賈 晨，簡 霽,靳 偉，鄢武先，周永麗，宋 鵬，楊靖宇

(1.四川省林業(yè)科學(xué)研究院，四川 成都 610081；2.江油市林業(yè)局，四川 江油 621700)

杉木(Cunninghamialanceolata(lamb)Hook)是我國南方林業(yè)生產(chǎn)中重要的速生用材樹種，杉木人工林面積約占我國人工林總面積的24%[1]。杉木具有自肥能力差的特點，大面積純林高密度栽培模式導(dǎo)致杉木人工林地力衰退，是影響杉杉木產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要因素[2]。森林經(jīng)營是提高森林質(zhì)量和產(chǎn)量的重要手段，而密度撫育管理是重要營林措施之一，密度調(diào)控林分改變了林分空間結(jié)構(gòu)[3]、光照條件進(jìn)而影響林木生長、林下植被發(fā)育[4]、林木水分運(yùn)輸能力[5]和土壤肥力[6]的變化。許多學(xué)者對杉木人工林開展了林分密度對杉木生長[7～10]、林下物種多樣性[11～13]、優(yōu)勢高生長過程[14]、碳儲量[15]的影響研究。在杉木人工林種內(nèi)競爭規(guī)律[16]、杉木生物量、斷面積變化規(guī)律等方面[17～18]開展了大量的相關(guān)研究。多數(shù)研究僅針對林分密度對某一或二要素的影響，很少以林木生長、生物多樣性、林分結(jié)構(gòu)等多因素探討密度調(diào)控影響。本研究以洪雅林場杉木人工純林為對象，探討杉木不同調(diào)控密度的林木生長差異、生物多樣性以及林分結(jié)構(gòu)特征等變化規(guī)律，以期為四川地區(qū)杉木人工林林分結(jié)構(gòu)調(diào)整、植被管理及可持續(xù)經(jīng)營提供科學(xué)依據(jù)。

1 試驗地概況

試驗地設(shè)在洪雅林場八面山工區(qū)，洪雅縣地處四川盆地西南邊緣，地理坐標(biāo)為東經(jīng)102°49′～103°32′，北緯29°24′～30°00′，位于成都、樂山、雅安三角地帶。地形由西南向東北高低梯次變化形成高山、中山、深丘、淺丘、臺地、河谷、平壩；地勢由西南向東北傾斜，境內(nèi)地貌以山地丘陵為主，最高海拔 3 172 m；最低海拔417.5 m。屬中亞熱帶濕潤氣候，年降雨量1 435.5 mm，年日照1 006.1 h，年無霜期307 d，最冷月一月均溫6.1 ℃，最熱月7月均溫25.3 ℃,年平均氣溫16.6 ℃；境內(nèi)土壤以黃壤、山地黃壤、紫色土為主。

2 研究方法

選擇洪雅林場八面山工區(qū)2000年營造的杉木純林為試驗林，造林密度為3 000株·hm-2，2000年—2012年間開展過1次透光伐和1次生長伐。2014年，在立地條件基本一致(海拔差<100 m，坡度差<5°，坡向相似，土壤類型一致)的林分設(shè)定了11個20 m×20 m的固定樣地(設(shè)定3個密度調(diào)控強(qiáng)度各重復(fù)3次，共9個處理；2個對照樣地)，并對樣地進(jìn)行密度調(diào)控。2018年對樣地中現(xiàn)有的喬木進(jìn)行編號和每木調(diào)查(樹種、樹高、胸徑、枝下高等)；在每樣地內(nèi)的4個角和1中心機(jī)械設(shè)置5個5 m×5 m的灌木樣方，在每個灌木樣方各設(shè)置1個2 m×2 m的草本樣方，調(diào)查記錄灌木層和草本層的種類、數(shù)量、平均高度、蓋度。對樣地內(nèi)的物種豐富度(S)、Shannon-Wiener多樣性指數(shù)(H’)、Simpson多樣性指數(shù)(D)和Pielou均勻度指數(shù)(J)，按如下公式計算：

物種豐富度S=樣地內(nèi)包含的所有植物種類

Shannon-Wiener多樣性指數(shù)(H′):

Simpson多樣性指數(shù)(D)：

Pielou均勻度指數(shù)(J)：

其中N為群落中所有物體的個體數(shù)目，Pi為第i個物種所占的比例，Ni為第i個物種的個體數(shù)目。

杉木二元材積公式：

V杉木=0.000058777042*D1.9699831*H0.89646157；

式中：V表示材積(m3)；H為樹高(cm)；D為胸徑(cm)。

采用WPS office 2016對數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和計算；應(yīng)用SPSS18.0軟件單因素方差分析(ANOVA)及多重比較進(jìn)行差異顯著性分析。

