魏 彪 周冬躍 戴 福 陸 瑩 王慶斌 付 靜 祝旭加
(牡丹江林業(yè)科學(xué)研究所,牡丹江,157009) (黑龍江省穆棱林業(yè)局) (牡丹江林業(yè)科學(xué)研究所)
楊樺中幼天然次生林的長(zhǎng)期經(jīng)營(yíng)效果
魏 彪 周冬躍 戴 福 陸 瑩 王慶斌 付 靜 祝旭加
(牡丹江林業(yè)科學(xué)研究所,牡丹江,157009) (黑龍江省穆棱林業(yè)局) (牡丹江林業(yè)科學(xué)研究所)
采取固定標(biāo)準(zhǔn)地和臨時(shí)標(biāo)準(zhǔn)地相結(jié)合的調(diào)查方法,調(diào)查了試驗(yàn)地林分樹(shù)種組成、樹(shù)高、胸徑、徑階分布、空間結(jié)構(gòu)狀況,分析了林冠下引進(jìn)紅松促進(jìn)楊樺天然次生林更新的試驗(yàn)效果。結(jié)果證明:林冠下引進(jìn)紅松促進(jìn)楊樺天然次生林更新技術(shù),不但改變了林分樹(shù)種組成,而且改善了林木分布,提高了林木生長(zhǎng)速度,增加了林分蓄積。林冠下引進(jìn)紅松幼苗,在未顯著改變次生林林木混交度的情況下,27 a試驗(yàn)林分林木分布,從團(tuán)狀改善為隨機(jī)分布;紅松優(yōu)勢(shì)度得到提高,從處于中庸和劣勢(shì)之間,提高到介于中庸和亞優(yōu)勢(shì)之間;試驗(yàn)樣地蓄積得到提高,和對(duì)照相比蓄積提高72%。
楊樺混交林;天然次生林更新;紅松
Poplar-birch mixed forest; Secondary natural forest; Korean pine
天然次生林經(jīng)營(yíng)技術(shù),一直以來(lái)是森林經(jīng)營(yíng)者和相關(guān)研究人員關(guān)注的問(wèn)題,上個(gè)世紀(jì)50年代以來(lái),很多學(xué)者對(duì)我國(guó)天然次生林經(jīng)營(yíng)技術(shù)進(jìn)行了研究,從最初的天然次生林的定義、分類(lèi)、現(xiàn)狀研究,逐漸細(xì)化到不同地區(qū)、不同類(lèi)型天然次生林結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、組成、演替規(guī)律的研究。隨著新的經(jīng)營(yíng)理念及理論的提出,天然次生林的經(jīng)營(yíng)理論和技術(shù)也不斷的進(jìn)步。已經(jīng)由只重視木材收獲作為唯一經(jīng)營(yíng)目標(biāo),發(fā)展到重視并追求次生林的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、生態(tài)價(jià)值的多目標(biāo)實(shí)現(xiàn)。但是,針對(duì)東北地區(qū)楊樺次生林的研究,多集中于林分結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、實(shí)際經(jīng)營(yíng)工作經(jīng)驗(yàn)總結(jié)等方面的研究[1-3];針對(duì)一種結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的楊樺次生林分的特定經(jīng)營(yíng)技術(shù)長(zhǎng)期研究工作較少,而且針對(duì)楊樺次生林的經(jīng)營(yíng)效果的研究多偏重于林分蓄積變化等方面[2-3],對(duì)其空間結(jié)構(gòu)變化研究較少。針對(duì)以上問(wèn)題,在前期研究基礎(chǔ)上(前期研究主要是確定了最佳間伐強(qiáng)度和栽植密度等技術(shù)措施),從1986年開(kāi)始對(duì)楊樺中幼天然次生林經(jīng)營(yíng)技術(shù)進(jìn)行了長(zhǎng)期研究。本文闡述了在林冠下引進(jìn)紅松幼苗,促進(jìn)楊樺中幼天然次生林,向以紅松占優(yōu)勢(shì)的針闊混交林演替的效果,旨在為本地區(qū)的次生林經(jīng)營(yíng)提供參考。
