冀北山地油松人工林天然更新研究

劉鐵巖 ，畢 君 ，王 超 ，許國民 ，王立方 ，尤海舟

（1.承德市灤平國有林場管理處，河北 灤平 068250；2.河北省林業(yè)科學研究院，河北 石家莊 050061；3. 河北小五臺山森林生態(tài)系統(tǒng)定位研究站，河北 涿鹿 075600；4. 河北省林木良種工程技術研究中心，河北 石家莊 050061）

冀北山地油松人工林天然更新研究

劉鐵巖1，畢 君2，3，王 超2，4，許國民1，王立方1，尤海舟2，3

（1.承德市灤平國有林場管理處，河北 灤平 068250；2.河北省林業(yè)科學研究院，河北 石家莊 050061；3. 河北小五臺山森林生態(tài)系統(tǒng)定位研究站，河北 涿鹿 075600；4. 河北省林木良種工程技術研究中心，河北 石家莊 050061）

油松是易于天然更新的樹種。對冀北山地油松人工林天然更新情況進行了調查，樣方測定結果顯示油松天然更新能力較強，更新幼樹密度26～283株/100 m2，達到了常規(guī)造林的密度要求；更新幼樹的樹高結構呈左偏單峰形，年齡結構呈下降型種群；微地形對更新幼樹的株數(shù)有明顯影響，不平坦的地形相較于平地有利于更新；更新幼樹的空間格局呈典型的聚集型分布狀態(tài)。采用樣帶法測定油松母樹種子傳播距離主要在2倍樹高以內，平均最遠距離約2.8倍樹高。建議今后應改變油松林皆伐再造林的生產模式，利用其天然更新能力對現(xiàn)有成熟齡、近熟齡人工林及疏林等進行人工促進更新；更新中適當采取人工措施如破土、疏伐、簡易整地等輔助措施，保留帶寬不超過4倍樹高。

油松林；天然更新；森林演替；冀北山地

天然更新是森林生態(tài)系統(tǒng)自然繁衍與恢復的手段，是通過林下層植被的生長來改變森林主次林層結構的演替過程。天然更新有利于形成復層異齡林、提高樹種多樣性和林地的生產力，有利于實現(xiàn)結構穩(wěn)定、功能優(yōu)化的高質量森林[1-2]。油松Pinus tabuliformis是我國北方重要的成林樹種，具有抗逆性強，分布范圍廣，材質優(yōu)良等特性，經過50年來的林業(yè)建設，油松人工林目前已成為華北山地面積最大的森林類型之一。根據(jù)河北省第 八次森林資源調查數(shù)據(jù)，河北省約有油松人工林24.13萬hm2，主要分布于太行山和燕山的山地丘陵區(qū)，在林業(yè)生態(tài)建設方面發(fā)揮著不可替代的作用。近年來，大面積的油松人工林已陸續(xù)進入成熟齡，生產上主要采取皆伐再造林的方式，其在生態(tài)和經濟方面的弊端顯而易見。國內已有調查研究表明油松是一種易于自然更新的樹種[3-6]，本文調查了河北省北部、西北部山地油松人工林的天然更新情況，以期為實現(xiàn)油松人工林天然更新、培育優(yōu)質森林提供技術參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

樣地1位于河北省承德市灤平縣，屬冀北燕山山脈中段，地理位置北緯 40°39′21″～ 41°12′53″，東經 116°40′15″～ 117°46′03″ 。本區(qū)屬中溫帶向暖溫帶過渡的半干旱半濕潤大陸性季風型山地氣候，年平均氣溫7.6 ℃，1月平均氣溫-10.8 ℃，無霜期149 d；多年平均降水552.6 mm，多集中在6～8月，占全年降水的70.5%；多年平均蒸發(fā)量1 679 mm。本區(qū)地形復雜，土壤以褐土和棕壤為主，海拔700 m以上山地大都為林地，土壤發(fā)育以棕壤為主，表層有機質含量豐富。本區(qū)植被區(qū)劃屬華北山地植被亞地區(qū)的冀北山地植被小區(qū)，主要植被類型有蒙古櫟次生林、槲樹次生林、白樺次生林、油松人工林、落葉松人工林、山杏灌叢等。

