基于先鋒樹種自然化和均質(zhì)化混交經(jīng)營技術(shù)的次生林自然度評價

摘要" 為探究次生林經(jīng)營技術(shù)對其演替趨勢的影響，本研究在天然次生林中實施先鋒樹種自然化混交技術(shù)和先鋒樹種均質(zhì)化混交技術(shù)，包括伐除質(zhì)量較差的白樺、山楊等先鋒樹種，調(diào)整樹種結(jié)構(gòu)，增加林下更新等措施，對其次生林自然度進行評價。使用演替趨勢、結(jié)構(gòu)與格局、物種多樣性和干擾程度4個方面的自然構(gòu)成系數(shù)、直徑結(jié)構(gòu)和灌木蓋度等11個指標建立自然度評價體系，通過層次分析法（AHP）計算樣地經(jīng)營前后的綜合評分。結(jié)果表明，實施經(jīng)營技術(shù)后，樣地頂級樹種的相對顯著度和相對多度均得到了提高，林下更新良好，垂直結(jié)構(gòu)較經(jīng)營前完善，灌木蓋度增加，減少了破壞性干擾，增加了增益性干擾；自然度得分較經(jīng)營前有了較大提高，自然度等級提高了2～3個級別。綜合結(jié)果表明，先鋒樹種自然化和均質(zhì)化混交技術(shù)促進了次生林的正向演替。

關(guān)鍵詞" 天然次生林；經(jīng)營技術(shù)；頂級樹種；先鋒樹種；自然度評價

中圖分類號" S725.2 """文獻標識碼" A """文章編號" 1007-7731（2024）24-0045-05

DOI號" 10.16377/j.cnki.issn1007-7731.2024.24.011

Naturalness evaluation of secondary forest based on the mixed management techniques of naturalization and homogenization of pioneer tree species

CHANG Huijuan FU Lihua CHENG Shun ZHANG Fei ZHANG Yan

（Saihanba Mechanical Forest Farm of Hebei， Weichang 068466， China）

Abstract" To explore the influence of management technology on succession trend of secondary forest， the natural mixing technology of pioneer tree species and the homogeneous mixing technology of pioneer tree species were implemented in natural secondary forest， including cutting down the pioneer tree species with poor quality， adjusting the tree structure， increasing the understory regeneration， and evaluating the naturalness of secondary forest. The naturalness evaluation system was established using 11 indexes including natural composition coefficient， diameter structure， and shrub cover from 4 aspects： succession trend， structure and pattern， species diversity， and disturbance degree. The AHP method was used to calculate the comprehensive scores of plots before and after management. The results showed that the relative significance and relative abundance of the top tree species in the plots were improved after the management technique was applied， the understory regeneration was good， the vertical structure was better than before the management， the shrub cover increased， the destructive disturbance was reduced， and the gain disturbance was increased. The naturalness score had been greatly improved compared with that before management， and the naturalness level had been increased by 2-3 levels. The results showed that the hybridization technique of naturalization and homogenization of pioneer tree species promoted the positive succession of secondary forest.

Keywords" natural secondary forest; management techniques; top tree species; pioneer tree species; naturalness evaluation

次生林是原始林經(jīng)過采伐、開墾和火災(zāi)及其他自然災(zāi)害破壞后，經(jīng)過天然更新、自然恢復(fù)形成的次生群落，是天然林的重要組成部分之一[1-2]，具有保水固土、固碳釋氧和水源涵養(yǎng)等功能[3-5]。因此，關(guān)于正確引導(dǎo)次生林正向演替，促進其生態(tài)系統(tǒng)更加健康穩(wěn)定的研究，引起了越來越多的林業(yè)工作者的重視。為更加科學(xué)地探究可持續(xù)的森林經(jīng)營措施，相關(guān)研究人員提出了森林自然度評價體系。如張洪森等[6]對黑龍江中部不同闊葉樹種的混交林從5個方面14個指標進行了自然度評價，得出了不同林分的生長狀態(tài)。王鵬等[7]在研究冀北山區(qū)次生楊樺林近自然度和優(yōu)勢度時，發(fā)現(xiàn)天然次生混交群落的自然度和優(yōu)勢度優(yōu)于天然次生純林。武文佳[8]對武漢地區(qū)主要城市的森林群落進行了自然度評價，并根據(jù)其劃分的5個等級提出相應(yīng)的管理措施。

