盧永民，寇瑛楠,趙棟梁，黃 維，李衛(wèi)忠*

(1. 丹鳳縣國(guó)有流嶺林場(chǎng)，陜西 丹鳳 726000；2.商州市商州區(qū)城周綠化工作站，陜西 商州 726000;3. 西北農(nóng)林科技大學(xué) 林學(xué)院，陜西 楊凌 712100)

飛播造林是我國(guó)三大造林方式之一，是利用森林天然下種更新原理，用飛機(jī)向適于播種的偏遠(yuǎn)地區(qū)撒播林木種子，借助適宜的自然環(huán)境生長(zhǎng)發(fā)育，從而擴(kuò)大森林面積的一種造林方式[1,2]。我國(guó)飛播造林至今已有60年的歷史[3]。飛播造林不僅具有造林快、效率高、成本低、范圍廣，可有效節(jié)省人力物的優(yōu)點(diǎn)，還具有能進(jìn)入人工造林困難的沙漠地帶、地勢(shì)復(fù)雜的邊遠(yuǎn)山區(qū)等優(yōu)勢(shì)。但同時(shí)也存在一些問(wèn)題，如飛播造林地環(huán)境惡劣，林木存活率較低；樹種單一，易發(fā)生病蟲害；由于飛播造林地通常是人難以進(jìn)入地區(qū)，后期的經(jīng)營(yíng)管理較難進(jìn)行，林木生長(zhǎng)狀況較差等[4]。因此，采取有效的撫育經(jīng)營(yíng)措施對(duì)飛播林的可持續(xù)經(jīng)營(yíng)具有非常重要的意義。

間伐是飛播林撫育中極為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，通過(guò)間伐措施可以有效改善飛播林中林木生長(zhǎng)過(guò)密的狀況，減輕林木間的競(jìng)爭(zhēng)，提高森林經(jīng)濟(jì)和生態(tài)效益[5,6]。同時(shí)，通過(guò)間伐還可以改善林冠層的透光狀況，有利于其他樹種的萌生和林下植被的生長(zhǎng)，進(jìn)而提高生物多樣性[7-10]。為了取得理想的森林撫育效果，間伐強(qiáng)度的合理選擇就顯得尤為重要[11-13]。目前，很多學(xué)者在撫育間伐對(duì)林分生長(zhǎng)的影響方面進(jìn)行了研究，高云昌等[14]在陜西省黃龍山地區(qū)研究了油松人工林在15%、30%和45%的間伐強(qiáng)度下的撫育成效。李志輝[15]以湘南地區(qū)馬尾松為研究對(duì)象，解釋了不同間伐強(qiáng)度下生物量的變化情況。洪長(zhǎng)福[16]通過(guò)對(duì)連生桉樹間伐的研究，探討了不同間伐強(qiáng)度、起始時(shí)間、間伐次數(shù)和間伐方法下，桉樹樹高、胸徑、蓄積等的變化。

油松(pinustabulaeformis)對(duì)不同環(huán)境均顯示出極強(qiáng)的適應(yīng)能力[17-19]，且由于其種子相對(duì)較重，在飛播過(guò)程中受到風(fēng)力的干擾更小，因此，被認(rèn)為是極為重要的飛播造林樹種。本研究以陜西省丹鳳縣流嶺林場(chǎng)油松飛播林為研究對(duì)象，對(duì)不同間伐強(qiáng)度處理6年后的油松林進(jìn)行了調(diào)查分析，旨在揭示該地區(qū)油松飛播林胸徑和蓄積分布變化的規(guī)律，為當(dāng)?shù)亻_展科學(xué)經(jīng)營(yíng)提供理論基礎(chǔ)，也為未來(lái)該地區(qū)油松飛播林質(zhì)量精準(zhǔn)提升提供新思路。