穆棱林業(yè)局代馬溝經(jīng)營(yíng)所地理中心位置:東經(jīng)130°4′,北緯44°27′,海拔548~817 m。年均氣溫1.6 ℃;年平均降水量480 mm;土壤多屬花崗巖及玄武巖坡積母質(zhì)上發(fā)育的山地暗棕壤,黑土層厚度10~30 cm。原生群落為以紅松占優(yōu)勢(shì)的針闊混交林,由于20世紀(jì)50年代初的一次火災(zāi),后派生出以楊樺為主的次生林,及殘存少量原生闊葉紅松林的群落特征。經(jīng)營(yíng)面積1.500 8×104hm2,其中:林地面積1.347 8×104hm2,森林覆蓋率79.56%,活立木總蓄積1.423 6×106m3;中幼齡林面積8 662 hm2,蓄積6.89×105m3,分別占有林地面積和蓄積的72.54%、49.33%;成熟林占有林地面積和蓄積的1.5%、1.9%;經(jīng)營(yíng)區(qū)內(nèi)無(wú)過(guò)熟林。大量的中幼齡林為次生林,其中:楊樺次生林占有林地總面積的88%(含人工混交林),占立木蓄積的86%(含混交及少量伴生樹(shù)種)。
采取固定標(biāo)準(zhǔn)地和臨時(shí)標(biāo)準(zhǔn)地相結(jié)合的調(diào)查方法。1985年,于代馬溝經(jīng)營(yíng)所51林班第4、5、6小班各設(shè)置15塊固定樣地(其中1個(gè)為對(duì)照),固定樣地面積0.1 hm2。混交度、大小比、角尺度調(diào)查,設(shè)置5 m×5 m臨時(shí)標(biāo)準(zhǔn)地,每塊固定樣地中設(shè)置4塊臨時(shí)小標(biāo)準(zhǔn)地,混交度、大小比、角尺度測(cè)量[4-5]、計(jì)算時(shí)參照樹(shù)選為目標(biāo)樹(shù)最近4株相鄰木。對(duì)小班資源狀況(見(jiàn)表1)調(diào)查后,于1985年秋進(jìn)行強(qiáng)度為50%(蓄積計(jì)算)強(qiáng)度間伐,全部保留林分內(nèi)的紅松幼樹(shù),保留一定數(shù)量白樺、山楊;在固定樣地內(nèi)栽植4年生紅松幼苗,栽植密度為2 000株/hm2。1986—1990年,對(duì)標(biāo)準(zhǔn)地進(jìn)行了連續(xù)調(diào)查,1994年對(duì)紅松幼苗生長(zhǎng)情況進(jìn)行了調(diào)查,最近一次于2013年9月對(duì)固定樣地進(jìn)行了調(diào)查;利用調(diào)查數(shù)據(jù),對(duì)27 a試驗(yàn)林分的變化進(jìn)行分析,對(duì)比經(jīng)營(yíng)效果。
3.1 林分樹(shù)種組成及樹(shù)高、胸徑平均值變化
1985年秋,對(duì)21林班4、5、6小班資源狀況進(jìn)行了調(diào)查,并于當(dāng)年秋天調(diào)查后間伐50%蓄積,間伐前后對(duì)比數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表1。
表1 1985年間伐前后代馬溝21林班4、5、6小班資源狀況統(tǒng)計(jì)
間伐前,標(biāo)準(zhǔn)地的樹(shù)種組成為4樺2楊2椴1色+水紅榆黃,為穆棱代馬溝林場(chǎng)典型的楊樺次生林。在間伐50%的蓄積后,樹(shù)種組成改變?yōu)?樺2楊2椴1色+紅榆黃。間伐前,林分密度為1 923株/hm2,林分郁閉度為0.7,林分生長(zhǎng)不良;間伐后,林分密度降到847株/hm2,郁閉度為0.4。從蓄積看,標(biāo)準(zhǔn)地間伐前,蓄積為99.08 m3/hm2,山楊、白樺占到總蓄積76%以上。間伐后,蓄積為47.58 m3/hm2,山楊、白樺所占比例略有提高,達(dá)到77%以上。間伐后林分平均樹(shù)高和平均胸徑都有所提高。
