遂昌湖山林場水源林闊葉化改造及林分結(jié)構(gòu)變化評估

賴根偉 袁位高 龔笑飛 邱偉清 潘江炎 胡雙臺 焦?jié)崫? 吳初平 王志高

摘要 水源林的質(zhì)量提升是經(jīng)濟和社會發(fā)展的必然需求。該研究針對浙江遂昌湖山林場水源林中針葉林面積比重大、林相單調(diào)和林分結(jié)構(gòu)簡單的特點，在馬尾松林和杉木林+馬尾松林中，分別采取了11.8%和35.3%的間伐強度，為間伐補植和人工促進更新創(chuàng)造條件，并對改造后的林分結(jié)構(gòu)和林木質(zhì)量進行對比評估。結(jié)果表明，經(jīng)過技術(shù)改造，馬尾松林和杉木林+馬尾松林中闊葉樹的比例分別提高4.6百分點和12.0百分點，干形質(zhì)量較優(yōu)的林木比例分別提高7.8百分點和7.0百分點，生活力較強的林木比例分別提高4.9百分點和25.3百分點;無損傷的林木比例分別提高6.9百分點和17.1百分點。馬尾松林透光條件改善不顯著，杉木林+馬尾松林中透光條件嚴重不足的林木比例下降17.6百分點，透光條件基本滿足以上的林木比例提高了約13百分點。經(jīng)過技術(shù)改造，湖山景觀水源林群落的自然化、混交化和異齡化程度以及林內(nèi)景觀質(zhì)量得到顯著提升，為進一步經(jīng)營技術(shù)的實施奠定了基礎(chǔ)，長期效果需要進一步持續(xù)地定位觀測研究。

關(guān)鍵詞 水源林;闊葉化改造;林分結(jié)構(gòu);湖山林場

中圖分類號 S756文獻標識碼 A

文章編號 0517-6611（2019）11-0125-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.11.035

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標識碼（OSID）：

Abstract Quality enhancement in water conservation forest region was demanded with the development of economy and society. Aiming at the large area of coniferous forest， monotonous forest landscape and simple stand structure in forest for water conversation of Hushan Forest Farm in Suichang， Zhejiang Province， 11.8% and 35.3% thinning intensifications were adopted in Pinus massoniana and Cunninghamia lanceolata+ P. massoniana forest respectively. The stand structure and growth situation were evaluated and compared between experimental samples and controlled samples in this paper. The results indicated that the proportion of broadleaf trees was increased by 4.6 and 12.0 percentage points? respectively， stand shape quality was increased by 7.8 and 7.0 percentage points， and the proportion of stand without damage increased by 69 and 17.1 percentage points. The stand viability was increased by 4.9 and 25.3 percentage points，respectively. Significant improvement of the light conditions in C. lanceolata+P. massoniana forest was found， but not significant in P. massoniana forest. After broadleaf transformation， the mixed unevenaged forest was constructed and forest landscapes were significantly improved， which laid a foundation for the implementation of management technology. Long term monitoring study was also suggested to evaluate the effects of broadleaf transformation on water conversation forest.

Key words Forest for water conversation;Broadleaf transformation;Stand structure;Hushan Forest Farm

基金項目 浙江省重點研發(fā)項目（2015c02016）;遂昌縣林業(yè)局項目（2016XH031）。

作者簡介 賴根偉（1966—），男，浙江遂昌人，工程師，從事森林培育工作。 通信作者，副教授，博士，從事森林生態(tài)學(xué)研究。

收稿日期 2019-01-21

水源涵養(yǎng)林具有特殊的生態(tài)效益、經(jīng)濟效益和社會效益。隨著社會和經(jīng)濟的發(fā)展，水源涵養(yǎng)林的社會服務(wù)功能（如生態(tài)旅游、森林美學(xué)和休閑保健等）日益突出[1-2]。水源林的生態(tài)功能體現(xiàn)取決于林分結(jié)構(gòu)的變化[3-5]，天然混交、復(fù)層和異齡結(jié)構(gòu)更有利于水源林的功能發(fā)揮[6]。因此，通過經(jīng)營措施，加強對水源林的景觀化和闊葉化改造是經(jīng)濟和社會發(fā)展的需求。當前大多數(shù)水源涵養(yǎng)林結(jié)構(gòu)單一，生態(tài)功能和景觀功能較弱[7]，不同經(jīng)營技術(shù)措施的水源涵養(yǎng)林的生態(tài)防護功能不同[3，8]，應(yīng)根據(jù)具體的立地條件和林分結(jié)構(gòu)以及植被類型選擇不同的經(jīng)營模式，尤其是對不同演替階段的林分采取不同的經(jīng)營措施[9]。

