陳俊華，牛 牧，龔固堂，周大松，朱志芳，黎燕瓊，鄭紹偉，謝天資，慕長龍*

(1.四川省林業(yè)科學研究院，四川 成都 610081；2.四川龍門山森林生態(tài)系統(tǒng)國家定位觀測研究站，四川 平武 622553；3.北京林業(yè)大學，北京 100083)

【研究意義】柏木(Cupressusfunebris)人工林是川中丘陵區(qū)主要的防護林類型，在建成初期對該區(qū)域的生態(tài)環(huán)境和水土保持起到了改善和提升作用[1]。但隨著時間的推移，原先密度過大、樹種單一、后期經營管理等因素，大部分已成為典型的低產低效林分，林分系統(tǒng)功能得不到正常發(fā)揮，嚴重影響森林發(fā)揮其綜合效益[2]。因此，亟需通過合理有效的手段提高其生態(tài)系統(tǒng)的服務功能[3-5]?！厩叭搜芯窟M展】基于川中丘陵區(qū)人工柏木林的改造，國內專家采用了人工開窗(補闊)[3]、撫育間伐[4]和帶狀間伐[5]等方法，并取得了一定成效。如黎燕瓊等[5]研究了帶狀間伐+補闊對川中丘陵區(qū)人工柏木林分水土保持功能的影響。帶狀改造是目前應用較多、改造效果較好的一種模式。如宋啟亮[6]研究了帶狀改造對大興安嶺闊葉混交低質林的生物多樣性、枯落物持水、土壤理化性質、土壤呼吸等的影響進行了研究；劉明國等[7]、王成等[8]分別研究了帶狀采伐對油松人工林和赤松人工林天然的影響。但帶狀間伐+補闊對保留木的生長、林下灌草生物多樣性、灌草蓋度、新栽樹種的生長等綜合性影響研究未見報道?！颈狙芯壳腥朦c】本文以四川省鹽亭縣林山鄉(xiāng)柏木人工林作為研究對象，通過“帶狀采伐+補闊”改造，研究不同帶寬的保留木、新栽物種和更新幼苗、幼樹的生長狀況，以及林下灌草層物種多樣性的變化情況，分析柏木與其它樹種組成的復層混交林林分的動態(tài)變化規(guī)律。【擬解決的關鍵問題】以期為柏木人工林可持續(xù)經營和森林質量精準提升提供技術支撐。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于四川省鹽亭縣林山鄉(xiāng)林園村(105°27′E, 31°16′N)，屬中亞熱帶濕潤季風氣候區(qū)，年均氣溫17.5 ℃，年均降雨量826 mm，地貌類型為丘陵。本區(qū)巖層主要為紫色泥巖和砂頁巖，易風化崩解破碎，土壤抗蝕力弱，土壤類型為紫色土?，F(xiàn)有森林類型主要為柏木人工純林，林下灌草蓋度低，種類簡單[4]。

1.2 研究方法

筆者于2010年在川中丘陵區(qū)防護林建設先進縣—鹽亭縣林山鄉(xiāng)選擇林齡35～40年，郁閉度≥0.8，林下灌木蓋度≤20 %，草本蓋度≤40 %，天然更新差的柏木純林，進行了帶狀采伐+補闊的林分改造。分別設置4、6、8和10 m共4種帶寬以及1個20 m寬的對照帶，每個帶寬設置5個重復。采伐帶與保留帶呈相同帶寬且縱向交替的分布方式。在采伐帶內，分別補植榿木(Alnuscremastogyne)、臺灣榿木(Alnusformosana)、喜樹(Camptothecaacuminata)、香樟(Cinnamomumcamphora) 4種闊葉樹，栽植株行距均為2 m × 3 m。采用近自然方式進行經營，并于2013年春季進行過1次撫育、施肥。從第2年開始直到2016年每年10月開展以下調查。

(1)新栽樹種的成活(保存)率，地徑、樹高、冠幅的生長狀況。

(2)對保留帶和對照的柏木進行每木檢尺，測定其胸徑、樹高生長情況。

(3)在不同帶寬的四角及中間設置灌、草樣方，共計5個，其中灌木樣方大小為2 m×2 m，草本樣方為1 m×1 m。調查灌木種類、高、株(叢)數(shù)、蓋度，草本，種類、高、蓋度，枯落物調查厚度，幼樹、幼苗的株數(shù)、高等。

以上每個帶寬重復5次。數(shù)據計算和處理在Microsoft Excel 2007中進行，采用SPSS 20.0軟件進行方差分析、多重比較、差異性檢驗。 試驗地初期的概況詳見表1。

