李杰茹，黨坤良*，王先初，強(qiáng)浪浪

(1.西北農(nóng)林科技大學(xué) 林學(xué)院，陜西 楊陵 712100；2.陜西省石泉縣林業(yè)局，陜西 石泉 725200)

秦嶺是我國(guó)中部重要的生態(tài)屏障及南水北調(diào)工程的水源地，在保障我國(guó)中部地區(qū)生態(tài)安全和社會(huì)經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展方面具有重要作用。秦嶺林區(qū)地理位置特殊，地形復(fù)雜，森林群落類(lèi)型多樣，垂直帶譜明顯。銳齒櫟(Quercusalienavar.acuteserrata)林作為秦嶺山地森林群落主要構(gòu)譜成分之一，其分布面積不僅較大，而且空間范圍較廣，在秦嶺林區(qū)森林生態(tài)系和森林植被資源中具有重要位置。20世紀(jì)50年代，由于秦嶺林區(qū)不合理的采伐作業(yè)方式，使得現(xiàn)有銳齒櫟中幼齡次生林多數(shù)存在生產(chǎn)力低下和穩(wěn)定性較差等問(wèn)題[1,2]，因此，探尋秦嶺林區(qū)銳齒櫟天然次生林科學(xué)有效的經(jīng)營(yíng)措施具有重要意義。

撫育間伐是對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行科學(xué)經(jīng)營(yíng)的重要措施，是優(yōu)化森林結(jié)構(gòu)、提高森林生產(chǎn)力及質(zhì)量的主要途徑[3]。關(guān)于撫育間伐對(duì)森林組分和生態(tài)功能等各方面的影響研究成果較多[4-6]，其中M.Newtonetal[7]通過(guò)研究間伐對(duì)北美云杉(Piceasitchensis)和異葉鐵杉(Tsugaheterophylla)生長(zhǎng)的影響，認(rèn)為撫育間伐有利于促進(jìn)樹(shù)木胸徑和斷面積的增長(zhǎng)；徐金良等[8]研究了間伐對(duì)杉木(Cunninghamialanceolata)人工林生長(zhǎng)的影響，認(rèn)為間伐可以顯著提高林木平均胸徑和單株材積的增加；尤文忠等[9]通過(guò)研究間伐對(duì)蒙古櫟(Q.mongolica)次生林的影響，認(rèn)為間伐能顯著提高林分蓄積定期生長(zhǎng)量累計(jì)以及定期生長(zhǎng)量。關(guān)于秦嶺林區(qū)銳齒櫟林的研究頗多，主要集中在撫育間伐對(duì)銳齒櫟林光合特性的影響[10]、銳齒櫟種群空間分布格局[11]、林木個(gè)體生長(zhǎng)[12]、生態(tài)位特征[13]和碳密度[14]等方面，關(guān)于撫育間伐對(duì)銳齒櫟林分生長(zhǎng)方面的研究甚少。本研究以秦嶺南坡銳齒櫟林為對(duì)象，探討撫育間伐對(duì)其林分胸徑和蓄積的影響以及動(dòng)態(tài)變化規(guī)律，為秦嶺林區(qū)銳齒櫟林的進(jìn)行科學(xué)經(jīng)營(yíng)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗(yàn)樣地設(shè)置在秦嶺南坡銳齒櫟林分布較廣的陜西省寧東林業(yè)局沙溝林場(chǎng)，地理位置為33°43′-34°47′N(xiāo) ，108°33′-108°48′E。本區(qū)為山地溫帶氣候類(lèi)型，年平均氣溫6℃～10℃，年降水量920～1 230 mm，生長(zhǎng)期6個(gè)月；土壤類(lèi)型為山地棕色森林土，平均厚度約50 cm，成土母巖主要為花崗巖、片麻巖和變質(zhì)砂巖；該區(qū)森林均為20世紀(jì)80年代人為采伐后通過(guò)天然更新形成的次生林；森林類(lèi)型主要有銳齒櫟林、油松林、華山松林、松櫟混交林和松樺混交林等。主要成林樹(shù)種有銳齒櫟、油松(Pinustabuliformis)、華山松(P.armandii)、紅樺(Betulaalbosinensis)等，伴生樹(shù)種有山楊(Populusdavidiana)、漆樹(shù)(Toxicodendronvernicifluum)、青榨槭(Acerdavidii)等。研究區(qū)概況見(jiàn)表1。

