田 軍

(大興安嶺地區(qū)營(yíng)林局，加格達(dá)奇，165000)

毛 波 朱玉杰

(東北林業(yè)大學(xué))

白永清

(大興安嶺韓家園林業(yè)局)

撫育間伐對(duì)大興安嶺用材林生態(tài)經(jīng)營(yíng)的影響1)

田 軍

(大興安嶺地區(qū)營(yíng)林局，加格達(dá)奇，165000)

毛 波 朱玉杰

(東北林業(yè)大學(xué))

白永清

(大興安嶺韓家園林業(yè)局)

以大興安嶺用材林為研究對(duì)象，設(shè)置8個(gè)試驗(yàn)區(qū)，進(jìn)行輕度、中度、重度撫育間伐；應(yīng)用灰色關(guān)聯(lián)，綜合評(píng)價(jià)撫育間伐對(duì)林內(nèi)生物多樣性、土壤肥力以及土壤呼吸情況的影響，優(yōu)化出大興安嶺用材林最佳的生態(tài)經(jīng)營(yíng)模式。結(jié)果表明：撫育強(qiáng)度為20.86%的中等強(qiáng)度撫育方式，對(duì)林地生物多樣性、土壤肥力、土壤呼吸情況有促進(jìn)作用，有利于林分的生長(zhǎng)。

撫育間伐；生物多樣性；土壤肥力；土壤呼吸

With the timber forest in the Daxing’an Mountains, we set eight test areas in the timber forest to carry out light, middle and serious tending felling and used the grey system to make the comprehensive evaluation of biodiversity, soil fertility and soil respiration after tending felling. We built the best ecological management mode for the scientific management of tending felling. The middle tending with the intensity of 20.86% has the promoting effect on biodiversity, soil fertility and soil respiration, and is benefit for the growth of standing forest.

撫育間伐，是人為干擾森林生態(tài)系統(tǒng)的一種生態(tài)經(jīng)營(yíng)模式；研究不同的撫育方式，是實(shí)現(xiàn)森林可持續(xù)經(jīng)營(yíng)不可或缺的[1-2]。許多專家學(xué)者在這方面做了大量的研究，李長(zhǎng)江等[3]通過(guò)研究撫育間伐對(duì)林木生長(zhǎng)情況的影響，得出合適的撫育間伐強(qiáng)度，極大促進(jìn)了中、幼齡林木的生長(zhǎng)發(fā)育。雷相東等[4]對(duì)云、冷杉混交林的間伐研究得出，間伐促進(jìn)森林的更新。任立忠等[5]通過(guò)山楊次生林研究，發(fā)現(xiàn)撫育強(qiáng)度對(duì)森林生物多樣性的影響規(guī)律，中等強(qiáng)度的撫育間伐對(duì)生物多樣性有促進(jìn)作用，高強(qiáng)度的撫育間伐對(duì)生物多樣性產(chǎn)生不利影響。土壤中儲(chǔ)存大量的碳[6]，土壤呼吸釋放大量的CO2，總量是化石燃料釋放總量的10多倍[7-8]。但是，對(duì)用材林經(jīng)營(yíng)后土壤呼吸的測(cè)定，絕大多數(shù)集中在生長(zhǎng)季內(nèi)[9-10]，而對(duì)非生長(zhǎng)季的土壤呼吸測(cè)定及其調(diào)控機(jī)制的研究非常少[11]，結(jié)合生物多樣性、土壤肥力以及土壤呼吸，綜合評(píng)價(jià)用材林的生態(tài)經(jīng)營(yíng)模式未見(jiàn)報(bào)道。本研究以大興安嶺用材林為研究對(duì)象，綜合評(píng)價(jià)撫育間伐對(duì)大興安嶺用材林生物多樣性、土壤肥力以及土壤呼吸情況影響，優(yōu)化出最佳撫育強(qiáng)度的生態(tài)經(jīng)營(yíng)模式，為用材林的科學(xué)生態(tài)經(jīng)營(yíng)提供參考。

