玉 寶

(國家林業(yè)局管理干部學(xué)院，北京 102600)

過伐林是原始林經(jīng)過高強(qiáng)度采伐之后形成的，從受干擾的程度劃分屬于原始天然林和次生林之間的一種類型[1-3]，過伐林結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)是一項十分復(fù)雜的系統(tǒng)。其中，選定間伐對象，設(shè)計間伐強(qiáng)度，促進(jìn)更新，調(diào)控演替是難點和焦點。過去依據(jù)蓄積、最適株數(shù)、郁閉度等方法確定間伐強(qiáng)度，不能完全適合結(jié)構(gòu)優(yōu)化經(jīng)營。間伐強(qiáng)度除了經(jīng)營目標(biāo)、林分生長指標(biāo)以外，還與林齡、林分密度、樹種組成、林木格局、演替階段、林分更新、垂直結(jié)構(gòu)等諸多林分結(jié)構(gòu)因子有關(guān)。必須圍繞林分結(jié)構(gòu)因子，從經(jīng)營與結(jié)構(gòu)優(yōu)化的需要設(shè)計間伐強(qiáng)度等技術(shù)措施。

目前過伐林的研究主要圍繞生態(tài)恢復(fù)[4]、結(jié)構(gòu)與功能、結(jié)構(gòu)優(yōu)化等方面，主要以理論研究居多，缺乏可操作性，仍然未具備能夠指導(dǎo)林業(yè)生產(chǎn)的應(yīng)用技術(shù)[5]。從林分整體空間出發(fā)，探討結(jié)構(gòu)優(yōu)化和森林經(jīng)營技術(shù)問題方面不夠深入，尤其在垂直空間結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)研究較少，需要深入系統(tǒng)研究。通過演替層的調(diào)控，能較快控制林分演替趨勢。但要通過優(yōu)化結(jié)構(gòu)，調(diào)控林分演替，經(jīng)營復(fù)層異齡林，必須從林分垂直各層入手調(diào)控各樹種不同徑級株數(shù)比例、合理高度、母樹數(shù)量等，并持續(xù)地確保有更新層的存在[6]。傳統(tǒng)目標(biāo)樹經(jīng)營方法和思路不足以解決優(yōu)化結(jié)構(gòu)問題，目標(biāo)樹經(jīng)營對森林群落結(jié)構(gòu)和功能產(chǎn)生的影響還沒有得到系統(tǒng)的研究[7]，而且實踐探索主要以人工林為主[8]，現(xiàn)仍處在探索階段。

本研究根據(jù)興安落葉松 (Larixgmelinii) 過伐林結(jié)構(gòu)特征，提出了相應(yīng)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)方法，設(shè)計了人工促進(jìn)更新、誘導(dǎo)混交林、撫育間伐和局部撫育人工促進(jìn)更新4種技術(shù)措施，分析了初步效果。為天然林結(jié)構(gòu)優(yōu)化及撫育經(jīng)營提供參考。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)選擇內(nèi)蒙古大興安嶺森林生態(tài)系統(tǒng)國家野外科學(xué)觀測研究站，位于東經(jīng)121°30′～121°31′，北緯50°49′～50°51′，海拔 800～1 100 m。屬寒溫帶濕潤氣候區(qū)，年平均氣溫-5.4 ℃，最低氣溫 -50.0 ℃，大于等于10 ℃積溫為1 403 ℃；年降水量為450～550 mm，60%集中在7—8月；無霜期為80 d。林下土壤為棕色針葉林土，土層厚度為20～40 cm，基巖以花崗巖與玄武巖為主。森林為以興安落葉松為建群種的寒溫帶針葉林。伴生樹種有白樺 (Betulaplatyphylla)、山楊 (Populusdavidiana) 等。林下主要有杜鵑 (Rhododendronsimsii) 等灌木和紅花鹿蹄草 (Pyrolaincarnate)、舞鶴草 (Maianthemumbifolium) 等草本植物。