表1 樣地基本概況Table 1 A survey of natural secondary forest sample plots of Quercus aliena var.acuteserrata in the Shagou Forest Farm

1.2 樣地設(shè)置

2012年3-4月在陜西省寧東林業(yè)局沙溝林場(chǎng)選取立地條件和林分特點(diǎn)基本相同的地段，設(shè)置12塊銳齒櫟林研究固定樣地，樣地面積為20 m×30 m；在對(duì)樣地立地和林分因子調(diào)查的基礎(chǔ)上，按照蓄積強(qiáng)度0%(CK)、5%、10%、15%、20%和25%分別進(jìn)行間伐處理，每個(gè)處理及對(duì)照(CK)樣地重復(fù)2次，并設(shè)置界樁和標(biāo)志牌，以便長(zhǎng)期觀測(cè)研究。

1.3 樣品采集

2018年10月對(duì)各研究樣地林木進(jìn)行每木檢尺，起測(cè)徑階為4 cm徑階，并以2 cm進(jìn)行林木徑階劃分；按照研究樣地內(nèi)林木各徑階的分布和數(shù)量，分別選取3～5株標(biāo)準(zhǔn)木，利用生長(zhǎng)錐在標(biāo)準(zhǔn)木胸高處東西和南北2個(gè)方位分別獲取木芯，在測(cè)量木芯長(zhǎng)度后，將其放置于自制的紙筒內(nèi)，并進(jìn)行標(biāo)記和編號(hào)，帶回實(shí)驗(yàn)室，以便室內(nèi)分析。

1.4 內(nèi)業(yè)處理

將獲取的木芯置于實(shí)驗(yàn)室，經(jīng)常溫風(fēng)干2周后，對(duì)木芯進(jìn)行處理并測(cè)量，計(jì)算樣芯干濕長(zhǎng)度比為0.969，誤差較小。將木芯固定在特制木槽內(nèi)，待晾干后用200目和1 000目的砂紙進(jìn)行打磨；利用WinDENDRO年輪分析儀測(cè)定年輪寬度。

1.5 數(shù)據(jù)處理

1.5.1 林分平均胸徑(Dg)

(1)

式中，G為林分總斷面積/cm2，N為林分林木總株數(shù)。

1.5.2 試驗(yàn)期林分總生長(zhǎng)量(胸高總斷面積和蓄積)(Z) 為林分在試驗(yàn)期7 a間的總生長(zhǎng)量，

Z=d2018-d2012伐后

(2)

式中，d2018為2018年時(shí)的測(cè)定量，d2012伐后為2012年間伐后的測(cè)定量。

1.5.3 試驗(yàn)期平均生長(zhǎng)量θ

(3)

式中，Zt為試驗(yàn)期第t年時(shí)的林分生長(zhǎng)量，nt為試驗(yàn)期第t年距2012年所間隔的年數(shù)。

1.5.4 試驗(yàn)期連年生長(zhǎng)量 樹(shù)木一年間的生長(zhǎng)量。

Z=dt-dt-1

(4)

式中，dt為試驗(yàn)期第t年時(shí)的測(cè)定量,dt-1為試驗(yàn)期第t-1年時(shí)的測(cè)定量。

1.5.5 試驗(yàn)期總增長(zhǎng)率

(5)

1.5.6 試驗(yàn)期平均年增長(zhǎng)率

(6)

