徐占勇， 盧 峰， 羅蔚生， 童德文， 李曉勇， 李 偉， 劉 頻

(1.廣西壯族自治區(qū)森林資源與生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心， 廣西 南寧 530000； 2.廣西大瑤山森林生態(tài)系統(tǒng)定位觀測(cè)研究站， 廣西 金秀 545700)

森林撫育間伐是促進(jìn)林木生長(zhǎng)、實(shí)現(xiàn)森林可持續(xù)經(jīng)營(yíng)必不可少的措施[1]。合理的撫育間伐可以提高林分質(zhì)量，改善林分空間結(jié)構(gòu)，減少林木對(duì)光和養(yǎng)分等的競(jìng)爭(zhēng)效應(yīng)[2-3]，在促進(jìn)林木生長(zhǎng)的同時(shí)也能夠促進(jìn)林下植被生態(tài)演替[4]，影響林分的生態(tài)功能[5]。撫育間伐可以形成理想的林分結(jié)構(gòu)，改變林分環(huán)境，加強(qiáng)林分穩(wěn)定性和機(jī)能，促進(jìn)林分多種效益的發(fā)揮[6]。因此，撫育間伐對(duì)林內(nèi)植被群落特征和林木生長(zhǎng)狀況具有重要意義，同時(shí)，也有利于實(shí)現(xiàn)森林可持續(xù)經(jīng)營(yíng)[7]。但是長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)各地普遍對(duì)撫育間伐不夠重視，森林撫育間伐工作長(zhǎng)期滯后，導(dǎo)致森林資源質(zhì)量低下[8]。為了解決這一問(wèn)題，中央財(cái)政部和國(guó)家林業(yè)局于2009年啟動(dòng)實(shí)施了中央財(cái)政森林撫育補(bǔ)貼試點(diǎn)項(xiàng)目，主要是以天保工程省區(qū)、集體林改典型省區(qū)為重點(diǎn)執(zhí)行省份。 2010年廣西壯族自治區(qū)被納入森林撫育補(bǔ)貼試點(diǎn)省區(qū)，開(kāi)始了森林撫育相關(guān)監(jiān)測(cè)工作[9-11]。

廣西壯族自治區(qū)是南方集體林區(qū)之一，雖然近些年來(lái)森林面積、蓄積量都呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，但同時(shí)也存在著森林單位蓄積量低、森林資源結(jié)構(gòu)不盡合理、林分的抗災(zāi)害能力不強(qiáng)、林地生產(chǎn)率較低等問(wèn)題。本研究以廣西壯族自治區(qū)柳州融水苗族自治縣貝江河林場(chǎng)17年生杉木人工林為研究對(duì)象，探討了撫育間伐措施對(duì)杉木人工林林分生長(zhǎng)及林下植被的影響，以期為杉木人工林科學(xué)撫育提供參考依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

貝江河林場(chǎng)地處廣西壯族自治區(qū)柳州市融水苗族自治縣，以經(jīng)營(yíng)杉木商品用材林為主，試驗(yàn)地地理坐標(biāo)為109°17′26″E，25°01′44″N。屬中亞熱帶季風(fēng)氣候，氣候溫和，光照充足，冬短夏長(zhǎng)，年平均氣溫18.8 ℃，雨量充沛，年均降雨量1 824.8 mm；以紅壤為主，黃壤次之，土層深厚、疏松，自然肥力較高；地貌類(lèi)型以中、低山為主。

2 研究方法

2.1 試驗(yàn)安排

根據(jù)林場(chǎng)的資源調(diào)查數(shù)據(jù)，以林場(chǎng)17年生的杉木人工林為研究對(duì)象，選擇立地條件基本一致、具有充分代表性、試驗(yàn)前林分生長(zhǎng)狀況差別不大的林地開(kāi)展樣地設(shè)置和調(diào)查。設(shè)置撫育間伐和對(duì)照標(biāo)準(zhǔn)地各3塊，共計(jì)6塊樣地，樣地規(guī)格為20 m×30 m。