塞罕壩區(qū)域的天然次生林木起源復(fù)雜，多為多代萌生，其林木質(zhì)量和林分生產(chǎn)力有待進一步提高，林分蓄積總量和林地生態(tài)效能有待進一步提升[9]。同時，基于進展演替理論和近自然經(jīng)營理論的天然次生林經(jīng)營技術(shù)研究有待進一步補充。因此本研究對已經(jīng)形成的先鋒樹種、頂極樹種混交林實施撫育間伐、林下更新造林等措施，調(diào)整林分結(jié)構(gòu)，控制先鋒樹種發(fā)展，促進頂級樹種發(fā)育，推進正向演替進展的先鋒樹種自然化混交經(jīng)營技術(shù)和先鋒樹種均質(zhì)化混交林經(jīng)營技術(shù)。對使用這2種經(jīng)營技術(shù)前后的林分自然度進行評價，為該區(qū)域天然次生林的經(jīng)營提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗地基本情況

塞罕壩機械林場是寒溫性大陸季風(fēng)氣候，該區(qū)域年均氣溫-1.3 ℃，無霜期64 d，風(fēng)大且持續(xù)時間長（年均大風(fēng)日數(shù)53 d，最多年份達114 d）。該區(qū)域年均降水量460 mm，年平均蒸發(fā)量1 339.2 mm。

1.2 試驗設(shè)計

2021年9—10月，根據(jù)千層板分場和北曼甸分場天然次生林分布以及試驗要求，選取了2塊試驗地，隨機設(shè)置3個樣地（3次重復(fù)），共計6塊30 m×30 m樣地，樣地基本情況詳見表1。其中A1～A3實施先鋒樹種自然化混交經(jīng)營技術(shù)，A4～A6實施先鋒樹種均質(zhì)化混交林經(jīng)營技術(shù)。

1.3 試驗經(jīng)營技術(shù)

1.3.1 先鋒樹種自然化混交經(jīng)營技術(shù) （1）空間調(diào)整。根據(jù)森林演替需求，為新增頂極樹種創(chuàng)建合理的人工更新空間。按照伐密留稀、伐弱留壯和伐劣留優(yōu)的原則，優(yōu)先伐除質(zhì)量較差的白樺、山楊等闊葉樹種?？臻g調(diào)整后楊樺木保留密度375株/hm2。（2）頂極樹種引入。依據(jù)該區(qū)域天然次生林演替規(guī)律[10]，華北落葉松、云杉為頂極群落樹種，優(yōu)先選擇華北落葉松樹種為林下更新樹種。在空間調(diào)整后的天然次生林，選擇宜更新、光照較充足、有培育潛力的林下空間，隨機栽植華北落葉松優(yōu)質(zhì)壯苗。

1.3.2 先鋒樹種均質(zhì)化混交林經(jīng)營技術(shù) （1）空間調(diào)整。根據(jù)森林演替需求，為新增頂極樹種創(chuàng)建合理的人工更新空間。優(yōu)先伐除質(zhì)量較差的白樺、山楊等闊葉樹種?？臻g調(diào)整后楊樺木保留密度150株/hm2。（2）頂極樹種引入。依據(jù)該區(qū)域演替規(guī)律，華北落葉松、云杉為頂極群落樹種，選擇華北落葉松和云杉樹種為林下更新樹種。在空間調(diào)整后的林分按照株行距3 m×2 m，均質(zhì)化栽植華北落葉松和云杉。

1.4 測定指標和方法

2021年9—10月調(diào)查6個樣地的樹種、胸徑、樹高、冠幅、密度、相對位置、林下更新情況、生物多樣性和干擾情況等指標。2021年11月按照經(jīng)營技術(shù)對這2個分場的試驗地進行經(jīng)營，于2024年6月再次調(diào)查這6個樣地內(nèi)林木的樹種、胸徑、樹高、冠幅、密度、相對位置、林下更新情況、生物多樣性和干擾情況等指標，經(jīng)營后的樣地對應(yīng)記作B1、B2、B3、B4、B5和B6。