2 結果與分析

2.1 不同帶寬對保留木的影響

間伐后可以調節(jié)和分配林木本身的生長空間，對保留木的樹高、胸徑等林分因子有不同程度的影響。間伐5年后，4、6、8、10 m采伐帶原有柏木樹高年均生長量為0.84、0.81、0.88、0.96 m，分別比對照(0.62 m)提高了35.48 %、30.65 %、41.94 %、54.84 %；胸徑年均生長量為0.73、0.84、0.95、1.01 cm，分別比對照(0.59 cm)提高了23.73 %、42.37 %、61.02 %、71.19 %。方差分析表明各采伐帶柏木樹高、胸徑年均生長量與對照均有顯著性差異(P<0.05)。柏木樹高年均生長量4 m帶與6 m帶、8 m帶間差異不顯著(P>0.05)，與10 m差異顯著(P<0.05)；6 m帶與8 m帶之間差異不顯著(P>0.05)，與10 m帶差異顯著(P<0.05)；8 m帶與10 m帶之間差異顯著(P<0.05)。胸徑年均生長量則表現(xiàn)為：除8 m帶與10 m間差異不顯著外(P>0.05)，其余帶之間均差異顯著(P<0.05)。

表1 試驗地初期概況(2010年)

注：Cf：柏木；Ac：榿木；Af：臺灣榿木；Ca：喜樹；Cc：香樟。

Note: 4MCI: Forest with 4 m cutting intensity; 6MCI: Forest with 6 m cutting intensity; 8MCI: Forest with 8 m cutting intensity; 10MCI: Forest with 10 m cutting intensity. Cf:Cupressusfunebris; Ac:Alnuscremastogyne; Af:Alnusformosana; Ca:Camptothecaacuminata; Cc:Cinnamomumcamphora.

圖中同組字母為LSD比較結果，相同字母表示沒有顯著差異，不同字母表示有顯著差異；方差分析無差異 再進行LSD檢驗圖1 保留帶柏木年均生長量Fig.1 Average annual growth of Cupressus funebris in remaining band

2.2 不同帶寬對灌草豐富度和蓋度的影響

經過帶狀間伐，林內灌木、草本種類和數(shù)量明顯增加。2011年共收集到林下灌草46 個物種，其中灌木18種，草本28種；2016年共收集到物種50種，其中灌木24種，草本26種。在補闊的采伐帶中，增加了胡枝子(LespedezabicolorTurcz.)、樸樹(CeltissinensisPers.)、鼠李(RhamnusdavuricaPall)、柘[Cudraniatricuspidata(Carr.) Bur. ex Lavallee]等灌木物種，還增加了柏木、榿木幼苗；草本中，狗娃花[Heteropappushispidus(Thunb.) Less]、貫仲(CyrtomiumfortuneiJ.Smith.)等消失，增加了白花敗醬(PatriniavillosaJuss)、地瓜藤(CaulisficiTikouae)、長柄山螞蟥(PodocarpiumpodocarpumYang et Huang)等物種。

圖2 不同帶寬灌草蓋度Fig.2 Effects of different bandwidth on the coverage of shrubs and herbs

帶寬(m)Bandwidth樣地號No. of sample plot2011年2016年灌木豐富度Shrub richness草本豐富度Herb richness灌木豐富度Shrub richness草本豐富度Herb richnessCbRbCbRbCbRbCbRb4172231614111372341613118983632111991010444141212101213562201715131012平均5.2A3.0A18.8A13.8A12.2A10.2A10.8A10.0A668117181514149775131614111312853141511912119631514121510131044161714101312平均6.0A3.2B15.0B16Aa13.2A11.8A12.4A11.4A81110914131815181412679111613121113861316121415131455111213101610157415916121511平均7.2A6.2B12.4B12.2Ab15.0A12.8Aa15.2B11.8A10161292119151114141710820161391310188518151112111219114161712815142068212014121411平均9.4A6.8b19.2B17.4Ab13.0A10.4Ab13.4B12.2ACK218911112258810236698平均6.3B7.7Ab9.3Ac9.7 B

注：同列字母相同表示差異顯著(P<0.05)，Cb：采伐帶，Rb: 保留帶，下同。

Note: Different letters in the same column mean significant difference at 0.05 level, Cb: Cutting belt, Rb: Retain belt, the same as below.

