叢健

(遼寧省林業(yè)發(fā)展服務(wù)中心，遼寧 沈陽 110036)

隨著栽針保闊[1]的營(yíng)林措施在林業(yè)生產(chǎn)上廣泛應(yīng)用，這一人工促進(jìn)更新作法受到廣泛的重視和青睞，在該理念的指導(dǎo)下營(yíng)造了大量的紅松(Pinuskoraiensis)。長(zhǎng)白山南部地區(qū)現(xiàn)有的冠下栽植紅松的次生林類型主要是雜木林和柞木林，且主要處于紅松與闊葉樹生長(zhǎng)競(jìng)爭(zhēng)相持狀態(tài)。這一階段光照是影響紅松生長(zhǎng)的主導(dǎo)因子[2]，適時(shí)調(diào)整林分結(jié)構(gòu)，改善林內(nèi)的光照環(huán)境將有利于紅松的生長(zhǎng)發(fā)育。

在林分調(diào)整時(shí)，面臨著很多問題，協(xié)調(diào)撫育時(shí)期和強(qiáng)度與紅松生長(zhǎng)發(fā)育間的關(guān)系是這一時(shí)期的關(guān)鍵，撫育過早會(huì)耗費(fèi)人力和財(cái)力；撫育過晚影響紅松的生長(zhǎng)發(fā)育。強(qiáng)度控制在什么樣的范圍內(nèi)更適合紅松的生長(zhǎng)，若透光伐的強(qiáng)度太小，紅松光照條件的改良效果不明顯，對(duì)紅松生長(zhǎng)的促進(jìn)作用不大；若透光伐的強(qiáng)度太大，相當(dāng)于使紅松直接暴露于全光下，則會(huì)影響紅松的干形，造成紅松早期分杈、早期結(jié)實(shí)等[3]。本研究通過對(duì)長(zhǎng)白山南部地區(qū)的次生林下栽植紅松生長(zhǎng)發(fā)育現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)查，根據(jù)前期的研究成果，對(duì)這一特有林型進(jìn)行林分結(jié)構(gòu)調(diào)整，促進(jìn)紅松生長(zhǎng)，為恢復(fù)紅松闊葉混交林這一頂級(jí)群落做好鋪墊。

1 研究區(qū)域概況

汪清縣地處吉林省東北部山區(qū)，地理位置128°54′—130°41′ E，43°06′—44°03′ N，地形為長(zhǎng)白山低山丘陵區(qū)，地勢(shì)高低起伏，屬長(zhǎng)白山系老爺嶺山脈，海拔360～1 477 m，該區(qū)為大陸性季風(fēng)氣候，夏季多雨，冬季干燥。年平均降水量580 mm，年平均氣溫1.5 ℃。以暗棕色森林土為主。植被屬于溫帶針闊混交林區(qū)域——溫帶針闊混交林地帶——長(zhǎng)白山地紅松沙冷杉針閥混交林區(qū)，主要植物屬于長(zhǎng)白植物區(qū)系。

2 研究方法

2.1 樣地設(shè)置

在汪清縣林業(yè)局春陽林場(chǎng)境內(nèi)，選擇冠下栽植紅松較為普遍的兩種林型，即柞木林和雜木林作為研究對(duì)象，造林密度分別是1 500株·hm-2和2 500株·hm-2，冠下紅松為20年生，2種林型均未做過上層撫育，每個(gè)林型設(shè)3個(gè)重復(fù)，每塊樣地面積為20 m×20 m。柞木林樣地分別記為O.1、O.2和O.3；雜木林樣地分別記為B.1、B.2和B.3。

2.2 調(diào)查方法

根據(jù)實(shí)際情況，對(duì)柞樹林、楊樺林兩種林分中上層已經(jīng)達(dá)到開始測(cè)量徑階，即胸徑≥2.0 cm的所有闊葉樹進(jìn)行掛牌，記錄各樣地內(nèi)的樹種組成，測(cè)定所有闊葉樹的樹高、胸徑。

對(duì)標(biāo)準(zhǔn)地內(nèi)的紅松進(jìn)行每木檢尺，繪制林分定位圖，分別測(cè)量其樹高、胸徑和地徑、第1活枝高，測(cè)定紅松的東西和南北冠幅。使用Nikon D70數(shù)碼相機(jī)對(duì)紅松進(jìn)行數(shù)據(jù)圖像采集。