1 研究區(qū)概況

丹鳳縣位于陜西東南部，地處秦嶺東段南麓的商洛地區(qū)，東與商南縣接壤，西與商州區(qū)毗鄰, 南與山陽(yáng)縣相連, 北與洛南縣相接。地理位置北緯33°21′32″～33°57′4″、東經(jīng)110°7′49″～110°49′33″。丹鳳縣屬亞熱帶半濕潤(rùn)與季風(fēng)暖溫帶過(guò)渡性氣候區(qū)，年均氣溫約13.8 ℃，年平均降水量687.4 mm，無(wú)霜期217 d。年平均日照時(shí)數(shù)為2 056 h。森林植被具有明顯的垂直分布規(guī)律，在河谷及山坡中下部的低海拔地段，植物群落主要為落葉闊葉樹種和亞熱帶常綠闊葉樹種共同組成的混交林，在山坡中、上部地段，主要為針闊混交林或落葉闊葉林，土壤以山地棕壤和山地黃棕壤為主。

2 研究方法與數(shù)據(jù)處理

2.1 樣地設(shè)置與調(diào)查

本研究選擇1975年飛播形成的油松飛播林，飛播前進(jìn)行了煉山。由于飛播造林撒種密度大，研究區(qū)內(nèi)林分密度大，樹木之間生長(zhǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈，樹木個(gè)體生長(zhǎng)狀況較差。本研究選取了地形、海拔、立地質(zhì)量相似的林分并設(shè)置5塊面積為20 m×25 m的樣地。其中一塊為對(duì)照樣地，其余四塊根據(jù)試驗(yàn)設(shè)計(jì)進(jìn)行不同強(qiáng)度的間伐。

在各個(gè)樣地內(nèi)，林木胸徑用圍尺測(cè)量，起始徑階為6徑階，精確到0.1 cm；樹高使用塔尺測(cè)量，精確到0.1 m；林木的競(jìng)爭(zhēng)狀況分為五級(jí)：I、優(yōu)勢(shì)木；Ⅱ、亞優(yōu)勢(shì)木；Ⅲ、中間木；IV、被壓木；Ⅴ、瀕死木與枯立木；林木的健康狀況依據(jù)是否有病害、蟲害、斷梢等分別進(jìn)行登記。

2.2 間伐梯度設(shè)置和采伐木的選取

2012年5月對(duì)樣地內(nèi)樹木的胸徑、樹高、郁閉度、健康等級(jí)、競(jìng)爭(zhēng)狀況等調(diào)查后，依據(jù)林木的健康程度、競(jìng)爭(zhēng)狀況、生長(zhǎng)狀況等篩選采伐木，并對(duì)樣地按株數(shù)強(qiáng)度設(shè)計(jì)5個(gè)梯度進(jìn)行間伐作業(yè)。分別為：0(對(duì)照樣地，CK)；20%(弱度間伐，N20)；30%(較弱間伐，N30)；40%(中度間伐，N40)和50%(較強(qiáng)間伐，N50)。并于間伐作業(yè)6年后(2018年7月)對(duì)樣地進(jìn)行復(fù)測(cè)。依據(jù)樣地原始狀況和復(fù)測(cè)結(jié)果，統(tǒng)計(jì)采伐前后樣地內(nèi)林木生長(zhǎng)的變化情況(表1)。

表1 各樣地基本信息表

2.3 數(shù)據(jù)處理

林木蓄積采用林木的實(shí)驗(yàn)形數(shù)計(jì)算得到，公式為：

V=g1.3(h+3)fα

其中g(shù)1.3為林木胸高斷面積，h為樹高，fα為林木的實(shí)驗(yàn)形數(shù)，V為林木蓄積。

蓄積變化率和單木材積變化率的計(jì)算依據(jù)采伐后和采伐6 a后的蓄積與采伐前的蓄積而得到，計(jì)算公式為：

調(diào)查所得的各項(xiàng)數(shù)據(jù)采用R軟件(3.5.5版本)進(jìn)行處理，胸徑和蓄積的分布變化狀況圖采用originPro軟件制作。

