全 鋒，周超凡，段光爽,2，胡雪凡，張會儒＊，雷相東

(1. 中國林業(yè)科學研究院資源信息研究所，國家林業(yè)和草原局森林經營與生長模擬重點實驗室，北京 100091；2. 信陽師范學院數學與統(tǒng)計學院，河南 信陽 464000)

撫育間伐作為森林中最主要的人為干擾之一[1-3]，已有很多學者證明其可以促進林分更快更好的發(fā)育[2,4-10]，實現多種功能的協(xié)同最大化。櫟類天然次生林在東北林區(qū)有十分廣泛的分布，其絕大多數為蒙古櫟林（Quercus mongolicaFisch. ex Ledeb.）[10-12]，而大部分蒙古櫟天然次生林密度很大，郁閉后完全依靠自然稀疏，造成大多數該類型林分生長狀況差、林分蓄積量普遍偏低，缺乏大徑級的優(yōu)良木材，因此迫切需要對林分進行科學有效的撫育間伐[13]。

于長平等[13]曾對遼東山區(qū)蒙古櫟進行了撫育間伐研究，并指出間伐可以提高林分斷面積和蓄積總生長量、生長率，且隨著間伐強度增加，各指標先升高后降低，中度間伐效果最好。尤文忠等[10]探討了蒙古櫟幼齡林和中齡林撫育間伐的最優(yōu)間伐強度方案，得出在幼齡階段采用輕度、中度、強度間伐均可，在中齡林時宜采用強度間伐（保留密度1 600 株·hm-2）。另外曲杭峰等[14]對大興安嶺蒙古櫟天然次生林、高文韜等[15]、呂偉偉等[16]對吉林長白山區(qū)次生蒙古櫟林都進行過不同改培措施研究，結果都說明撫育改造顯著有利于林分的發(fā)育。但目前關于蒙古櫟不同齡組對不同強度間伐響應的研究仍不夠全面，對于吉林省次生蒙古櫟林系統(tǒng)的撫育間伐研究更是少之甚少。

本研究以吉林省蒙古櫟天然次生林為對象，研究不同撫育間伐強度對其生長的影響，通過探究不同齡組對各間伐強度在伐后各觀測間隔的蓄積生長率的動態(tài)響應，對比未間伐樣地的蓄積生長率動態(tài)，以探索吉林省不同齡組蒙古櫟次生林各自適宜的撫育間伐方案。

1 研究方法

1.1 數據來源

樣地數據來源于1994至2014年吉林省第5次至第9次（共5期）森林資源連續(xù)清查數據，樣地布設采用全省范圍內的系統(tǒng)抽樣方法，抽樣間距為6 km×8 km，樣地面積均為0.06 hm2。

1.2 樣地篩選

由于本研究的對象是蒙古櫟天然次生林，因此首先需要篩選出起源是天然林，且優(yōu)勢樹種為蒙古櫟的林分。

考慮到天然林林分年齡比較難以確定，在本研究中以齡組來代替林分年齡。根據國家森林資源連續(xù)清查技術規(guī)定，天然蒙古櫟林齡組劃分如下：幼齡林年齡在40 a以下，中齡林年齡跨度為40～60 a，近熟林為60～80 a，成熟林為80～120 a，過熟林年齡大于120 a[17-18]。由于撫育間伐的研究對象一般為未成熟林，因此本研究的對象僅包括幼齡林、中齡林和近熟林。

由于5期數據兩兩的觀測間隔有4種可能性：5、10、15和20 a，因此在篩選樣地時，需要確定每期是否存在間伐，我們以當期間伐強度來判斷：

其中，Ia為當期間伐強度，VC為在5年后的下期記錄為間伐的當期林木的蓄積，VA為排除當期記錄為間伐的剩余林木的當期總蓄積（即假設5年間隔期內記錄的全部間伐都在5年前的當期完成）。

為了研究更長觀測間隔（20 a）的樣地生長率，僅保留1994年間伐過（當期間伐強度不為0），而后面都未間伐的樣地，以研究這些樣地在20 a內蓄積生長率的變化規(guī)律。部分間伐強度因為樣地數少，適當放寬篩選條件，增加初期間伐后15 a或10 a內未間伐的樣地。而未間伐樣地則應保證1994年當年與之后20 a都未出現過間伐。

確定研究對象齡組及符合間伐規(guī)則的樣地后，對樣地進行進一步的篩選。即剔除各個齡組中林分初始狀態(tài)（株數、蓄積量、單木蓄積和郁閉度）為異常值的樣地。篩選后樣地數量分布見表1，各齡組樣地的平均伐前狀態(tài)見表2。