2.3 調(diào)整時(shí)期的確定

利用樹高與根據(jù)節(jié)間距在照片中讀取的樹高建立回歸模型的方法，根據(jù)紅松樹高年生長(zhǎng)量的大小變化確定調(diào)整時(shí)期[4]。

2.4 調(diào)整強(qiáng)度

根據(jù)林分中紅松優(yōu)勢(shì)木的生長(zhǎng)小環(huán)境來確定林分量化調(diào)整指標(biāo)。

依據(jù)林分定位圖計(jì)算出大小比數(shù)和混交度。

2.5 相關(guān)參數(shù)及數(shù)據(jù)處理方法

紅松優(yōu)勢(shì)樹指樹高為林分平均樹高120%以上的紅松林木。

開敞度是一個(gè)與隨機(jī)樣點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的光環(huán)境的測(cè)度指標(biāo)，樣點(diǎn)的開敞度定義為該點(diǎn)到四個(gè)象限最近的四株相鄰上層林木的水平距離與該株上層林木高度的比值之和[5]。

大小比數(shù)(Ui)被定義為大于參照樹的相鄰木的個(gè)數(shù)占所考察的全部最近相鄰木總數(shù)的比例[6]。

混交度(Mi)是一種混交林樹種空間隔離程度的表達(dá)方式，表明了任意一株林木的最近相鄰木為非同種的概率[7]。它被定義為參照樹i的n株最近相鄰木中與參照樹不屬同種的個(gè)體所占的比例。

標(biāo)準(zhǔn)地林分定位圖(圖1)中，外框表示標(biāo)準(zhǔn)地的實(shí)際面積400 m2(20 m×20 m)，內(nèi)框與外框間區(qū)域表示參數(shù)計(jì)算的緩沖區(qū)，內(nèi)框與外框距離為2 m，其內(nèi)面積為256 m2(16 m×16 m)。開敞度、大小比數(shù)和混交度計(jì)算的中心木都在內(nèi)框中。

利用Excel 2016進(jìn)行數(shù)據(jù)整理與繪圖，采用SPSS 13.0軟件利用Linear中stepwise變量選擇方法對(duì)生長(zhǎng)競(jìng)爭(zhēng)處于相持狀態(tài)紅松實(shí)測(cè)樹高和照片讀取樹高進(jìn)行回歸分析與檢驗(yàn)。

3 結(jié)果與分析

3.1 林分組成基本情況

3.1.1 林分樹種組成 2種林型中紅松所占比例均在50%，柞木林中，闊葉樹以柞木為主，紅松與闊葉總和占9成，其他闊葉樹為軟闊葉樹種，如椴樹、楓樺、白樺、榆樹等。雜木林中，闊葉樹包括色木槭、白樺、榆樹、椴樹，還有部分臭松、水曲柳、楊樹、楓樺等，見表1。

表1 林分樹種組成

雜木林中上層闊葉樹的平均樹高為11.30 m，平均胸徑為13.2 cm；柞木林種上層闊葉樹的樹高為9.44 m，平均胸徑為7.73 cm。

3.1.2 紅松生長(zhǎng)發(fā)育現(xiàn)狀

(1)紅松株數(shù)。不同林型下紅松株數(shù)分布中，內(nèi)圈株數(shù)是指在去除樣地緩沖區(qū)后的紅松株數(shù)，優(yōu)樹株數(shù)指紅松樹高為超過林分平均樹高120%以上紅松的株數(shù)。柞木林的3塊樣地紅松總數(shù)是238株，其中達(dá)到起測(cè)徑階2 cm以上的株數(shù)占69%，內(nèi)圈株數(shù)占74%，優(yōu)勢(shì)木占紅松總株數(shù)22%(表2)。雜木林的3塊樣地紅松總數(shù)是84株，其中達(dá)到起測(cè)徑階2 cm以上的株數(shù)占52%，內(nèi)圈株數(shù)占67%，優(yōu)勢(shì)木占紅松總株數(shù)24%(表2)。

