撫育間伐對華北落葉松生長的影響研究

摘 要：合理地?fù)嵊g伐能夠較大程度地提高林分的生產(chǎn)力。以寧夏六盤山水溝林場水溝坪林區(qū)華北落葉松林為研究對象，設(shè)置4個20 m×20 m的樣地，分別為CK樣地、1號樣地、2號樣地和3號樣地（間伐強度分別為0、39.80%、48.90%和49.86%），于2019年進(jìn)行初次間伐，監(jiān)測記錄2019年間伐后、2020、2021、2022和2023年5年的樹高、胸徑增長量，探討不同撫育間伐后林分生長情況。結(jié)果表明，經(jīng)過5年的撫育，不同間伐強度林分樹高、胸徑、材積、胸高斷面積和蓄積量均有所增加。與2019年相比，2023年林分樹高分別比CK樣地增加4.41%、3.02%、3.82%；胸徑比CK樣地增加13.14%、19.83%、21.16%；林分材積比CK樣地增加31.92%、39.23%、42.22%；林分胸高斷面積比CK樣地增加27.78%、38.87%、41.67%；林分蓄積量的增加值分別為97.25、76.00、66.23、44.75 m3/ hm2。試驗結(jié)果顯示，間伐能夠促進(jìn)林分生長，以48.90%強度的效果最顯著。本研究結(jié)果對于六盤山華北落葉松林分結(jié)構(gòu)改善和森林質(zhì)量精準(zhǔn)提升具有重要的指導(dǎo)作用。

關(guān)鍵詞：華北落葉松； 撫育間伐； 間伐強度； 胸徑； 林分材積； 蓄積量

中圖分類號：S791.22" " " " 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A" " " 文章編號：1002-204X（2023）10-0049-05

doi：10.3969/j.issn.1002-204x.2023.10.012

Study on the Effect of Tending and Thinning on the Growth

of Larix principis-rupprechtii

Yin Aiping1， Wu Miao2， Yu Zhijia2*， Li Zhuo3，

Wang Zhengan2， Ma Jie2， She Ping2， Jia Baoguang2

（1.Forestry Law Enforcement Brigade， Yuanzhou District， Guyuan City， Guyuan， Ningxia 756000; 2.Forestry General Field in Yuanzhou District， Guyuan City， Guyuan， Ningxia 756000; 3.Guyuan Branch， Ningxia Academy of Agriculture and Forestry Sciences， Guyuan， Ningxia 756000）

Abstract Reasonable tending and thinning treatment can greatly improve the productivity of forest stands. This study takes the Larix principis-rupprechtii forest in the Shuigouping forest area of Liupanshan Shuigou Forest Farm in Ningxia as the research object， with 4 sets of 20 m×20 m sample plot， consisting of CK sample plot， sample plot No.1， sample plot No.2 and sample plot No.3（with thinning intensities of 0， 39.80%， 48.90% and 49.86%， respectively）， was first thinned in 2019. The growth of tree height and diameter at breast height was monitored and recorded after thinning in 2019， 2020， 2021， 2022 and 2023， respectively， to explore the growth of different thinning treatments. The results showed that after 4 years of tending and different thinning intensities， the stand height， diameter at breast height， volume， cross-sectional area at breast height and volume all increased. After thinning， the tree height of Larix principis-rupprechtii in Liupanshan Diediegou Forest Farm increased by 4.41%， 3.02% and 3.82% compared to CK plots， respectively; The chest diameter increased by 13.14%， 19.83% and 21.16% compared to CK plots; The volume increased by 31.92%， 39.23% and 42.22% compared to CK plots; The cross-sectional area of chest height increased by 26.74%， 39.61% and 40.41% compared to CK plots; The increased values of stand volume were 97.25 m3/hm2， 76.00 m3/hm2， 66.23 m3/hm2 and 44.75 m3/hm2， respectively. The experimental results showed that thinning can promote stand growth， and the effect of 48.90% intensity treatment was the most significant in this study. The results of this study have important guiding significance for improving the structure of Larix principis-rupprechtii forest and accurately improving forest quality in Liupan Mountain.

