撫育間伐對(duì)馬尾松林分生長(zhǎng)與植物多樣性的影響

鮑 斌，丁貴杰

(貴州大學(xué) 造林生態(tài)研究所，貴州 貴陽(yáng) 550025)

撫育間伐對(duì)馬尾松林分生長(zhǎng)與植物多樣性的影響

鮑 斌，丁貴杰

(貴州大學(xué) 造林生態(tài)研究所，貴州 貴陽(yáng) 550025)

為找出馬尾松人工林最佳的撫育間伐強(qiáng)度，以12年生馬尾松人工純林為研究對(duì)象，通過定位觀測(cè)，探討了不同撫育間伐強(qiáng)度對(duì)林分生長(zhǎng)、結(jié)構(gòu)和林下植被的影響。結(jié)果表明：(1)隨間伐強(qiáng)度的增加，胸徑和單株材積增加，且處理間差異顯著，而樹高和單位面積蓄積量呈先增加后降低趨勢(shì)，但處理間差異不顯著。(2)不同徑階林木株數(shù)方差分析得出：除18，20，22三個(gè)徑階各處理間差異不顯著外，其余各徑階處理間均差異極顯著或顯著。隨間伐強(qiáng)度的增加，小徑級(jí)木的徑階移動(dòng)因子增大，進(jìn)升上一徑階的株數(shù)增加，小徑級(jí)木所占的比例逐漸減小，而林分中大徑階木的株數(shù)增多。(3)隨間伐強(qiáng)度的增加，林下灌木、草本層的物種數(shù)、Simpson多樣性指數(shù)、Shannon-Wiener多樣性指數(shù)、豐富度和均勻度呈現(xiàn)先增后降的趨勢(shì)，中度間伐的植物多樣性指數(shù)最高，強(qiáng)度間伐反而降低。

馬尾松；撫育間伐；徑階結(jié)構(gòu)；物種多樣性

馬尾松Pinus massoniana Lamb.是我國(guó)松樹中分布最廣，數(shù)量最多的主要用材樹種，同時(shí)由于其經(jīng)濟(jì)價(jià)值高,利用范圍廣而得到廣泛的發(fā)展[1]。國(guó)內(nèi)外關(guān)于撫育間伐的已有諸多報(bào)道[2-13]。撫育間伐對(duì)胸徑和單株材積生長(zhǎng)影響的研究結(jié)論較為一致，即隨間伐強(qiáng)度的增加，林分平均胸徑和單株材積生長(zhǎng)量均增加[14]；但撫育間伐強(qiáng)度對(duì)樹高和單位面積蓄積量的影響結(jié)論卻不盡一致[15]。近些年來，越來越重視間伐后對(duì)人工林生態(tài)系統(tǒng)影響的研究，如：撫育間伐對(duì)生物多樣性和土壤等方面的影響，在這方面一些學(xué)者分別做了有益的探索[16-21]，并得出了隨間伐強(qiáng)度增大，林下植物的物種隨之增加的結(jié)論[19,22-23]。在貴州分布著大面積馬尾松純林，由于撫育間伐不及時(shí)，導(dǎo)致林分質(zhì)量低下。為了提高林分質(zhì)量，以15年生馬尾松人工純林為研究對(duì)象，開展了撫育間試驗(yàn)，通過間伐后2年的定位觀測(cè)結(jié)果，研究間伐強(qiáng)度對(duì)林分生長(zhǎng)、結(jié)構(gòu)及林下植被生物多樣性等因子的影響，從而找出最佳的間伐強(qiáng)度，旨在為制定撫育間伐措施和改善林分質(zhì)量提供科學(xué)依據(jù)。

1 試驗(yàn)與方法

1.1 研究區(qū)域概況

試驗(yàn)區(qū)地處貴州黔東南州臺(tái)江縣臺(tái)盤鄉(xiāng)平水村 ,東經(jīng) 103°10′，北緯 26°42′，海拔 800 m 左右，年極端最高溫37.1 ℃，年極端最低溫-10.3 ℃，年均溫15.7 ℃,無霜期286 d,年降水量1 050～1 400 mm，氣候?qū)俦眮啛釒Ъ撅L(fēng)濕潤(rùn)氣候。該區(qū)有大面積的馬尾松人工純林。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

在貴州臺(tái)江縣，選擇具有代表性的12年生馬尾松人工林，開展撫育間伐試驗(yàn)研究，試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，設(shè)如下4個(gè)處理，即：重度(D)、中度(C)、輕度(B)和對(duì)照(A)，對(duì)應(yīng)的保留株數(shù)分別為1 350、1 566、1 800、2 016株/hm2，試驗(yàn)設(shè)3次重復(fù)。