1.3 數據處理

在篩選完樣地后，需對間伐強度進行分級，由于過大的間伐強度類似于皆伐，不屬于本研究范圍，本研究僅分析間伐強度在50%以下的樣地生長動態(tài)。為了便于分析不同間伐強度對生長的動態(tài)影響，劃分5個間伐強度等級：強度1（間伐強度0～10%）、強度2（10%～20%）、強度3（20%～30%）、強度4（30%～40%）、強度5（40%～50%）。

表 1 各齡組各間伐強度研究樣地數量統(tǒng)計Table 1 Quantitative statistics of sampleplots for each thinning intensity in different age groups

表 2 研究樣地各齡組各間伐強度平均伐前狀態(tài)（均值 ± 標準誤）Table 2 Average pre-cutting state of sample plots for each thinning intensity in different age groups（mean ± standard error）

間伐后不同時間間隔內的蓄積生長率計算公式采用以下公式[17]：

式中，n為觀測間隔（年），Pn為n年間的蓄積生長率（后簡稱“生長率”）；ya、ya-n分別表示為a、a-n年的蓄積，其中ya應包含n年間所有間伐與枯死的蓄積。

為了探討蒙古櫟次生林的對不同間伐強度的生長率動態(tài)響應，區(qū)分齡組（幼齡林、中齡林和近熟林）與觀測間隔（5、10、15和20 a），從各間伐強度與其對應生長率的散點及擬合曲線圖，進行大體趨勢上的判斷；然后分別計算5個間伐強度級和未間伐的生長率均值，分析其隨觀測時間的變化趨勢；最后對生長率均值進行多重方差分析，并計算不同間伐強度對生長率的提升效果以進一步定量的分析生長率對間伐的動態(tài)響應。

2 結果與分析

2.1 不同齡組對間伐強度的動態(tài)響應趨勢分析

圖 1 各齡組蓄積生長率與間伐強度的動態(tài)關系Fig. 1 Dynamic relationship between volume growth rate and thinning intensity in different age groups

由圖1可知，對于幼齡林，各觀測間隔的整體趨勢基本一致，即隨著間伐強度的增長，生長率出現了先持平，再快速上升，最后快速下降的趨勢；峰值出現在間伐強度20%～35%之間，且隨伐后時間的推移，峰度越來越小。對于中齡林，各觀測間隔的生長率都呈現出先緩慢增長，最后快速下降的趨勢；伐后5 a和10 a的峰值出現在間伐強度15%～35%之間，伐后15 a與20 a的峰值出現在間伐強度20%～40%之間，而隨伐后時間的推移，峰度基本保持一致。對于近熟林，各觀測間隔的趨勢并不一致，伐后5 a與10 a，生長率出現了先快速增長，后快速下降直至平緩的趨勢；伐后15 a與20 a，則呈現出先快速增長，后平緩下降的趨勢；伐后5 a與10 a的峰值出現在間伐強度15%～25%之間，伐后15 a與20 a的峰值則在強度15%～35%之間，峰度同樣隨伐后時間的推移逐漸減少。

圖2表示不同齡組對不同間伐強度在各觀測間隔的蓄積生長率均值的動態(tài)響應，通過對比未間伐狀態(tài)下的生長率均值，可以得知不同間伐強度對于生長率是提升效果還是降低效果。

對于幼齡林，隨觀測時間的推移，各間伐強度的生長率均在下降，其中強度3與強度4 下降較快，其他強度與未間伐則下降較緩。伐后5 a至20 a，強度3與強度4的生長率均值都明顯高于其他強度，相互之間差距?。粡姸?與強度2都高于未間伐，但相差不大；強度5生長率均值在伐后5 a低于未間伐，而在10 a后高于未間伐，且與未間伐幾乎相等。

圖 2 各齡組蓄積生長率對不同間伐強度的時間動態(tài)響應Fig. 2 Time dynamic response of volume growth rate of different age groups to different thinning intensities

對于中齡林，隨觀測時間的推移，未間伐與強度1、強度2、強度3的生長率均值都快速下降并在15 a之后趨于平緩；而強度4則一直緩慢下降；強度5則緩慢提升。強度2、強度3和強度4均明顯高于未間伐，且在前10 a，強度3生長率最高，而后10 a，強度4最高；強度1在各年均高于未間伐，且差距較小；強度5生長率雖在前10 a低于未間伐，但在10 a后開始高于未間伐，并在20 a與強度1持平。

對于近熟林，隨觀測時間的推移，未間伐與強度1的生長率均值都緩慢下降并在15 a后平緩；強度2與強度3則快速下降，同樣在15 a后趨于平緩；強度4有緩慢下降趨勢，而強度5則有緩慢上升的趨勢。伐后5 a至20 a，強度2和強度3生長率均值明顯高于未間伐，強度3最高，且隨時間增加，強度2與強度3之間的差距越來越大；強度1則在各年均與未間伐保持持平；強度4生長率雖在前10 a低于未間伐，但在10 a后開始高于未間伐，在20 a間生長率基本持平；強度5在5 a時低于未間伐，但在5 a后開始高于未間伐，并在20 a上升至與強度2持平。