3 結(jié)果與分析

3.1 撫育間伐作業(yè)對(duì)油松飛播林胸徑的影響

對(duì)研究區(qū)內(nèi)油松飛播林2012-2018年的6 a胸徑變化進(jìn)行分析，可以得出：各間伐強(qiáng)度對(duì)油松飛播林的生長(zhǎng)有顯著的影響。從圖1和表1中可以看出，相較于2012年，2018年復(fù)測(cè)調(diào)查所得CK樣地中油松的胸徑有所增長(zhǎng)，平均胸徑增加到13.3 cm，20徑階的林木比例極大增加，并開始出現(xiàn)一些大徑木(28徑階以上)，胸徑的最大值達(dá)到33 cm，而中小徑階木的比例有所下降，這是林木自然稀疏的結(jié)果。而在N20樣地中，間伐后平均胸徑有小幅度的增長(zhǎng)，這是由于間伐過(guò)程中主要選擇小徑階且生長(zhǎng)不良的林木作為采伐木。由于該樣地間伐強(qiáng)度較小，在采伐6 a后，雖然可以觀察到林木的胸徑分布向大徑階方向偏移，18和24徑階的林木在采伐6 a后有顯著的增加，但這種偏移的趨勢(shì)并不明顯。

圖1 各樣地采伐前后胸徑分布變化趨勢(shì)

此外，2018年的調(diào)查結(jié)果顯示，該樣地的林分平均胸徑為16.6 cm，較2012年間伐后的平均胸徑有顯著的提高。大徑木的比例也有增加，2018年樣地中樹木的最大胸徑達(dá)到37 cm，比2012年采伐后增長(zhǎng)6 cm。而低于12徑階的林木株數(shù)比例顯著下降。在N30樣地中，由于較多大量劣勢(shì)木被伐，2012年采伐后，6、8、10徑階的林木比例顯著降低。由圖1可知，該樣地中林木胸徑的分布在兩次觀測(cè)中均呈現(xiàn)正態(tài)分布。就胸徑分布的變化趨勢(shì)而言，2018年的峰值出現(xiàn)在14徑階、平均值為14.78 cm，對(duì)比2012年伐前伐后的峰值和平均值(10徑階)均可以顯著的觀察到樣地內(nèi)林木胸徑的增長(zhǎng)。N40和N50樣地中，大量小徑階的劣勢(shì)被間伐，間伐前后胸徑的生長(zhǎng)量分別達(dá)到2.18 cm和2.30 cm，間伐后林分整體的胸徑分布均向大徑階方向偏移。將大量劣勢(shì)木間伐后，為保留木提供了較為充足的生長(zhǎng)空間，保留木在6 a后，胸徑增長(zhǎng)顯著，在N40和N50樣地中，平均胸徑的增長(zhǎng)量分別達(dá)到了1.12 cm和1.59 cm。此外，在這兩個(gè)采伐強(qiáng)度樣地中，胸徑最小值均在2018年出現(xiàn)了低于2012年采伐后胸徑最小值的情況即新的實(shí)生苗出現(xiàn)，表明在這樣的密度條件下，資源(光照、養(yǎng)分等)開始能夠滿足森林更新的需求[20,21]，人工飛播的油松開始能夠完成自然更新并逐漸出現(xiàn)進(jìn)界木。

3.2 撫育間伐作業(yè)對(duì)油松飛播林蓄積的影響

進(jìn)行間伐作業(yè)前及6 a后，各個(gè)樣地的總蓄積量如表2所示。間伐前及6 a后樣地內(nèi)的總蓄積變化率如圖2所示。結(jié)果顯示：CK外各個(gè)樣地在采伐后蓄積變化的程度略小于株數(shù)變化程度，這是因?yàn)樵陂g伐過(guò)程中，采伐木主要由生長(zhǎng)競(jìng)爭(zhēng)劣勢(shì)樹組成，而這些劣勢(shì)樹大都生長(zhǎng)狀況較差。樣地內(nèi)6 a后的蓄積增長(zhǎng)率較2012年采伐后的蓄積增長(zhǎng)率均有提高，其中N20增長(zhǎng)幅度最大，達(dá)到28%，而N50的增長(zhǎng)幅度最小，僅有24%，這是由于總蓄積的變化率受樣地內(nèi)株數(shù)影響強(qiáng)烈。此外，就密度而言，僅有N50樣地沒(méi)有達(dá)到樣地采伐前的密度，這是由于過(guò)大的間伐強(qiáng)度導(dǎo)致蓄積的急劇減少，而6 a間恢復(fù)的蓄積低于間伐蓄積量。但就單木材積而言，N50中的平均單木材積變化率較2012年間伐后，增長(zhǎng)率達(dá)到45%，顯著高于CK樣地中的單木材積變化率(25%)，這是因?yàn)榇罅康母?jìng)爭(zhēng)劣勢(shì)木被采伐后，保留木獲得了更佳的生長(zhǎng)條件。