3 結(jié)果與分析

3.1 杉木林分生長情況

各經(jīng)營密度的林分中杉木生長量統(tǒng)計結(jié)果見表1。由表1可知，隨著經(jīng)營密度的增大，林分的平均胸徑和平均單株材積呈下降的趨勢，3個經(jīng)營密度間的杉木平均胸徑和平均單株材積差異顯著，但1000株·hm-2的林分平均胸徑和平均單株材積與對照林分的差異不顯著(見表2)。3個經(jīng)營密度間的平均樹高差異不顯著，但都顯著高于對照林分。低經(jīng)營密度的林分枝下高顯著低于高經(jīng)營密度林分，表明高密度經(jīng)營時杉木自然整枝能力較好，說明低密度經(jīng)營不利于自然整枝。不同經(jīng)營密度間的高徑比差異顯著，低密度經(jīng)營林分的高徑比值小，樹干生長較飽滿。表明杉木林分經(jīng)密度調(diào)控后，低密度經(jīng)營有利于胸徑、樹高、材積生長，也能使樹干更飽滿，但不利于林分自然整枝。

表1密度調(diào)控林分杉木生長情況

注：+后數(shù)字為標(biāo)準(zhǔn)差；同列中相同字母表不差異不顯著，其他均為差異顯著(P<0.05),CK為對照林分。

表2密度調(diào)控林分杉木各生長性狀的方差分析

性狀來源平方和df均方F顯著性胸徑組間782.6313260.87724.2110.000 樹高組間75.861325.2877.8070.000枝下高組間420.8413140.2843.0150.000高徑比組間1.35230.45142.2130.000 單株材積組間0.35630.11918.7320.000 胸徑組間782.6313260.87724.2110.000

3.2 物種豐富度和物種多樣性情況

3.2.1 物種豐富度

杉木純林經(jīng)過密度調(diào)控后，林下植被發(fā)展演替產(chǎn)生了一定的變化。不同經(jīng)營密度的林分林下物種豐富度出現(xiàn)了差異(見表3)，經(jīng)營密度750株·hm-2的林分灌草層植物的種類最多達(dá)40種，灌草層植物的種類最少的是550株·hm-2林分和對照林分(34種)；550株·hm-2的林分灌木層的物種最少(16種)，低于另外兩個經(jīng)營密度和對照組的種類；對照林分的草本層植物種類最少(15種)，相比于草本種類最多的750株·hm-2林分低了28.6%。對林分開展密度調(diào)控后，林分的光照強(qiáng)度、光照時長以及光質(zhì)都會改變，對林下物種豐富度有一定影響，林分密度為750株·hm-2有利于灌草層的植物發(fā)育生長，而林分密度過高(1 200株·hm-2)或過低(550株·hm-2)均不利于林下植物發(fā)育演替。

表3密度調(diào)控林分中灌草層物種豐富度情況

注：CK為對照林分。

3.2.2 物種多樣性

對密度調(diào)控后的杉木林分灌木層和草本層植物的物種多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)進(jìn)行計算，結(jié)果見表4。對于灌草復(fù)合層植物的Shannon-Wiener多樣性指數(shù)、Simpson多樣性指數(shù)和Pielou均勻度指數(shù)來說，其值均呈現(xiàn)出隨著經(jīng)營密度的增大而減少的規(guī)律，說明在低經(jīng)營密度林分中，灌木和草本植物的群落復(fù)雜程度高于高經(jīng)營密度林分，其物種個體分配也更均勻。對于灌木層的物種多樣性來說，1 000株·hm-2的林分中植物的Shannon-Wiener多樣性指數(shù)最高，表明該密度下其灌木層植物多樣性更好，同時，其Pielou 均勻度指數(shù)也較高，植物物種個體配置較均勻；而750株·hm-2的林分中植物的Shannon-Wiener多樣性指數(shù)和Pielou 均勻度指數(shù)都是最低的，明顯小于對照林分的值，表明該經(jīng)營密度對灌木層的物種多樣性有明顯影響，物種結(jié)構(gòu)簡單，個體配置不均勻。在草本層中，750株·hm-2的林分中植物的Shannon-Wiener多樣性指數(shù)和Pielou均勻度指數(shù)卻都是最高的，表明該密度下草本植物物種多樣性較好，物種個體配置也更均勻，有利于草本植物演替發(fā)育。

表4密度調(diào)控林分灌草層的物種多樣性及均勻度情況

注：H′：Shannon-Wiener多樣性指數(shù)；D：Simpson多樣性指數(shù)；J：Pielou均勻度指數(shù)；CK為對照林分。

3.3 林分結(jié)構(gòu)變化

3.3.1 林分水平結(jié)構(gòu)