2013年9月，依據(jù)“留優(yōu)去劣、間密留勻”的原則對(duì)3塊撫育樣地進(jìn)行疏伐，對(duì)照樣地不做任何處理。調(diào)查各樣地的海拔高度、坡向、坡位、土壤類(lèi)型、林分密度等基本因子；喬木層選取胸徑、樹(shù)高、健康等級(jí)、第一枝下高等指標(biāo)，采用“S”型路線(xiàn)法進(jìn)行每木檢尺；灌木和草本層選取種類(lèi)、平均高度、蓋度等指標(biāo)，調(diào)查林下生物多樣性；2017年9月對(duì)樣地進(jìn)行復(fù)測(cè)(樣地基本狀況見(jiàn)表1)。

2.2 指標(biāo)調(diào)查

分別于試驗(yàn)前(2013年9月)和試驗(yàn)4年后(2017年9月)對(duì)6塊樣地內(nèi)各項(xiàng)指標(biāo)因素進(jìn)行調(diào)查。

表1 標(biāo)準(zhǔn)地基本狀況Tab.1 Basic condition of sample plots樣地編號(hào)樣地設(shè)置海拔/m坡向坡位土壤類(lèi)型原密度/(株· hm-2)現(xiàn)密度/(株·hm-2)1撫育間伐296東北坡中部紅壤2 0401 1702對(duì)照340東坡中部紅壤2 0252 0253撫育間伐313東坡下部紅壤2 3401 6204對(duì)照320東坡下部紅壤2 3552 3555撫育間伐338西北坡下部紅壤2 2201 1556對(duì)照319西坡下部紅壤2 3402 340

2.2.1 林分基本生長(zhǎng)因子調(diào)查 對(duì)胸徑大于5 cm的杉木進(jìn)行每木檢尺，記錄樹(shù)高、胸徑以及健康等級(jí)，計(jì)算胸徑、樹(shù)高年均生長(zhǎng)量及平均單株立木材積。根據(jù)單株立木材積之和計(jì)算整個(gè)標(biāo)準(zhǔn)地蓄積量。 立木材積采用廣西林業(yè)勘測(cè)設(shè)計(jì)院編制的杉木單株立木材積計(jì)算公式[12]，見(jiàn)式(1)。

V=0.656 71×10-4×D1.769 413×H1.069 769

(1)

式中：V表示單株立木材積，H表示樹(shù)高，D表示胸徑。

2.2.2 森林健康等級(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn) 我國(guó)森林健康狀況主要分健康、亞健康、中健康、不健康4個(gè)等級(jí)[13](見(jiàn)表2)。本文采用我國(guó)通用的森林健康等級(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)樣地進(jìn)行健康等級(jí)劃分。

2.2.3 林下植被多樣性調(diào)查 林下植被多樣性調(diào)查采用樣方調(diào)查法。灌木樣方面積為4 m2，分別設(shè)置于樣地的4個(gè)內(nèi)側(cè)角；草本樣方設(shè)置于灌木樣方內(nèi)的4個(gè)頂角，面積為1 m2[14]。選擇的灌木、草本樣方應(yīng)具有代表性，并且人為干擾應(yīng)較少。分別調(diào)查樣方內(nèi)灌木和草本的種類(lèi)、平均高度、蓋度(見(jiàn)圖1)。

表2 森林健康等級(jí)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)Tab.2 Evaluation criteria of forest health level健康等級(jí)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn) 等級(jí)健康林木生發(fā)育良好,枝干發(fā)達(dá),樹(shù)葉大小和色澤正常,能正常結(jié)實(shí)和繁育,未受任何災(zāi)害。Ⅰ亞健康林木生發(fā)育較好,樹(shù)葉偶見(jiàn)發(fā)黃、褪色或非正常脫落(發(fā)生率在10% 以下),結(jié)實(shí)和繁育受到一定程度影響,未受災(zāi)害或輕度災(zāi)害。Ⅱ中健康 林木生長(zhǎng)發(fā)育一般,樹(shù)葉存在發(fā)黃、褪色或非正常脫落現(xiàn)象(發(fā)生率為10%～30%),結(jié)實(shí)和繁育受到限制,或受到重度災(zāi)害。Ⅲ不健康樹(shù)木生長(zhǎng)發(fā)育達(dá)不到正常狀態(tài),樹(shù)葉多見(jiàn)發(fā)黃、褪色或非正常脫落(發(fā)生率達(dá)30% 以上),生長(zhǎng)明顯受到限制,不能結(jié)實(shí)和繁育,或受到重度災(zāi)害。IV