錢塘江流域水源林中針葉樹種的比例相對較高，林分結(jié)構(gòu)簡單，穩(wěn)定性差[10]，生態(tài)和景觀功能效益較低，較高比例的馬尾松林已無法滿足人們對其提供多種生態(tài)服務(wù)的需求[11]。浙江及鄰近區(qū)域經(jīng)濟的快速發(fā)展，也對錢塘江流域水源林的生態(tài)保護功能和景觀美化功能提出了更高的要求。該研究以位于錢塘江源頭的遂昌湖山林場景觀水源林為對象，利用近自然林經(jīng)營的相關(guān)理論和技術(shù)，對馬尾松林進行改造，并對改造前后的林分結(jié)構(gòu)進行評估，以期為建立景觀水源林的經(jīng)營模式以及補植改造和景觀美化奠定基礎(chǔ)，促進其生態(tài)功能發(fā)揮和景觀質(zhì)量提升。

1 研究區(qū)域概況

湖山林場（118°54′23″～119°06′53″E，28°24′27″～28°38′53″N）位于遂昌縣西北部，錢塘江水系源頭，烏溪江水庫中、上游地區(qū)，與衢州市交界。林場所屬山林集中分布在烏溪江水庫兩岸，總經(jīng)營面積為4 176.8 hm2，坡度25°～ 35°，局部地段可達45°以上。林場境內(nèi)最高海拔1 310 m，最低海拔230 m，年平均氣溫15.5～17.0 ℃，年平均降水量1 550～1 750 mm。土壤類型為亞熱帶地帶性紅壤，海拔800 m以上有少量的黃壤分布。林場林業(yè)用地3 488.3 hm2，有林地占97%以上，以防護林為主，其中針葉林和針闊混交林面積占50%左右。針葉樹種以馬尾松（Pinus massoniana）和杉木（Cunninghamia lanceolata）為主，闊葉樹種以木荷（Schima superba）、石櫟（Lithocarpus glaber）、青岡（Quercus glauca）和苦櫧（Castanopsis sclerophylla）等為主。灌木層常見樹種有檵木（Loropetalum chinense）、豆腐柴（Premna microphylla）、烏藥（Lindera aggregata）等。草本層植物以狼衣（Rhizoma osmundae）占優(yōu)勢[12]。

2 研究方法

2.1 樣地設(shè)置與調(diào)查

選擇在馬尾松林和杉木+馬尾松混交林（以下簡稱“杉木林”）中設(shè)置固定試驗樣地，每種類型各設(shè)3次重復(fù)，并設(shè)置相應(yīng)的對照樣地。樣地面積30 m×90 m，樣地內(nèi)按10 m×10 m劃分樣方進行調(diào)查。將林分分為喬木層（DBH≥5 cm）、灌木和幼樹層（DBH<5 cm、H≥1.5 m）、草本和幼苗層（H<1.5 m）進行調(diào)查。將所有樣地分割為10 m×10 m的喬木層樣方進行調(diào)查，記錄樹種名稱、位置（坐標）、胸徑、樹高、枝下高、生活力、損傷、干形質(zhì)量、林分類型等因子。生活力分為有競爭活力的、有活力的、活著的、瀕死的和枯立的5種類型;損傷分為無損傷、輕度損傷、中度損傷和重度損傷4種類型;干形質(zhì)量分為通直完滿、輕度彎曲（樹干有1～2個不顯著彎曲）、二分叉樹干、多分枝和重度彎（扭）曲（存在2個以上顯著彎曲）5種類型。