Key words Larix principis-rupprechtii; Thinning; Density; DBH; Individual volume; Volume

撫育是森林培育的重要手段，合理的撫育間伐對于改善人工林林冠層的營養(yǎng)空間及地下水肥的供應(yīng)條件，保證林木個體和群體生長、提高林分的生物產(chǎn)量和生產(chǎn)力具有重要的理論和實踐意義[1-3]。許多學(xué)者已經(jīng)開展了撫育間伐對華北落葉松生長的影響研究，由于樹木的生長是一個長期緩慢的過程，大多數(shù)研究周期都比較短，鮮有學(xué)者研究撫育間伐對林分生長、材積、蓄積量、胸高斷面積的長期影響[4-5]。撫育間伐對林分生長的影響是一個復(fù)雜的過程，受到立地條件、間伐方式、間伐強度等的影響，因而開展不同區(qū)域、不同間伐方式、不同間伐強度林分生長狀況的研究，對深入認(rèn)識和研究撫育間伐對林木個體發(fā)育和林分蓄積變化影響的調(diào)控機(jī)制具有深刻的意義。

華北落葉松（Larix principis-rupprechtii Mayr）是我國北方地區(qū)主要的造林樹種，在寧夏固原市六盤山區(qū)大規(guī)模種植，具有涵養(yǎng)水源、保持水土的作用[6]。目前，六盤山地區(qū)的華北落葉松大多是20世紀(jì)60年代引進(jìn)的，處于中齡林階段，由于造林后很多林分缺乏系統(tǒng)的撫育管理，導(dǎo)致林區(qū)內(nèi)林分密度過高、生產(chǎn)力低下、林下植被稀少等問題。因此，六盤山區(qū)華北落葉松林迫切需要合理的經(jīng)營，以提高林分生產(chǎn)力、生態(tài)效益、經(jīng)濟(jì)效益等。本研究對六盤山水溝林場水溝坪林區(qū)華北落葉松開展不同間伐強度試驗，于2019年進(jìn)行間伐，在間伐后0、1、2、3、4年監(jiān)測預(yù)留木樹高、胸徑、材積、胸高斷面積，分析間伐對華北落葉松生長的影響，為試驗區(qū)華北落葉松林分結(jié)構(gòu)優(yōu)化和高效培育提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)自然概況

研究區(qū)位于寧夏固原市原州區(qū)林業(yè)局下屬的水溝林場水溝坪林區(qū)（106°12'6.66\" E、35°52'14.66\" N），海拔2 115 m，氣候類型為半干旱大陸性季風(fēng)氣候，年均氣溫6～7 ℃，無霜期約130 d，年均降水量450 mm，集中在每年的7—9月，年潛在蒸發(fā)量1 050 mm。研究區(qū)以灰褐土為主，還有少量黃綿土。

研究區(qū)森林植被主要為華北落葉松林，林齡為41年，郁閉度為0.87，于林區(qū)內(nèi)選擇4個典型樣地布設(shè)20 m×20 m固定試驗樣地，樣地平均樹高約13.67 m，平均胸徑約12.63 cm，總蓄積量約為1 721 m3/hm2。樣地概況見表1。

1.2 試驗設(shè)計

間伐前樣地密度分別為2 875、2 400、2 350、2 075株/hm2，郁閉度為0.87，2019年2月布設(shè)了4個20 m×20 m的樣地進(jìn)行不同強度的間伐，蓄積間伐強度分別為對照樣地（CK）0%、1號樣地39.80%、2號樣地48.90%、3號樣地49.86%，間伐保留密度分別為2 875、1 200、200、350株/hm2，間伐后分別于2019年2月、2020年3月、2021年6月、2022年3月、2023年2月對設(shè)定的樣地進(jìn)行調(diào)查，進(jìn)行每木檢尺，測量其胸徑、樹高等指標(biāo)。