標(biāo)準(zhǔn)地間伐50%蓄積后,林冠下引進(jìn)4年生紅松幼苗,并于引進(jìn)紅松幼苗后前2 a進(jìn)行了割灌處理,以降低紅松幼苗競(jìng)爭(zhēng)強(qiáng)度,此后,25 a間沒(méi)有進(jìn)行任何人為經(jīng)營(yíng)措施。1986—1990年調(diào)查顯示,標(biāo)準(zhǔn)地樹(shù)種組成,結(jié)構(gòu)變化不大,主要是蓄積增長(zhǎng)率發(fā)生變化(見(jiàn)表2)。
表2 標(biāo)準(zhǔn)地最初5 a蓄積變化
由表2可見(jiàn),引進(jìn)紅松后,前5 a,試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)地蓄積增長(zhǎng)率都大于對(duì)照樣地蓄積增長(zhǎng)率,主要是由于50%的高強(qiáng)度間伐,降低了林木之間的競(jìng)爭(zhēng),使單株林木生長(zhǎng)得到釋放。特別是從實(shí)驗(yàn)第3年開(kāi)始,試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)地蓄積增長(zhǎng)率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于對(duì)照樣地,1989、1990年前者增長(zhǎng)率是后者的3.4倍多。從蓄積增長(zhǎng)量看,前3 a,試驗(yàn)樣地蓄積增長(zhǎng)量小于對(duì)照樣地,但是得益于較高的增長(zhǎng)率;到第4、5年,試驗(yàn)樣地蓄積增長(zhǎng)量已經(jīng)高于對(duì)照樣地,試驗(yàn)樣地在蓄積增長(zhǎng)上逐漸顯現(xiàn)優(yōu)勢(shì)。
1994年,對(duì)紅松幼苗生長(zhǎng)情況進(jìn)行了調(diào)查,結(jié)果顯示:經(jīng)過(guò)7 a的生長(zhǎng),紅松幼苗的平均保存率達(dá)到90%以上、平均高達(dá)到166.7 cm、平均地徑2.8 cm;第7年,高生長(zhǎng)達(dá)到22.14 cm,幼苗生長(zhǎng)良好。2013年,對(duì)標(biāo)準(zhǔn)地進(jìn)行了每木檢尺,調(diào)查數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表3。
表3 代馬溝21林班4、5、6小班25 a后林分狀況
25 a后,試驗(yàn)林分樹(shù)種組成為2色木2山楊2榆1樺1紅1椴+水曲柳,白樺所占比例下降30%,山楊比例未變,色木比例提高10%,紅松比例顯著提高,達(dá)到10%。按公頃株數(shù)計(jì)算,紅松所占比例為38%,為標(biāo)準(zhǔn)地內(nèi)最多樹(shù)種。25 a后,林分平均高提高2.8 m;平均胸徑下降2.6 cm,這種胸徑的下降,主要是由于林冠下引進(jìn)紅松幼樹(shù)和期間自然萌生形成的色木、山楊引起的。紅松平均樹(shù)高和平均胸徑分別為12.5 m、13.92 cm,分別比試驗(yàn)間伐前提高135.8%、167.7%;27 a內(nèi),平均樹(shù)高生長(zhǎng)為0.29 m/a,平均胸徑生長(zhǎng)為0.35 cm/a。27 a后,紅松蓄積比例,從實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí)不到0.8%,提高到13%。考慮到紅松尚處于中齡階段,株數(shù)比例、樹(shù)高比、蓄積比例更能說(shuō)明實(shí)驗(yàn)效果。從平均樹(shù)高看,人工更新的紅松已經(jīng)開(kāi)始進(jìn)入主林層,林內(nèi)山楊、白樺、色木等樹(shù)種更新幼樹(shù)幾乎不可見(jiàn);可以預(yù)見(jiàn),紅松將逐漸完全進(jìn)入主林層,建立有闊葉紅松林景觀特征的林分,為次生林向本地森林生態(tài)系統(tǒng)演替頂級(jí)提供了條件,縮短了演替時(shí)間,加速了演替速度。