1 研究區(qū)概況

試驗(yàn)地設(shè)置在黑龍江省大興安嶺林區(qū)新林林業(yè)局的新林林場(chǎng)106、107、108、109林班內(nèi)，位于東經(jīng)123°41′～125°25′，北緯51°20′～52°10′。土壤種類為棕色森林土，平均厚度為15 cm；年平均積溫不足1 600 ℃，屬于寒溫帶大陸性氣候。

2 研究方法

2.1 樣地設(shè)置

在試驗(yàn)區(qū)選取8塊樣地，按照撫育強(qiáng)度將樣地編為A～H，其中A號(hào)樣地未采伐，作為對(duì)照樣地，B～H號(hào)樣地作為試驗(yàn)樣地，每塊樣地均為20 m×20 m。各樣地?fù)嵊龔?qiáng)度：A(對(duì)照)樣地為0、B樣地為6.23%、C樣地為16.75%、D樣地為20.86%、E樣地為27.85%、F樣地為40.01%、G樣地為56.51%、H樣地為67.25%。

2.2 生態(tài)經(jīng)營(yíng)影響指標(biāo)的測(cè)定

在每塊試驗(yàn)樣地內(nèi)，詳細(xì)記錄每一株喬木的樹(shù)種，并測(cè)其胸徑、樹(shù)高和冠幅；在每塊樣地中隨機(jī)布設(shè)3個(gè)5 m×5 m的灌木樣方，調(diào)查記錄樣方內(nèi)灌木的種類、高度、冠幅、蓋度；在3個(gè)灌木樣方的中心設(shè)置1 m×1 m的草本樣方，調(diào)查草本植物的種類、蓋度、高度和頻度。

在各樣地內(nèi)隨機(jī)設(shè)置取樣點(diǎn)，每個(gè)樣點(diǎn)取土壤剖面為0～10 cm的土壤1 kg，帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行分析。土壤肥力指標(biāo)包括pH值、土壤碳通量、有機(jī)質(zhì)含量、全氮、全磷、全鉀、水解氮、有效磷、速效鉀。土壤肥力各指標(biāo)測(cè)定方法和標(biāo)準(zhǔn)，與文獻(xiàn)[12]、[13]一致。

土壤呼吸采用LI-8150測(cè)量，30 min為一個(gè)循環(huán)周期，時(shí)間為24 h。

2.3 生態(tài)經(jīng)營(yíng)的綜合評(píng)價(jià)方法

應(yīng)用灰色關(guān)聯(lián)度法，綜合評(píng)價(jià)撫育強(qiáng)度對(duì)大興安嶺用材林生態(tài)經(jīng)營(yíng)的影響時(shí)，先確定決策矩陣，然后根據(jù)決策矩陣?yán)孟嚓P(guān)系數(shù)法求各個(gè)指標(biāo)的權(quán)重，再求其灰色關(guān)聯(lián)度；最后得到的關(guān)聯(lián)度越高，說(shuō)明該撫育強(qiáng)度對(duì)生態(tài)經(jīng)營(yíng)的影響越好。

生物多樣性的測(cè)度，采用物種豐富度指數(shù)(S)、生物多樣性指數(shù)(H′)和均勻度指數(shù)(J)[14]。

S=標(biāo)準(zhǔn)地內(nèi)所有物種數(shù)之和；

(1)

(2)

J=H′/lnS。

(3)

評(píng)價(jià)指標(biāo)的理想對(duì)象矩陣：

S={si}m×1；i=1、2、…、m。

(4)

式中：si為初始化后的決策矩陣X′中第i行的最大值。

生態(tài)經(jīng)營(yíng)各個(gè)指標(biāo)的灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)：

(5)

在選擇的影響因子中，不同的影響因子對(duì)生態(tài)經(jīng)營(yíng)的綜合評(píng)價(jià)結(jié)果的影響程度不盡相同，需要對(duì)每個(gè)指標(biāo)賦予不同的權(quán)重[15]。影響因子的相關(guān)系數(shù)法，先用SPSS計(jì)算出相關(guān)系數(shù)，再用公式(6)計(jì)算出權(quán)重[16-17]。