研究區(qū)過伐林為20世紀(jì)80年代初主伐利用后形成的中幼齡天然林。1982—1986年當(dāng)?shù)亓謽I(yè)部門對研究區(qū)林分進(jìn)行了采伐作業(yè)，作業(yè)方式為100 m等帶間隔皆伐， 間隔期為10 a，作業(yè)面積為150 hm2左右。伐前林齡為120～180 a，蓄積量80～120 m3/hm2，郁閉度0.2～0.4，上層母樹群團(tuán)狀分布，更新密度為1 500～2 400株/hm2， 幼樹年齡5～15 a， 幼樹組成為5落5樺。20世紀(jì)90年代初開始轉(zhuǎn)為撫育經(jīng)營。

2 研究方法

2.1 標(biāo)準(zhǔn)地設(shè)置及調(diào)查

設(shè)置4塊標(biāo)準(zhǔn)地，5落3白2楊的標(biāo)準(zhǔn)地為30 m × 30 m，其他樹種組成的標(biāo)準(zhǔn)地為40 m × 40 m，基本情況見表1。對標(biāo)準(zhǔn)地的喬木進(jìn)行每木檢尺，測量胸徑 (D)、樹高、枝下高等指標(biāo)；調(diào)查林下更新樹種、密度。將標(biāo)準(zhǔn)地按5 m × 5 m進(jìn)行網(wǎng)格化，劃分為若干個樣方。以標(biāo)準(zhǔn)地西南角作為坐標(biāo)原點，用皮尺測量各樣方內(nèi)的林木在標(biāo)準(zhǔn)地內(nèi)的相對坐標(biāo) (X,Y)。其中，X表示東西方向坐標(biāo)，Y表示南北方向坐標(biāo)。

研究中提出的林分結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)措施旨在示范實踐，故設(shè)置了具有典型特征并與優(yōu)化技術(shù)相匹配的4塊標(biāo)準(zhǔn)地來說明，未作重復(fù)處理。

表1 標(biāo)準(zhǔn)地基本情況Table 1 Basic situation of sample plots

注：“落” 代表興安落葉松；“白” 代表白樺；“楊” 代表山楊。

2.2 林分結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)選擇

研究區(qū)森林經(jīng)非經(jīng)營性采伐后，在長期缺乏合理經(jīng)營情況下，原有林分結(jié)構(gòu)遭到破壞，失去自然規(guī)律性，林分更新、樹種組成、林分演替規(guī)律等發(fā)生較大變化。需要人為采取經(jīng)營措施，優(yōu)化結(jié)構(gòu)，促進(jìn)林分自然更新水平和正向演替。林分結(jié)構(gòu)優(yōu)化目標(biāo)是恢復(fù)過伐林自然規(guī)律，促進(jìn)過伐林正向演替，將林木分布格局向隨機(jī)分布調(diào)整，降低聚集系數(shù)，使結(jié)構(gòu)更趨合理。調(diào)控林分演替，提高水平空間和垂直空間利用率，形成林木格局合理、垂直層次呈階梯式分布的復(fù)層、異齡林，該林區(qū)天然林樹種組成為8落2白或9落1白時能夠形成穩(wěn)定的群落結(jié)構(gòu)。故將樹種組成調(diào)控的目標(biāo)是落葉松和白樺組成接近8∶2或9∶1。D≥ 10.0 cm中齡林木具有結(jié)實量大、豐產(chǎn)的可能性高[9]，故將D≥ 10.0 cm林木做母樹來培育，調(diào)控母樹格局，促進(jìn)林分更新。為調(diào)控樹種組成、林木格局，促進(jìn)林分正向演替，提高林分天然更新能力，并將白樺純林誘導(dǎo)成混交林，2012年采取人工促進(jìn)更新、誘導(dǎo)混交林、撫育間伐、局部撫育人工促進(jìn)更新4種技術(shù)措施進(jìn)行撫育。

