賈雙竹,彭博,賈哲,鄭建偉,谷建才

(1 河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 林學(xué)院， 河北 保定 071000 ； 2 河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 園林與旅游學(xué)院， 河北 保定 071000)

大強(qiáng)度撫育對(duì)油松人工林天然更新的影響

賈雙竹1,彭博1,賈哲2,鄭建偉1,谷建才1

(1 河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 林學(xué)院， 河北 保定 071000 ； 2 河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 園林與旅游學(xué)院， 河北 保定 071000)

以油松人工林為研究對(duì)象，在大強(qiáng)度撫育條件下，通過林分層次結(jié)構(gòu)、各層次林木胸徑結(jié)構(gòu)、樹高結(jié)構(gòu)及其林木分布格局等指標(biāo)研究林下天然更新狀況，結(jié)果表明：油松人工林在22 a、32 a時(shí)分別進(jìn)行株數(shù)強(qiáng)度50%和40%的下層撫育，后經(jīng)20 a天然更新(林分年齡52 a)，林分形成明顯層次結(jié)構(gòu)，分為主林層、演替層及更新層，整個(gè)林分林木胸徑、樹高結(jié)構(gòu)均呈多峰分布，其中主林層、演替層林木胸徑和樹高結(jié)構(gòu)均呈單峰山狀分布，更新層林木胸徑和樹高結(jié)構(gòu)呈多峰分布，各林層平均胸徑分別為23.2 cm、12.6 cm和3.1 cm，平均樹高分別為18.4 m、14.5 m和2.8 m，而對(duì)照標(biāo)準(zhǔn)地胸徑、樹高結(jié)構(gòu)均呈單峰分布，平均胸徑、樹高分別為18.6 cm及17.9 m；主林層、演替層各層林木空間分布呈均勻分布，密度分別為840株/hm2和1 125株/hm2，更新層林木空間分布呈聚集分布，密度為675株/hm2，對(duì)照樣地林木空間分布偏向均勻分布，密度為1 605株/hm2。

人工油松林；天然更新；胸徑結(jié)構(gòu)；樹高結(jié)構(gòu)；空間分布格局

油松(PinustabulaeformisCarr.)，為中國(guó)特有樹種，具有喜光、耐寒、抗旱、適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)[1]，是北方地區(qū)的主要造林樹種之一，在涵養(yǎng)水源、保持水土、維持生態(tài)系統(tǒng)平衡等改善生態(tài)環(huán)境方面有著舉足輕重的作用[2]。油松林天然更新狀況一直是基層生產(chǎn)關(guān)注的工作。人工更新通常經(jīng)濟(jì)成本高、成活率差、生長(zhǎng)緩慢[3]，天然更新又經(jīng)常出現(xiàn)更新分布不均、更新數(shù)量嚴(yán)重不足等現(xiàn)象[4]。為了解決這一問題，擬以承德市隆化縣北部山區(qū)油松人工林為研究對(duì)象，對(duì)油松林采取人工促進(jìn)天然更新的撫育措施，在大強(qiáng)度撫育條件下，通過林分層次結(jié)構(gòu)、各層次林木胸徑結(jié)構(gòu)、樹高結(jié)構(gòu)及其林木分布格局等指標(biāo)研究林下天然更新狀況，旨在揭示人工促進(jìn)對(duì)油松林天然更新的影響，為今后油松林的可持續(xù)經(jīng)營(yíng)與保護(hù)提供理論基礎(chǔ)。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于承德市隆化縣北部地區(qū)，地理坐標(biāo)為東經(jīng)112°01′～113°40′、北緯35°50′～37°08′。該區(qū)處于溫帶半干旱區(qū)內(nèi)，受季風(fēng)的影響，冬季寒冷干燥，夏季高溫多雨，1月份平均氣溫-11℃，7月平均氣溫23℃，無霜期約130 d。研究區(qū)土壤以棕黃色森林沙壤土為主，土層較深；主要樹種有油松、楊樹(Populusspp.)、樺樹(Betulaspp.)等，有林地面積達(dá)29.17萬hm2，林下灌木主要有山刺玫(RosadavuricaPall.)、華北忍冬(LoniceratatarinowiiMaxim.)、稠李[Padusracemosa(Lam.)Gilib.]等，草本層主要有早熟禾(PoaannuaL.)、披針葉苔草(CarexlanceolataBoott)、小紅菊[Dendranthemachanetii(Lévl.) Shih]等；主要河流都由北向南平行分布[5]。