表2 紅松株數(shù)分布

(2)紅松生長(zhǎng)發(fā)育狀況。柞木林下紅松平均地徑為5.39 cm，雖然差異不顯著，但高出雜木林下紅松平均地徑0.86 cm；柞木林下紅松平均胸徑為4.05 cm，高出雜木林下紅松平均胸徑14%；柞木林和雜木林下紅松平均樹高分別是3.42 m和2.62 m，相差0.80 m；柞木林下紅松平均冠幅為1.72 m，高出雜木林中紅松平均冠幅11%，說明柞木林下紅松的營(yíng)養(yǎng)空間較大；自然整枝能力是第1活枝高與樹高的比值，反映紅松對(duì)光照的環(huán)境變化的自我調(diào)節(jié)能力，雜木林下紅松自然整枝能力為0.11，顯著高于雜木林下紅松(P<0.01)(表3)。

表3 紅松生長(zhǎng)發(fā)育狀況

3.2 林分空間結(jié)構(gòu)調(diào)整時(shí)期

利用樹高與節(jié)間距在照片中讀取的樹高建立回歸模型，結(jié)果表明二者呈現(xiàn)出顯著的線性回歸關(guān)系y=ax+b(見圖2)；柞木林和雜木林下紅松樹高與照片讀取樹高間的模型分別為y=1.013 0x+0.033 5和y=1.042 7x+0.050 8，R2分別達(dá)到0.990和0.992，均達(dá)到極顯著水平(P<0.001)(見圖2)，說明2個(gè)模型均可以使用照片讀取樹高反映實(shí)測(cè)樹高。

根據(jù)模型對(duì)紅松樹高進(jìn)行模擬，推斷出2009年到2019年2個(gè)林型下紅松樹高，經(jīng)過計(jì)算得出2010年到2019年紅松樹高每年的生長(zhǎng)量(見圖3)。根據(jù)紅松樹高年生長(zhǎng)量曲線可以看出，柞木林下紅松樹高在2013年進(jìn)入低谷，年生長(zhǎng)量為0.18 m，2017年紅松出現(xiàn)第2個(gè)谷底；雜木林下紅松樹高在2012年開始下降，到2013年紅松樹高年生長(zhǎng)量最低，為0.15 m，隨后紅松樹高生長(zhǎng)量逐漸增長(zhǎng)(見圖3)。說明柞木林下紅松應(yīng)該在紅松生長(zhǎng)第13年末進(jìn)行第1次上層林木的調(diào)整，到紅松生長(zhǎng)第17年末進(jìn)行第2次上層林木的調(diào)整，雜木林下紅松應(yīng)該在紅松生長(zhǎng)第13年末進(jìn)行林分調(diào)整(見圖3)，因此，建議在紅松樹高生長(zhǎng)量降低前進(jìn)行林分結(jié)構(gòu)調(diào)整有利于促進(jìn)紅松的生長(zhǎng)發(fā)育。

3.3 林分空間結(jié)構(gòu)調(diào)整指標(biāo)

3.3.1 紅松開敞度 優(yōu)勢(shì)紅松開敞度在兩個(gè)林型中均低于平均值。在雜木林中，紅松開敞度的平均值為1.31，高于優(yōu)勢(shì)紅松開敞度值0.18，柞木林下紅松開敞度平均值和優(yōu)勢(shì)紅松開敞度值均低于雜木林下紅松開敞度平均值和優(yōu)勢(shì)紅松開敞度值，柞木林下紅松開敞度平均值為0.97，優(yōu)勢(shì)紅松開敞度值為0.80(見圖4)。兩種林型下紅松生長(zhǎng)的光照環(huán)境均需要降低開敞度。

柞木林下紅松優(yōu)勢(shì)木開敞度主要集中在開敞度K=0.4和K=0.8水平下，各占38%，在開敞度K=1.2的水平下紅松優(yōu)勢(shì)木的株數(shù)比例為17%，開敞度K>1.4水平紅松優(yōu)勢(shì)木的株數(shù)比例僅占7%(見圖5)；雜木林下紅松優(yōu)勢(shì)木開敞度株數(shù)比例以開敞度K=1水平下最高，為45%，開敞度K=0.5和1.5水平下，紅松優(yōu)勢(shì)木株數(shù)比例分別是25%，開敞度K>1.75水平下紅松優(yōu)勢(shì)木株數(shù)比例僅占5%(見圖5)。

