塞罕壩機械林場云杉資源調(diào)查

姚丹陽 付立華

（河北省塞罕壩機械林場，河北 圍場 068466）

云杉是松科云杉屬喬木，具有耐陰、耐寒特性，是寒帶溫帶高山林區(qū)主要更新造林樹種之一[1-2]，多分布在北方以及西南等高山地帶，是塞罕壩地區(qū)主要人工造林樹種之一和冀北地區(qū)森林植被的重要組成樹種[3-5]。因此，經(jīng)營好云杉人工林具有非常重要的意義。云杉木材紋理通直，材質(zhì)好，有彈性，易加工，是良好的建筑、枕木、橋梁、造船、航空、膠合板和家具用材及樂器制造和高級造紙原料。同時，其松針可提取芳香油；樹皮含單寧，可提取栲膠；樹姿美觀，生長快且抗污染能力強，是營造用材林和街道綠化的優(yōu)良樹種。目前，該樹種是大力推廣的樹種之一。

塞罕壩地區(qū)高海拔高寒，適宜種植的樹種較少[6]。云杉具有耐陰、耐寒的特點，因而成為塞罕壩地區(qū)主要造林樹種之一[7-8]。本文根據(jù)塞罕壩數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)以及監(jiān)測樣地數(shù)據(jù)，分析總結(jié)了塞罕壩云杉資源及云杉林狀況，并根據(jù)其特點，提出相關(guān)經(jīng)營措施建議，為今后的生產(chǎn)提供參考。

1 研究區(qū)基本情況

1.1 地理位置

塞罕壩林場位于河北北部冀蒙交界地，屬冀北山地與內(nèi)蒙古高原交匯區(qū)，是壩下、壩上過渡帶和森林—草原、森林—沙漠交錯帶，地理坐標(biāo)為116°51′～117°39′ E，42°02′～42°36′ N。全場南北長58.6 km，東西寬65.6 km。

1.2 氣候

該林區(qū)屬寒溫性大陸季風(fēng)氣候。年均氣溫-1.3 ℃，極端最高氣溫33.4 ℃，極端最低氣溫-43.3 ℃。年均無霜期64 d。年均降水量460 mm，積雪長達(dá)7 個月。年平均蒸發(fā)量1339.2 mm，年均相對濕度68%。風(fēng)多是該地區(qū)主要氣候特點之一，年均大風(fēng)日數(shù)53 d，最多年份達(dá)114 d。

2 云杉資源調(diào)查方法

2.1 林分資源數(shù)據(jù)

塞罕壩云杉林資源數(shù)據(jù)來源于第四次森林資源調(diào)查，按照二類調(diào)查細(xì)則技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，運用森林經(jīng)營檔案更新小班數(shù)據(jù)庫，對未按小班經(jīng)營的小班進(jìn)行細(xì)班劃分，并補充調(diào)查更新，利用生長模型推算小班自然生長蓄積，更新該地區(qū)森林資源數(shù)據(jù)。

2.2 生物多樣性及土壤數(shù)據(jù)

2.2.1 樣地基本情況調(diào)查在塞罕壩機械林場云杉林中選擇3 個具有代表性的群落樣地，對群落樣地中的植物物種多樣性進(jìn)行觀測，樣地設(shè)置面積為50 m×50 m，樣地基本情況見表1。

表1 云杉樣地基本概況

2.2.2 生物多樣性調(diào)查將50 m × 50 m 的樣地劃分成100個5 m × 5 m樣方的基本單元，并進(jìn)行編號。記錄每個基本單元格內(nèi)喬木和灌木（胸徑超過1 cm）的種類、數(shù)量、胸徑和高度等。在每個基本單元內(nèi)設(shè)置1 個1 m × 1 m 的樣方，記錄這100 個1 m×1 m 小樣方內(nèi)的物種名稱、數(shù)量、高度及蓋度[9-10]。

2.2.3 生物多樣性計算辛普森指數(shù)（D）：

香農(nóng)-維納指數(shù)（H′）：

均勻度指數(shù)：

皮洛均勻度指數(shù)1

皮洛均勻度指數(shù)2

式中，Pi為物種i的個體數(shù)占樣地內(nèi)總個體數(shù)的比例，i=1，2，…，S；S為物種種類總數(shù)，單位：個。

2.2.4 土壤調(diào)查在生物多樣性所建立的3 個樣地外圍分別挖取長0.5 m，寬1 m，深度在0.4～1.0 m 的土壤剖面，每個樣地挖取3 個剖面，共9 個。由于每個樣地土壤質(zhì)地、母質(zhì)和類型不同，挖取的剖面深度也不同，因而不同樣地的剖面分層略有不同，樣地1 設(shè)置0～15、15～30、30～45、45～60 和60～75 cm 共5 個層次；樣地2 和樣地3 設(shè)置0～20、20～40、40～60 和60～80 cm 共4 個層次。分別在每個層次上取土后，將每個樣地相同層次的土壤混合均勻，然后將土壤樣品送去檢測，主要檢測土壤pH值、有機質(zhì)、全氮、全磷、全鉀、碳酸鈣、土壤機械組成、土壤容重和土壤緊實度等指標(biāo)參數(shù)。