1.3 調(diào)查方法

林木生長(zhǎng)調(diào)查指標(biāo)包括：每木檢尺、胸徑、樹高、枝下高、冠長(zhǎng)、冠幅等。間伐當(dāng)年分別進(jìn)行伐前和伐后林分調(diào)查，此后每年都定期、定株、定位連續(xù)觀測(cè)。同時(shí)調(diào)查記載林下植被。在每塊固定標(biāo)準(zhǔn)地內(nèi)，沿對(duì)角線設(shè)置3個(gè)4 m×4 m的灌木樣方。在樣地對(duì)角線的4個(gè)確及中間位置，各設(shè)1個(gè)l m×l m的草本小樣方。根據(jù)調(diào)查結(jié)果計(jì)算Simpson 多樣性指數(shù)、Shannon-Wiener 多樣性指數(shù)、豐富度和均勻度4 個(gè)指標(biāo)，用以揭示和反映各樣地的生物多樣性指數(shù)。

1.4 資料統(tǒng)計(jì)分析

采用Excel2003進(jìn)行資料統(tǒng)計(jì)和分析，用SPSS18.0軟件進(jìn)行圖表編輯及數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 間伐對(duì)林分生長(zhǎng)的影響

2.1.1 不同間強(qiáng)度對(duì)胸徑生長(zhǎng)的影響

本實(shí)驗(yàn)研究表明：間伐1年后或2年后，均隨著間伐強(qiáng)度的增大，林分平均胸徑隨之增大，且不同間伐強(qiáng)度對(duì)林分平均胸徑的生長(zhǎng)影響具有顯著的差異。從表1可知：經(jīng)兩年的生長(zhǎng)，D、C、B處理的林分平均胸徑比A對(duì)照林分平均胸徑分別大11.76 %、11.60 %、1.78%；而D處理林分平均胸徑比C處理林分平均胸徑大0.15 %，比B處理大9.80 %。因此，隨著間伐強(qiáng)度的增大，林分平均胸徑的凈生長(zhǎng)量也隨之增大。所以培育馬尾松大徑材，可以采用重度間伐。

2.1.2 不同間伐強(qiáng)度對(duì)樹高生長(zhǎng)的影響

不同間伐強(qiáng)度對(duì)林分平均高的影響比較復(fù)雜，結(jié)論也不一。有的學(xué)者研究表明，隨著間伐強(qiáng)度的增大，林分平均高隨之增長(zhǎng)。但對(duì)其無顯著影響。本實(shí)驗(yàn)研究表明，間伐后，隨著間伐強(qiáng)度的增加，不同間伐強(qiáng)度之間樹高凈生長(zhǎng)量無顯著影響。從表1可知，間伐一年后，A、B、C、D 4種處理樹高凈生長(zhǎng)量：0.62、1.27、1.13、1.30 m，間伐兩年后：1.40、1.44、1.83、1.78 m。且隨著間伐后時(shí)間的推移，不同間伐強(qiáng)度之間對(duì)樹高凈生長(zhǎng)量的影響逐漸減小。

表1 不同間伐強(qiáng)度對(duì)林分因子的影響?Table 1 Influence of different thinning intensity on stand factors

2.1.3 不同間伐強(qiáng)度對(duì)單株材積的影響

林齡相同時(shí)，林分的單株材積和單位面積株數(shù)呈負(fù)相關(guān)。由表1可知，間伐能顯著地促進(jìn)林分平均單株材積生長(zhǎng)，其生長(zhǎng)量隨保留密度增加而降低。間伐一年后，D處理林分單株材積較C、B、A處理林分單株材積分別增加0、4.94%和26.87%。間伐兩年后D處理林分單株材積較C、B、A處理分別增加5.4%、9.0%和24.4%。且隨著林齡的增加，不同間伐強(qiáng)度之間單株材積差異逐漸減小。經(jīng)方差分析比較，不同間伐強(qiáng)度對(duì)林分平均單株材積的生長(zhǎng)具有顯著的影響。因此，培育馬尾松大徑材，在中齡林時(shí)期，可以采用中度或重度間伐。

2.1.4 不同間伐強(qiáng)度對(duì)單位面積蓄積量的影響

在生長(zhǎng)前期，林分的單位面積蓄積與單位面積株數(shù)呈正相關(guān)，與單株材積呈負(fù)相關(guān)，但隨著林齡的增加，不同間伐強(qiáng)度之間單位面積蓄積差異變小。從表1可見，間伐一年后，A、B、C處理單位面積蓄積量分別是D的140.93%、127.09%、116.78%。間伐兩年后，A、B、C處理單位面積蓄積量分別是D的110.70%、123.14%、121.17%。方差分析結(jié)果表明，不同間伐強(qiáng)度對(duì)林分單位面積蓄積量的生長(zhǎng)無顯著性影響。綜合試驗(yàn)林兩年觀測(cè)結(jié)果，通過間伐不能明顯提高林分的總蓄積量，但能顯著提高林分質(zhì)量和材種構(gòu)成，使林分中大、中徑級(jí)規(guī)格材所占比例顯著提高，從而提高經(jīng)營(yíng)效益。