(6)

式中：vi為生態(tài)經(jīng)營(yíng)影響因子的相對(duì)系數(shù)。

根據(jù)公式(7)計(jì)算出各樣地指標(biāo)的關(guān)聯(lián)度(bj)。

(7)

3 結(jié)果與分析

3.1 撫育間伐對(duì)森林生物多樣性的影響

依據(jù)調(diào)查所得數(shù)據(jù)，運(yùn)用公式(1)、(2)、(3)計(jì)算各試驗(yàn)區(qū)生物多樣性指數(shù)(見(jiàn)表1)。

表1 撫育間伐后林地生物多樣性

利用公式(5)和(7)，結(jié)合各個(gè)生物多樣性的權(quán)重，求出撫育間伐后各個(gè)試驗(yàn)樣地生物多樣性的灰色關(guān)聯(lián)度：A(CK)為0.686、B為0.424、C為0.607、D為0.787、E為0.762、F為0.619、G為0.465、H為0.515。試驗(yàn)樣地經(jīng)過(guò)撫育間伐改造后，林地生物多樣性的灰色關(guān)聯(lián)度，D樣地最大(0.787)，表明撫育強(qiáng)度20.86%對(duì)用材林生物多樣性的影響最佳；E樣地的灰色關(guān)聯(lián)度(0.762)大于A樣地的(0.686)，說(shuō)明撫育強(qiáng)度27.85%的經(jīng)營(yíng)模式優(yōu)于未采伐樣地。其余的樣地，灰色關(guān)聯(lián)度均低于未采伐樣地A，從生物多樣性的角度探討出有益的撫育強(qiáng)度。

3.2 撫育間伐對(duì)林地土壤肥力的影響

土壤肥力指標(biāo)以及實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

利用SPSS計(jì)算出相關(guān)系數(shù)，結(jié)合公式(6)，計(jì)算林地土壤肥力各個(gè)指標(biāo)的權(quán)重。pH值、土壤碳通量、有機(jī)質(zhì)、全N、全P、全K、水解N、有效P、速效K的權(quán)重，分別為0.037、0.070、0.130、0.120、0.129、0.128、0.128、0.127、0.132。

利用公式(5)和(7)，各個(gè)生物多樣性的權(quán)重，求出撫育間伐后各個(gè)試驗(yàn)樣地土壤肥力的灰色關(guān)聯(lián)度：A(CK)為0.715、B為0.513、C為0.583、D為0.961、E為0.477、F為0.429、G為0.352、H為0.326。撫育間伐后用材林土壤肥力的灰色關(guān)聯(lián)度表明：從撫育間伐對(duì)用材林土壤肥力影響的角度考慮，撫育強(qiáng)度20.86%的生態(tài)經(jīng)營(yíng)模式最佳。

表2 撫育間伐后土壤肥力指標(biāo)的實(shí)測(cè)值

3.3 撫育間伐對(duì)林地土壤呼吸的影響

為更好的分析不同采伐強(qiáng)度對(duì)土壤呼吸的影響，現(xiàn)將各樣地土壤日呼吸數(shù)據(jù)進(jìn)行整理(見(jiàn)表3)。由表3可知，撫育間伐后，樣地土壤呼吸的日變化為1.39～3.48 μmol·m-2·s-1。其中：撫育強(qiáng)度為6.23%、16.75%、20.86%、27.85%、40.01%的樣地，土壤呼吸的日變化量，均高于對(duì)照樣地。撫育強(qiáng)度20.86%的試驗(yàn)樣地，土壤呼吸的日變化量最大；撫育強(qiáng)度56.51%的試驗(yàn)樣地，土壤呼吸的日變化量最低。隨撫育強(qiáng)度的加大，試驗(yàn)樣地土壤呼吸的日變化幅度，呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)。