27 a后,試驗(yàn)林分和對(duì)照樣地的對(duì)比,更能說(shuō)明問(wèn)題,對(duì)照樣地狀況如表4所示。對(duì)照樣地仍是典型的次生楊樺林,蓄積只有103.81 m3/hm2,人工林冠下更新林分蓄積比其提高70.2%。對(duì)照林分只有極少數(shù)云杉處于更新層,林冠下空間仍然被山楊、白樺、糠椴、春榆等樹(shù)種占據(jù),未見(jiàn)闊葉紅松林的建立痕跡。
表4 對(duì)照標(biāo)準(zhǔn)地調(diào)查統(tǒng)計(jì)
3.2 林分徑階分布變化
林分不同徑階株數(shù)分布的變化,可以直觀反映出經(jīng)營(yíng)效果,27 a后各試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)地不同徑階林木株數(shù)分布如表5。從表5可見(jiàn):在進(jìn)行人工更新前,無(wú)論是間伐前還是間伐后,林分徑階分布都是典型的反J型分布,隨著徑階的增加林木株數(shù)逐漸減少。27 a后,經(jīng)過(guò)人工促進(jìn)紅松更新的試驗(yàn)林分,徑階分布雖然在整體上仍然是近似于反J型,但是,4 cm到14 cm徑階的林木株數(shù)相差不大,說(shuō)明大量的林木處于此徑階范圍,這個(gè)范圍恰是人工更新的紅松現(xiàn)在所處的徑階范圍,紅松逐漸進(jìn)入主林層的同時(shí)也顯著改變了試驗(yàn)林分的徑階分布。對(duì)比對(duì)照樣地27 a后的徑階分布,仍然是典型的反J型。
表5 林分徑階分布
3.3 試驗(yàn)林分當(dāng)前空間結(jié)構(gòu)狀況
3.3.1 各樹(shù)種混交度及其頻率分布
混交度是衡量林分混交程度的重要指標(biāo),本試驗(yàn)在每個(gè)固定樣地內(nèi)設(shè)置了4個(gè)5 m×5 m的臨時(shí)樣地,對(duì)樣地內(nèi)的4 cm徑階以上的林木進(jìn)行每木檢尺,并記錄每株林木相對(duì)位置,計(jì)算試驗(yàn)樣地和對(duì)照樣地的混交度、大小比和角尺度(見(jiàn)表6~表8)。
表6 試驗(yàn)樣地和對(duì)照樣地的混交度頻率及平均混交度比較
注:平均混交度=∑混交度取值×混交度頻率。
從表6可以看出:試驗(yàn)樣地和對(duì)照樣地各個(gè)樹(shù)種混交度變化不大,方差分析顯示差異不顯著,都處于中度以上混交狀態(tài)。除對(duì)照樣地中的山楊處于弱度混交外,兩種樣地中所有樹(shù)種混交度都大于0.5,都處于中度混交以上狀態(tài),色木、紅松、春榆、糠椴都處于強(qiáng)度混交,色木為極強(qiáng)度混交[5]。紅松在兩種樣地中,雖然都處于強(qiáng)度混交,但是試驗(yàn)樣地中的紅松混交度略小于對(duì)照樣地中的紅松的混交度,主要是由于林冠下引進(jìn)紅松所致。
3.3.2 各樹(shù)種大小比對(duì)比
對(duì)照樣地和試驗(yàn)樣地各個(gè)樹(shù)種胸徑大小比相差顯著(P=0.001<0.05)。從表7可見(jiàn):試驗(yàn)地和對(duì)照樣地相比,試驗(yàn)樣地中色木、白樺、山楊優(yōu)勢(shì)度有所下降;色木從近似中庸下降到介于劣勢(shì)和絕對(duì)劣勢(shì)之間,下降幅度最大;白樺、山楊只是略有下降,其仍處于試驗(yàn)樣地的亞優(yōu)勢(shì)和絕對(duì)優(yōu)勢(shì)之間[1,3,6];紅松、春榆、糠椴、山槐的優(yōu)勢(shì)度,試驗(yàn)樣地比對(duì)照樣地有所提高,紅松提高幅度最大,這和人工更新紅松已經(jīng)進(jìn)入主林層狀態(tài)相一致。
表7 各樹(shù)種胸徑大小比頻率及其平均大小比比較
注:平均大小比=∑大小比取值×大小比頻率。
3.2.3 樣地林木角尺度頻率分布