參考馮楷斌[11]研究方法，選取演替趨勢（自然構(gòu)成系數(shù)、林下更新情況）、結(jié)構(gòu)與格局（直徑結(jié)構(gòu)、林分分布格局和垂直結(jié)構(gòu)）、物種多樣性（喬木Simpion指數(shù)、草本Simpion指數(shù)、灌木Pielon指數(shù)和灌木蓋度）和干擾程度（破壞性干擾、增益性干擾）4個方面的11個指標建立評價體系，通過層次分析法（Analytical hierarchy process，AHP）計算綜合評分。

2 結(jié)果與分析

2.1 演替趨勢

2.1.1 自然構(gòu)成系數(shù) 森林演替的過程中，樹種組成初期以楊樹、樺樹等先鋒樹種為優(yōu)勢樹種，然后由過渡樹種占據(jù)優(yōu)勢地位，最后由頂級樹種占據(jù)優(yōu)勢地位。由圖1～2可知，A1、A2和A3樣地在未使用經(jīng)營措施前頂級樹種的相對顯著度約40%，相對多度在15%～40%，采取了先鋒樹種自然化混交經(jīng)營技術(shù)后，B1、B2和B3相對顯著度和相對多度均提高了10%左右。采取了先鋒樹種均質(zhì)化混交林經(jīng)營技術(shù)后的B4、B5和B6規(guī)律與此一致。這說明采取的經(jīng)營措施提高了樣地的頂級樹種相對顯著度和相對多度。

2.1.2 林下更新情況 林下更新情況參考LY/T 1646—2005《森林采伐作業(yè)規(guī)程》標準進行評價。由表2可知，未實施經(jīng)營技術(shù)前，林下無更新情況，實施經(jīng)營技術(shù)后樣地B1、B2、B3、B4、B5和B6林下更新幼苗總數(shù)均在1 000株/hm2以上。說明經(jīng)營技術(shù)有利于林下更新。

2.2 結(jié)構(gòu)與格局特征

由表3可知，經(jīng)營前后直徑分布有3種，分別是正態(tài)分布（1分），頻率分布徑階數(shù)量較少的非正態(tài)分布（2分）和頻率分布徑階數(shù)量較多的非正態(tài)分布（3分）。林木分布格局用角尺度作為評價標準，經(jīng)營后的樣地（B1～B6）角尺度得分高于經(jīng)營前的樣地（A1～A6）。垂直結(jié)構(gòu)一定程度上反映了森林群落的完整性，完整的森林群落一般包含喬木層、灌木層（蓋度gt;50%）、草本層（蓋度gt;50%）和地被層4個植被層。樣地經(jīng)營后，林分密度降低，林下灌木層得到釋放，蓋度提高，因此部分經(jīng)營后的樣地較經(jīng)營前增加了1個植被層。綜上表明，經(jīng)營技術(shù)對天然林的結(jié)構(gòu)與格局有一定影響。

2.3 物種多樣性

森林群落的結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，物種多樣性的指數(shù)就越高，Simpson指數(shù)和Pielou指數(shù)是在植物學(xué)上應(yīng)用較普遍的生物多樣性指標。由表4可知，經(jīng)營前后樣地的喬木和草本Simpson指數(shù)變化不大，但經(jīng)營后灌木Pielou指數(shù)和蓋度均有所提升。這說明這兩項經(jīng)營措施對林地的灌木層影響較大。

2.4 干擾程度

6個樣地距離居民區(qū)較遠，但偶爾有附近的居民進入林地采集林產(chǎn)品，進行收集枯枝等輕度破壞性干擾行為。實施經(jīng)營技術(shù)后的樣地林下種植幼樹，為保護幼苗架上了圍欄，阻隔了不必要人員的進入，因此經(jīng)營后的樣地破壞性干擾行為有所減少。同時由于樣地實施經(jīng)營措施調(diào)整了林分結(jié)構(gòu)，促進了林下更新，樣地存在增益性干擾。