2 研究方法

2.1 標(biāo)準(zhǔn)地設(shè)置及調(diào)查方法

標(biāo)準(zhǔn)地設(shè)在20世紀(jì)50年代油松人工造林地內(nèi)，選擇立地條件基本一致、有代表性的52 a生標(biāo)準(zhǔn)地2塊，其中1塊為對(duì)照標(biāo)準(zhǔn)地，另1塊為撫育標(biāo)準(zhǔn)地。在撫育標(biāo)準(zhǔn)地中，油松林22 a生時(shí)進(jìn)行大強(qiáng)度下層撫育，撫育株數(shù)強(qiáng)度50%，10 a后再次進(jìn)行下層撫育，撫育株數(shù)強(qiáng)度40%，后經(jīng)20 a天然更新，對(duì)照為天然更新。標(biāo)準(zhǔn)地面積為50 m×50 m。

在標(biāo)準(zhǔn)地內(nèi)，以10 m為間距分成25個(gè)10 m×10 m的正方形網(wǎng)格，將網(wǎng)格作為調(diào)查單元。對(duì)網(wǎng)格單元內(nèi)的喬木(除枯死木外)以1 cm為起測(cè)胸徑進(jìn)行每木檢尺，標(biāo)記樹號(hào)實(shí)測(cè)并記錄每株樹的胸徑、樹高、枝下高、四向冠幅，以及在該調(diào)查單元內(nèi)對(duì)應(yīng)的x、y坐標(biāo)?；厩闆r見表1。

表1 標(biāo)準(zhǔn)地自然條件Table 1 Natural conditions of sample plots

2.2 數(shù)據(jù)處理

根據(jù)試驗(yàn)方案及研究方法，用Excel 、SPSS 21.0和ForStat 2.1統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及回歸分析。

3 結(jié)果與分析

3.1 標(biāo)準(zhǔn)地林分結(jié)構(gòu)

依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)地調(diào)查結(jié)果，將標(biāo)準(zhǔn)地按不同林層統(tǒng)計(jì)分析其平均胸徑、平均樹高、密度等基本情況，詳見表2。

表2 標(biāo)準(zhǔn)地不同林層基本情況Table 2 The basic situation of forest storey in the sample plots

由表2可知，撫育標(biāo)準(zhǔn)地可分為3層，分別為主林層、演替層和更新層。其中，主林層每公頃株數(shù)為840株，平均胸徑為23.2 cm，平均樹高為18.4 m；演替層每公頃株數(shù)為1 125株，平均胸徑為12.6 cm，平均樹高為14.5 m；更新層每公頃株數(shù)為675株，平均胸徑為3.1 cm，平均樹高為2.8 m；在撫育樣地中，演替層林木株數(shù)所占比例高于主林層和更新層。對(duì)照標(biāo)準(zhǔn)地只有一個(gè)主林層，每公頃株數(shù)為1 605株，平均胸徑為18.6 cm，平均樹高為17.9 m。

3.2 林分樹高結(jié)構(gòu)

分別將2塊標(biāo)準(zhǔn)地林木樹高分布以1 m分組進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，各標(biāo)準(zhǔn)地株數(shù)分布結(jié)果如圖1、圖2所示。

圖1 撫育標(biāo)準(zhǔn)地樹高株數(shù)分布Fig.1 Height distribution of thinning sample plot

圖2 對(duì)照標(biāo)準(zhǔn)地樹高株數(shù)分布Fig.2 Height distribution of control sample plot