式中，pi為在試驗(yàn)期第i年的增長(zhǎng)率，i=1,2,3,…,7。

1.5.7 蓄積量 通過(guò)一元材積表獲得各徑階林木的單株材積，各徑階蓄積之和即為樣地蓄積。

(7)

式中，k為徑階數(shù)，Vi為第i徑階單株材積(m3)，ni為相應(yīng)徑階的林木株數(shù)。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2016進(jìn)行處理分析，運(yùn)用SPSS20.0軟件對(duì)林木生長(zhǎng)指標(biāo)進(jìn)行單因素方差分析和Duncan多重比較，使用Origin9繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同強(qiáng)度間伐對(duì)林分生長(zhǎng)的影響

2.1.1 間伐對(duì)林分胸高斷面積生長(zhǎng)的影響 撫育間伐對(duì)銳齒櫟林分的胸高斷面積生長(zhǎng)有明顯促進(jìn)作用(表2)，間伐7 a后，5%林分胸高斷面積最高，為24.78 m2·hm-2，CK次之，其余各組從大到小依次是10%、15%、20%和25%。方差分析表明，5%樣地林分胸高斷面積>CK，除10%樣地林分胸高斷面積與CK差異不顯著(P>0.05)，其余各組均呈顯著差異(P<0.05)。林分胸高斷面積總增長(zhǎng)量和年均增長(zhǎng)量最大值均為5%樣地，分別為9.14 m2·hm-2和1.31 m2·hm-2，方差分析表明，5%～20%樣地林分胸高斷面積年均增長(zhǎng)量和總增長(zhǎng)量均>CK，除25%樣地林分胸高斷面積年均增長(zhǎng)量和總增長(zhǎng)量與CK差異均不顯著(P>0.05)，其余各組間均呈顯著差異(P<0.05)。間伐后5%～25%各組樣地的林分胸高斷面積年均增長(zhǎng)率和總增長(zhǎng)率均>CK，且與CK均呈顯著差異(P<0.05)。與未間伐樣地相比，間伐后林分胸高斷面積年均增長(zhǎng)率提高了24.32%～41.37%，林分胸高斷面積總增長(zhǎng)率提高了28.86%～49.94%。

表2 不同間伐強(qiáng)度下銳齒櫟林胸高斷面積生長(zhǎng)情況Table 2 Growth information of basal area at breast height of Quercus aliena var.acuteserrata forest under different thinning intensities

2.1.2 間伐對(duì)林分蓄積量生長(zhǎng)的影響 撫育間伐對(duì)銳齒櫟林分蓄積量生長(zhǎng)有明顯促進(jìn)作用(表3)，間伐7 a后，5%樣地的林分蓄積量最大，為150.07 m3·hm-2，其余樣地林分蓄積量從大到小依次為10%、CK、15%、20%和25%。方差分析表明，在間伐7 a后，各組林分蓄積量相互間均呈顯著差異(P<0.05)。林分蓄積量的總增長(zhǎng)量和年均增長(zhǎng)量最高也均為5%樣地林分，其中5%～20%樣地林分蓄積量的年均增長(zhǎng)量和總增長(zhǎng)量均>CK，25%樣地林分蓄積量的年均增長(zhǎng)量和總增長(zhǎng)量均CK，且與CK均呈顯著差異(P<0.05)，林分蓄積量的年均增長(zhǎng)率提高了23.12%～38.18%，林分蓄積總增長(zhǎng)率提高了28.06%～47.58%。

表3 不同間伐強(qiáng)度下銳齒櫟林蓄積量生長(zhǎng)情況Table 3 Growth information of the accumulation of Q.aliena var.acuteserrata forest under different thinning intensities