從2011和2016年對不同改造強度林下灌草物種數(shù)2次調查結果顯示，改造后林下灌草物種數(shù)均高于對照(表2)，但在不同改造強度下，灌草物種數(shù)表現(xiàn)有差異。如2016年，灌木物種數(shù)8 m帶收集到最多(采伐帶15種、保留帶13種)，6 m帶次之，4 m最少(12、10種)；草本層以8 m帶最多，其次是10 m帶，最少的是4帶。

對柏木純林進行帶狀采伐改造后，不僅增加了林下灌木、草本的物種數(shù)，也增加了林下灌木、草本的蓋度。從林下灌草蓋度變化圖可以看出(圖2)，各改造強度下林分灌草蓋度都顯著性高于對照(P<0.05)。從2011和2016年灌草蓋度在不同改造強度和采伐帶與保留帶中變化趨勢有較大差異。

2011調查結果顯示，灌木蓋度以4 m采伐帶最大，達30.80 %； 4 和6 m采伐帶高于保留帶。2016年，6 m采伐帶內灌木蓋度最大，達到50.3 %；各個改造強度內采伐帶灌木蓋度相對2011年均呈顯著上升趨勢；同樣保留帶在各個改造強度下，灌木蓋度均增加。草本蓋度在2011年表現(xiàn)為采伐帶高于或等于保留帶，其中10 m改造強度下最高，4 m最低。2016年，各改造強度采伐帶、保留帶內，草本蓋度均呈明顯下降趨勢，但均在30 %以上。

2.3 新栽闊葉樹成活率、保存率

采伐帶內新栽闊葉樹的成活率和保存率表現(xiàn)有所差異(圖3)。從1年的成活率來看，榿木的成活率最高(95.2 %)，其次是香樟(94.3 %)，成活率最低的是臺灣榿木(88.9 %)。5年后的保存率來看，保存率按由大到小的順序排列為榿木(91.7 %)>香樟(89.7 %)>喜樹(88.4 %)>臺灣榿木(86.7 %)。

2.4 不同帶寬對新栽物種生長的影響

2.4.1 新栽物種的樹高、地徑、冠幅生長曲線 根據從2011-2016年每年調查采伐帶內新栽闊葉樹的樹高、地徑、冠幅生長情況，繪制生長曲線圖(圖4)。可以看出，榿木、臺灣榿木、喜樹、香樟在前2年(2010-2012年)生長較為緩慢，而到了2013-2015年，則生長較為迅速。以榿木為例，2012與2011年相比，不同帶寬樹高、地徑、冠幅的年平均生長量為0.41 m、0.34 cm、0.15 m；而2014與2013年相比，不同帶寬樹高、地徑、冠幅的年平均生長量則分別達到了1.65 m、1.82 cm、0.90 m。這是因為，新栽樹種在前2年(2011-2012年)由于苗木幼小，加上川中丘陵區(qū)常遭受干旱，導致生長緩慢；而在2013年進行了1次撫育和施肥[9]，因此2014與2013年相比，苗木的生長明顯增快。2011-2016年間，各新栽闊葉樹種表現(xiàn)也不盡一致。喜樹在撫育、施肥后，其高增生長明顯高于榿木、臺灣榿木和香樟，但在2015、2016年間，其樹高、地徑以及冠幅年均生長明顯低于其它3個樹種。

圖3 新栽物種成活率(1年后)、保存率(5年后)Fig.3 Survival rate and retention rate of newly planted species

2.4.2 不同帶寬對新栽物種生長的影響 對同一新栽樹闊葉樹在不同帶寬內的樹高、地徑、冠幅年均生長量用SPSS 20.0作方差分析和LSD多重比較，其結果如表3～6?？梢钥闯?，4個闊葉樹的生長在不同帶寬表現(xiàn)不同，無論樹高、地徑還是冠幅，其年均生長量大體呈現(xiàn)如下規(guī)律：10 m采伐帶年均生長量>8 m采伐帶年均生長量>6 m采伐帶年均生長量>4 m采伐帶年均生長量。

方差分析和LSD多重比較表明：榿木：4 m采伐帶內，樹高、地徑年均生長量與6 m帶均表現(xiàn)為差異不顯著(P>0.5)，與8 m帶、10 m帶差異顯著(P<0.5)，而冠幅年均生長量與6 m帶、8 m帶、10 m帶差異均不顯著(P>0.5)；6 m采伐帶內，僅樹高與10 m帶差異顯著(P<0.5)，其余差異均不顯著(P>0.5)；8 m采伐帶內，樹高、地徑年均生長量與4 m帶、10 m帶差異顯著(P<0.5)，其余差異不顯著(P>0.5，表3)。