樣地2位于河北小五臺山國家級自然保護區(qū)，位于河北省張家口市蔚縣、涿鹿兩縣境內，地處太行山、燕山和恒山交匯地帶，地理位置東經 114°47′～ 115°30′，北緯 39°50′～ 40°07′，海拔890～2 882 m。本區(qū)屬暖溫帶大陸季風型山地氣候，年平均氣溫6.4 ℃，1月平均氣溫-12.3 ℃（小五臺山頂可達-38.0 ℃），7月平均氣溫22.1 ℃；降水量400～700 mm，其中7、8月占全年降水的49.0%以上。由于海拔高度的變化，海拔1 000～1 300 m的低山丘陵區(qū)屬暖溫氣候帶，海拔1 300～1 800 m的中山下部屬低溫氣候帶，海拔1 800～2 500 m的中山上部屬冷溫氣候帶，海拔2 500 m以上的亞高山屬高寒濕潤氣溫帶。本區(qū)土壤主要分為亞高山草甸土，山地棕壤和褐土3大類型；本區(qū)植被區(qū)劃隸屬華北山地植被亞地區(qū)的冀北山地植被小區(qū)，主要植被類型有油松林、華北落葉松林、蒙古櫟林、遼東櫟林、白樺林、紅樺林、繡線菊灌叢和亞高山草甸等。

1.2 研究材料

樣地1位于灤平縣境內的拉海嶺林場，海拔650 m，半陰坡山地，平均坡度15°～20°，淋溶褐土，土層厚度30～50 cm。調查林班為皆伐后天然更新形成的油松林，林齡25 a，主林層由采伐剩余的油松組成，林木密度150～300株/hm2，郁閉度0.3，平均胸徑15.9 cm，平均樹高7.2 m，林下自然生長有較多油松幼樹；主要灌草種類有荊條Vitex negundo、苔草Carex lanceolata等，灌木層蓋度不超過20%，草本層蓋度約40%。

樣地2位于小五臺山自然保護區(qū)山澗口管理站，海拔1 300 m，陰坡山地，平均坡度15°，淋溶褐土，土層厚度不低于50 cm。本林班喬木層為稀疏生長的油松，呈小團簇狀分布，林齡約30 a，林木密度約50株/hm2，郁閉度0.10，平均胸徑23.0 cm，平均樹高7.7 m，林下自然生長有較多油松幼樹；灌木層植被生長茂密，主要由虎榛Ostryopsis davidiana構成，蓋度約90%，高度90 cm；草本層由細葉苔草Carex rigescens和菊科雜類草組成，層蓋度約50%，高度約15 cm。

1.3 調查與研究方法

樣地1調查采用樣方法，在樣地內隨機設置10 m×10 m矩形樣方15個，詳細調查樣方內每株油松幼樹的地徑、樹高、樹齡和具體位置，統(tǒng)計各樣方幼樹數(shù)量的變化，繪制樹高、樹齡結構圖和油松幼樹空間格局分配圖。在樣地內根據(jù)微地形（坑、溝和平地）的變化設置2 m×2 m小樣方45個，測定樣方內幼樹數(shù)量，分析微地形對幼樹數(shù)量和生長的影響。

樣地2調查采用樣帶法，在林緣選取種子傳播和其它油松大樹重合較少的孤立母樹，測定樹高和胸徑；以樹干為中心點，分別向林緣外方向沿垂直線兩側3 m寬樣帶內調查油松幼樹的分布數(shù)量和樹高，分析距母樹不同距離油松幼樹的數(shù)量變化情況，共獲取東西南北4個方向12個調查樣帶。在樣地內選取油松幼苗分布相對集中的區(qū)域，采用2 m×2 m小樣方測定油松幼樹的數(shù)量。

2 結果與分析

2.1 天然更新油松幼樹的數(shù)量

樣地1主林層油松母樹株數(shù)較多，分布也相對均勻。對樣地內油松幼樹的調查結果顯示，油松林下更新幼樹數(shù)量較多，株數(shù)密度變化為27～57株/100 m2，平均值（43.3±10.4）株/100 m2，完全能夠達到通常每公頃目的樹種幼樹不少于3 000 株或者幼苗不少于 6 000 株的標準[7]。樣地2主林層油松母樹數(shù)量較少，且分布不均勻，所萌生的油松幼樹以母樹為中心向周邊擴散，對油松幼樹分布相對集中區(qū)域的樣方統(tǒng)計結果顯示變化為26～283株/100 m2，平均值（107.2±74.5）株/100 m2，也遠超普通造林的標準。可見，在條件合適的情況下，油松自然更新能力很強，天然落種更新能夠達到常規(guī)造林的密度要求。