由圖1可知，經(jīng)過2次大強(qiáng)度下層撫育的標(biāo)準(zhǔn)地，經(jīng)過多年天然更新后，樹高株數(shù)呈多峰分布，峰值分別在樹高級(jí)3 m、14 m和18 m處；分布也具有明顯的層次性，分為2～8 m、10～15 m和17～26 m等3層；標(biāo)準(zhǔn)地內(nèi)株數(shù)共計(jì)660株，各層株數(shù)所占比例分別為31.8%、42.6%和25.6%。

由圖2可知，對(duì)照標(biāo)準(zhǔn)地樹高株數(shù)呈單峰分布，峰值出現(xiàn)在樹高級(jí)18 m處，樹高株數(shù)在10～26 m處均有分布。由此可見，油松人工林經(jīng)過大強(qiáng)度撫育后，林分樹高結(jié)構(gòu)出現(xiàn)明顯的分層現(xiàn)象，分為上層主林層、中層演替層和下層更新層，層間樹高級(jí)出現(xiàn)了斷檔現(xiàn)象。

將2塊標(biāo)準(zhǔn)地林木樹高級(jí)株數(shù)分布進(jìn)行分布曲線擬合，結(jié)果見表3。

表3 各標(biāo)準(zhǔn)地樹高級(jí)株數(shù)分布曲線統(tǒng)計(jì)量Table 3 Height distribution statistics of each sample plot

從表3可知，撫育標(biāo)準(zhǔn)地林木株數(shù)隨樹高的分布，整體符合威布爾分布，各層次株數(shù)隨樹高分布規(guī)律有所不同，上層主林層、中層演替層符合正態(tài)分布，屬于單峰分布類型，下層更新層符合威布爾分布，屬于多峰分布；對(duì)照標(biāo)準(zhǔn)地正態(tài)分布擬合效果較好。

3.3 林分直徑結(jié)構(gòu)

依據(jù)每木檢尺數(shù)據(jù)，將各標(biāo)準(zhǔn)地內(nèi)林木株數(shù)以2 cm為徑階進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，則各樣地林木徑階株數(shù)分布如圖3和圖4所示。

圖3 撫育標(biāo)準(zhǔn)地徑階分布與擬合曲線

Fig.3 Diameter distribution and simulation curve of thinning sample plot

圖4 對(duì)照標(biāo)準(zhǔn)地徑階分布與擬合曲線Fig.4 Diameter distribution and simulation curve of control sample plot

由圖3可知，大強(qiáng)度撫育油松林直徑分布呈多峰山狀曲線。林木在徑階2～30 cm均有分布，且最小徑階4 cm株數(shù)最多，達(dá)到第1次峰值，在徑階12 cm處株數(shù)達(dá)到第2次峰值，在徑階24 cm處株數(shù)達(dá)到第3次峰值。

從圖4可知，油松林對(duì)照樣地林木徑階分布呈單峰山狀曲線。隨著徑階的增大，林木株數(shù)呈上升趨勢(shì)，在直徑到達(dá)17～19 cm時(shí)，林木株數(shù)達(dá)到峰值，之后隨著徑階的逐漸增大林木株數(shù)總體呈下降趨勢(shì)。大強(qiáng)度撫育樣地林分整體胸徑結(jié)構(gòu)呈多峰型；主林層、演替層呈單峰型，符合正態(tài)分布；更新層呈多峰型的倒J型分布。胸徑結(jié)構(gòu)是連續(xù)的，沒有斷檔現(xiàn)象。

對(duì)2塊標(biāo)準(zhǔn)地林分直徑分布選取正態(tài)和威布爾2種分布函數(shù)進(jìn)行擬合，結(jié)果見表4。

表4 各標(biāo)準(zhǔn)地直徑分布曲線統(tǒng)計(jì)量Table 4 Diameter distribution statistic of each sample plot