臺灣榿木：4 m采伐帶內，其樹高、地徑、冠幅年均生長量除地徑與6 m帶差異不顯著外(P>0.5)，其余差異均顯著(P<0.5)；6 m采伐帶內，除地徑年均生長量與4 m帶、8 m帶差異不顯著外(P>0.5)，其余差異均顯著(P<0.5)；8 m采伐帶內，樹高、地徑年均生長量與10 m帶差異顯著(P<0.5)，冠幅年均生長量與10 m帶差異不顯著(P>0.5，表4)。

喜樹：4 m采伐帶內，其樹高、地徑、冠幅年均生長量除樹高與6 m帶差異不顯著外(P>0.5)，其余差異均顯著(P<0.5)；6 m采伐帶內，樹高、地徑年均生長量與8 m帶差異不顯著(P>0.5)，其余差異顯著(P<0.5)；8 m采伐帶內，樹高、地徑年均生長量與10 m帶差異不顯著(P>0.5)，冠幅年均生長量與10 m帶差異顯著(P<0.5，表5)。

香樟：4 m采伐帶內，其樹高、地徑、冠幅年均生長量除地徑與6 m帶差異不顯著外(P>0.5)，其余差異均顯著(P<0.5)；6 m采伐帶內，除樹高年均生長量、地徑年均生長量分別與8 m帶、4 m帶差異不顯著外(P>0.5)，其余差異顯著(P<0.5)；8 m采伐帶內，樹高年均生長量與10 m帶差異不顯著(P>0.5)，其余差異顯著(P<0.5，表6)。

圖4 新栽物種的生長曲線Fig.4 Growth curve of newly planted species

2.5 不同帶寬對更新幼苗的影響

帶狀間伐增加了林內空隙，改善了林內光照、水分條件，促進了林下灌草的生長發(fā)育，有利于天然更新，促進林下幼苗的生長。改造初期(2011年)和改造6年后(2016年)收集到的幼苗株數(shù)情況見圖5?？梢钥闯?，不同改造強度林內幼苗主要集中分配在一級幼苗(樹高<10 cm)中，且不同帶寬的采伐帶內的幼苗株數(shù)明顯多于保留帶，同時遠遠高于對照。如2016年，4、6、8、10 m采伐帶內的幼苗株數(shù)分別為36 000、38 000、45 000、51 000株·hm-2，分別是對照的(4000株·hm-2)12.00、12.67、15.00和17.00倍；保留帶內更新幼苗株數(shù)分別為16 000、18 000、21 000、29 000株·hm-2，分別是對照的5.33、6.00、7.00和9.67倍。

表3 榿木不同帶寬LSD多重比較

表4 臺灣榿木不同帶寬LSD多重比較

表5 喜樹不同帶寬LSD多重比較

表6 香樟不同帶寬LSD多重比較

方差分析和多重比較表明(表7)：無論2011年還是2016年，不同帶寬采伐帶、保留帶內的天然更新幼苗株數(shù)與對照均表現(xiàn)為差異極其顯著(P<0.1)。

2011年，4 m采伐帶與6、8、10 m采伐帶差異顯著(P<0.5)，而保留帶內則全部表現(xiàn)為差異極其顯著(P<0.1)；6 m采伐帶與8、10 m采伐帶差異顯著(P<0.5)，保留內與8 m差異不顯著(P>0.5)，與10 m帶差異顯著(P<0.5)；8 m采伐帶與10 m差異顯著(P<0.5)，保留帶與10 m差異不顯著(P>0.5)。

2016年，4 m采伐帶與6 m采伐帶差異不顯著(P>0.5)，與8、10 m差異極其顯著(P<0.1)。保留帶與6 m差異顯著(P<0.5)，與8、10 m差異極其顯著(P<0.1)；6 m采伐帶與8、10 m采伐帶差異極顯著(P<0.1)，保留內與8、10 m差異極顯著(P<0.1)；8 m無論是采伐帶還是保留帶均與10 m帶差異極顯著(P<0.1)。

圖5 不同帶寬天然更新幼苗數(shù)量Fig.5 Quantities of natural regeneration seedling with different bandwidth

BW2011年2016年采伐帶Cb保留帶Rb采伐帶Cb保留帶Rb6 m8 m10 m6 m8 m10 mCK6 m8 m10 m6 m8 m10 mCK4 m-7.40?-12.00?-22.40?-2.00?-2.80??3.20??3.20??-0.20-8.60??-15.20??-2.40?-5.20??-13.40??11.80??6 m-4.60?-15.00?-0.80-2.40?5.20??-8.40??-15.00??-2.80??-11.00??14.20??8 m-10.40?-1.606.00??-6.60??-8.20??17.00??10 m7.60??25.20??

注：BW：帶寬。

Note: BW: Bandwidth.