2.2 不同間伐強(qiáng)度對(duì)徑階株數(shù)分布的影響

不同處理、不同徑階的林木株數(shù)按徑階分布情況見圖1～圖3。由圖1可知，在2010年，A、B、C、D4種處理大于16徑階的株數(shù)分布率分別為3.31%、5.86%、6.34%和6.17%，8～16徑階的株數(shù)分布率分別為87.87%、89.82%、91.9%和93.00%。小于8徑階的株數(shù)分布率分別為8.82%、4.32%、1.76%和0.82%。A、B、C、D 4種處理的株數(shù)分布率最大的徑階分別為12 cm、12 cm、14 cm和12 cm。而間伐兩年后，A、B、C、D 4種處理大于16的徑階株數(shù)分布率分別為9.37%、17.28%、19.72%和16.87%，8～16徑階的株數(shù)分布率分別為86.23%、80.86%、79.92%和83.13%。小于8徑階的株數(shù)分布率分別為4.41%、1.85%、0.35%和0。A、B、C、D 4種處理的株數(shù)分布率最大的徑階分別為12 cm、12 cm、16 cm和12 cm。可見隨著密度增大，小徑階株數(shù)分布率、小徑級(jí)材種出材量及所占比例增加，而大、中徑級(jí)株數(shù)分布率與大、中徑級(jí)材種出材量減少。且中度間伐對(duì)徑階結(jié)構(gòu)影響最大，從而影響了整個(gè)林分質(zhì)量。所以，在馬尾松低產(chǎn)林區(qū)，可以采用中度間伐來提高林分質(zhì)量。從而提高經(jīng)濟(jì)效益。

2.3 不同撫育強(qiáng)度對(duì)植物多樣性指數(shù)的影響

植物多樣性指數(shù)計(jì)算結(jié)果見表2和表3。由表2和表3是可知：間伐后第一年和第二年，其輕度間伐林下灌草的物種數(shù)增加的最多，分別為27.27%、28.57%。中度間伐林下灌木Simpson 指數(shù)、草本的Shannon-Wiener 指數(shù)和草本的豐富度增加最大，分別增加了2.78%、5.81%、56.16%。從表3 可知：間伐2年后，隨著間伐強(qiáng)度的增加，灌木層和草本層的物種數(shù)都是先增加后下降的趨勢(shì)，各指標(biāo)在中度間伐達(dá)到最大。(1)間伐后各林分林下灌木、草本多樣性指數(shù)都比對(duì)照林分高，中度撫育時(shí)植物的Simpson指數(shù)、Shannon-Wiener指數(shù)、豐富度和均勻度均最高；(2)植物多樣性指數(shù)隨間伐強(qiáng)度的增加呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)，這是由于撫育間伐改善了林內(nèi)光照及溫濕條件，增大了灌木、草本的生長(zhǎng)空間，有利于新的物種侵入繁殖。但是在重度間伐樣地中，造成植物多樣性指數(shù)略有下降的原因可能是間伐的時(shí)間還比較太短，一些灌草可能還沒有來得及更新成功，另一方面，由于間伐強(qiáng)度較大，造成林內(nèi)光照明顯增強(qiáng)，使得原有一些耐蔭植物一時(shí)無法適應(yīng)，而死亡；(3)撫育間伐不僅促進(jìn)了喬木層的生長(zhǎng)發(fā)育、林分質(zhì)量的提高及材種結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，而且也促進(jìn)和豐富了林下植被的多樣性。

圖1 不同間伐強(qiáng)度徑階株數(shù)分布率曲線(2010年間伐后)Fig.1 Distribution percentage curves of tree of diameter class at 12-year-old with various thinning intensity(after thinned in 2010)

圖2 不同間伐強(qiáng)度徑階株數(shù)分布率曲線(2011年)Fig.2 Distribution percentage curves of tree of diameter class at 13-year-old with various thinning intensity(in 2011)

圖3 不同間伐強(qiáng)度徑階株數(shù)分布率曲線(2012年)Fig.3 Distribution percentage curves of tree of diameter class at 14-year-old with various thinning intensity(in 2012)

表2 不同間伐強(qiáng)度林下植物多樣性指數(shù)(間伐一年后)?Table 2 Species diversity indexes of stands with different thinning intensities (a year later)