從表4可知，大強(qiáng)度撫育標(biāo)準(zhǔn)地中，主林層、演替層正態(tài)分布的判別指數(shù)P分別為0.883和0.859，均高于威布爾分布函數(shù)，表明主林層、演替層符合正態(tài)分布；更新層判別指數(shù)與威布爾函數(shù)擬合效果更好，P為0.834；整個(gè)林分中擬合后判別指數(shù)P值最大為0.725，表明大強(qiáng)度撫育樣地林分整體直徑分布與威布爾函數(shù)擬合效果更好。對(duì)照樣地，擬合后判別指數(shù)P最大為0.901，表明該樣地林分直徑與正態(tài)函數(shù)擬合效果較好。

3.4 林木分布格局

空間分布格局作為物種對(duì)其生長(zhǎng)環(huán)境適應(yīng)和選擇等綜合作用的結(jié)果，反映了種群個(gè)體在水平分布上的變化情況，是種群個(gè)體在特定生存空間內(nèi)相對(duì)靜止的一種分布狀態(tài)[6]。林分空間分布格局影響樹木間的競(jìng)爭(zhēng)及空間生態(tài)位，也在很大程度上決定了林分的發(fā)展性、穩(wěn)定性及經(jīng)營(yíng)空間大小[7]。

依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)地調(diào)查材料，采用方差/均值(V/m)的t檢驗(yàn)法、聚塊性指標(biāo)(m*/m)、擴(kuò)散型指數(shù)(Iδ)和負(fù)二項(xiàng)參數(shù)K值指標(biāo)對(duì)林木分布格局和聚集強(qiáng)度進(jìn)行了分析，結(jié)果見表5。

表5 不同樣地林分空間分布格局指數(shù)Table 5 Spatial distribution pattern of each sample plot

由表5可以看出，撫育標(biāo)準(zhǔn)地整體林木空間分布的方差/均值、聚塊性指數(shù)、擴(kuò)散型指數(shù)、負(fù)二項(xiàng)參數(shù)均大于1，說明撫育標(biāo)準(zhǔn)地整體林木空間分布呈聚集分布，且林分空間分布格局4項(xiàng)指標(biāo)中上層、中層均小于1，下層大于1，說明林木上層、中層空間分布格局偏向均勻分布，下層偏向聚集分布，且上、中、下3層的株數(shù)密度分別為840株/hm2、1 125株/hm2和675株/hm2。對(duì)照標(biāo)準(zhǔn)地林木空間分布的方差/均值、聚塊性指數(shù)、擴(kuò)散型指數(shù)較小，分別為0.872、0.914和0.857，負(fù)二項(xiàng)參數(shù)K為4.87，說明其林木空間分布格局偏向均勻分布，株數(shù)密度為1 605株/hm2。

通過對(duì)撫育標(biāo)準(zhǔn)地主林層、演替層和更新層林木分布規(guī)律進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)更新層林木分布呈現(xiàn)聚集分布，而主林層、演替層總體呈現(xiàn)均勻分布，說明油松林采取大強(qiáng)度撫育措施后，林木更新格局是從聚集分布向均勻分布變化。這種現(xiàn)象可能與林木競(jìng)爭(zhēng)有關(guān)，競(jìng)爭(zhēng)壓力小時(shí)多呈現(xiàn)聚集分布，而競(jìng)爭(zhēng)壓力大時(shí)，則偏向均勻分布。

4 結(jié)論

以油松人工林為對(duì)象，在分階段大強(qiáng)度撫育條件下，通過林分層次結(jié)構(gòu)研究林下天然更新狀況，結(jié)果表明：大強(qiáng)度撫育措施能夠促進(jìn)油松林天然更新，林下天然更新良好。撫育30 a后林分出現(xiàn)了明顯的層次結(jié)構(gòu)，分為主林層、演替層和更新層，演替層從數(shù)量上、分布上完全能夠滿足生產(chǎn)要求。這說明對(duì)油松人工林采取適當(dāng)措施，完全可以促進(jìn)天然更新。