3 結(jié)果與分析

3.1 林分情況

從表2可以看出，塞罕壩機械林場喬木林的總面積是60787.3 hm2，其中優(yōu)勢樹種面積較大的是落葉松、樟子松和樺樹，面積分別為33137.88、13688.42和6140.73 hm2，占比分別為54.5%、22.5%和10.1%，這三大樹種共占總面積的87.1%。云杉面積為3073.68 hm2，占比排行第五。雖然云杉林的面積較小，但該地區(qū)氣候條件較為特殊，適宜種植的樹種較少，因此云杉仍然是主要人工造林樹種之一。

表2 研究區(qū)主要樹種統(tǒng)計

3.1.1 森林起源和類型從表3 可以看出，塞罕壩的云杉林以人工林占優(yōu)。云杉人工林面積為3010.34 hm2，占比達(dá)90.83%；天然林占比低于10%。

表3 塞罕壩云杉林起源

從表4 可以看出，43.77%的云杉林是純林，56.23%屬于混交林?；旖涣终急嚷源笥诩兞?，混交林多更有利于林分的穩(wěn)定。

表4 塞罕壩云杉林結(jié)構(gòu)

3.1.2 云杉林分布（1）位置分布。從表5 可以看出，塞罕壩的云杉林主要分布在千層板分場、北曼甸分場和大喚起分場，分別有云杉林792.46、771.20和759.29 hm2，這3 個分場云杉林占全場的比例約70%。

表5 塞罕壩云杉林分布

（2）胸徑分布。從表6可以看出，塞罕壩主要樹種集中在10～30 cm，其中，占比最高的是15.1～20.0和20.1～25.0 cm，占比分別為22.57%和22.56%。主要樹種平均胸徑加權(quán)平均為17.0 cm，達(dá)到20.0 cm以上林分占比41.6%。

表6 塞罕壩主要樹種胸徑分布

從塞罕壩主要樹種的平均水平來看，云杉胸徑主要分布在小徑級，72.82%的云杉胸徑小于10 cm，特別是不足5 cm 的占比在50%以上，20 cm 以上的云杉僅有6%，平均胸徑加權(quán)平均不足10 cm，云杉林整體處于小徑級狀態(tài)，這跟林場起初對云杉林的定位有關(guān)，即主要用于銷售苗木。

從表7可以看出，塞罕壩樹種密度主要在300～1499 株/hm2，其占比達(dá)69.14%，其中，750～1499 株/hm2占37.58%，300～749 株/hm2占31.56%。單就云杉林來看，密度主要集中在3000 株/hm2以上，占比高達(dá)43.42%，其次是750～1499株/hm2，占比為27.11%。總體來看，云杉林的密度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他樹種，這也間接導(dǎo)致其平均胸徑較低。

表7 塞罕壩主要樹種密度分布

（3）齡組分布。塞罕壩主要樹種平均林齡為31.7年，從表8可以看出，該地林分大多數(shù)屬于中齡林，占比達(dá)30.43%；其次是幼齡林，占比達(dá)27.28%；近成熟林占40.94%。這主要是因為該林場一代林的林齡多數(shù)在50多年，處于近成熟林后皆伐后又栽植了二代林，因此中幼齡林占比較大。

表8 塞罕壩主要樹種林齡分布

單就云杉林來看，云杉林主要集中在幼齡林，占比高達(dá)78.52%；其次是中齡林，占比為21.39%，云杉林基本處于這兩個階段。因為云杉林將近80%是幼齡林，所以林分密度分布主要集中在3000株/hm2以上，加權(quán)平均胸徑不足10 cm。

3.2 生物多樣性

從表9可以看出，在云杉的3個固定樣地喬木層與云杉混交的主要是華北落葉松。云杉林林下草本種類較多，云杉1號樣地有草本植物24個，2號樣地有草本植物31個，3號樣地有草本植物47個。這與樣地的密度有一定關(guān)系。一般情況下，密度較大，郁閉度較高，林下植被就會較少。整體來看，這3塊云杉林樣地屬于中近熟林，林分密度適宜，因而林下植被種類較為豐富。

表9 云杉樣地植物的組成

林下植被生物多樣性一般多用α多樣性指標(biāo)來表示，其主要關(guān)注局域均勻生境下的物種數(shù)目，因此被稱為生境內(nèi)的多樣性。群落α多樣性指數(shù)體現(xiàn)了群落中植物的物種數(shù)量和單個物種的個體數(shù)量。多樣性為0 時說明該群落中物種組成單一，其數(shù)值越大代表該群落中物種數(shù)量和單個物種的個體數(shù)量（多度）均越多。均勻度指數(shù)說明群落中不同物種分布的均勻程度，該值為0說明該群落物種組成單一，該值越大說明該群落物種分布越較為均勻。