圖2 樣地總蓄積變化曲線

表2 樣地總蓄積

根據(jù)圖3和表3，隨著采伐強(qiáng)度的增加，2012年采伐后的單木材積顯著增加，6 a后的各個(gè)樣地的單木平均蓄積和單木平均蓄積變化率均大于CK樣地，這表明，合適的間伐經(jīng)營(yíng)有利于該地區(qū)飛播油松林的生長(zhǎng)。在N20樣地中林木的單木蓄積量最大達(dá)到0.15 m3，高于其他三塊采伐強(qiáng)度更高的樣地，而變化率(圖3)低于其他三塊樣地。這是因?yàn)镹20樣地中原始的株數(shù)密度較低，伐后株數(shù)密度相比于采伐強(qiáng)度更高的樣地更少，故在6 a過(guò)程中，該樣地樹木間的競(jìng)爭(zhēng)更小，單木所占有的生長(zhǎng)空間更大，獲得資源更多，故生長(zhǎng)狀況更好。在其余3塊樣地中，單木蓄積平均變化率和單木平均蓄積均為N50>N40>N30，與采伐強(qiáng)度顯著相關(guān)關(guān)系。

圖3 單木平均材積變化曲線

表3 采伐前后各樣地單木平均材積變化

4 結(jié)論與討論

本研究結(jié)果表明，隨著間伐強(qiáng)度的增加，油松飛播林的胸徑生長(zhǎng)量表現(xiàn)為顯著的增長(zhǎng)趨勢(shì)，與余碧云等在陜北地區(qū)對(duì)栓皮櫟的研究[22]，趙麟萱等在大興安嶺對(duì)落葉松的研究[23]，黃鑫春在遼東地區(qū)對(duì)落葉松的研究結(jié)論相似[24]。這是因?yàn)橛退娠w播林在播種階段的密度很大，而在種子發(fā)芽生長(zhǎng)階段，由于經(jīng)營(yíng)措施不健全和管理強(qiáng)度過(guò)低，導(dǎo)致林分密度過(guò)大，林分內(nèi)部樹木個(gè)體競(jìng)爭(zhēng)激烈。間伐后林分密度降低，樹木生長(zhǎng)的空間得到顯著改善。在較高間伐強(qiáng)度下，可以觀察到進(jìn)界木的出現(xiàn)，這與林分密度的降低有直接的關(guān)系，在過(guò)高密度下，更新幼樹的生長(zhǎng)受到競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)木的抑制，難以獲取生長(zhǎng)必須的營(yíng)養(yǎng)與空間，故難以生長(zhǎng)成為進(jìn)界木，限制了林分的自我更新能力，不利于森林可持續(xù)發(fā)展[25,26]。

油松飛播林的蓄積變化受樣地內(nèi)株數(shù)密度的影響顯著，在不同采伐樣地與對(duì)照樣地的對(duì)比中，發(fā)現(xiàn)高強(qiáng)度的間伐可以有效的提高油松飛播林的單木平均材積，這與李春明、孫德權(quán)、童書振、莊晨輝等學(xué)者在全國(guó)各地區(qū)的研究結(jié)論相似[27-30]。此外，單木材積及其變化率還受到樣地初始株數(shù)密度的影響[31,32]。通過(guò)間伐可以有效的改善樣地內(nèi)樹木間的競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系[33,34]，進(jìn)而改善保留木的生長(zhǎng)環(huán)境，提高飛播林林分質(zhì)量。通過(guò)定期調(diào)查飛播林總蓄積的變化狀況，可以對(duì)該地區(qū)油松飛播林最適密度進(jìn)行評(píng)斷，進(jìn)而為科學(xué)合理經(jīng)營(yíng)油松飛播林提供理論依據(jù)[35,36]。