1) 人工促進(jìn)更新：標(biāo)準(zhǔn)地1林分更新較差，為提高天然更新能力，采取人工輔助天然更新的技術(shù)措施。

2) 誘導(dǎo)混交林：對標(biāo)準(zhǔn)地2白樺純林進(jìn)行局部撫育、人工補(bǔ)植方法誘導(dǎo)成白樺落葉松混交林。

3) 撫育間伐：為調(diào)控標(biāo)準(zhǔn)地3樹種組成、林木格局、林分演替，進(jìn)行撫育間伐。

4) 局部撫育人工促進(jìn)更新：對標(biāo)準(zhǔn)地4采取將撫育間伐和人工促進(jìn)更新相結(jié)合的辦法。

2.3 分析方法

應(yīng)用方差/均值比率法[10]，求算林木聚集系數(shù)，檢驗林木空間格局。應(yīng)用Excel軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及計算，運用SPSS Statistics 17.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析。

3 結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)

4塊標(biāo)準(zhǔn)地的林分結(jié)構(gòu)特征及對應(yīng)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化措施詳見表2，林分結(jié)構(gòu)優(yōu)化前后樹種組成及格局詳見表3。

表2林分結(jié)構(gòu)特征及優(yōu)化技術(shù)措施
Table 2 Stand structure characteristics and optimizing technical measures

標(biāo)準(zhǔn)地更新密度/(株·hm-2)更新樹種比例/%落葉松白樺山楊采伐強(qiáng)度/%蓄積 株數(shù)優(yōu)化技術(shù)措施1125649.631.019.5--人工促進(jìn)更新 2367520.776.62.714.446.3誘導(dǎo)混交林3292559.039.31.714.411.9撫育間伐4106914.172.912.95.115.0局部撫育人工促進(jìn)更新

表3 林分結(jié)構(gòu)優(yōu)化前后標(biāo)準(zhǔn)地樹種組成及格局Table 3 Species composition and distribution before and after optimization of stand structure in sample plots

3.1 人工促進(jìn)更新

林下枯枝落葉層厚、母樹數(shù)量少，分布不均，結(jié)實量不夠是林分更新差的主要原因。同時，人為采伐干擾后林分光照、土壤溫度、濕度等微生境發(fā)生變化，對林分更新有較大影響。標(biāo)準(zhǔn)地1樹種組成為5落3白2楊，林分密度較小 (表1)。林分更新密度較低 (表2)，自然更新能力差。需要采用人工輔助天然更新技術(shù)，促進(jìn)林分更新，提高林分空間利用率。在標(biāo)準(zhǔn)地內(nèi)D≥ 10 cm落葉松有28株 (圖1)。從枯枝落葉層較厚，林木種子難以接觸土壤的地點，結(jié)合落葉松位置，挑選出14株落葉松作為母樹 (圖2)。以母樹分布與潛在更新能力區(qū)域形成集中連片，能夠?qū)⒏采w全標(biāo)準(zhǔn)地的原則，避開了具有潛在天然更新能力的位置、范圍，避免出現(xiàn)重疊。在圖2中，以小方框標(biāo)注樣方號為母樹位置。在距母樹10 m的位置 (黑色底紋樣方)，設(shè)置1 m × 1 m的小樣方，清除小樣方內(nèi)灌木和草本，拋開死地被物層，露出土壤表層，人工輔助更新 (圖2)。

圖1標(biāo)準(zhǔn)地1D≥10cm落葉松位置
Fig.1 Position ofL.gmeliniiD≥ 10 cm in plots 1

圖2標(biāo)準(zhǔn)地1輔助更新樣方位置
Fig.2 Quadrat position of artificial forcing regeneration in plots 1

在母樹數(shù)量和位置合理的前提下，對林分更新仍然差的林分，采取調(diào)節(jié)營養(yǎng)生長和生殖生長關(guān)系的技術(shù)措施，促進(jìn)林木開花結(jié)實。根據(jù)營養(yǎng)生長和生殖生長不同表現(xiàn)，采取環(huán)剝等物理方法或應(yīng)用生長調(diào)節(jié)劑赤霉素、乙烯等[11]化學(xué)措施。