多樣性指數(shù)是反映物種豐富度和均勻度的綜合指標(biāo)。本試驗(yàn)采用Simpson指數(shù)和Shannon-Weiner指數(shù)兩個(gè)指標(biāo)評(píng)價(jià)樣地林下植被多樣性。Simpson指數(shù)是隨機(jī)事件，是指隨機(jī)抽取的兩個(gè)個(gè)體同屬于一個(gè)種的概率，Shannon-Wiener多樣性指數(shù)表示物種的豐富度，是與物種豐富程度有關(guān)的指數(shù)[15]。這兩個(gè)指數(shù)的數(shù)值越大，說(shuō)明該群落的多樣性就越高，反之則說(shuō)明該群落的多樣性越低[16-18]，其計(jì)算公式見(jiàn)式(2)、式(3)。

Simpson指數(shù)：

(2)

Shannon-Weiner指數(shù)：

(3)

式中：P為每個(gè)物種所占的比例，S為物種豐富度。

2.3 數(shù)據(jù)處理

用Excel 2016進(jìn)行數(shù)據(jù)整理匯總、制作圖表；采用SPSS 20.0軟件對(duì)樹(shù)高、胸徑、蓄積年平均增長(zhǎng)量、物種多樣性指數(shù)變化量等因子進(jìn)行單因素方差分析。

3 結(jié)果與分析

3.1 撫育間伐對(duì)林木生長(zhǎng)的影響

3.1.1 撫育間伐對(duì)樹(shù)高的影響 由表3可知，2017年撫育與對(duì)照樣地平均樹(shù)高分別為17.70 m、19.10 m，與2013年相比，平均樹(shù)高年生長(zhǎng)量分別為1.23 m、1.10 m。方差分析表明，撫育間伐對(duì)杉木樹(shù)高生長(zhǎng)有一定的促進(jìn)作用，但對(duì)樹(shù)高年生長(zhǎng)量無(wú)顯著差異，說(shuō)明間伐對(duì)樹(shù)高生長(zhǎng)的促進(jìn)作用不強(qiáng)。這一結(jié)果在許多相關(guān)研究中也有體現(xiàn)，如潘建華等[19]對(duì)杉木人工純林研究中也得到了這一結(jié)論。許多學(xué)者的研究均表明，林木的樹(shù)高生長(zhǎng)主要與立地條件和樹(shù)種的遺傳特性相關(guān)[20]，這也符合林木的生長(zhǎng)規(guī)律，特別是直干性強(qiáng)的樹(shù)種，樹(shù)高生長(zhǎng)與林分的密度沒(méi)有太大關(guān)系。

3.1.2 撫育間伐對(duì)胸徑的影響 由表3可知，2017年撫育處理和對(duì)照樣地平均胸徑分別為>17.90 cm、14.70 cm，與2013年相比，平均胸徑年生長(zhǎng)量分別為0.50 cm、0.48 cm，撫育樣地胸徑年生長(zhǎng)量略大于對(duì)照樣地。由此可見(jiàn)，撫育間伐在一定程度上促進(jìn)了胸徑生長(zhǎng)，這是因?yàn)閾嵊g伐降低了杉木林木密度，林分密度得到調(diào)整，改善了林分競(jìng)爭(zhēng)結(jié)構(gòu)，擴(kuò)大了單株林木生長(zhǎng)營(yíng)養(yǎng)空間，有效地促進(jìn)了林木胸徑生長(zhǎng)。經(jīng)方差分析可知，撫育與對(duì)照樣地在4年內(nèi)的平均胸徑年生長(zhǎng)量無(wú)顯著性差異，這主要是監(jiān)測(cè)間隔期較短，撫育措施還未發(fā)揮出顯著作用，應(yīng)該繼續(xù)觀測(cè)，以觀后效。