1.3 測量方法

（1）林分平均樹高。林分平均樹高采用斷面積加權(quán)平均高，計算公式如下：

（2）林分平均胸徑。林分平均胸徑的計算根據(jù)林分胸高斷面積計算，計算公式如下：

式中：Dg為林分平均胸徑，di為第i株林木的胸徑，n為樣地內(nèi)林木總株數(shù)。

（3）林分立木材積。使用參考文獻(xiàn)[7]中的二元立木材積表模型對樣地內(nèi)樹高、胸徑進(jìn)行二元立木材積計算。二元立木材積表模型如下：

V=0.227 5D1.920 29H1.354 0

式中：V為立木材積，D為胸徑（m），H為樹高（m）。

1.4 數(shù)據(jù)分析

使用Excel 2013軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、分析和預(yù)處理，使用SPSS 26.0統(tǒng)計軟件進(jìn)行單因素方差分析（One-way-ANOVA），并用最小顯著差異法（LSD）進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 撫育間伐對林分樹高的影響

不同撫育間伐處理下的林分平均樹高變化情況如圖1。隨著間伐強度的增加，1號、2號和3號樣地與CK樣地相比樹高均有所增長，其中間伐初期（2019年2月），3號樣地與CK樣地相比樹高顯著增加。2023年2月，CK、1號、2號和3號樣地平均樹高分別為15.70 m、16.39 m、16.17 m、16.30 m，與CK相比，3個間伐處理的樹高分別增加4.41%、3.02%、3.82%。方差分析表明，不同強度撫育間伐處理下，林分平均樹高之間差異不顯著。這表明不同撫育間伐處理對林分樹高的促進(jìn)作用是有限的，同樣證明林分樹高的生長主要取決于種苗的立地條件，與林分密度的關(guān)系不大。

2.2 撫育間伐對林分胸徑的影響

由圖2可知，不同撫育間伐處理后林分平均胸徑均有所增加，且間伐處理后樣地平均胸徑均顯著大于CK樣地。2023年CK、1號、2號、3號樣地平均胸徑分別比2019年增加0.42 cm、0.89 cm、0.96 cm、0.66 cm；2023年1號、2號、3號樣地與對照樣地相比，平均胸徑分別增加1.73 cm、2.62 cm、2.79 cm，3號樣地增加量最大，其次是2號樣地，最后是1號樣地；5年間不同撫育間伐處理的樣地平均胸徑均顯著大于CK樣地，但不同撫育間伐處理的樣地平均胸徑間差異不顯著。

2.3 撫育間伐對林分材積的影響

從圖3可以看出，在相同生長階段3個撫育間伐林分材積由大到小依次為3號樣地、2號樣地、1號樣地、CK樣地，林木的定期生長量也有類似的規(guī)律。2019年間伐初期，林分平均材積分別為0.18 m3、0.22 m3、0.23 m3、0.25 m3，2023年林分平均材積為0.22 m3、0.29 m3、0.31 m3、0.31 m3，分別增加0.04 m3、0.07 m3、0.08 m3、0.06 m3；2019—2021年，除1號樣地外，其余樣地林分平均材積均顯著大于CK樣地；2022—2023年，不同撫育間伐處理后的樣地林分平均材積均顯著大于CK樣地，但各年份不同間伐強度處理的林分平均材積沒有顯著差異。由此可見，撫育間伐可以促進(jìn)林木材積的生長，這是由于間伐后，林木個體獲得較大的生長和營養(yǎng)空間。

2.4 撫育間伐對林分胸高斷面積的影響

對不同撫育間伐處理后的林分平均胸高斷面積生長動態(tài)（圖4）的分析表明，在同一調(diào)查階段保留木平均胸高斷面積大小依次為3號樣地、2號樣地、1號樣地、CK樣地，出現(xiàn)這種結(jié)果的主要原因可能是撫育間伐處理減少了林木株數(shù)。2023年，不同間伐處理的林分胸高斷面積增長量與CK樣地相比分別增加27.78%、38.87%、41.67%，不同撫育間伐處理與CK差異顯著，不同撫育間伐處理林分胸高斷面積間差異不顯著。這也說明間伐能夠顯著增加林分總胸高斷面積，由于林分胸高斷面積與胸徑密切相關(guān)，所以也表現(xiàn)相同的趨勢，間伐強度越大，胸高斷面積也就越大。

