蘇俊武，劉永剛，陳強，劉云彩，孫志剛，李先澤，魯興武，槐可躍，周紅

(1.云南省林業(yè)和草原科學院，云南 昆明 650201； 2.普洱市思茅區(qū)萬掌山林場，云南 普洱665000；3.保山市昌寧縣西山國社合作林場，云南 昌寧 678100)

思茅松(Pinuskesiyavar.langbianensis)是云南特有的鄉(xiāng)土樹種，天然分布于云南熱帶北緣和亞熱帶南部半濕潤地區(qū)，分布的海拔范圍一般為700～1 800 m，而多集中分布于1 100～1 700 m之間。思茅松是脂、材兼用樹種[1]，具有重要的經(jīng)濟價值和生態(tài)價值，其人工林在20世紀80年代后得到快速的發(fā)展，面積達10.56×104hm2以上[2]，在其集中分布區(qū)的經(jīng)濟和社會發(fā)展中占有舉足輕重的地位。

目前，有關思茅松的研究主要集中在良種選育[3-8]、無性擴繁[9-10]、豐產(chǎn)栽培[11-13]、病蟲害防治[14-15]、松脂利用[16]等方面，對于其林分結構的研究多集中于天然次生林，如：胥輝等[17]利用Normal、Weibull、Beta和Gamma分布函數(shù)擬合并預測思茅松天然次生林的直徑分布，結果顯示W(wǎng)eibull分布在思茅松天然次生林直徑分布的應用中效果最佳；歐光龍等[18]利用Weibull函數(shù)擬合思茅松天然林林分直徑、用冪函數(shù)模型擬合樹高結構，結果直徑符合Weibul函數(shù)分布，樹高符合冪函數(shù)分布；李超等[19]在思茅松天然林林分直徑大小多樣性及環(huán)境解釋研究中采用Shannon指數(shù)、Simpson指數(shù)對林分大小多樣性進行量化排序分析，表明林分直徑大小多樣性隨立地條件和環(huán)境因子變化。針對思茅松人工林林分結構特征方面的研究僅見張文勇[20]對思茅松人工林開展過直徑分布的研究。林分結構是林分功能的基礎和表現(xiàn)[21]，是森林經(jīng)營和分析中的重要因子，也是實施森林經(jīng)營活動的具體對象[22-23]，分析林分結構有助于人們了解森林的發(fā)展歷史、現(xiàn)狀和生態(tài)系統(tǒng)將來的發(fā)展方向[24]。本文通過對思茅松人工幼、中齡林林分結構進行研究，以揭示思茅松人工林幼、中齡林林分直徑、樹高、蓄積結構狀態(tài)和演變規(guī)律，有助于預判林分生長趨勢、確定林分間伐強度和調(diào)整林分結構。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

萬掌山林場(22°33′7″～23°0′23″N，100°29′54″～101°6′56″E)位于云南南部普洱市思茅區(qū)，現(xiàn)有林地面積17 440 hm2，林場管護區(qū)內(nèi)最高海拔2 010 m，最低海拔570 m，相對高差1 440 m。該區(qū)域屬低緯山地南亞熱帶高原性季風氣候區(qū)，年平均氣溫19.4 ℃，最冷月平均氣溫10.5 ℃，最熱月平均氣溫22.7 ℃，≥10 ℃活動積溫6 302 ℃，無霜期318 d；年均降雨量1 340.9 mm，相對濕度87%，雨水充足，氣候濕潤。思茅松林大多數(shù)為純林，伴生樹種在林分內(nèi)所占的比重小，林中常見的樹種主要有紅錐(Castanopsishystrix)、短剌栲(C.echidnocarpa)、杯狀栲(C.calathiformis)、西南木荷(Schimawallichii)、西南樺(Betulaalnoides)等，林下多見密花樹(Myrsineseguinii)、銀柴(Antidesmaspp.)、余甘子(Phyllanthusemblica)、算盤子(Clochidionspp.)、水錦樹(Wendlandiaspp.)、崗柃(Euryaspp.)、野牡丹(Melastomaspp.)、斑鳩菊(Vernoniaspp.)、粽葉蘆(Thysanolaenamaxima)、山菅蘭(Dianellaensifolia)、白花蛇舌草(Hedyotisdiffusa)、紫莖澤蘭(Ageratinaadenophora)等植物。土壤主要為赤紅壤、紅壤和紫色土。