表3 林分生長(zhǎng)狀況對(duì)比分析Tab.3 Comparative analysis of forest growth處理平均樹(shù)高/m平均胸徑/cm平均蓄積量/m32013年2017年年生長(zhǎng)量2013年2017年年生長(zhǎng)量2013年2017年年生長(zhǎng)量撫育間伐12.8017.701.23 a15.9017.900.50 a13.3016.200.73 a對(duì)照14.7019.101.10 a12.8014.700.48 a12.6015.100.63 a 注:相同小寫(xiě)字母表示在0.05水平上差異不顯著,P>0.05;不同小寫(xiě)字母表示在0.05水平上差異顯著,P<0.05。下同。

3.1.3 撫育間伐對(duì)蓄積量的影響 由表3可以看出，2017年撫育與對(duì)照樣地平均蓄積量分別為16.20 m3、15.10 m3，與2013年相比，平均蓄積年增長(zhǎng)量分別為0.73 m3、0.63 m3，撫育樣地年平均蓄積增長(zhǎng)量略大于對(duì)照樣地，差異未達(dá)到顯著水平，這是因?yàn)閾嵊g伐在一定程度上促進(jìn)林分胸徑和樹(shù)高的增長(zhǎng)。

3.1.4 撫育間伐對(duì)林分健康狀況的影響 由表4 可以看出，2013年，撫育與對(duì)照樣地郁閉度分別為0.68和0.70，森林健康等級(jí)均為Ⅱ級(jí)，撫育間伐4年后，郁閉度分別為0.73和0.83，對(duì)照樣地健康等級(jí)依然為Ⅱ級(jí)，而撫育樣地的林分健康等級(jí)提升為Ⅰ級(jí)。由此可見(jiàn)，撫育間伐改善了林分的健康狀況。通過(guò)間伐，降低了林分的密度，改善了林分空間結(jié)構(gòu)，使林內(nèi)光照、通風(fēng)、降雨等環(huán)境條件得到改善，減輕了林木之間的競(jìng)爭(zhēng)，有助于林木對(duì)養(yǎng)分的吸收利用，增強(qiáng)了林分對(duì)病蟲(chóng)害及其他自然災(zāi)害的抵御能力，提高了森林的健康水平及整體穩(wěn)定性，也提升了林分整體質(zhì)量。

表4 林分健康狀況Tab.4 Health status of forest處理2013年2017年郁閉度健康等級(jí)郁閉度健康等級(jí)撫育0.68Ⅱ0.73Ⅰ對(duì)照0.70Ⅱ0.83Ⅱ

3.2 撫育間伐對(duì)林下植被多樣性的影響

由表5可以看出，與2013年相比，2017年灌木與草本的種數(shù)、高度、蓋度均有一定程度的增加，且撫育間伐樣地3種指標(biāo)的增加量均大于對(duì)照樣地。2013年對(duì)照樣地灌木和草本種類(lèi)分別為4種和3種，2017年均為4種；而2013年撫育樣地灌木、草本種數(shù)均為3種，撫育4年后分別增至5種和6種，且高度和蓋度均有明顯增加。由此可見(jiàn)，撫育間伐明顯促進(jìn)了杉木林下植被的生長(zhǎng)。撫育前，林分密度大，林內(nèi)光照少，陰暗濕冷；而撫育后，林分密度降低，改善了林內(nèi)通風(fēng)透光條件，利于植被更新生長(zhǎng)，不僅使林下植被種類(lèi)明顯增>加，還促進(jìn)其高度和蓋度明顯增長(zhǎng)。

表5 監(jiān)測(cè)樣地灌木草本狀況Tab.5 Status of shrubs and herbs in monitoring sample plots2013年2017年灌木草本灌木草本種數(shù)高度/cm蓋度/%種數(shù)高度/cm蓋度/%種數(shù)高度/cm蓋度/%種數(shù)高度/cm蓋度/%撫育365.513323.111580.116630.215對(duì)照452.512327.310460.413428.612