2.5 撫育間伐對林分蓄積量的影響

不同撫育間伐對林分蓄積量的影響見圖5。與2019年間伐前蓄積量相比，2019年CK樣地、1號、2號、3號樣地的蓄積量均有所下降。其中：2號樣地下降量最大，為13.86 m3；其次是3號樣地12.49 m3、1號樣地11.05 m3；最后是CK樣地3.67 m3，CK樣地未進(jìn)行間伐，但林分蓄積量有所下降，是由于樣地內(nèi)有個別林木受到病蟲等危害死亡。經(jīng)過5年的生長，林分的蓄積量均有所增加，但并不顯著。與2019年相比，2023年CK樣地蓄積量增加了6.48 m3，1號樣地增加了5.07 m3，2號樣地增加了4.42 m3，3號樣地增加了2.98 m3。表明，撫育間伐強度越大，蓄積增加量越小。由于蓄積量的增加速度比較緩慢，還需經(jīng)過長期的監(jiān)測，進(jìn)一步探究其變化情況。

3 討論與結(jié)論

3.1 討論

撫育間伐通過改變林木距離、林分結(jié)構(gòu)等改變森林生產(chǎn)力[2-3]、生物多樣性[8]、林內(nèi)小氣候[9]等，尤其是原本郁閉度較大的林分，間伐后的林分變化較為顯著[10]。郁閉度較大的林分經(jīng)過間伐后，由于林木株數(shù)的減少，林分總的生物量有所下降，但是保留木的營養(yǎng)空間被擴(kuò)大了，這有助于提高林分的質(zhì)量和生產(chǎn)力[11]。

本研究結(jié)果表明，撫育間伐后平均樹高大于對照，但不同間伐處理間樹高的差異不顯著。這可能是由于林分樹高的生長主要取決于種苗的遺傳品質(zhì)和立地質(zhì)量以及其相互作用，與密度關(guān)系不大；也可能是由于樹高快速生長期大多為林分早期階段，雖然林木在林分后期也會緩慢生長，但干材高的樹木生長已達(dá)到了最大值，間伐對其影響不顯著[12]。因此出現(xiàn)上述結(jié)果，這與董希斌等[13]、童方平等[14]的研究結(jié)果一致。

在2019—2023年，與CK相比，不同撫育間伐處理的樣地林分胸徑均顯著增長，間伐強度越高，胸徑增長越快，但不同撫育間伐處理胸徑間差異不顯著。這與已有的很多研究結(jié)論一致[5，15-17]。究其原因，主要是由于林木直徑生長與密度有關(guān)，密度越大，林分平均胸徑越小，適當(dāng)撫育能夠調(diào)整林分結(jié)構(gòu)、密度，改善光照條件，為長勢強的林木提供了有利的生長條件，促進(jìn)林木生長[10-18]；同時，撫育間伐除去一些生長狀況不良，競爭力不強，遺傳性質(zhì)差的樹木，保留了遺傳性質(zhì)好的樹木，這些樹木在營養(yǎng)空間得到改善后能夠發(fā)揮更大的生長潛力[19]。

丁磊[20]對不同間伐強度的核桃楸（Juglans mandshurica）次生林進(jìn)行了研究，結(jié)果表明林分平均胸徑和單株材積變化趨勢一致，均隨著間伐強度的增大而增大。本研究結(jié)果顯示，2023年林分平均胸徑和林分材積增加量由大到小依次為2號樣地、1號樣地、3號樣地、CK樣地，間伐強度最大的3號樣地林分胸徑與材積增加量小于2號樣地和1號樣地，與丁磊[20]研究結(jié)果“隨間伐強度增加，林分平均胸徑和單株材積均增大”略有不同。本研究中材積是通過樹高和胸徑的量計算得出的，所以材積受到立木林分樹高和胸徑的影響較大。本研究得出，不同撫育間伐強度對林分平均樹高的影響不顯著，但隨著間伐強度的增加，樹高也有所增長，而不同間伐強度對林分平均胸徑的影響很顯著，這一規(guī)律也同時反映到了林分材積的變化上。

