王倩，程順，李永寧

(1河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 林學(xué)院，河北 保定 071000；2河北省塞罕壩機(jī)械林場(chǎng)，河北 圍場(chǎng) 068466)

我國(guó)人工林面積居世界首位，但森林質(zhì)量不高，單位面積蓄積量遠(yuǎn)低于世界平均水平。森林撫育間伐是優(yōu)化林分結(jié)構(gòu)、改善林分質(zhì)量、提高森林生產(chǎn)力的有效措施，撫育間伐的效果評(píng)價(jià)一直是森林經(jīng)營(yíng)反饋調(diào)節(jié)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，可不斷地優(yōu)化間伐作業(yè)設(shè)計(jì)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)森林的精準(zhǔn)經(jīng)營(yíng)。

撫育間伐可以改善林冠層的營(yíng)養(yǎng)空間，促進(jìn)林下植被更新，提高林分水源涵養(yǎng)能力，進(jìn)而影響林分生長(zhǎng)[1-9]。間伐后，林分直徑生長(zhǎng)量顯著增加[10-11]，但不同齡組的林分直徑生長(zhǎng)對(duì)間伐的響應(yīng)不同，有研究表明，與幼齡林、近熟林相比，中齡林間伐后林木生長(zhǎng)較好[12-13]。也有研究認(rèn)為，幼齡林間伐后生長(zhǎng)較近熟林好[14]。間伐在促進(jìn)林分生長(zhǎng)的同時(shí)，也會(huì)改變林分直徑結(jié)構(gòu)[15-16]。有研究表明，間伐后林木個(gè)體生長(zhǎng)空間增大，林木間競(jìng)爭(zhēng)減小，直徑生長(zhǎng)速度加快，林分內(nèi)大中徑階林木比例增加，直徑分布趨于左偏[17-19]，也有研究認(rèn)為，間伐使直徑分布更趨于對(duì)稱分布，從而使林分更穩(wěn)定[20]。目前，關(guān)于間伐對(duì)林分直徑結(jié)構(gòu)影響的研究多側(cè)重于相近林齡林分的比較，還缺少對(duì)不同齡組林分直徑結(jié)構(gòu)影響研究。

塞罕壩是京津冀地區(qū)重要的生態(tài)支撐區(qū)，華北落葉松(Larixprincipis-rupprechtii)作為該區(qū)主要的造林樹種，對(duì)防風(fēng)固沙、水源涵養(yǎng)、水土保持等起著重要作用。為此，基于塞罕壩不同齡組的間伐和對(duì)照樣地，通過間伐后不同時(shí)期的華北落葉松直徑數(shù)據(jù)，分析間伐對(duì)直徑生長(zhǎng)的影響，以期為本地區(qū)華北落葉松人工林的林分結(jié)構(gòu)調(diào)整和可持續(xù)經(jīng)營(yíng)提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于河北省最北部的塞罕壩機(jī)械林場(chǎng)，屬冀北山地與蒙古高原交匯區(qū)，地理坐標(biāo)為E 116°51′～117°39′，N 42°02′～42°36′。本地屬寒溫性大陸季風(fēng)氣候，春秋兩季較短，冬季漫長(zhǎng)寒冷，年均氣溫-1.3 ℃，極端最低氣溫-43.3 ℃，極端最高氣溫33.4 ℃，年均降水量460 mm，年均無霜期64 d。研究區(qū)主要以丘陵和曼甸為主，坡度較緩，土壤類型有風(fēng)沙土、草甸土和棕壤土等。林場(chǎng)森林覆蓋率為82.6%，人工林面積為5.43萬(wàn)hm2，天然林面積為2.05萬(wàn)hm2，其中人工林面積占喬木林的72.6%，優(yōu)勢(shì)樹種以華北落葉松、樟子松、白樺為主。

