尾松純林2次50%的高強(qiáng)度疏伐,采伐蓄積量分別為79.801、53.725 m3·hm-2,出材分別為43.891、29.549 m3·hm-2;平均收入分別為22 823、15 365元·hm-2。以馬尾松為主的針闊混交林先后經(jīng)過(guò)36.6%、46.4%高強(qiáng)度疏伐,采伐蓄積量分別為88.100、102.188 m3·hm-2,出材分別為48.455、56.203 m3·hm-2;平均收入分別為25 197、29 226元·hm-2。

按千島湖區(qū)發(fā)生松材線蟲(chóng)病枯死疫木清理費(fèi)用900元·m-3計(jì)算,馬尾松純林疏伐可節(jié)省26 594～39 502元·hm-2。馬尾松為主的針闊混交林疏伐可節(jié)省43 610～50 583元·hm-2。

4 結(jié)論與討論

4.1 運(yùn)用高強(qiáng)度疏伐的林窗改造技術(shù),先后對(duì)千島湖區(qū)馬尾松純林和馬尾松針闊混交林實(shí)施2次疏伐,從初期、6年、26年的3次調(diào)查,觀測(cè)了千島湖區(qū)馬尾松次生林疏伐后闊葉樹(shù)生長(zhǎng)和群落恢復(fù)情況。試驗(yàn)結(jié)果表明,馬尾松林分布區(qū)高強(qiáng)度科學(xué)疏伐經(jīng)營(yíng),可以促進(jìn)林分的正向演替,免遭松材線蟲(chóng)病危害,同時(shí)還有一定的經(jīng)濟(jì)效益。

4.2 1996—2002年兩次進(jìn)行“砍松留闊”36.6%～50%高強(qiáng)度疏伐試驗(yàn),加速了林分演替進(jìn)程,向著更高級(jí)階段的正向發(fā)展。馬尾松純林經(jīng)過(guò)疏伐后,促進(jìn)了常綠闊葉樹(shù)生長(zhǎng),闊葉樹(shù)重要值從0增至疏伐6年后的31.96%,第2次疏伐再過(guò)20年后增加到76.78%;馬尾松闊葉混交林中的馬尾松重要值試驗(yàn)初為66.87%,第1次疏伐6年后下降至34.05%,第2次疏伐再過(guò)20年后下降到13.54%;沒(méi)有疏伐的常綠闊葉林前6年蓄積量年平均增長(zhǎng)6.3%,再過(guò)20年后,優(yōu)勢(shì)樹(shù)種苦櫧枯死比例達(dá)1/3,總體蓄積呈基本穩(wěn)定態(tài)勢(shì)。這種改造符合森林演替的基本規(guī)律。

4.3 我國(guó)分布有大面積的馬尾松純林和針闊混交林,松材線蟲(chóng)病在我國(guó)的快速蔓延對(duì)馬尾松林乃至其他森林生態(tài)系統(tǒng)均帶來(lái)了較大影響,疫區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能產(chǎn)生較大變化,并在短期內(nèi)嚴(yán)重影響疫區(qū)當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)、社會(huì)和生態(tài)效益。松材線蟲(chóng)病一般難以完全隔離,本試驗(yàn)在其入侵之前采取有效的改造培育措施,取得了積極成效。