2.2 改造措施

根據(jù)樣地調(diào)查的喬木層林木數(shù)據(jù)，在馬尾松林（2 400株/hm2）和杉木林（3 225株/hm2）中，根據(jù)降低針闊比和提升林木質(zhì)量的原則，間伐多分枝和重度彎（扭）曲、瀕死和枯立、中度損傷和重度損傷的林木，分別間伐了13和19個樹種，林木數(shù)量分別是144和377，間伐強度分別為11.8%和35.3%，其中針葉樹（杉木和馬尾松）分別為45和265株，分別占間伐總數(shù)的31.2%和70.3%。

2.3 林分結(jié)構(gòu)變化評估方法

利用調(diào)查數(shù)據(jù)，分析試驗樣地與對照樣地喬木層樹種豐富度、多度、Pielou均勻度指數(shù)、Simpson指數(shù)和Shannon-Wiener指數(shù)、林木生長狀態(tài)（干形質(zhì)量、生活力和損傷）和林分空間結(jié)構(gòu)（開敞度、混交度和大小比數(shù)）等方面的差異，卡方檢驗其顯著性。

物種多樣性指數(shù)計算如下[13]：

3 結(jié)果與分析

3.1 樹種組成變化

與對照樣地相比，2種林型的針闊比顯著下降（P<0.05）。馬尾松林試驗樣地中，針葉樹的比例下降了4.6百分點，蓄積量下降7.6百分點（圖1）;杉木林試驗樣地中，針葉樹的比例由48.3%下降到36.3%，蓄積量由629%下降到57.2%（圖2）。經(jīng)過林分改造，林木豐富度和多度均下降，但是均勻度得到提高，Simpson指數(shù)和Shannon-Wiener指數(shù)升高（表1）。

47卷11期賴根偉等 遂昌湖山林場水源林闊葉化改造及林分結(jié)構(gòu)變化評估

3.2 林木生長狀態(tài)

與對照樣地相比，試驗樣地生長狀態(tài)較好的林木比例顯著提高（P<0.05）。其中，馬尾松林度試驗樣地干形質(zhì)量較優(yōu)（通直飽滿和輕度彎曲）的林木比例由83.5%提高到91.3%，且不再有干形質(zhì)量較差（二分枝和顯著扭曲）的林木;生活力較強（有競爭力和有活力）的林木比例由93.1%提高到98.0%;無損傷的林木比例由62.8%提高到69.7%（圖3）。杉木林中，干形質(zhì)量較優(yōu)（通直飽滿和輕度彎曲）的林木比例由83.1%提高到90.1%;無損傷的林木比例由47.4%提高到64.5%;生活力較強（有競爭力和有活力）的林木比例由69.5%提高到94.8%（圖4）。

3.3 林分空間結(jié)構(gòu)變化

與對照樣地相比，改造后馬尾松林透光條件改善不顯著;杉木林的透光條件得到了顯著提升，其中透光條件嚴重不足的林木比例下降17.6百分點，透光條件基本滿足以上的林木比例提高約13百分點（圖5、6）。

試驗樣地的大小比數(shù)雖然顯示群落徑級空間分布仍然較為中庸，但較改造前相比得到了一定程度的改善，異齡化程度得到了初步提升。杉木林中改造后的混交度變化較為明顯，混交度較低（0和0.25）的比例分別下降4百分點左右，馬尾松林物種的隔離程度（混交度），尤其是混交度較大等級（0.75）比例提高10百分點。2種林型群落混交化程度明顯提升（P<0.05）。

4 討論

對遂昌湖山林場水源景觀林改造前后林分結(jié)構(gòu)和林木生長狀態(tài)的對比研究表明，經(jīng)過技術(shù)改造，針葉林的自然化、混交化和異齡化程度得到了顯著的提升，林分的透光條件顯著改善。在沒有破壞該水源林結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的前提下，為林下天然更新和后期的補植改造提升森林景觀質(zhì)量創(chuàng)造了條件。

4.1 湖山景觀水源林闊葉化改造技術(shù)