1.2 樣地設置與調(diào)查

2018年對云南省普洱市思茅區(qū)萬掌山林場8、11、15 a思茅松人工林進行調(diào)查，在3種林齡的思茅松林分中各設置15塊樣地，共計45塊，樣地大小為20 m×20 m。調(diào)查記錄每塊樣地的基本情況，包括海拔、坡向、坡度和土壤等因子；對樣地內(nèi)林木進行每木檢尺，實測胸徑、樹高、冠幅和郁閉度等因子。用圍尺測量胸高直徑，精確至0.1 cm；連接多根短測桿以延長其高度并舉至與樹同高，計算測桿總長作為樹高，精確到0.1 m；用皮尺分別測量南、北向冠幅，精確到0.1 m；采用目測法調(diào)查郁閉度，記載到小數(shù)點后2位。

1.3 數(shù)據(jù)處理

利用各樣地調(diào)查數(shù)據(jù)，計算其胸徑、樹高的平均數(shù)、標準差、變異系數(shù)以及偏度、峰度，以及各樣地株數(shù)密度、郁閉度、蓄積量等。

胸徑以2 cm為間距，采用上限排外法劃分徑階，并按徑階統(tǒng)計株數(shù)、蓄積量(m3/hm2)、平均單株蓄積(m3/株)、累積蓄積量(m3/hm2)等。

以林分平均直徑1個徑階以上的林木為優(yōu)良木，平均直徑1個徑階以下的林木為被壓木進行量化分級，優(yōu)良木為5級分類法中的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級木，被壓木為Ⅳ級和Ⅴ級木。按林木分級類別統(tǒng)計其株數(shù)、蓄積量。

調(diào)查數(shù)據(jù)采用Excel進行統(tǒng)計分析和柱狀圖、散點圖的繪制。采用思茅松二元材積公式[25]V=0.000 075 592 9D1.941 31H0.823 88計算單株材積。

2 結果與分析

2.1 幼、中齡林林分郁閉度

調(diào)查樣地分布于海拔1 300～1 500 m之間，處于不同的坡位和坡向，所有樣地林分郁閉度都在0.7以上，其中郁閉度在[0.70～0.80]區(qū)間的林分占調(diào)查樣地數(shù)40%，郁閉度0.80以上的占調(diào)查樣地數(shù)60%，林分生長正常。各林地撫育措施不盡相同，現(xiàn)有保存密度、郁閉度也存在差異： 8、11 a林分密度相對較大，期間未進行過人為干預，其郁閉度0.80以上樣地占比分別為80%、100%，表現(xiàn)出林齡大的林分其郁閉度大的特點；15 a林分幼林期曾進行過撫育間伐(間伐強度為20%)，現(xiàn)林分郁閉度相對較小，其郁閉度0.80以上樣地占比為0%(表1)。

表1 林分郁閉情況Tab.1 Forest canopy closure 塊

2.2 直徑結構特征

林分直徑分布是林分中林木株數(shù)在徑階上的分配，是最重要、最基本的林分結構。思茅松幼、中齡林林分直徑分布范圍較大，立木最小胸徑為2 cm，最大胸徑為24.2 cm。從直徑分布特征因子(表 2)可看出：8 a思茅松林分平均直徑為9.7 cm，最大胸徑為17.3 cm，最小胸徑為2 cm，變異系數(shù)為23.51%，直徑偏度系數(shù)為-0.077 2，峰度系數(shù)為-0.034 6；11 a思茅松林分平均直徑為9.3 cm，最大胸徑為18.3 cm，最小胸徑為3 cm，變異系數(shù)為23.50%，直徑偏度系數(shù)為0.196，峰度系數(shù)為-0.009 3；15 a思茅松林分平均胸徑為12.5 cm，最大胸徑為24.2 cm，最小胸徑為5.6 cm，變異系數(shù)為22.26%，直徑偏度系數(shù)為0.213 2，峰度系數(shù)為0.055 7。從3種不同的幼、中齡林林分直徑的變化來看，其極差在15.3～18.6 cm之間，變異系數(shù)在22.26%～23.51%之間，各林分的極差和變異系數(shù)均較大。