本次調(diào)查采用2個指數(shù)表征了群落木本植物的多樣性，3個指數(shù)表征了群落木本植物的均勻度。從表10可以看出，云杉林下植被種類在24～47范圍內(nèi)，辛普森多樣性指數(shù)變化范圍在0.62～0.80，香農(nóng)-維納多樣性指數(shù)變化范圍在1.41～2.03，均勻度指數(shù)變化范圍在0.59～0.86，皮洛均勻度指數(shù)1變化范圍在0.70～0.92，皮洛均勻度指數(shù)2 變化范圍在0.73～0.95。從這些指標(biāo)可以看出，這3塊樣地云杉林下草本植被種類較多，物種分布較均勻，這主要跟林分密度有關(guān)，這3塊樣地的林分密度適宜，林分郁閉度不高，林下植被較豐富。

表10 云杉樣地草本植物種類、個體數(shù)量及α多樣性的比較

3.3 土壤狀況

云杉樣地外圍土壤剖面所取土壤的測定數(shù)值見表11—12。土壤pH 值的變化范圍在5.68～6.53；有機質(zhì)變化范圍在1.718～31.260 g/kg；全氮變化范圍在1.083～20.260 g/kg；全磷變化范圍在0.135～1.967 g/kg；全鉀變化范圍在0.232～1.304 g/kg；碳酸鈣變化范圍在1.562～31.250 g/kg；直徑大于2.000 mm的土壤顆粒處在1.21%～50.30%，直徑在0.020～2.000 mm 的土壤顆粒變化范圍在7.56%～29.50%，直徑在0.002～0.020 mm 的土壤顆粒變化范圍在21.13%～47.47%，直徑小于0.002 mm的土壤顆粒變化范圍在18.8%～42.2%；土壤容重變化范圍在0.77～1.40 g/cm3；土壤緊實度變化范圍在137.94～251.21 KPa。整體來看，這3 塊樣地云杉土壤呈酸性，除土壤pH 值、容重和緊實度之外，土壤有機質(zhì)、全氮、全磷和全鉀均隨土層深度的增加呈現(xiàn)明顯下降的趨勢。在土壤機械組成中，直徑大于2.000 mm和直徑在0.020～2.000 mm 的土壤顆粒隨土層深度的增加表現(xiàn)出下降的趨勢，但直徑在0.002～0.020 mm和直徑小于0.002 mm 的土壤顆粒則隨土層深度的增加呈現(xiàn)增加的趨勢。

表11 云杉樣地土壤化學(xué)性質(zhì)

表12 云杉樣地土壤物理性質(zhì)

4 結(jié)論及經(jīng)營策略

云杉是塞罕壩主要造林樹種之一，就現(xiàn)存云杉林分來看，主要集中在幼齡林，林分密度較大，胸徑主要集中在10 cm以下。因此針對這種情況建議對云杉林進(jìn)行撫育間伐和修枝處理，釋放林分空間促進(jìn)林木生長。同時由于云杉林具有較好的耐陰性，可以在郁閉度較低的落葉松、樟子松林下栽植云杉林，達(dá)到異齡混交的效果。云杉中近熟林混交林比例較大，林分密度適宜，林下生物多樣性豐富。因此建議對幼齡林撫育的過程中營造混交林。

（1）云杉林作為該地區(qū)森林資源的一部分，其質(zhì)量的好壞間接影響著該地區(qū)森林質(zhì)量能否提升。特別是當(dāng)前云杉林大部分都處于中幼齡林狀態(tài)，因此需要根據(jù)這些林分的不同特點及經(jīng)營目的制定長期經(jīng)營措施。

（2）云杉幼齡林較多，密度較大，影響胸徑的生長，因此，有必要進(jìn)行間伐和修枝，以釋放空間，促進(jìn)優(yōu)質(zhì)林木的生長。同時，適宜的林分密度有利于改善林分結(jié)構(gòu)，促進(jìn)林下生物多樣性，提高林分的穩(wěn)定性。

（3）中齡林是林木生長較快的時期，是經(jīng)營關(guān)鍵時期，是提高森林質(zhì)量的重要時間段。因此，在中齡林時期，可以在立地條件較好的云杉人工林標(biāo)定目標(biāo)樹，以培育優(yōu)質(zhì)大徑材為目標(biāo)，采伐影響目標(biāo)樹生長的干擾木和生長較差的林木，促進(jìn)林分健康生長。

（4）林場的人工林基本上是純林，不利于森林生態(tài)的健康和穩(wěn)定，同時，該地區(qū)云杉林面積較小，因此建議后期多營造云杉和闊葉樹種，如白樺混交林，以改善土壤酸性問題。

（5）云杉具有耐陰特點，可嘗試在郁閉度較低的落葉松、樟子松林下栽植云杉林，達(dá)到異齡混交的效果。