2.2 不同齡組對間伐強度的動態(tài)響應定量分析

表3為未間伐及各間伐強度下生長率的均值水平。由表3可知，對于幼齡林，在觀測間隔5～20 a間，未間伐與強度3、強度4的生長率均值都具有顯著差異，而未間伐與強度1、強度2、強度5的生長率均值則不存在顯著差異。除此以外，在5 a時，強度5與強度3、強度4之間差異顯著；而在15 a時，強度1、強度5與強度3、強度4相互之間差異顯著。

對于中齡林，在觀測間隔5～20 a間，未間伐與強度2、強度3、強度4的生長率均值都具有顯著差異，而未間伐與強度1、強度5的生長率均值則不存在顯著差異。除此以外，在5 a與10 a時，強度5與強度2、強度3、強度4之間差異顯著，強度1與強度3之間差異顯著。

對于近熟林，在觀測間隔5～15 a間，未間伐與強度2、強度3的生長率均值都具有顯著差異，而未間伐與強度1、強度4、強度5的生長率均值則不存在顯著差異；在觀測間隔20 a，未間伐與強度2、強度3、強度5的生長率均值都具有顯著差異，而未間伐與強度1、強度4的生長率均值則不存在顯著差異。除此以外，在5 a時，強度1、強度4、強度5與強度2、強度3相互之間差異顯著；在10 a時，強度1、強度4與強度2、強度3相互之間差異顯著；而在15 a時，強度1與強度2、強度3之間差異顯著；發(fā)育至20 a時，強度1與強度3存在顯著性差異。

表 3 各齡組不同間伐強度間蓄積生長率均值差異分析（均值 ± 標準誤）Table 3 Analysis of mean difference of volume growth rate among different thinning intensities of different age groups（mean ± standard error）

由表4可知不同齡組各觀測間隔不同間伐強度相對于未間伐對蓄積生長率的提升效果。對于幼齡林，隨著伐后時間的增加，各強度的提升效果基本都在下降；對于中齡林，隨著伐后時間的增加，各強度的提升效果基本都在上升；而對于近熟林，隨著伐后時間的增加，強度1、強度2和強度3的提升效果先下降后提升，強度4和強度5的提升效果則一直提升。各齡組內不同間伐強度平均提升效果排序，幼齡林為強度4 ＞強度3 ＞強度2 ＞強度1 ＞強度5；中齡林為強度3 ＞強度4 ＞強度2 ＞強度1 ＞強度5；近熟林為強度3 ＞強度2 ＞強度5 ＞強度4 ＞強度1。從生長率提升效果最大與最小之間的極差來看，各齡組隨著伐后時間的增加，差距是越來越小的，且差距的變化幅度幼齡林＞中齡林＞近熟林。

3 討論

通過對不同齡組在各間伐強度下蓄積生長率的動態(tài)響應的研究分析，對于幼齡林階段，生長率峰值出現在間伐強度20%～35%之間，與未間伐相比，顯著提升生長率的是強度3與強度4，Zachara[18]對于歐洲赤松（Pinus sylvestrisLinn.）幼齡林的研究同樣指出20%～30%的強度對改善林分的結構和樹木生長效果較好；而中齡林峰值由伐后5 a至10 a的15%～35%之間變?yōu)?5 a至20 a的20%～40%之間，生長率提升顯著的則是強度2、強度3和強度4，最優(yōu)由短期的強度3轉變?yōu)殚L期的強度4，這與尤文忠等人[10]得出的遼東蒙古櫟林中齡林最優(yōu)間伐強度的結果相似，孔令斌等[19]和于長平等[13]也同樣指出對于次生蒙古櫟中齡林最優(yōu)間伐強度應在中等強度（30%左右）；對于近熟林，峰值由伐后 5 a至 10 a的 10%～30%之間變?yōu)?15 a至 20 a的15%～30%之間，生長率提升顯著的則是強度2與強度3，最優(yōu)為強度3。隨著齡組的增大，最優(yōu)生長率出現的采伐強度逐漸變小。對于幼齡林，林分密度較大，且郁閉度較小，大多數蒙古櫟都為高度聚集分布的萌生幼樹[20]，這些幼樹萌發(fā)于相同的根部，占據著相同的生態(tài)位，其對于營養(yǎng)、水分和光照的競爭較為激烈，因此需要較大的采伐強度，以改善較大的競爭態(tài)勢[10]，同時也可以給實生苗等更新提供可能生存的空間[2]；而對于中齡林，時間的推移淘汰掉了一部分立木，使得蒙古櫟的高度聚集得到一部分的改善，但林木之間仍然存在較大的競爭，仍然需要對聚集分布的蒙古櫟進行適當的間伐，但這個強度比幼齡林小，這相當于一部分的間伐強度由時間帶來的林分自疏過程所替代；到了近熟林階段，郁閉度基本都為1，即完全郁閉狀態(tài)，林分中的水平空間已經被瓜分完全，競爭會隨著林木的胸徑增長而越來越大，生長量也會越來越小，因此需要伐除那些長勢較差，不能成為優(yōu)良木材的林木，給剩余的優(yōu)勢木以充足的空間與營養(yǎng)以長成大徑材[16,21]，而這個階段的間伐類似于目標樹經營的伐除干擾樹措施，因此強度并不需要很大，只需適當釋放目標樹的樹冠即可[22]。

