撫育間伐對紫椴人工林生長的影響

黃鑫春，周 強(qiáng)，滕貴波，任鳳偉，魏永忠

(遼寧省實(shí)驗(yàn)林場，遼寧 清原 113311)

紫椴Tiliaamurensis是我國東北地區(qū)營造珍稀軟闊用材林首選的樹種，目前，關(guān)于紫椴的研究主要集中在生理特性、空間結(jié)構(gòu)、造林技術(shù)、幼苗生長等方面[1-4]。隨著天然林商業(yè)性采伐的全面停止，市場上的紫椴用材來源越來越少，大力培育紫椴人工林顯得更加重要，而現(xiàn)有的紫椴人工林普遍存在造林密度大，林分結(jié)構(gòu)不合理的問題，嚴(yán)重影響了森林的生態(tài)效益和經(jīng)濟(jì)效益，急需通過合理的撫育間伐進(jìn)行密度調(diào)控。

通過撫育間伐，可以有效改善林內(nèi)的光照條件，不僅能促進(jìn)保留木的生長，改善林地土壤的理化性質(zhì)，而且可以促進(jìn)林下植物的更新，增加人工林的生物多樣性，有利于森林生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性，提高森林質(zhì)量[5-7]。國內(nèi)關(guān)于不同地區(qū)及不同樹種撫育間伐對保留木個體生長和林分生長量的影響研究很多[8-13]，而國外的多數(shù)研究認(rèn)為，撫育間伐對林分生長有積極的影響[14-17]。本文以林齡30年生的紫椴人工林作為研究對象，通過分析不同強(qiáng)度撫育間伐對紫椴人工林胸徑、樹高以及材積生長的影響，旨在探索最合理的撫育間伐強(qiáng)度，為紫椴人工林的經(jīng)營提供理論基礎(chǔ)和技術(shù)支撐。

1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地點(diǎn)位于遼寧省實(shí)驗(yàn)林場，地理坐標(biāo)為41°51′～42°00′N，124°59′～125°18′E，平均海拔557 m。該地區(qū)屬于長白植物區(qū)系，氣候?qū)儆跍貛Ъ撅L(fēng)氣候，年平均氣溫4.2 ℃，年降水量714～1 025 mm。無霜期120～125 d，土壤為暗棕壤，土層平均厚度為50 cm。

2 研究方法

2.1 樣地設(shè)置

試驗(yàn)地設(shè)置在遼寧省實(shí)驗(yàn)林場地車溝工區(qū)大沙河作業(yè)區(qū)28林班14小班，于1987年進(jìn)行紫椴造林，株行距為1.5 m×1.5 m，造林密度4 444株·hm-2，造林成活率93%，保存率90%，現(xiàn)已成林?；诂F(xiàn)有林分密度，根據(jù)LY/T 2592—2016《東北東部山地森林撫育技術(shù)規(guī)程》，將林木分為5級。2017年，按照4種間伐強(qiáng)度(按間伐株樹計(jì)算)進(jìn)行撫育處理，即20%(T20)、30%(T30)、45%(T45)和65%(T65)，主要伐除Ⅴ、Ⅳ級木及部分Ⅲ級木，同時設(shè)置未進(jìn)行人為干擾的對照組(CK)。每種處理方式設(shè)置3個面積為600 m2(20 m×30 m)的固定樣地，分別位于同一坡向的下坡位、中坡位、上坡位，共計(jì)15個固定樣地，主要林分因子(表1)。

表1 紫椴人工林固定樣地林分因子調(diào)查

2.2 林分因子調(diào)查

撫育間伐后，分別于2017、2019年10月中旬調(diào)查固定樣地內(nèi)紫椴的胸徑、樹高。進(jìn)行每木檢尺測定林木生長量，在1.3 m處用鉛油標(biāo)記、編號。胸徑用圍尺圍測，記至0.1 cm，求算算術(shù)平均值，求得的數(shù)值作為撫育間伐樣地的平均胸徑；樹高用測高器測定，記至0.1 m，求算算術(shù)平均值，求得的數(shù)值作為撫育間伐樣地的平均樹高。蓄積用DB21-798-94《遼寧東部軟闊二元立木材積表》查算。

2.3 數(shù)據(jù)分析與處理

運(yùn)用Excel軟件對野外調(diào)查得到的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，采用SPSS19.0軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，在單因素方差分析(One-way ANOVA)的基礎(chǔ)上采用多重比較(LSD)進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)。