2.2 天然更新油松幼樹的樹高和樹齡結構

對樣地1樣方內油松幼樹的樹高進行統(tǒng)計，繪制樹高結構圖詳見圖1，結果顯示樹高呈左偏單峰結構，處于1.0＜h≤1.5 m和0.5＜h≤1.0 m的株數(shù)最多，約占總株數(shù)的60%；而樹高h≤0.5 m的株數(shù)僅占16.67%，樹高h≥1.5 m約占24%。更新幼樹的樹齡結構也表示出類似情形（圖3），5＜a≤10 a的幼樹約占2/3，而a≤5 a的幼樹僅占11%，樹齡結構為下降型。樣地2油松幼樹的樹高同樣呈左偏型（樣地2），樹高處于0.2＜h≤0.5 m的幼樹最多，占比為56%；其次為樹高0.5＜h≤1.0 m的幼樹占比為32%；而樹高h≤0.2 m和h≥1.0的幼樹僅占11%。

圖1 樣地1油松更新幼樹樹高結構Fig. 1 The sapling height structure in the fi rst sample plot

圖2 樣地2油松林更新幼樹樹高結構Fig.2 The sapling height structure in the second sample plot

圖3 樣地1油松林更新幼樹樹齡結構Fig. 3 The sapling age structure in the fi rst sample plot

2.3 微地形對更新幼樹數(shù)量影響

微地形對土壤的肥力和水分的再分配有一定程度影響，同時地形也會對落地種子進入土壤的機率產生影響，這會使不同微地形條件下油松種子的萌發(fā)和保存數(shù)量產生差異。表1是對不同微地形分布的油松更新幼樹數(shù)量的調查結果，可見不同微地形間存在顯著差異（P＜0.05），溝、坑和坡所分布的油松幼苗數(shù)量多于平地，說明起伏的地形相較平坦的地形更有利于幼樹萌發(fā)和生長。

表1 不同微地形油松更新幼樹數(shù)量Table 1 The amount of Pinus tabuliformis sapling in each microtopography

2.4 油松天然更新幼樹的分布格局

圖4是樣地1油松更新幼樹的空間分布格局，油松幼樹的分布呈相對集中的狀態(tài)。圖4中幼樹分布形成4個分布相對集中的區(qū)域（＞5株），包含了樣方內76.19%的幼樹，株間平均距離僅為0.4～1.12 m；另外有16.67%的幼樹呈小團簇狀分布（2～3株），僅有7.14%的幼樹呈孤立單株分布。因此油松更新幼樹的空間格局總體表現(xiàn)為聚集型分布狀態(tài)。

圖4 樣地1油松更新幼樹空間格局Fig.4 The spatial pattern of sapling in the fi rst sample plot

2.5 母樹落種傳播距離

對樣地2距母樹不同距離油松幼樹的分布情況進行統(tǒng)計，結果見表2。以母樹的樹高為標準，分析不同方向上油松種子傳播距離，母樹種子傳播距離2.38～3.35倍樹高，平均距離2.8倍樹高。油松種子東向方向上傳播距離最遠，西向方向上最近，南向和北向上沒有明顯差異。母樹種子傳播主要分布在1倍和2倍樹高范圍內，超過2倍樹高所分布的種子相對較少，超過3倍樹高所分布的種子數(shù)量已很少。

表2 油松母樹種子傳播距離?Table 2 The propagation distance of seed-tree

3 結論與討論

3.1 結 論

油松天然更新能力較強，條件合適時，天然落種更新的幼樹數(shù)量能夠達到常規(guī)造林密度標準，可滿足林分天然更新的需求，因此今后應改變油松林皆伐再造林的生產模式，利用其天然更新能力對現(xiàn)有成熟齡、近熟齡的油松人工林及疏林等進行人工促進更新。

天然更新的油松林樹高結構呈左偏單峰狀，年齡結構呈下降型種群，空間分布呈團簇狀，這種結構利于部分個體獲得較為有利的生長空間而生長迅速，有利于形成異齡、復層林。

微地形對天然更新幼樹有明顯影響，不平坦的地形如坑、溝相較于平地有利于更新；微地形可對林地的土壤養(yǎng)分和水分形成再分配過程，更新幼樹由此可獲得較好的生長環(huán)境條件。更新幼樹空間格局呈明顯的聚集型分布狀態(tài)，團聚狀分布的更新幼樹有利于抵御外界的不良氣候條件及在種間竟爭的情況下實現(xiàn)優(yōu)勝劣汰。