2.5 自然度評價

根據(jù)馮楷斌[11]的研究方法，將這11個指標得分進行標準化處理，處理后加權(quán)得分及等級見表5。A1～A3樣地自然度等級為3～4級，該地塊實施經(jīng)營技術(shù)后樣地B1～B3自然度等級為5～6級。這說明實施先鋒樹種自然化混交經(jīng)營技術(shù)后，林地的自然度提高了2～3個等級。A4～A6樣地，未經(jīng)營前自然度等級為1～2級。該林地實施先鋒樹種均質(zhì)化經(jīng)營技術(shù)后林分自然度等級為4～5級，使用先鋒樹種均質(zhì)化混交林經(jīng)營技術(shù)后使得林地自然度提高了3個等級。綜上表明，實施先鋒樹種自然化混交經(jīng)營技術(shù)和先鋒樹種均質(zhì)化混交林經(jīng)營技術(shù)可明顯提高天然林的自然度得分，有利于次生林的正向演替。

3 結(jié)論與討論

本試驗通過實施先鋒樹種自然化混交經(jīng)營技術(shù)和先鋒樹種均質(zhì)化經(jīng)營技術(shù)，包括伐除較差的先鋒樹種，釋放空間，重點培育頂級樹種，調(diào)整樹種結(jié)構(gòu)，同時增加林下更新等措施。發(fā)現(xiàn)實施經(jīng)營技術(shù)后，樣地頂級樹種的相對顯著度和相對多度均得到提高，林下更新良好，垂直結(jié)構(gòu)較為完善，減少了破壞性干擾，增加了增益性干擾。由此可知，實施經(jīng)營措施能夠改善次生林林分結(jié)構(gòu)，促進林分生長。張菲等[9]在實施自然化混交林經(jīng)營技術(shù)措施后，林分先鋒樹種比例下降，頂級樹種比例增加；撫育1年后，試驗林分平均胸徑和樹高明顯增加，林分健康優(yōu)質(zhì)木比例提高。本研究結(jié)果與此相似。

自然度評價是常用的森林評價體系，相關(guān)研究通過建立自然度評價體系，分析林分的自然狀態(tài)，研究森林生態(tài)系統(tǒng)的生長規(guī)律及其演替進程，預(yù)測森林的發(fā)展趨勢，以實現(xiàn)對其更好的管理[12-13]。馮楷斌[11]從森林演替、結(jié)構(gòu)與格局、物種多樣性和干擾程度4個方面共11個指標建立了北山地楊樺次生林森林自然度評價體系，客觀反映了林分的狀態(tài)特征，為科學(xué)地經(jīng)營管理提供了實踐依據(jù)。本試驗建立的評價體系與此一致，結(jié)果表明，實施先鋒樹種自然化混交經(jīng)營技術(shù)后，A1～A3樣地自然度提升了2～3個等級；實施先鋒樹種均質(zhì)化混交林經(jīng)營技術(shù)后，A4～A6樣地自然度提升了3個等級。自然度等級的提升說明實施的這2種經(jīng)營技術(shù)合理，促進了群落的正向演替。本研究結(jié)果與張菲等[9]研究結(jié)果相似。

綜上，本試驗通過使用先鋒樹種自然化混交經(jīng)營技術(shù)和先鋒樹種均質(zhì)化經(jīng)營技術(shù)，包括伐除較差的先鋒樹種，釋放空間，重點培育頂級樹種，調(diào)整樹種結(jié)構(gòu)，同時增加林下更新等措施，提高了頂級樹種的相對顯著度和相對多度，林下更新良好，完善了垂直結(jié)構(gòu)，增加了灌木蓋度，減少了破壞性干擾，增加了增益性干擾；自然度得分得到較大提高，自然度等級提高了2～3個級別，促進了群落的正向演替。研究結(jié)果為研究區(qū)的天然次生林經(jīng)營提供參考。

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（責(zé)任編輯：胡立萍）