3 結(jié)果與分析

撫育間伐對紫椴人工林的影響，一方面是撫育伐除林木的平均胸徑、樹高、單株材積都低于伐前林分的平均值，從而使伐后紫椴人工林的平均胸徑、樹高、單株材積變大；另一方面是撫育間伐后保留林木的胸徑、樹高、單株材積生長量的提高使得紫椴人工林的平均胸徑、樹高、單株材積增加。因此，以撫育間伐2 a后胸徑、樹高、單株材積生長量的增加值來分析不同間伐強(qiáng)度對紫椴人工林生長的影響。

3.1 不同間伐強(qiáng)度對紫椴人工林胸徑生長影響

不同間伐強(qiáng)度對紫椴人工林胸徑2 a平均生長量的影響見表2，隨著間伐強(qiáng)度的增加，林分胸徑平均生長量呈現(xiàn)先增后減的趨勢，不同間伐強(qiáng)度樣地間伐2 a后，林分平均胸徑生長量都高于對照樣地。間伐強(qiáng)度為45%的樣地林木平均胸徑生長量最高，達(dá)到了1.18 cm，高于對照樣地0.19 cm，經(jīng)方差分析，與其他樣地差異顯著(P<0.05)。間伐強(qiáng)度為30%的樣地林木平均胸徑生長量1.07 cm，高于對照樣地0.08 cm，且與對照樣地差異顯著(P<0.05)。間伐強(qiáng)度為20%、65%的樣地林木平均胸徑生長量分別高于對照樣地0.03、0.06 cm，但與對照樣地差異不顯著(P>0.05)。撫育間伐降低了林分密度，增加了林內(nèi)的光照強(qiáng)度，釋放了保留木的生長空間，使得林木獲得了更多的水分和養(yǎng)分，優(yōu)化了林內(nèi)營養(yǎng)條件，有利于林分的生長，尤其有利于胸徑的生長[18-22]。過高的撫育間伐強(qiáng)度會使林地條件發(fā)生巨大變化，同時灌木、草本層植物的大量生長會爭奪部分保留木的養(yǎng)分，而過低的撫育間伐強(qiáng)度，對林木營養(yǎng)條件和生長空間改善較小，對保留木生長的促進(jìn)作用有限。

表2 不同間伐強(qiáng)度樣地平均胸徑

不同間伐強(qiáng)度樣地紫椴人工林林分株樹隨著徑級的增加均呈先上升后下降的趨勢，但不同樣地之間差異較大。對照樣地胸徑8 cm林木株樹最多，10 cm以上林木株樹隨徑級增大逐漸減少。間伐強(qiáng)度為20%的樣地胸徑10 cm林木株樹最多，間伐強(qiáng)度為30%的樣地胸徑12 cm林木株樹最多，間伐強(qiáng)度為45%的樣地胸徑14 cm林木株樹最多(圖1)。由圖1可以明顯看出，隨著撫育間伐強(qiáng)度的增加，各樣地紫椴人工林林分徑級分布曲線整體上向右移一個徑級，撫育間伐明顯影響了林分胸徑的空間分布，增加了大徑級林木的株數(shù)，這與徐金良[23]對杉木人工林的研究結(jié)果相同。

圖1 不同間伐強(qiáng)度紫椴人工林徑級分布

3.2 不同間伐強(qiáng)度對紫椴人工林樹高生長的影響

不同撫育間伐強(qiáng)度下紫椴人工林樹高2 a平均生長量調(diào)查結(jié)果見表3，可以看出，不同間伐強(qiáng)度樣地樹高生長量與胸徑生長量的變化趨勢相同，隨著撫育間伐強(qiáng)度的增加，林分樹高生長量同樣呈現(xiàn)先增后減的趨勢，不同撫育強(qiáng)度樣地間伐2 a后，林分平均樹高生長量與對照樣地相比，都有一定程度的提高。間伐強(qiáng)度為45%的樣地林木平均樹高生長量最高，達(dá)到了1.24 m，高于對照樣地0.08 m，經(jīng)方差分析，與對照樣地呈顯著性差異(P<0.05)。間伐強(qiáng)度為20%、30%、65%的樣地林木平均樹高生長量依次為1.18 m、1.19 m、1.18 m，分別高于對照樣地0.02 m、0.03 m、0.02 m，經(jīng)方差分析，與對照樣地差異不顯著(P>0.05)。