油松母樹種子傳播距離主要在2倍樹高以內，平均距離約2.8倍樹高，最遠可達3.35倍樹高。

3.2 討 論

油松雖然易于天然更新，但天然更新幼樹的樹高和年齡結構表明更新幼樹中個體（或樹齡）最小段的幼樹所占比例明顯低于較大的幼樹，表明某個條件較好的年份所萌發(fā)或保存的幼苗數(shù)量較多，說明其對于更新條件仍然有著較為嚴格的要求。更新數(shù)量較多的年份顯然條件有利，這可能來自氣候條件，也可能來自外界干擾因素，有待深入研究。徐化成等的研究表明5 a以下油松幼苗易受各種災害而自然保存率偏低[5]，郭泉水等的研究表明油松幼苗易受放牧的牛羊啃食[8]，王梅等的研究表明油松種子萌發(fā)過程中水分是重要的限制性因子[9]。

不平坦的微地形相較于平地更有利更新，表明其為種子萌發(fā)創(chuàng)造了相對較好的局部環(huán)境條件，可能的原因是不平坦的地表有利于種子進入土壤和匯集水分，因此對地表枯落物和表層土壤適度的干擾有利于更新。劉明國，李喜霞等的研究結果表現(xiàn)微地形對幼樹樹量影響顯著，侵蝕溝或經過整地的林地出苗量明顯增加[4,10]。油松幼樹呈聚集狀分布也間接證明這一點，也有研究報道油松易于出現(xiàn)1個球果種子形成群叢狀幼樹的現(xiàn)象[9]，這些均應是較好局部微環(huán)境所起作用。因此為了促進天然更新，更新時應在林下適當采取人工破土、簡易整地等輔助措施。

油松種子傳播媒介主要是重力和風力，也有少量動物傳播[11]。油松母樹種子傳播距離主要集中在2倍樹高的范圍內，東向方向上母樹種子傳播最遠，主要是受本區(qū)西北向的主風向影響。南向和北向間種子傳播距離基本無差異，表明風向對種子傳播距離影響相對較小。建議人工促進更新時，保留母樹的間距不能大于4倍樹高，同時應適當考慮主風向的影響。劉明國，李喜霞等對帶狀更新油松的研究提出適宜的采伐帶寬10～20 m[4,10,12]，劉明忠等指出母樹周圍的幼樹主要分布在距林緣20 m范圍內[11]，分析上述研究材料的樹高條件，以上結論和本次研究結果基本符合。

本次調查發(fā)現(xiàn)，本區(qū)油松人工林天然更新幼樹仍以油松為主，其它樹種出現(xiàn)極少，這同油松次生林天然更新的樹種豐富度有很大差異[13-14]，最可能的原因是種源缺乏，因此為了培育混交、穩(wěn)定的森林生態(tài)系統(tǒng)，對油松人工林的天然更新過程中應根據(jù)立地條件適當補植補播適宜的闊葉樹種如櫟、樺、椴、楊等，撫育時也應注意保留其它樹種的母樹。

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Study on the natural regeneration of Pinus tabuliformis plantation in the northern mountain of Hebei province

LIU Tieyan1, BI Jun2,3, WANG Chao2,4, XU Guomin1, WANG Lifang1, YOU Haizhou2,3
(1.Luanping State-owend Forest Farm Management of Chengde City, Luanping 068250, Hebei, China; 2.Hebei Academy of Forestry Science, Shijiazhuang 050061, Hebei, China; 3.Hebei Xiaowutai Forestry Ecosystem Research Station, Zhuolu 075600, Hebei,China; 4.Hebei Engineering Research Center for Trees Varieties, Shijiazhuang 050061,Hebei, China)

The Natural Regeneration of Pinus tabuliformis plantation was investigated in the northern mountain of Hebei Province.The result of quadrat investigation are showed that Pinus tabuliformis plantation has strong ability of natural regeneration, the sapling density is range 26 to 283 per hundred square meters.It can meet the requirement of normal afforestation. The sapling height structure is unimodal and left-avertence curve. The age structure showed that it is a diminishing population. The microtopography have a signi fi cant impact to amount of sapling, and the uneven microtopography is better. The spatial pattern of sapling is typical aggregated distribution.The propagation distance of seed-tree is mostly less than double tree height, the average farthest distance is 2.8 times.

Pinus tabuliformis plantation；natural regeneration；forest succession；the northern mountain of Hebei province

S754.1

A

1673-923X(2017)07-0055-04

10.14067/j.cnki.1673-923x.2017.07.008

2016-03-14

河北省科技支撐計劃項目（11240615D）；河北省林業(yè)科技計劃項目（1713496）

劉鐵巖，高級工程師

畢 君，教授級高級工程師；E-mail：biijun2003@sohu.com

劉鐵巖，畢 君，王 超，等.冀北山地油松人工林天然更新研究[J].中南林業(yè)科技大學學報，2017, 37(7): 55-58, 65.

[本文編校：吳 毅]