3.2 誘導(dǎo)混交林

林分采伐后落葉松更新不及時，而先鋒樹種白樺更新較好，逐漸將形成白樺純林。需要人工補(bǔ)植、間伐、促進(jìn)更新等措施誘導(dǎo)混交林。標(biāo)準(zhǔn)地2為白樺純林，林木稀疏，林分密度低 (表1)。更新密度雖然較高，但更新株數(shù)的76.6%為白樺 (表2)，需要采取誘導(dǎo)混交林技術(shù)。林分中叢生白樺較多，D≥ 10 cm白樺對興安落葉松的更新有抑制作用[9]。白樺萌生枝條影響了落葉松更新，需要清除叢生白樺及萌生枝條，促進(jìn)落葉松自然更新能力。通過間伐部分白樺，人工補(bǔ)植落葉松，提高落葉松比例，逐步形成混交林 (表2)。共間伐348株。其中，D≥ 5 cm林木17株，D< 5 cm林木331株。采伐山楊等非目的樹種、叢生白樺 (含萌生條) (圖3)。間伐蓄積強(qiáng)度14.4%，株數(shù)強(qiáng)度46.3%。

在標(biāo)準(zhǔn)地林木空隙內(nèi)，參照D≥ 10 cm林木位置和格局，選擇難以自然更新的地點，以見縫插針方式栽植2年生落葉松1級苗。共栽植398株，栽植密度為2 490株/hm2(圖3)。人工補(bǔ)植的位置是非常重要，把天然更新和人工補(bǔ)植有機(jī)結(jié)合，可以節(jié)省成本。

圖3標(biāo)準(zhǔn)地2撫育間伐和人工補(bǔ)植后林木格局
Fig.3 Distribution after thinning and enrichment planting in plots 2

3.3 撫育間伐

標(biāo)準(zhǔn)地3樹種組成為5落5白-楊。更新密度較高，在更新幼樹中落葉松、白樺和山楊株數(shù)比例分別為：59.0%、39.3%、1.7% (表1～2)。從林分垂直層次看，未來林分演替趨勢將落葉松占優(yōu)勢，但目前主林層中白樺占優(yōu)勢，在演替層中白樺的比重仍然占4成 (表3)。需要采取撫育間伐技術(shù)，控制白樺優(yōu)勢，間伐白樺，從林分垂直分布中控制白樺演替趨勢，減弱演替層中白樺成數(shù)，提高落葉松比例，減小林木聚集系數(shù)，將逐漸形成落葉松白樺混交林 (表2)。

根據(jù)D≥ 10 cm林木格局，從中選出落葉松23株，白樺21株作為母樹來培育 (圖4)，共間伐99株。其中，D≥ 5 cm林木21株，D< 5 cm林木78株。采伐山楊、叢生白樺 (含萌生條)、極少數(shù)落葉松。間伐蓄積強(qiáng)度14.4%，株數(shù)強(qiáng)度11.9%。

圖4標(biāo)準(zhǔn)地3作為母樹的林木位置
Fig.4 Seed tree position of plots 3

3.4 局部撫育人工促進(jìn)更新

標(biāo)準(zhǔn)地4樹種組成7落3白+楊。更新密度較低，在更新幼樹中落葉松比例偏低，白樺比例較高，分別為：14.1%、72.9% (表1～2)。從林分垂直層次看，更新層白樺占優(yōu)勢，未來林分演替趨勢具有白樺占優(yōu)勢的可能性 (表3)。需要采取局部撫育間伐，并結(jié)合人工輔助天然更新技術(shù)，優(yōu)化林分結(jié)構(gòu)，促進(jìn)林分正向演替，增加落葉松更新株數(shù)，促進(jìn)落葉松自然更新能力，提高林分空間利用率 (表2)?？刂瓢讟鍍?yōu)勢，從林分垂直分布中控制白樺演替趨勢，減弱更新層中白樺成數(shù)，提高落葉松比例，減小林木聚集系數(shù)，將逐漸形成落葉松白樺混交林 (表2)。

根據(jù)D≥ 10 cm林木格局，從枯枝落葉層較厚，自然更新難度大的地點，選出落葉松24株，白樺26株作為母樹來培育 (圖5)。在距母樹10 m的位置，設(shè)置1 m × 1 m的小樣方，清除小樣方內(nèi)灌木和草本，拋開死地被物層，露出土壤表層，人工輔助更新。