2 研究方法

2.1 樣地設(shè)置與調(diào)查

2014年10月，在塞罕壩機(jī)械林場(chǎng)選擇立地條件較好、生長(zhǎng)正常的幼齡林、中齡林、近熟林的華北落葉松人工純林，每個(gè)齡組設(shè)置間伐和對(duì)照樣地各3塊，共18塊，樣地面積為20 m×30 m，坡度為3°～14°，海拔為1 400～1 700 m。2014年11月按照“采劣留優(yōu)、采弱留壯、采密留稀”原則對(duì)間伐樣地進(jìn)行采伐，以促進(jìn)保留木健康生長(zhǎng)。調(diào)查各樣地的立地因子，并進(jìn)行每木檢尺；2016年10月、2018年10月進(jìn)行復(fù)測(cè)，樣地基本信息如表1。

2.2 直徑生長(zhǎng)變化

采用SPSS 22.0中單因素方差分析對(duì)不同齡組華北落葉松間伐和對(duì)照樣地間伐后前2年(2014-2016年)以及后2年(2016-2018年)的直徑生長(zhǎng)量進(jìn)行分析，比較不同齡組林分直徑生長(zhǎng)量以及間伐后2期直徑生長(zhǎng)量的差異。

2.3 直徑結(jié)構(gòu)擬合與分析

三參數(shù)Weibull分布函數(shù)因其具有較強(qiáng)的靈活性和適應(yīng)性，可以擬合不同偏度、峰度以及不同林分類型的直徑分布，對(duì)各種直徑分布擬合效果良好，本研究采用此方法進(jìn)行各齡組林分的直徑分布擬合。采用ForStat 2.2中的統(tǒng)計(jì)分布假設(shè)檢驗(yàn)功能，分布類型選擇Weibull分布，對(duì)各樣地的直徑分布進(jìn)行擬合，并采用Kolmogorov-Smirnov(K-S)檢驗(yàn)法對(duì)擬合結(jié)果進(jìn)行檢驗(yàn)[21]。三參數(shù)Weibull分布函數(shù)的表達(dá)式如下：

x>a,b>0,c>0

(1)

式中：a為位置參數(shù)(最小徑階下限值)，b為尺度參數(shù)(徑階分布范圍)，c為形狀參數(shù)，x為徑階中值。13.6時(shí)，直徑分布由對(duì)稱逐漸移向左偏。

采用不同時(shí)期的間伐和對(duì)照樣地直徑分布的參數(shù)和偏度、峰度變化，分析不同齡組林分間伐后前2年、后2年直徑分布隨時(shí)間變化規(guī)律。

3 結(jié)果與分析

3.1 間伐對(duì)不同齡組直徑生長(zhǎng)的影響

間伐促進(jìn)了保留木生長(zhǎng)，且有加快的趨勢(shì)，間伐樣地的直徑生長(zhǎng)量顯著大于對(duì)照樣地。不同齡組間伐和對(duì)照樣地的直徑生長(zhǎng)量單因素方差分析結(jié)果見圖1。

圖1 不同齡組間伐與對(duì)照直徑生長(zhǎng)量比較Figure 1 Comparison of diameter growth increment between thinning and control of different age groups注：括號(hào)內(nèi)不同字母表示同一年齡間伐與對(duì)照直徑生長(zhǎng)量的差異顯著，括號(hào)外不同字母表示間伐、對(duì)照前后2年直徑生長(zhǎng)量的差異顯著(P<0.05)。

由圖1可知，間伐后，間伐樣地前2年、后2年直徑生長(zhǎng)量均明顯大于對(duì)照樣地(P<0.05)，且間伐樣地后2 年直徑生長(zhǎng)量明顯大于前2年直徑生長(zhǎng)量(P<0.05)，而對(duì)照樣地兩期直徑生長(zhǎng)量差異不顯著(P>0.05)。進(jìn)行撫育間伐后，林分密度降低，保留木獲得了充分的生長(zhǎng)空間且快速生長(zhǎng)；間伐后由于對(duì)林分的干擾影響以及林冠先期擴(kuò)展生長(zhǎng)，使得后2年的直徑生長(zhǎng)量明顯大于前2年。