2.2 不同強(qiáng)度間伐林分蓄積量的動(dòng)態(tài)變化

各間伐樣地林木蓄積量與CK的動(dòng)態(tài)差異表明，隨著時(shí)間的推移，各間伐樣地林分的蓄積量與CK差距均逐漸減小，并且最終會(huì)超越CK(表4)。在間伐7 a后5%和10%樣地的林分蓄積量>CK。5%樣地林分蓄積量在間伐4 a后與CK持平，10%樣地林分蓄積量在間伐7 a后與CK持平，并且5%～10%樣地林分蓄積量有明顯提高。由此得出，間伐強(qiáng)度對(duì)林分蓄積量增長(zhǎng)和累積速度有明顯影響，5%～10%間伐強(qiáng)度林分的蓄積量在相對(duì)較短的時(shí)間(4～7 a)可以達(dá)到并超越未間伐樣地林分蓄積水平，15%～25%間伐強(qiáng)度林分蓄積量仍需較長(zhǎng)時(shí)間才能確定是否趕上未間伐樣地林分蓄積量水平。

表4 不同間伐強(qiáng)度下2012-2018年銳齒櫟林分蓄積量的變化Table 4 Changes of forest accumulation of Q.aliena var.acuteserrata under different thinning intensities from 2012 to 2018

2.3 間伐對(duì)銳齒櫟林分生長(zhǎng)過(guò)程的影響

2.3.1 間伐對(duì)林分胸高斷面積生長(zhǎng)過(guò)程的影響 間伐有利于促進(jìn)銳齒櫟林林分胸高斷面積連年生長(zhǎng)量和平均生長(zhǎng)量的增長(zhǎng)，間伐后5%～15%樣地林分的胸高斷面積連年生長(zhǎng)量和平均生長(zhǎng)量顯著提高，其中5%樣地林分胸高斷面積連年生長(zhǎng)量和平均生長(zhǎng)量增長(zhǎng)趨勢(shì)最顯著。由圖1A1、A2可知，各個(gè)樣地林分的連年生長(zhǎng)量曲線(xiàn)和平均生長(zhǎng)量曲線(xiàn)呈現(xiàn)出不同幅度的增長(zhǎng)變化，表明銳齒櫟林分胸高斷面積還處在生長(zhǎng)旺盛期。與CK相比，5%～15%樣地林分胸高斷面積的連年生長(zhǎng)量和平均生長(zhǎng)量呈現(xiàn)出明顯的快速遞增趨勢(shì)，低密度林分20%～25%樣地林分胸高斷面積的平均生長(zhǎng)量變化與CK基本相似。表明中低強(qiáng)度間伐(5%～15%)可以在短時(shí)間內(nèi)快速增加林分胸高斷面積連年生長(zhǎng)量，而高強(qiáng)度間伐(20%～25%)下的林分則受制于林木株數(shù)的減少，林分胸高斷面積連年生長(zhǎng)量增加不明顯。

2.3.2 間伐對(duì)林分蓄積量生長(zhǎng)過(guò)程的影響 間伐對(duì)銳齒櫟林分蓄積連年生長(zhǎng)量和平均生長(zhǎng)量有明顯的促進(jìn)作用，5%～25%樣地林分的蓄積連年生長(zhǎng)量和平均生長(zhǎng)量均表現(xiàn)為顯著遞增趨勢(shì)。由圖1A3、A4可知，5%～15%間伐樣地林分蓄積連年生長(zhǎng)量和平均生長(zhǎng)量明顯>CK。在2013年后，間伐后林分蓄積連年生長(zhǎng)量基本表現(xiàn)為5%>10%>15%>20%>25%，其中25%樣地林分蓄積連年生長(zhǎng)量曲線(xiàn)變化趨勢(shì)與CK接近重合。表明間伐后對(duì)銳齒櫟林分蓄積連年生長(zhǎng)量增長(zhǎng)有積極地促進(jìn)作用，中低強(qiáng)度(5%～15%)間伐強(qiáng)度下的林分蓄積連年生長(zhǎng)量可以在短時(shí)間內(nèi)高速增長(zhǎng)，而高強(qiáng)度(20%～25%)間伐強(qiáng)度下的林分蓄積連年生長(zhǎng)量持續(xù)平穩(wěn)增長(zhǎng)。