圖5標(biāo)準(zhǔn)地4作為母樹的林木位置
Fig.5 Seed tree position of plots 4

共間伐60株。其中，D≥ 5 cm林木6株，D< 5 cm林木54株。主要采伐山楊、叢生白樺 (含萌生條)。間伐蓄積強(qiáng)度5.1%，株數(shù)強(qiáng)度15.0% (表2)。

4 優(yōu)化效果

林分結(jié)構(gòu)特征是決定優(yōu)化措施的主要依據(jù)。對4種類型的林分進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，能夠調(diào)整林分密度、林木分布格局、促進(jìn)林分更新，使林分空間得到合理的填充；調(diào)整了種間、種內(nèi)關(guān)系和林木競爭；能夠調(diào)整樹種組成，按照經(jīng)營目標(biāo)調(diào)控林分演替趨勢。如標(biāo)準(zhǔn)地2通過間伐、人工補(bǔ)植，林木聚集系數(shù)由4.56降低為2.71 (表3)。如標(biāo)準(zhǔn)地3經(jīng)間伐，林木聚集系數(shù)由3.43變?yōu)?.08，聚集程度有所下降 (表3)；樹種組成由5落5白-楊調(diào)整為6落4白，落葉松成數(shù)有所提高，其優(yōu)勢更加明顯 (表1、3)；調(diào)整了垂直層樹種組成，主林層、演替層和更新層樹種組成由伐前的6白4落-楊、6落4白-楊、8落2白-楊調(diào)整為5落5白、5落5白、8落2白 (表3)，主林層落葉松優(yōu)勢更加明顯。如標(biāo)準(zhǔn)地4經(jīng)間伐，林木聚集系數(shù)由1.61變?yōu)?.12，聚集程度有所下降 (表2～3)；樹種組成由7落3白 + 楊調(diào)整為7落3白，樹種組成結(jié)構(gòu)更趨合理 (表2～3)；調(diào)整了垂直層樹種組成，主林層、演替層和更新層樹種組成由伐前的7落3白 + 楊、9落1白 + 楊、5白3落2楊調(diào)整為7落3白、9落1白、6白4落 (表3)，保持主林層和演替層落葉松優(yōu)勢，同時增加了更新層落葉松成數(shù)。

更新層是決定未來林分結(jié)構(gòu)的重要因子，也是林分可持續(xù)循環(huán)的決定性因子[6]。在林分各個生長階段保持復(fù)層異齡林，必須持續(xù)地保留有一定比例的更新層，更新層物種的演替是森林群落結(jié)構(gòu)發(fā)生變化的主導(dǎo)驅(qū)動因子[12]。因此在林分不同生長階段合理調(diào)整林分密度和林木分布格局，確保生境異質(zhì)性和自然更新能力[13]。胸徑D≥ 10 cm林木對更新位置和格局有顯著影響[9]。對自然更新能力差的林分，通過在自然更新難的區(qū)域中培育母樹 (D≥ 10 cm) 促進(jìn)天然更新。母樹數(shù)量和分布格局將影響更新效果，母樹分布與潛在更新能力區(qū)域，能夠互補(bǔ)形成集中連片。對白樺純林通過間伐叢生白樺 (每叢保留1株)、山楊等非目的樹種，人工補(bǔ)植落葉松的方法，誘導(dǎo)成白樺落葉松混交林。

針對不同結(jié)構(gòu)特征的林分，依據(jù)經(jīng)營目標(biāo)，兼顧林木個體大小、林木格局、林分垂直結(jié)構(gòu)、樹種組成和林分演替等林分結(jié)構(gòu)因子，確定間伐對象和間伐強(qiáng)度。興安落葉松過伐林適合綜合撫育法。根據(jù)在林分垂直層中落葉松優(yōu)勢程度，未來林分演替趨勢，調(diào)控主林層、演替層和更新層樹種組成。間伐不同位置的林木，對促進(jìn)林木生長，調(diào)解種內(nèi)、種間關(guān)系和林木競爭，優(yōu)化林木格局，促進(jìn)林下更新與植被生長等將產(chǎn)生較不同的影響。對遭受不同程度干擾的過伐林，應(yīng)采取與其結(jié)構(gòu)特征相適應(yīng)的優(yōu)化技術(shù)措施。