3.3.2 紅松大小比數(shù) 柞木林下當(dāng)紅松大小比數(shù)在0.5水平下紅松優(yōu)勢(shì)木的株數(shù)比例最高，達(dá)36%，當(dāng)U=0.25紅松優(yōu)勢(shì)木的株率為28%，當(dāng)U=0.75紅松優(yōu)勢(shì)木的株率為21%，紅松優(yōu)勢(shì)樹的4株相鄰木樹高均高于中心木的情況只占6%(見圖6)；雜木林下紅松優(yōu)勢(shì)木的大小比數(shù)以U=0.5水平下株數(shù)分布最高，達(dá)50%，依次為U=0.75(占25%)，U=0.25(占15%)和U=0(占10%)，紅松優(yōu)勢(shì)木的大小比數(shù)U=0的情況沒有出現(xiàn)，即沒有4株相鄰木樹高均高于中心的紅松優(yōu)勢(shì)木樹高的情況(見圖6)。整體來看，雜木林中當(dāng)紅松優(yōu)勢(shì)木的大小比數(shù)U=0.5時(shí)紅松優(yōu)勢(shì)木的株數(shù)比例最高，達(dá)50%，即有2株相鄰木的樹高高于中心木紅松，紅松優(yōu)勢(shì)木處于中庸?fàn)顟B(tài)下適于雜木林下紅松樹高生長(zhǎng)；在柞木林中，紅松優(yōu)勢(shì)木的大小比數(shù)在0.25和0.5水平上的優(yōu)勢(shì)木株率為64%，即紅松處于亞優(yōu)勢(shì)或者中庸?fàn)顟B(tài)時(shí)有利于柞木林下紅松優(yōu)勢(shì)木樹高生長(zhǎng)(見圖6)。

3.3.3 紅松混交度 柞木林下紅松優(yōu)勢(shì)木主要集中在混交度M=0.5和M=0.25水平，2個(gè)混交度水平下紅松優(yōu)勢(shì)木株率為66%，其中紅松優(yōu)勢(shì)木在M=0.5水平下的株率為42%，M=0.75水平下紅松優(yōu)勢(shì)木所占株率為21%，4相鄰木均為同種的紅松株數(shù)比例占7%，4株相鄰木均不為紅松的株率為4%(見圖7)，說明相鄰木中闊葉樹種較多和都是紅松時(shí)不利于紅松的生長(zhǎng)。雜木林下所有紅松優(yōu)勢(shì)木都分布在混交度M=0.5和M=0.25水平，2個(gè)水平下紅松優(yōu)勢(shì)木株數(shù)比例各占50%(見圖7)。

4 結(jié)論

建立了樹高與利用節(jié)間距在照片中讀取樹高的回歸模型，柞木林和雜木林下的模型分別為y=1.013 0x+0.033 5和y=1.042 7x+0.050 8，R2分別達(dá)到0.990和0.992(P<0.001)

確定了2種林型下栽植紅松第1次調(diào)整時(shí)期。利用模型推算了2009年到2019年紅松樹高生長(zhǎng)情況，通過紅松樹高年生長(zhǎng)量，確定柞木林下紅松應(yīng)該在2012年末(紅松生長(zhǎng)第13年末)進(jìn)行第1次上層林木的調(diào)整，到2016年末(紅松生長(zhǎng)第17年末)進(jìn)行第2次上層林木的調(diào)整；雜木林下紅松應(yīng)該在2012年末(紅松生長(zhǎng)第13年末)進(jìn)行林分調(diào)整。

量化調(diào)整的具體指標(biāo)，以反映光照條件的開敞度(K)為主，輔以大小比數(shù)(U)和混交度(M)，進(jìn)行林分結(jié)構(gòu)調(diào)整。柞木林下紅松開敞度梯度設(shè)為K=0.4，K=0.8和K=1.2梯度進(jìn)行林分結(jié)構(gòu)調(diào)整，調(diào)整紅松的大小比數(shù)和混交度至0.25或0.5，即4株相鄰木有1株或者2株數(shù)高高于中心木時(shí)，有1～2株闊葉樹。雜木林下建議使用K=0.5，K=1和K=1.5梯度進(jìn)行林分結(jié)構(gòu)調(diào)整，調(diào)整大小比數(shù)至0.5，混交度在0.25或0.5，即4株相鄰木中有2株相鄰木的樹高高于中心木，紅松相鄰木中有1～2株闊葉樹。