注：A1:不同間伐強(qiáng)度下林分胸高斷面積連年生長(zhǎng)量；A2.不同間伐強(qiáng)度下林分胸高斷面積平均生長(zhǎng)量；A3.不同間伐強(qiáng)度下林分蓄積連年生長(zhǎng)量；A4.不同間伐強(qiáng)度下林分蓄積平均生長(zhǎng)量。圖1 不同間伐強(qiáng)度下銳齒櫟林分的胸高斷面積和蓄積連年生長(zhǎng)量和平均生長(zhǎng)量變化Fig.1 Current annual increment and mean annual growth increment of the area at breast height and stand volume of Q.aliena var.acuteserrata forest under different thinning intensities

3 結(jié)論與討論

3.1 結(jié)論

撫育間伐可以提高銳齒櫟林分胸高斷面積和蓄積量的增長(zhǎng)，間伐7 a后各間伐林分的胸高斷面積和蓄積量的增長(zhǎng)率相比CK均顯著提高，其中間伐強(qiáng)度5%樣地林分胸高斷面積和蓄積量及其增長(zhǎng)量和增長(zhǎng)率均為最高。

5%～10%低間伐強(qiáng)度林分蓄積量可以在相對(duì)較短時(shí)間內(nèi)趕超未間伐林分蓄積量，間伐強(qiáng)度越大的林分，則需要更長(zhǎng)的時(shí)間才能確定是否可以趕超未間伐樣地林分蓄積量。

5%～15%中低強(qiáng)度間伐下林分胸高斷面積和蓄積連年生長(zhǎng)量可以在較短年限內(nèi)高速增長(zhǎng)，而20%～25%高間伐強(qiáng)度下林分胸高斷面積和蓄積連年生長(zhǎng)量則維持平穩(wěn)增長(zhǎng)，與未間伐樣地變化趨勢(shì)相近。

本研究中的5種間伐強(qiáng)度，秦嶺南坡銳齒櫟天然次生林森林撫育作業(yè)應(yīng)以5%間伐強(qiáng)度為宜。

3.2 討論

撫育間伐可以改善林內(nèi)環(huán)境，使林分可利用的資源優(yōu)化且相對(duì)充足，例如生存空間擴(kuò)大，減少樹(shù)木間競(jìng)爭(zhēng)，光照與水分更加充足[15]。T.P.Sullivanetal[16]研究了不同間伐強(qiáng)度對(duì)美國(guó)黑松(P.contorta)的影響，得出低間伐強(qiáng)度林分蓄積量及增長(zhǎng)量最大，未間伐樣地次之，中度和重度間伐則小于未間伐樣地；明安剛等[17]研究了不同間伐強(qiáng)度對(duì)馬尾松(P.massoniana)人工林生物量的影響，認(rèn)為間伐有利于提高喬木層生物量，輕度間伐效果最佳；M.Zasadaetal[18]在古賓林區(qū)進(jìn)行了為期10 a的分析試驗(yàn)，認(rèn)為低間伐強(qiáng)度和采伐年限長(zhǎng)的方式最有利于生物量的積累，結(jié)論與本研究結(jié)果相似。K.Glencrossetal[19]和孫洪剛等[20]分別通過(guò)研究間伐對(duì)鄧恩桉(Eucalyptusdunnii)和杉木的影響，認(rèn)為間伐對(duì)林分總斷面積沒(méi)有影響，最終林分?jǐn)嗝娣e會(huì)趨于一致，這與本研究結(jié)果存在出入，這種差異可能跟林分類(lèi)型和立地條件的不同有關(guān)。龔固堂等[21]通過(guò)研究柏木(Cupressusfunebris)人工林，認(rèn)為蓄積量增長(zhǎng)率會(huì)隨間伐強(qiáng)度的增大而增大；賈忠奎等[22]通過(guò)研究間伐對(duì)華北落葉松(Larixprincipis-rupprechtii)的影響也得出類(lèi)似結(jié)論。在本研究中，沙溝林場(chǎng)的銳齒櫟林分胸高斷面積和蓄積量增長(zhǎng)率均為5%間伐強(qiáng)度樣地最高，可能的原因是雖然高強(qiáng)度間伐樣地的單株材積增長(zhǎng)率迅速增大，但是高強(qiáng)度間伐使得林分密度迅速下降，而單株材積增長(zhǎng)的優(yōu)勢(shì)在間伐一定年限后基本消失[23]，因此高強(qiáng)度間伐樣地整體林分單位面積蓄積量生長(zhǎng)速率較低。