景觀水源林具體經(jīng)營措施的選擇上應(yīng)考慮立地條件和林分結(jié)構(gòu)特征[4-5，16]，在不影響其生態(tài)主導(dǎo)功能的前提下，利用森林生態(tài)系統(tǒng)自身內(nèi)部的自然生長發(fā)育規(guī)律，根據(jù)群落發(fā)育演替規(guī)律來計劃和實施各項經(jīng)營措施，優(yōu)化森林結(jié)構(gòu)和功能，充分利用森林自然力，使生態(tài)與經(jīng)濟效益達到最優(yōu)結(jié)合[17]，盡可能地提升其生態(tài)、經(jīng)濟功能[6]和景觀功能[18-19]。對浙江千島湖馬尾松林進行30%～50%的間伐強度的“砍松留闊”，6年后的研究表明，闊葉樹種的重要值提高了30%以上，逐步過渡為針闊混交林，并有向常綠闊葉林演替的趨勢，抑制了松毛蟲害和松材線蟲害的發(fā)生和傳播[20]。對浙江省松陽縣8種類型馬尾松林闊葉化改造的分析表明，馬尾松林闊葉化改造主要影響闊葉樹種的成活率和新梢生長量[21]。因此，馬尾松主要的營林技術(shù)是通過撫育間伐，增加林地的透光度，促進林下常綠闊葉樹種，諸如青岡櫟、苦櫧、木荷的生長[22]。該研究根據(jù)近自然林的經(jīng)營理念，結(jié)合遂昌湖山林場水源林中針葉林面積比重大、林相單調(diào)和林分結(jié)構(gòu)簡單的特點[12，23]，進一步考慮了不同林型林分結(jié)構(gòu)，設(shè)計了馬尾松林補植改造和杉木林人工促進更新的間伐撫育措施。采用11.8%的間伐強度，使得馬尾松林的闊葉樹種比例提高4.6百分點，透光條件改善不顯著，馬尾松林物種的混交度，尤其是混交度較大等級（075）的比例提高10百分點，為后期在馬尾松林中進行補植創(chuàng)造了條件。在杉木林種采用35.3%的間伐強度，使得杉木林闊葉樹種的比例提高12.0百分點，透光條件得到了顯著提升，其中透光條件嚴重不足的林木比例下降17.6百分點，透光條件基本滿足以上的林木比例提高約13百分點。杉木林混交度較低（0和025）的比例分別下降4百分點左右，群落的混交化程度明顯提升，群落異齡化程度也得到了初步提升，經(jīng)過技術(shù)改造，有利于杉木林林下更新。

4.2 水源林質(zhì)量評價

水源林的景觀化是其適應(yīng)新時期經(jīng)濟和社會發(fā)展需求的功能擴展，質(zhì)量提升評價應(yīng)遵循森林充分發(fā)揮生態(tài)效益、經(jīng)濟效益和社會效益的原則，更需要重點突出森林的景觀效益和水源涵養(yǎng)功能[18]。目前對風景林質(zhì)量評價主要從林內(nèi)景觀、林外景觀和單木景觀等角度開展，其中林內(nèi)景觀差異主要體現(xiàn)在林分結(jié)構(gòu)、自然性、林相以及灌木密度與高度等方面[24]。林分質(zhì)量、林分景觀、林下枯落物、林下更新、樹種構(gòu)成等影響其景觀水源林游憩功能和水源涵養(yǎng)功能的發(fā)揮，而生態(tài)疏伐、景觀疏伐、補植補造、封山育林等經(jīng)營技術(shù)措施有利于提高其健康等級[18]。馬尾松林中，干形質(zhì)量較優(yōu)（通直飽滿和輕度彎曲）的林木比例提高7.8百分點，且不再有干形質(zhì)量較差（二分枝和顯著扭曲）的林木;生活力較強（有競爭力和有活力）的林木比例提高4.9百分點;無損傷的林木比例提高6.9百分點。在杉木混交林試驗樣地中，干形質(zhì)量較優(yōu)（通直飽滿和輕度彎曲）的林木比例提高7.0百分點;無損傷的林木比例提高17.1百分點;生活力較強（有競爭力和有活力）的林木比例提高25.3百分點?？梢姡謨?nèi)景觀質(zhì)量得到了顯著的提升。

該研究是對試驗林地間伐后的即時狀況評估，即是對間伐后林分的初期效應(yīng)評估，為后期進一步的經(jīng)營措施奠定了基礎(chǔ)。經(jīng)營措施的長期效果需要進一步持續(xù)地定位觀測研究。

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