林分胸高斷面積是評價林分生長的重要指標(biāo)，本研究表明，隨著間伐強度的增大，林分胸高斷面積也顯著增加。雷相東等[21]在對落葉松-云杉-冷杉混交林的研究中也得出了類似的結(jié)論。但也有很多研究顯示，杉木林在間伐20年后，不同間伐強度的林分總胸高斷面積差異不顯著[5]。孫洪剛等[22]研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過足夠長的時間，林分的胸高斷面積最終會趨于一致，與是否間伐無關(guān)。目前本研究還未得出類似的結(jié)論，可能與林分類型不同有關(guān)，也可能與年限差異太大有關(guān)，本研究還需進(jìn)行多年的持續(xù)監(jiān)測，進(jìn)一步探究其變化情況。

長期的研究結(jié)果表明，間伐在影響林木生長的過程中同時存在兩種相反的效應(yīng)，一種是增長效應(yīng)，即間伐后由于保留木營養(yǎng)空間的提高，林分生長發(fā)育得到促進(jìn)[23]；另一種是失去效應(yīng)，即由于伐除一些樹木而造成林分的蓄積總量等的損失[24]。本研究在2019年間伐前對蓄積量進(jìn)行記錄，結(jié)果顯示每個樣地的蓄積量均達(dá)到375 m3/hm2，間伐后，包括CK樣地在內(nèi)的4個樣地蓄積量均有所下降，表現(xiàn)為撫育間伐強度越大，蓄積量越小。本研究中CK樣地并未進(jìn)行間伐，但是蓄積量也有所下降，可能是由于樣地內(nèi)的林木受到病蟲危害死亡。隨著林木生長年限的增加，蓄積量每年均呈現(xiàn)增加的趨勢。這是由于林分蓄積量主要取決于林木單株材積和林分密度。在本研究中，撫育間伐雖然促進(jìn)了林分材積的生長，但是同時也降低了林分的密度，導(dǎo)致在強度間伐時，蓄積量最低。

3.2 結(jié)論

通過間伐森林自我更新加快，促進(jìn)林分生長發(fā)育，使林分結(jié)構(gòu)趨于合理，土壤養(yǎng)分調(diào)節(jié)也得到改善。本研究表明，經(jīng)過不同強度間伐華北落葉松單株胸徑、材積、胸高斷面積均有所增長，但林分蓄積量較小。在生產(chǎn)中間伐有利于培育華北落葉松大徑材優(yōu)質(zhì)用材林木。本研究以48.90%間伐強度效果最顯著，其次是39.80%間伐強度，49.86%間伐強度與未間伐效果最差。因此，撫育間伐是一種高效科學(xué)的營林措施，在有效提升森林經(jīng)營管理水平等方面發(fā)揮著關(guān)鍵的作用。

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責(zé)任編輯：達(dá)海莉

基金項目：寧夏回族自治區(qū)財政林業(yè)補助資金項目（寧財（資環(huán)）指標(biāo)〔2023〕352號）、國家重點研發(fā)計劃-土石山區(qū)華北落葉松林水源涵養(yǎng)及固碳功能提升技術(shù)（2022YFF1300404）、國家自然科學(xué)基金——區(qū)域創(chuàng)新發(fā)展聯(lián)合資助項目“黃土高原涇河流域森林植被水文功能的形成與補償機(jī)制”（U20A2085）。

作者簡介：殷愛萍（1980—），女，寧夏固原人，高級林業(yè)工程師，主要從事林業(yè)項目規(guī)劃設(shè)計、檢查驗收、林木種苗培育及林業(yè)科技推廣工作。

通信作者：余治家（1956—），男，寧夏彭陽人，正高職高級林業(yè)工程師，從事森林經(jīng)營及特色花灌木繁育栽培技術(shù)研究。

收稿日期：2023-06-08" 修回日期：2023-09-07