經(jīng)過撫育間伐、人工補(bǔ)植、人工促進(jìn)更新等措施，林分結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化。調(diào)整了林木株數(shù)和格局，提高林分空間利用率，緩解了林木競爭，林木聚集系數(shù)變小 (聚集程度有所下降)，調(diào)整了主林層、演替層和更新層等垂直層樹種組成，促進(jìn)了林分正向演替。文中設(shè)定了優(yōu)化目標(biāo)、原則及結(jié)構(gòu)優(yōu)化理論技術(shù)措施。適用經(jīng)過非經(jīng)營性采伐而形成的過伐林的結(jié)構(gòu)優(yōu)化經(jīng)營，在森林經(jīng)營實踐中，應(yīng)依據(jù)現(xiàn)有林分更新情況、樹種組成、林木格局、林分未來演替趨勢等狀況，結(jié)合經(jīng)營目標(biāo)靈活采用優(yōu)化技術(shù)措施，力求取得更好的優(yōu)化效果。

[1] 亢新剛, 胡文力, 董景林, 等. 過伐林區(qū)檢查法經(jīng)營針闊混交林林分結(jié)構(gòu)動態(tài)[J]. 北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報, 2003, 25(6): 1-5.

[2] 亢新剛, 趙俊卉, 劉燕. 長白山云冷杉針闊混交過伐林優(yōu)化結(jié)構(gòu)研究[J]. 林業(yè)資源管理, 2008(3): 57-62.

[3] 葉林, 李巍巍, 馬景財. 小興安嶺過伐天然林結(jié)構(gòu)特點及經(jīng)營策略[J]. 東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報, 2011, 39(10): 114-116.

[4] 劉世榮, 馬姜明, 繆寧. 中國天然林保護(hù)、生態(tài)恢復(fù)與可持續(xù)經(jīng)營的理論與技術(shù)[J]. 生態(tài)學(xué)報, 2015, 35(1): 212-218.

[5] 玉寶, 張秋良, 王立明. 天然林多目標(biāo)經(jīng)營研究現(xiàn)狀及趨勢[J]. 西北林學(xué)院學(xué)報, 2015, 30(1): 189-195.

[6] 玉寶, 張秋良, 王立明. 中幼齡興安落葉松過伐林垂直結(jié)構(gòu)綜合特征[J]. 林業(yè)科學(xué), 2015, 51(1): 132-139.

[7] 梁星云, 何友均, 張譜, 等. 不同經(jīng)營模式對丹清河林場天然次生林植物群落結(jié)構(gòu)及其多樣性的影響[J]. 林業(yè)科學(xué), 2013, 49(3): 93-102.

[8] 張象君, 王慶成, 王石磊, 等. 小興安嶺落葉松人工純林近自然化改造對林下植物多樣性的影響[J]. 林業(yè)科學(xué), 2011, 47(1): 6-14.

[9] 玉寶, 張秋良, 王立明, 等. 興安落葉松中幼齡過伐林林木空間格局對更新格局的影響[J]. 浙江農(nóng)林大學(xué)學(xué)報, 2015, 32(3): 346-352.

[10] 惠剛盈, Gadow K V, 胡艷波, 等. 結(jié)構(gòu)化森林經(jīng)營[M]. 北京: 中國林業(yè)出版社, 2007: 114-120.

[11] 梁玉堂, 曹幫華, 杜盛, 等. 種苗學(xué)[M]. 北京: 中國林業(yè)出版社, 1995: 19.

[12] 康冰, 王得祥, 崔宏安, 等. 秦嶺山地油松群落更新特征及影響因子[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報, 2011, 22(7): 1659-1667.

[13] Moktan M R, Gratzer G, Richards W H, et al. Regeneration of mixed conifer forests under group tree selection harvest management in western Bhutan Himalayas[J]. Forest Ecology and Management, 2009, 257(10): 2121-2132.