物種多樣性指數(shù)能準(zhǔn)確反映林分中植被的豐富度、變化程度及均勻性狀態(tài)[21-23]。表6為監(jiān)測(cè)樣地2013年至2017年的Simpson指數(shù)和Shannon-Weiner 指數(shù)。由表6可知，2013年對(duì)照樣地Simpson指數(shù)和Shannon-Weiner 指數(shù)分別為0.55和1.91；2017年時(shí)分別為0.68和2.41；變化量分別為0.13和0.50。2013年撫育間伐樣地Simpson指數(shù)和Shannon-Weiner 指數(shù)分別為0.47和1.55，2017年分別為0.68和2.27，變化量分別為0.21和0.72。撫育間伐樣地與對(duì)照樣地的Simpson指數(shù)變化量分別為0.21和0.13，撫育間伐樣地大于對(duì)照樣地；Shannon-Weiner 指數(shù)變化量分別為0.72和0.52，撫育間伐樣地大于對(duì)照樣地，且達(dá)到顯著性差異水平(P<0.05)。綜合分析兩種多樣性指數(shù)發(fā)現(xiàn)，撫育間伐可以顯著增加林下植被物種多樣性，物種多樣性的增加有利于林分垂直結(jié)構(gòu)的形成。合理的喬灌草結(jié)構(gòu)，使林分能夠充分利用立地條件，提高光合作用效率，有利于促進(jìn)林下植被的生長(zhǎng)與更新。豐富的林下植被也有利于增強(qiáng)林地的水土保持能力，改善林地土壤條件，提高林地環(huán)境質(zhì)量。

表6 監(jiān)測(cè)樣地林下植被多樣性指數(shù)Tab.6 Undergrowth vegetation diversity indexes of the monitoring sample plot2013年2017年變化量Simpson指數(shù)Shannon-Weiner 指數(shù)Simpson指數(shù)Shannon-Weiner 指數(shù)Simpson指數(shù)Shannon-Weiner 指數(shù)撫育0.471.550.682.270.21 a0.72 a對(duì)照0.551.910.682.410.13 a0.50 b

4 結(jié)論與討論

(1) 融水縣貝江河林場(chǎng)17年生杉木人工林疏伐撫育的結(jié)果表明，撫育間伐促進(jìn)了杉木樹(shù)高、胸徑的生長(zhǎng)及蓄積量的增長(zhǎng)，撫育樣地的胸徑年生長(zhǎng)量、樹(shù)高年生長(zhǎng)量及年蓄積量均大于對(duì)照樣地，撫育間伐降低了林分密度，減少林木個(gè)體間對(duì)陽(yáng)光、養(yǎng)分等的競(jìng)爭(zhēng)效應(yīng)，促進(jìn)了林木生長(zhǎng)。

(2) 撫育間伐明顯改善了林分的健康狀況，經(jīng)撫育間伐，樣地林分健康等級(jí)由Ⅱ級(jí)提升至Ⅰ級(jí)，而對(duì)照樣地林分健康等級(jí)未發(fā)生變化。

(3) 撫育間伐明顯促進(jìn)了林下植被的生長(zhǎng)更新，提高了杉木林下物種多樣性。經(jīng)撫育間伐，林下灌木、草本的種類(lèi)、高度和蓋度均有不同程度增加。2017年撫育與對(duì)照樣地的Simpson指數(shù)、Shannon-Weiner 指數(shù)較2013年均有不同程度增加，撫育間伐樣地增長(zhǎng)量均大于對(duì)照樣地，且Shannon-Weiner 指數(shù)變化量差異達(dá)到顯著水平(P<0.05)。這說(shuō)明撫育間伐明顯促進(jìn)了林下植被的物種多樣性，有利于林分形成喬灌草的垂直分布，改善林分的空間結(jié)構(gòu)，提高林分穩(wěn)定性。