間伐強(qiáng)度通過(guò)對(duì)林木生長(zhǎng)環(huán)境的影響，進(jìn)而影響林分蓄積量的積累。在本研究中，低間伐強(qiáng)度(5%～10%)林分能在生長(zhǎng)短時(shí)間內(nèi)利用較高的蓄積量生長(zhǎng)速率來(lái)彌補(bǔ)間伐移除的蓄積量，銳齒櫟林在間伐7 a后，低間伐強(qiáng)度(5%～10%)樣地的林分蓄積量均趕超CK，而自間伐年起，隨時(shí)間的推移中高間伐強(qiáng)度(15%～25%)樣地的林分蓄積量與CK的差值逐步減小。很多學(xué)者針對(duì)間伐是否能提高林分總蓄積量做了研究，得出的結(jié)果不盡相同，潘輝等[24]研究了不同間伐對(duì)巨尾桉(E.grandis×E.urophylla)林生長(zhǎng)的影響，得出1/3間伐強(qiáng)度林分的蓄積量?jī)?yōu)于未間伐和其他間伐強(qiáng)度林分，但經(jīng)方差分析，差異并不顯著；B.R.Knoeboletal[25]通過(guò)不同間伐強(qiáng)度對(duì)美國(guó)鵝掌楸(Liriodendrontulipifera)的研究認(rèn)為間伐會(huì)降低林分蓄積量。針對(duì)間伐對(duì)林分蓄積量的影響結(jié)果的不同，大部分學(xué)者認(rèn)為到主伐時(shí)才可做結(jié)論[26]。從本研究中可以看出間伐后為林分蓄積生長(zhǎng)提供了較為優(yōu)越的生活環(huán)境，還為林分蓄積量繼續(xù)的生長(zhǎng)和積累提供了更大的空間。

通過(guò)對(duì)銳齒櫟林生長(zhǎng)過(guò)程的研究，得出間伐對(duì)銳齒櫟林分胸高斷面積和蓄積連年生長(zhǎng)量和平均生長(zhǎng)量的增長(zhǎng)有促進(jìn)作用。原因是未間伐樣地在自然狀態(tài)下，林分生長(zhǎng)的平均生長(zhǎng)量均呈現(xiàn)穩(wěn)定且緩慢的增長(zhǎng)趨勢(shì)，而林分在間伐后林木迅速生長(zhǎng)即生長(zhǎng)旺盛期，間伐后各樣地的平均生長(zhǎng)量均表現(xiàn)為遞增趨勢(shì)[27]。目前沙溝林場(chǎng)銳齒櫟林仍處在生長(zhǎng)旺盛期階段，中低強(qiáng)度(5%～15%)間伐林分連年生長(zhǎng)量在短期內(nèi)已經(jīng)達(dá)到高速生長(zhǎng)，高強(qiáng)度(20%～25%)間伐連年生長(zhǎng)量與CK則保持平穩(wěn)增長(zhǎng)。由于銳齒櫟林分的蓄積平均生長(zhǎng)量曲線(xiàn)呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，并未達(dá)到峰值，且蓄積連年生長(zhǎng)量曲線(xiàn)仍有增長(zhǎng)趨勢(shì)，因此該林分第1次采伐距第2次采伐的合理年限在7 a以上。