表 4 各齡組不同間伐強度對生長率的提升效果（相對于未間伐）Table 4 Increasing effect of thinning intensity on growth rate of different age groups（relative to non-thinning）

對于各個齡組，強度1間伐的生長率雖都高于未間伐，但卻很小，說明小強度間伐的效果可能僅在出現采伐的局部區(qū)域內顯現，而在林分水平，效果可能不容易顯現，相當于林分自疏的效果，Zachara[18]在研究擇伐對歐洲赤松影響時同樣指出小強度間伐（10%左右）對林分結構沒有大的影響，僅在局部產生促進效應。因此在未來的研究中可以剔除此強度，僅研究更大強度對生長率的影響。各個齡組中，強度5的生長率在5 a會低于未間伐，而在10 a至15 a超越未間伐，甚至在20 a與強度1或強度2相當，說明高強度的間伐伐去了較多的個體，生長率在短期內難以超越未間伐，但會隨著時間的推移顯示出一定的促進生長效果，但僅在近熟林內顯著。因此，在林分未成熟之前，不應采取高強度的間伐措施。

隨著時間的推移，各個齡組各間伐強度與未間伐的生長率之間的差異逐漸減少，但仍然存在顯著差異，說明間伐在20 a內都是有較好的效果的，但這種效果會隨著時間，被林分自疏的過程所消減，這也反映出間伐其實就是模仿自然稀疏過程的人為加強措施，可以在短時間促進林分更快更好的生長。尤文忠等[10]對遼東蒙古櫟林的研究結果說明在伐后2 a與4 a，蓄積定期生長量與未間伐間并無顯著差異，而6 a后，差異才顯著，這一結論同馬履一等[23]對北京山區(qū)油松林（Pinus tabuliformisCarr.）間伐的研究結果一致。從林分生長而言，間伐產生兩種效應，一種是伐后因保留林木生長空間的擴大而出現的林分增長效應，另一種是間伐去掉了一些林木而對林分生長的失去效應[24]，在間伐初期，第二種效應是大于第一種的，只有經過多年的恢復，才能出現顯著的增長效應，因此結合本研究和前人的研究結論，對于蒙古櫟林，相對于未間伐，采用最優(yōu)間伐強度在5 a時即可對蓄積產生顯著的增長效果。

本研究基于吉林省5期連清數據，探究不同齡組對不同間伐強度的動態(tài)響應，研究結果與前人結果有部分相似，鑒于對于蒙古櫟林間伐的研究較少，無法進行不同齡組、不同強度及在各觀測間隔的精細的結果比較，且由于在20 a間存在不同程度間伐的樣地數量較多，將其剔除后，符合較長觀測間隔（15 a與20 a）的樣地數量大量減少，這可能會對結果產生一定的影響，所以這也需要在新一期調查數據更新后，對擴充后的樣地進行進一步驗證分析，或者也可以使用鄰近的黑龍江省和遼寧省森林連續(xù)清查數據進行對比研究。由于森林擁有多種功能，僅以蓄積生長率對間伐的動態(tài)響應判斷最優(yōu)間伐強度在一定程度上也具有一定局限性，未來可加入對林分因子、林下植被與更新、林地土壤氣候和經濟效益等指標[24]，綜合評估間伐對林分的影響效果。本研究中的森林資源連續(xù)清查數據由于其特殊性，無法判斷各個樣地的間伐方式，因此假設了所有樣地的間伐都是隨機進行的，不存在間伐方式的區(qū)別，但間伐方式對林分生長發(fā)育的影響較大[14,25]，未來可加入間伐方式因素進一步研究。

4 結論

通過對不同齡組蒙古櫟林在不同間伐強度下的生長率在觀測間隔5～20 a的動態(tài)變化的分析，兼顧發(fā)展趨勢與生長率均值差異的顯著性分析，得出以下結論：對于蒙古櫟天然次生林，幼齡林宜采用25%～35%的間伐強度；中齡林宜采用20%～35%的間伐強度；近熟林宜采用15%～30%的間伐強度。本研究結果可以給吉林省蒙古櫟天然次生林的撫育間伐提供一定的參考。