角尺度是衡量林木水平空間分布的重要指標(biāo),表8給出了試驗(yàn)樣地和對(duì)照樣地林木,角尺度在不同取值間的頻率分布。由表8可見(jiàn):對(duì)照樣地中,處于較低取值的林木相對(duì)較少,頻率較低,其平均角尺度為0.550,大于0.517(平均角尺度大于0.517,林分為團(tuán)狀分布),這說(shuō)明對(duì)照樣地林分為團(tuán)狀分布[6-7]。試驗(yàn)樣地中,處于較低和較高取值的林木較少,頻率分布近似正態(tài)分布,平均角尺度為0.480,處于0.475~0.517之間(平均角尺度介于此區(qū)間,林分為隨機(jī)分布),說(shuō)明試驗(yàn)樣地林分為隨機(jī)分布[6-7]。對(duì)比看,50%間伐強(qiáng)度下,林冠下引進(jìn)紅松改變了林木分布,從團(tuán)狀變?yōu)殡S機(jī),改善了林木空間結(jié)構(gòu)。
表8 樣地林木角尺度頻率及其平均角尺度分布
注:平均角尺度=∑角尺度取值×角尺度頻率。
50%高強(qiáng)度間伐,陰坡山坡中下腹楊樺中幼天然次生林,引進(jìn)紅松幼苗經(jīng)營(yíng)效果顯著。不但改變了林分樹(shù)種組成,而且改善了林木分布,提高了林木生長(zhǎng)速度,增加了林分蓄積。
通過(guò)引進(jìn)紅松幼苗,在未顯著改變次生林林木混交度的情況下,試驗(yàn)林分林木分布從團(tuán)狀改善為隨機(jī)分布。
紅松優(yōu)勢(shì)度得到提高,從處于中庸和劣勢(shì)之間,提高到介于中庸和亞優(yōu)勢(shì)之間。
試驗(yàn)樣地蓄積得到提高,和對(duì)照相比,蓄積提高72%。
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魏彪,男,1984年1月生,牡丹江林業(yè)科學(xué)研究所,工程師。E-mail:737228349@qq.com。
2013年10月17日。
S754
Long-term Management Effect of of Poplar-birch Secondary Forest/Wei Biao, Zhou Dongyue(Mudanjiang Forest Research Institute); Dai Fu(Muling Forestry Bureau); Lu Ying, Wang Qingbin, Fu Jing, Zhu Xujia(Mudanjiang Forest Research Institute)//Journal of Northeast Forestry University.-2014,42(4).-38~41
責(zé)任編輯:張 玉。
An experiment was conducted to study the long-term effect of planting Korean pine on accelerating the succession of poplar-birch secondary forest including tree composition, height, diameter at breast height, diameter class and distribution by establishing fixed and temporary sample plots. This technique not only changed the composition of tree species, but also improved the tree distribution between different diameter class, and the growth and the volume were accelerated. In the past 27 years, the distribution changed from reunion to random under the condition that the mingling index unchanged remarkable. The dominance of Korean pine was improved and the stock of the stand was improved 72% than the CK stand.