對各經(jīng)營密度的林分的胸徑按2cm的徑階進(jìn)行劃分統(tǒng)計，結(jié)果表明(見表5)，不同經(jīng)營密度的林分中，從小徑階到大徑階的植株數(shù)量呈現(xiàn)上升后下降的趨勢；隨著林分的經(jīng)營密度的增大，林分中的大徑級植株的比例逐步降低。經(jīng)營密度550株·hm-2的林分中徑級>20 cm的植株比例為68.18%，而1 000株·hm-2的林分中僅占25.8%。對各經(jīng)營密度的林分中，徑級在14 cm～20 cm間，經(jīng)營密度550株·hm-2的林分中占30.31%，經(jīng)營密度750株·hm-2的林分中占63.44%，經(jīng)營密度1 000株·hm-2的林分中占75.21%，這表明林分密度增加有利于培育中小徑材。

表5密度調(diào)控林分水平結(jié)構(gòu)

3.3.2 林分垂直結(jié)構(gòu)

對各經(jīng)營密度的林分的樹高按1m的級距進(jìn)行劃分統(tǒng)計，結(jié)果表明(見表6)，不同經(jīng)營密度的林分中，植株樹高由低到高的植株數(shù)量均表現(xiàn)為先上升后下降的規(guī)律。經(jīng)營密度550株·hm-2的林分中的高大植株比例要低于其他經(jīng)營密度的林分，該密度不利于杉木的高生長；經(jīng)營密度750株·hm-2的林分中高大植株的比例較大，該密度有利于林木高生長。由此可知，合理的經(jīng)營密度可以促進(jìn)杉木高生長。

表6密度調(diào)控林分垂直結(jié)構(gòu)

3.3.3 林分材積結(jié)構(gòu)

對各經(jīng)營密度的林分的單株材積按0.05 m3的級距進(jìn)行劃分統(tǒng)計，結(jié)果表明(見表7)，不同經(jīng)營密度的林分中，單株材積由低到高的植株數(shù)量均表現(xiàn)為先上升后下降的規(guī)律。在各經(jīng)營密度的林分中，單株材積>0.25 m3的植株比例各有差異，其中550株·hm-2的林分中占48.49%，750株·hm-2的林分中占23.66%，1 000株·hm-2林分中占11.58%。隨著經(jīng)營密度的增大，林分中的中小材積植株的比例增高，大材積的植株的比例降低，這表明低密度有利于培育大徑材植株，而高經(jīng)營密度有利于培育中小徑材植株。

4 討論

本研究中，杉木人工林經(jīng)密度調(diào)控后，低密度經(jīng)營林分的胸徑、樹高、材積生長量顯著高于高密度經(jīng)營林分，且低密度經(jīng)營林分的高徑比較小，其樹干更飽滿，但低密度經(jīng)營不利于林分自然整枝。這與前期諸多研究結(jié)果基本一致[7,9]，張鵬和龍忠于等研究發(fā)現(xiàn)，隨著對杉木林間伐強(qiáng)度增大，林分的胸徑、蓄積生長加快，但對樹高的影響不顯著。馬履一等[4]對油松按不同強(qiáng)度間伐試驗表明，間伐后第6年,油松林的各項生長指標(biāo)均表現(xiàn)為強(qiáng)度間伐>中度間伐>弱度間伐>對照。

適宜的林分經(jīng)營密度(750株·hm-2)能夠增加杉木人工林灌草層的物種豐富度，而林分密度過高(1 200株·hm-2)或過低(550株·hm-2)均降低了灌草層的物種豐富度，不利于林下植被演替發(fā)育。在低經(jīng)營密度林分中，灌木和草本植物的物種多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)都高于高經(jīng)營密度林分，低經(jīng)營密度林分使林下植物的群落復(fù)雜程度和物種個體分配均勻度更優(yōu)異，這與王曉蓉[3]、孫楠[19]的研究結(jié)論相似。王曉蓉[3]研究顯示馬尾松林分密度的降低均在一定程度上促進(jìn)林下生物多樣性增加。孫楠等[19]研究經(jīng)營密度對蒙古櫟次生林生物多樣性結(jié)果顯示，經(jīng)營密度600 株·hm-2以下的林分，草本植物和灌木植物的群落復(fù)雜程度高，物種個體分配均勻。本研究結(jié)果中，杉木林經(jīng)營密度750株·hm-2的林分中草本植物物種多樣性較好，物種個體配置較均勻，表明該密度有利于草本植物演替發(fā)育，這與孫冬婧等[19]結(jié)果相似，孫冬婧開展近自然化改造對杉木人工林物種多樣性研究結(jié)果顯示草本層的物種多樣性在中等間伐強(qiáng)度(55%)林分中最高。

杉木人工林經(jīng)密度調(diào)控后，不同經(jīng)營密度的林分中，胸徑、樹高、材積等3性狀的不同級別的植株從小到大出現(xiàn)的比例呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢；隨著林分的經(jīng)營密度的增大，林分中的大徑級植株的比例逐步降低；合理密度(750株·hm-2)有利于林分樹高生長；低密度有利于培育大徑材植株，而高經(jīng)營密度有利于培育中小徑材植株。