表3 不同間伐強(qiáng)度林下植物多樣性指數(shù)(間伐兩年后)Table 3 Species diversity indexes of stands with different thinning intensities two years later

3 結(jié)論與討論

(1)經(jīng)對(duì)12年生馬尾松林間伐后兩年的觀測(cè)資料表明，隨著間伐強(qiáng)度的增加，胸徑和單株材積逐漸增加，而樹高和單位面積蓄積量無顯著差異。通過間伐不能明顯提高林分的總蓄積量，這是由于間伐強(qiáng)度增加，林分空間增大，使小徑階的林木充分吸收養(yǎng)分，林內(nèi)競(jìng)爭(zhēng)力減小，生長(zhǎng)就越快。但是林分空間太大，又不能最大發(fā)揮森林生產(chǎn)力。但能顯著提高林分質(zhì)量和材種構(gòu)成，使大、中徑級(jí)規(guī)格材所占比例顯著提高，以獲取最佳經(jīng)濟(jì)效益。若使單位面積林木總蓄積量也達(dá)最大，還是中度間伐比較合適，具體間伐多少才使經(jīng)濟(jì)效益最高，這對(duì)于馬尾松人工純林還有待進(jìn)一步研究。

(2)不同間伐強(qiáng)度對(duì)林分結(jié)構(gòu)與材種規(guī)格有顯著影響。隨著間伐強(qiáng)度的增大，小徑階株數(shù)分布率、小徑級(jí)材種出材量及所占比例增加，而大、中徑級(jí)株數(shù)分布率與大、中徑級(jí)材種出材量減少。且中度間伐對(duì)徑階結(jié)構(gòu)影響最大，從而影響了整個(gè)林分質(zhì)量。所以，在馬尾松低產(chǎn)林區(qū)，可以采用中度間伐來提高林分質(zhì)量。從而提高經(jīng)濟(jì)效益。

(3)隨間伐強(qiáng)度的增加，林下灌木、草本的物種數(shù)、Simpson 多樣性指數(shù) 、Shannon-Wiener 多樣性指數(shù)(H)、豐富度和均勻度呈現(xiàn)先增后降的趨勢(shì)，中度間伐的植物多樣性指數(shù)最高，強(qiáng)度間伐反而開始有所降低。從對(duì)整個(gè)林分生長(zhǎng)和生物多樣性影響的綜合角度考慮，以中度間伐最合理。

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Effects of thinning on growth and vegetation diversity of Pinus massoniana plantation

BAO bin, DING Gui-jie
(Institute of Silviculture and Ecology, Guizhou University, Guiyang 550025, Guizhou, China)

In order to fi nd out the optimum thinning intensity, the inf l uences of thinning intensity on the stand-diameter structure, growth and the plants diversity were studied by selecting the planted Pinus massoniana pure forest of 12-year-old as tested objects. The results show that (1) The breast height and single tree volume increased with the increase of thinning, there was signif i cantly different among thinning treatments. The tree height and the unit area stand volume increased fi rst and then decreased, and there was no signif i cantly different among thinning intensities.(2)The analysis on the trees number of different diameter classes indicated that differences were very signif i cant or signif i cant at various treatments except 18, 20, 22 three diameter classes. With the increases of thinning intensity, the number of plant growth to larger diameter class increased, and the rate of smaller diameter class gradually declined. (3)With the increase of thinning intensity, the number of species, the Simpson index, the Shannon-Wiener index, richness and uniformity increased fi rst and then decreased. Species diversity was highest at medium thinning, and it decreased with heavy thinning.

Pinus massoniana; thinning; diameter class structure; species diversity

S791.248

A

1673-923X(2013)03-0030-04

2012-10-16

貴州省重大專項(xiàng)(黔科合重大專項(xiàng)字[2012]6011號(hào))；貴州省林業(yè)重大專項(xiàng)(黔林科合[2010]重大03號(hào))；貴州省人才基地建設(shè)項(xiàng)目(黔人頒發(fā)[2009]9號(hào))；貴州省創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)建設(shè)項(xiàng)目(黔科合人才團(tuán)隊(duì)2011)及貴州大學(xué)研究生創(chuàng)新基金(農(nóng)科2012003)

鮑 斌(1987-)，男，陜西子洲人，碩士研究生，主要從事人工林經(jīng)營(yíng)研究,E-mail： baobin7311621@163.com

丁貴杰(1960-)，男，內(nèi)蒙古突泉人，教授，博導(dǎo)，主要從事人工林培育和森林經(jīng)營(yíng)研究；E-mail：guijieding@yahoo.com.cn

[本文編校：吳 毅]