表3 不同采伐強(qiáng)度后土壤日呼吸的比較

3.4 撫育間伐對(duì)生態(tài)經(jīng)營(yíng)影響的綜合評(píng)價(jià)

利用公式(5)和公式(7)，結(jié)合各個(gè)生物多樣性的權(quán)重，求出撫育間伐后各個(gè)試驗(yàn)樣地土壤肥力的灰色關(guān)聯(lián)度。A(CK)、B、C、D、E、F、G、H的土壤肥力灰色關(guān)聯(lián)度，分別為0.708、0.484、0.604、0.869、0.606、0.489、0.399、0.393。

4 結(jié)論與討論

撫育強(qiáng)度為20.86%、27.85%中等強(qiáng)度撫育間伐的灰色關(guān)聯(lián)度較高，分別為0.787、0.762，均高于對(duì)照樣地(0.686)；其余撫育間伐強(qiáng)度的，生物多樣性的灰色關(guān)聯(lián)度均低于對(duì)照樣地；說(shuō)明對(duì)林分生物多樣性的提高起到促進(jìn)作用。但過(guò)高或過(guò)低強(qiáng)度的撫育間伐，對(duì)林分生物多樣性將起到負(fù)面影響，甚至產(chǎn)生破壞作用，這與高明[18]的研究成果相似。

從土壤肥力的角度看，撫育強(qiáng)度為20.86%的灰色關(guān)聯(lián)度(0.961)高于對(duì)照樣地(0.715)，對(duì)林地土壤肥力有改善作用，這與高明[19]和徐少輝[20]的研究結(jié)果相似。

通過(guò)分析不同強(qiáng)度采伐后各樣地土壤呼吸情況，當(dāng)撫育強(qiáng)度較低時(shí)，土壤呼吸速率隨撫育強(qiáng)度增加而升高；但撫育強(qiáng)度較高時(shí)，土壤呼吸速率隨撫育強(qiáng)度增加而降低。因此，當(dāng)采用中等強(qiáng)度的撫育間伐時(shí)，林地土壤呼吸速率較大，有利于林分的生長(zhǎng)，這與郭輝[21]的研究結(jié)果相似。

在中等強(qiáng)度的撫育間伐條件下：林分密度趨于合理，競(jìng)爭(zhēng)減小，有利于其生長(zhǎng)；林地內(nèi)光照、濕度等條件改善，群落內(nèi)資源梯度適中，促進(jìn)了林下灌木及草本植物的生長(zhǎng)；林地內(nèi)小氣候發(fā)生適當(dāng)變化，促進(jìn)了土壤內(nèi)微生物的活動(dòng)，進(jìn)而加快了土壤內(nèi)有機(jī)物的分解，提高了土壤肥力，促進(jìn)了林地內(nèi)養(yǎng)分的循環(huán)；植物及微生物的頻繁活動(dòng)，促進(jìn)了土壤呼吸速率的提高，加快了林地內(nèi)碳循環(huán)過(guò)程。各方面因素相互促進(jìn)，使林分達(dá)到最佳生態(tài)經(jīng)營(yíng)模式。

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Effects of Different Cutting Intensities on Ecological Management Pattern of Timber Forest in Daxing’an Mountains/

Tian Jun

(Forest Management Bureau of Daxinganling, Jiagedaqi 165000; P. R. China);

Mao Bo, Zhu Yujie

(Northeast Forestry University);

Bai Yongqing

(Haijiayuan Forest Bureau of Daxing’an Mountain Area)//Journal of Northeast Forestry University.-2014,42(8).-61～64

Tending felling; Biodiversity; Soil fertility; Soil respiration

田軍，男，1972年3月生，大興安嶺地區(qū)營(yíng)林局技術(shù)推廣站，工程師。E-mail：jqtianjun@163.com。

朱玉杰，東北林業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院，教授。E-mail：zhuyujie004@126.com。

2014年4月16日。

S753.7； S718.5

1) 林業(yè)公益性行業(yè)科研專項(xiàng)(201204509)。

責(zé)任編輯：張 玉。