表3 不同間伐強(qiáng)度樣地平均樹高

3.3 不同間伐強(qiáng)度對紫椴人工林材積的影響

紫椴人工林不同間伐強(qiáng)度樣地單株材積2 a平均生長量與胸徑、樹高生長量的變化趨勢一致，由高到低的順序?yàn)門45﹥T30﹥T65﹥T20﹥CK。從表4可以看出：紫椴人工林單株材積2 a平均生長量在不同撫育間伐強(qiáng)度之間差異不是很大。間伐強(qiáng)度為45%的樣地林木平均單株材積生長量最高，達(dá)到了0.022 7 m3，高于對照樣地0.004 1 m3，經(jīng)方差分析，與對照樣地呈顯著性差異(P<0.05)，但與其他強(qiáng)度間伐樣地差異不顯著(P﹥0.05)。間伐強(qiáng)度為20%、30%、65%的樣地林木平均單株材積生長量分別高于對照樣地0.000 6 m3、0.000 9 m3、0.000 7 m3，經(jīng)方差分析，與對照樣地差異不顯著(P﹥0.05)。

雖然撫育間伐促進(jìn)了紫椴人工林單株材積的生長，由于樣地內(nèi)林木總株樹的下降，導(dǎo)致紫椴人工林林分總蓄積2 a平均生長量隨著撫育間伐強(qiáng)度的增加而下降，這與Knoebel[24]等對美國鵝掌楸不同強(qiáng)度間伐后的研究結(jié)果相同。各撫育間伐樣地林分蓄積生長量都低于對照樣地，從高到低的順序依次為CK(22.37 m3·hm-2)﹥T20(18.57m3·hm-2)﹥T30(16.68 m2·hm-2)﹥T45(15.78 m3·hm-2)﹥T65(8.44 m3·hm-2)。而吳際友[25]等研究認(rèn)為撫育間伐提高了濕地松林分的蓄積量，也有研究認(rèn)為中度強(qiáng)度的撫育間伐可以增加林分的蓄積量[26-27]。

表4 不同間伐強(qiáng)度樣地平均單株材積

4 結(jié)論與討論

本研究針對遼寧省實(shí)驗(yàn)林場30年生紫椴人工林進(jìn)行不同撫育間伐強(qiáng)度處理，分析2017-2019年2 a間撫育間伐對樣地紫椴人工林胸徑、樹高及材積生長量的影響。結(jié)果表明，撫育間伐對紫椴人工林胸徑、樹高及單株材積生長有明顯的促進(jìn)作用，撫育間伐處理林分的生長均好于對照樣地，隨著撫育間伐強(qiáng)度的增加，林分胸徑、樹高、單株材積生長量的變化趨勢基本相同，均呈現(xiàn)先增后減的趨勢，在0～45%間伐強(qiáng)度，各指標(biāo)隨間伐強(qiáng)度的增加而增加，當(dāng)間伐強(qiáng)度為65%時，各項(xiàng)指標(biāo)的生長量低于45%間伐強(qiáng)度，各項(xiàng)指標(biāo)生長量由高到低的順序?yàn)門45﹥T30﹥T65﹥T20﹥CK。間伐強(qiáng)度為45%的樣地林木生長量最高，其中，胸徑生長量與其他樣地呈顯著性差異(P<0.05)，而樹高和單株材積生長量顯著高于對照樣地，但與其他間伐強(qiáng)度處理樣地差異不顯著(P﹥0.05)。間伐強(qiáng)度為20%、65%的樣地胸徑、樹高、單株材積生長量與對照樣地差異不顯著。

本研究中不同撫育間伐強(qiáng)度樣地紫椴人工林2 a樹高生長量差異不顯著，生長量范圍為1.18～1.24 m，這可能是由于樣地設(shè)置時間太短的原因，相關(guān)研究表明林分樹高的生長更多是受種苗遺傳特性及立地條件的影響，而與林分密度關(guān)系較小。

撫育間伐明顯影響了林分胸徑的空間分布，增加了大徑級林木的株數(shù)，隨著撫育間伐強(qiáng)度的增加，大徑級林木所占比例上升，提高了林分的質(zhì)量。林分蓄積量生長的高低取決于單株林木材積生長量及單位面積林木株樹減少量的相對大小，通過適宜的間伐撫育后，經(jīng)過一定年限的生長，林木可以充分利用獲得的生長空間，林分蓄積不會下降，反而會有提高。

由于本研究樣地設(shè)置的時間較短，而撫育間伐對林分生長的影響是一個動態(tài)的長期的過程，而且立地條件、氣候條件、不同樹種本身的遺傳特性、林齡結(jié)構(gòu)等對林分的生長都會產(chǎn)生影響，所以對紫椴人工林撫育間伐后的林分應(yīng)該進(jìn)一步進(jìn)行長期的定期調(diào)查，研究其在不同間伐強(qiáng)度下的生長變化情況，同時，還需進(jìn)一步完善調(diào)查指標(biāo)，科學(xué)合理地篩選出最適宜的撫育間伐強(qiáng)度，為紫椴人工林的經(jīng)營管理提供理論依據(jù)。