間伐對(duì)幼齡林、中齡林、近熟林的直徑生長(zhǎng)量均有顯著促進(jìn)作用，但是不同齡組間存在明顯差異。幼齡林、中齡林、近熟林的間伐樣地直徑生長(zhǎng)量，前2年分別比對(duì)照樣地高0.17 cm、0.23 cm、0.15 cm，后2年直徑生長(zhǎng)更快，分別比對(duì)照樣地高0.21 cm、0.32 cm、0.17 cm。間伐對(duì)不同齡組樣地直徑生長(zhǎng)量的促進(jìn)作用表現(xiàn)為：中齡林>幼齡林>近熟林，即中齡林間伐后恢復(fù)最快。

3.2 不同齡組林分直徑分布特征

不同齡組間伐和對(duì)照樣地直徑分布擬合檢驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 不同齡組林分直徑分布擬合檢驗(yàn)P值Table 2 Fitting test P value of stand diameter distribution of different age groups

由表2可知，間伐樣地中，無論是間伐前還是間伐后，幼齡林、中齡林、近熟林的林分直徑分布均符合三參數(shù)Weibull分布，對(duì)照樣地的直徑分布也均符合三參數(shù)Weibull分布。間伐樣地中P值在0.593～0.961之間，對(duì)照樣地P值在0.549～0.825之間，各林分的擬合精度較高。不同齡組間伐樣地的P值均大于對(duì)照樣地，且隨著時(shí)間增加，P值逐漸增大，說明間伐樣地?cái)M合效果較好；3個(gè)齡組的林分中，中齡林的P值最大，近熟林的P值最小，擬合效果表現(xiàn)為：中齡林>幼齡林>近熟林。

由不同齡組不同時(shí)期的直徑分布擬合參數(shù)見表3。

表3 不同齡組林分直徑分布擬合參數(shù)變化Table 3 Changes of fitting parameters of stand diameter distribution of different age groups

由表3可知，間伐樣地直徑分布擬合的位置參數(shù)a值較對(duì)照樣地大，且均隨時(shí)間的增加而逐漸增大；間伐樣地的參數(shù)a值隨林齡增大而增大，中齡林增長(zhǎng)速度最快，近熟林增長(zhǎng)速度最慢；對(duì)照樣地的參數(shù)a值變化不大。對(duì)于尺度參數(shù)b值來說，間伐樣地的b值均大于對(duì)照樣地，且隨時(shí)間增大而增大，但與林齡的關(guān)系不大。形狀參數(shù)c值范圍為2.621～4.352，間伐樣地中，隨時(shí)間的增加，幼齡林的c值逐漸增大，中齡林、近熟林的c值逐漸減小，最終均趨近于3.6；對(duì)照樣地中，不同齡組林分的參數(shù)c值變化較小。

3.3 間伐對(duì)不同齡組直徑結(jié)構(gòu)的影響

不同齡組直徑分布曲線變化見圖2。

圖2 不同齡組直徑分布曲線變化Figure 2 Variation of stand diameter distribution curve of different age groups

由圖2可知，不同齡組樣地的Weibull分布曲線均表現(xiàn)為單峰山狀分布，間伐樣地的分布曲線隨時(shí)間增加逐漸向右移動(dòng)，且峰度逐漸降低，但均比對(duì)照樣地高峰狹窄。2016-2018年間伐樣地分布曲線峰值位置的移動(dòng)距離均大于2014-2016年，前2年幼齡林、中齡林、近熟林分別移動(dòng)1.51 cm、1.83 cm、1.32 cm，后2年分別移動(dòng)1.76 cm、2.14 cm、1.41 cm；并且峰度降低程度也是后2年大于前2年，后2年幼齡林、中齡林、近熟林分別降低了3.53、4.31、3.24。對(duì)照樣地的分布曲線峰值位置移動(dòng)距離較間伐樣地小，且表現(xiàn)為前2年略大于后2年，前2年分別移動(dòng)0.78 cm、0.89 cm、0.56 cm，后2年分別移動(dòng)0.47 cm、0.51 cm、0.36 cm；峰度也逐漸減小，但變化不明顯。這說明間伐后林分生長(zhǎng)速度加快，小徑階林木逐漸生長(zhǎng)成為大徑階林木，直徑分布曲線由陡峭變得平坦，且向右快速移動(dòng)。