圖6 天然更新幼苗種類Fig.6 Species of seedlings from natural regeneration

3 結論與討論

林分間伐后，由于調節(jié)和分配了林木本身的生長空間，因此，可明顯促進保留木的樹高、胸徑等林分因子的生長[10-12]。本試驗研究表明，間伐5年后，各保留帶原有柏木樹高年均生長量為0.81～0.96 cm，比對照高30.65 %～54.84 %，胸徑年均生長量為0.73～1.01 cm，這與駱宗詩等在四川盆地低山丘陵區(qū)對柏木林進行間伐改造+補植灌木(黃荊、木豆)的研究結果[13]相近，但明顯高于龔固堂等在相同區(qū)域所做的不同間伐強度保留柏木的樹高、胸長年均生長量[4]。各保留帶柏木樹高和胸徑年均生長量按大小排列為10 m>8 m>4 m>6 m和10 m>8 m>6 m>4 m。

間伐后，改善了林下生長空間，因此采伐帶和保留帶的灌木和草本蓋度明顯高于對照[14-15]。2016年，不同采伐帶內灌木物種數(shù)是對照的1.3～1.6倍，草本物種數(shù)是對照的1.1～1.6倍，同樣與本區(qū)域的研究結果相似[4,13]。改造初期(2010-2011年)，各采伐帶內草本蓋度均高于94.0 %，遠遠高于灌木蓋度(27.98±2.67) %。但隨著時間的轉移，灌木生長迅速，加上新的灌木進入，導致下層空間受限，有些草本消失或長勢變弱。到2016年，灌木蓋度逐漸增大，達到(46.97±3.46) %，而草本蓋度呈下降趨勢，平均為(57.21±5.58) %。

國內專家研究表明，帶狀間伐后，能調節(jié)林分郁閉度，改善林內光環(huán)境，為種子發(fā)芽、幼苗成活和幼樹生長提供有利條件，從而促進天然更新[4,7-8,16]。本試驗研究表明，2011年，采伐帶內的幼苗株數(shù)為11 000～35 000株·hm-2，保留帶內的幼苗株數(shù)為6000～11 000株·hm-2；2016年，采伐帶內的幼苗株數(shù)為36 000～51 000株·hm-2，保留帶內的幼苗株數(shù)為16 000～29 000株·hm-2。均遠遠高于2個年份的對照(3000和4000株·hm-2)，且?guī)捲酱?，里面的幼苗越多，這與龔固堂等[4]所做的不同間伐強度下天然更新幼苗數(shù)量的規(guī)律是一致的，但本研究的天然更新幼苗數(shù)量明顯要多些。從天然更新的幼苗(樹)種類來看(圖6)，最多的柏木，占了一半以上，其次是香樟，占16 %，女貞(Ligustrumlucidum)和小果冬青(IlexmicrococcaMaxim.)分別占10 %和8 %，烏桕[Sapiumsebiferum(L.) Roxb.]和苦楝(Meliaazedarach)占6 %，其它類占2 %。由此可見，間伐后，由于增加了林下光環(huán)境，除柏木以外，其它喜光闊葉樹，如香樟、女貞、烏桕、苦楝等相繼進入，加速了形成針闊混交、復層林分的演替進度[7]。

從補植的4種闊葉樹種的表現(xiàn)來看，1年后成活率按大小排列為榿木>香樟>喜樹>臺灣榿木，5年后的保存率同樣表現(xiàn)為這個規(guī)律。從不同帶寬各闊葉樹的生長狀況來看，年均生長量大體呈現(xiàn)如下規(guī)律：10 m帶>8 m帶>6 m帶>4 m帶。喜樹在進行撫育施肥后年均生長量明顯大于其它3個闊葉樹，但在后期，卻表現(xiàn)為長勢不如榿木和香樟。這與喜樹的生態(tài)學習性有關，喜樹對土壤的水肥條件要求較好，喜歡溫暖濕潤、土壤肥沃的環(huán)境。

綜合上述分析，適宜在川中丘陵區(qū)柏木人工林進行帶狀采伐的適宜寬度為6～8 m，即林分密度不超過2600株·hm-2，這與黎燕瓊等[5]的研究結果也是相吻合的。榿木、臺灣榿木、香樟、喜樹均適宜在林間空隙地進行補植。但喜樹適宜補植在坡的下部和溝谷等水分條件較好，土層較厚的區(qū)域，香樟適宜補植在坡的中部以下區(qū)域水分條件相對好的區(qū)域，榿木和臺灣榿木則在各區(qū)域均可進行補植。由于川中丘陵區(qū)常遇干旱，因此在補植幼樹的前3年，應進行幼林的撫育和施肥。