通過研究各層次林木胸徑、樹高結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)，林分樹高結(jié)構(gòu)出現(xiàn)明顯的分層現(xiàn)象，分為上層主林層、中層演替層和下層更新層，層間樹高級(jí)出現(xiàn)了斷檔現(xiàn)象。這與通常耐陰樹種形成的復(fù)層異齡林樹高結(jié)構(gòu)有所不同。出現(xiàn)這種現(xiàn)象可能與采取的撫育措施或環(huán)境因子對(duì)林木生長(zhǎng)的影響有關(guān)，具體原因有待進(jìn)一步研究。而胸徑結(jié)構(gòu)是連續(xù)的，沒有斷檔現(xiàn)象；整個(gè)林分林木胸徑、樹高結(jié)構(gòu)均呈多峰分布，主林層、演替層林木胸徑、樹高結(jié)構(gòu)均呈單峰山狀分布，更新層林木胸徑、樹高結(jié)構(gòu)呈多峰分布。

對(duì)標(biāo)準(zhǔn)地林木空間分布格局研究可知，大強(qiáng)度撫育標(biāo)準(zhǔn)地主林層、演替層各層林木空間分布呈均勻分布，密度分別為840株/hm2和1 125株/hm2，更新層林木空間分布呈聚集分布，密度為675株/hm2，而對(duì)照樣地林木空間分布偏向均勻分布，密度為1 605株/hm2；撫育標(biāo)準(zhǔn)地主林層、演替層和更新層平均胸徑分別為23.2 cm、12.6 cm和3.1 cm，平均樹高分別為18.4 m、14.5 m和2.8 m， 而對(duì)照標(biāo)準(zhǔn)地平均胸徑、平均樹高分別為18.6 cm及17.9 m。

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(編輯 劉彥琴)

Effects of high intensity thinning on natural regeneration ofPinustabulaeformis

JIA Shuangzhu1，PENG Bo1，JIA Zhe2，ZHENG Jianwei1，GU Jiancai1

(1CollegeofForestry,HebeiAgriculturalUniversity,Baoding071000,China；2CollegeofLandscapeandTorism,HebeiAgriculturalUniversity,Baoding071000,China)

Pinus tabulaeformisplantationwasthestudyobjectofthisarticle.Foreststoreystructure,DBH,heightanddistributionstructureineachstoreyweretheaspectsofthecompreensiveanalysisforeffectsoftendingonnaturalregeneration.Theresultsshowedthat:thestructureoftheforeststoreywasobviousaftertwicethinning,foronein22a(thenumberintensityas50%)andtheotherin32a(thenumberintensityas40%).Thediameterandheightdistributionappearedtobemountain-likecurveatmainstoreyandsuccessionstorey,andregenerationstorey,whichappearedtobemultiple-peakeddistribution.TheaverageDBHofeachstoreywere23.2cm, 12.6cmand3.1cmrespectively,andtheaverageheightwere18.4m, 14.5mand2.8mrespectively.Thediameterandheightoftreesatthesampleplotsappearedtobesingle-peakeddistribution,theaverageofDBHandheightofwhichwere18.6mand17.9mrespectively.Themainstoreyandsuccessionstoreyshowedtobetheuniformdistribution,thedesityofwhichwere840trees/hm2and1 125trees/hm2,while the regeneration storey showed the aggregated distribution, the desity of which was 675 trees/hm2. The stand appeared to be a uniform distribution at the control sample plot, and the density was 1 605 trees/hm2.

Pinustabulaeformisplantation；natural regeneration；diameter structure；height structure；spatial distribution pattern

1007-4961(2017)01-0011-06

10.13320/j.cnki.hjfor.2017.0003

2016-11-04；

2016-12-15

國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃課題“壩上高原及華北北部山地沙化土地治理與沙產(chǎn)業(yè)技術(shù)研發(fā)及示范”(2016YFC0500802)。

賈雙竹(1993-)，女，河北辛集人，在讀碩士研究生，研究方向：森林經(jīng)理學(xué)。

鄭建偉(1978-)，男，河北南和人，碩士，林業(yè)工程師，主要研究方向：森林經(jīng)理學(xué)。

S 754.5

A