從曲線對(duì)稱性來看，對(duì)于間伐樣地，幼齡林的曲線c值由2.853增加到3.723，直徑分布由右偏趨于對(duì)稱，而中齡林、近熟林的曲線c值則由4.0左右降低到3.6附近，由左偏趨于對(duì)稱的正態(tài)分布；對(duì)于對(duì)照樣地，不同齡組的直徑分布偏度變化不大，幼齡林的c值較小，均在2.7左右，呈右偏，而中齡林與近熟林的c值較大，均在4.0～4.3之間，呈左偏。

4 討論

間伐顯著促進(jìn)了林分直徑的生長(zhǎng)，這與已有的多數(shù)研究結(jié)果一致[7-8,18,22]。在一定時(shí)期內(nèi)，隨著間伐時(shí)間增加，林分生長(zhǎng)速度逐漸加快，本研究中間伐樣地后2年林分直徑生長(zhǎng)量高于前2年，這與董莉莉等、胡云云等研究結(jié)果相一致[2,9]。但間伐對(duì)不同齡組林分直徑生長(zhǎng)的促進(jìn)作用存在差異，有研究認(rèn)為間伐對(duì)中齡林的撫育效果要高于幼齡林，也有研究認(rèn)為中齡林的撫育效果明顯高于近熟林，本研究認(rèn)為間伐對(duì)直徑生長(zhǎng)的促進(jìn)作用為中齡林>幼齡林>近熟林[12-13]。分析原因可能是中齡林處于直徑的快速生長(zhǎng)期，間伐后保留木獲得了足夠的生長(zhǎng)空間，生長(zhǎng)更快且促進(jìn)作用更明顯，而幼齡林處于徑向生長(zhǎng)的初期，近熟林處于徑向生長(zhǎng)的平緩期，直徑生長(zhǎng)速度較慢，撫育效果低于中齡林。

本研究中不同齡組的華北落葉松人工純林直徑結(jié)構(gòu)均符合三參數(shù)Weibull分布，中齡林?jǐn)M合效果最佳。林分密度是影響直徑結(jié)構(gòu)的重要因素[23]，合理的間伐可以促進(jìn)林分結(jié)構(gòu)發(fā)生改變[11,24-25]，致使直徑分布向右移，峰度降低[26-27]，這與本研究結(jié)果一致。同時(shí)，本研究比較了間伐后不同齡組林分的直徑動(dòng)態(tài)變化，幼齡林表現(xiàn)為由右偏趨于對(duì)稱，中齡林表現(xiàn)為由左偏趨于對(duì)稱，與已有對(duì)幼齡林、中齡林的研究結(jié)果一致[16,18]。分析原因，可能是幼齡林間伐前密度較大，林分生長(zhǎng)較慢，導(dǎo)致小徑階林木株數(shù)較多，直徑分布呈右偏，實(shí)施間伐作業(yè)后，將被壓木和長(zhǎng)勢(shì)較弱的林木伐除，保留木的光照和水分等營(yíng)養(yǎng)條件充足，林木生長(zhǎng)得到釋放，從而大徑階林木逐漸增多。本研究還發(fā)現(xiàn)，間伐后近熟林的直徑分布也由左偏趨于對(duì)稱，與中齡林直徑分布變化規(guī)律相似，表明在這兩種林分中，中大徑階林木占比較大，但還保留有少量的較細(xì)林木，需要通過短周期、低頻率的間伐不斷完善林分結(jié)構(gòu)。

5 結(jié)論

(1)間伐顯著促進(jìn)了不同齡組華北落葉松林分的直徑生長(zhǎng)；間伐后4年間，隨著時(shí)間增加，林分直徑生長(zhǎng)速度呈增加趨勢(shì)，中齡林的直徑生長(zhǎng)最好。

(2)無論是間伐樣地還是對(duì)照樣地，不同齡組林分直徑分布均符合三參數(shù)Weibull分布，中齡林的擬合效果最佳。

(3)隨間伐時(shí)間的增加，不同齡組林分直徑分布峰值位置均向右移動(dòng)，且林分直徑分布最終均趨于對(duì)稱分布。