表2 林分直徑分布特征因子Tab.2 Characteristic factors of stand diameter distribution

思茅松人工林幼、中齡林林分中包含徑階株數(shù)序列的特征，是以林分平均直徑為中心的概率對稱分布，其林分直徑分布接近正態(tài)分布(圖1)。8 a思茅松人工林直徑分布曲線呈單峰左偏(偏度<0)，峰值出現(xiàn)于平均直徑9.7 cm的位置，并以此為中心向兩側遞減，且株數(shù)下降較快，曲線較陡(峰度<0)；11 a林分直徑分布曲線呈單峰右偏(偏度>0)，峰值為9.3 cm，并以峰值為中心向兩側株數(shù)遞減，且下降較快，曲線較陡(峰度<0)。15 a思茅松人工林直徑分布曲線呈現(xiàn)單峰右偏(偏度>0)且峰值偏移至大徑階區(qū)，在平均直徑12.5 cm時達到最大，并以此為中心向兩側逐步遞減，但曲線下降較平緩(峰度>0)。8、11 a林分以8、10、12 cm徑階的林木個體數(shù)量最多，15 a林分以10、12、14、16 cm徑階的林木個體數(shù)量最多，林木數(shù)量向中心徑階兩側依次遞減。

圖1 思茅松幼、中齡林林分直徑分布注：ˉD為林分平均直徑Fig.1 Frequency distribution of diameter classes in young and middle-aged forests of P.kesiya var.langbianensis

表3 思茅松幼、中齡林不同直徑林木百分數(shù)Tab.3 Proportion of number of stands in young and middle-aged P.kesiya var.langbianensis forest

2.3 樹高結構特征

林木個體受遺傳品質(zhì)和立地條件的影響，高生長速度不同，形成樹高大小差異及不同層次的林分。幼、中齡林中優(yōu)良木占林分株數(shù)的85.8%～89.6%，被壓木占林分株數(shù)的10.4%～14.2%。8、11 a思茅松幼、中齡林優(yōu)良木(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級木)徑階≥8 cm，立木處于林冠上層，分別占林分株數(shù)的88.8%、85.8%；處于林冠下層的被壓木(Ⅳ、Ⅴ級木)徑階<8 cm，分別占林分株數(shù)的11.2%、14.2%(表4)。15 a思茅松優(yōu)良木(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級木)徑階≥10 cm，占林分株數(shù)的89.6%，立木處于林冠上層；被壓木(Ⅳ、Ⅴ級木)徑階<10 cm，占林分株數(shù)的10.4%，立木處于林冠下層，呈被壓狀態(tài)(表4)。在3種林齡思茅松林分中，直徑小的林木樹高生長量也小，隨著林木直徑生長的增加，樹高相應地增大(圖2)；思茅松林木樹高與直徑呈線性正相關(8、11、15 a林分其R2分別為0.974 4、0.976 9、0.946 3)，樹高分布亦如直徑分布一樣近似于正態(tài)分布。

表4 各林分“株數(shù)-樹高”結構狀態(tài)Tab.4 “Number of plants-tree height” structure status of various forest stands

圖2 思茅松幼、中齡林林分樹高曲線注：ˉD為林分平均直徑Fig.2 The curve of tree heights of various diameter stages of P.kesiya var.langbianensisyoung and middle-aged forests

2.4 株數(shù)-蓄積量結構特征

統(tǒng)計結果(表5、表6)顯示，思茅松幼、中齡林林分的蓄積量69.2%～72.0%分布在平均直徑以上的上層林木中，其余28.0%～30.8%分布在平均直徑以下的林木中。隨著林齡的增長，密度大的林分下層被壓木數(shù)量增大，林分中產(chǎn)生的死亡木也增多，這種特點在現(xiàn)有保存密度較大的11 a林分中尤為明顯。林分蓄積的生長量主要產(chǎn)生于上層林木(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級木)，被壓木(Ⅳ、Ⅴ級木)立木蓄積量僅占3.2%～4.8%。3種林分中材積的增長和積累不是均勻分布在各林木個體和各徑階中，而是形成各徑階“株數(shù)-蓄積量”的非均衡結構。在3種林齡林分中，隨著徑階增大，平均單株材積遵乘冪函數(shù)(8、11、15 a林分其R2分別為0.997 9、0.998 7、0.999 9)單調(diào)遞增，但單株材積太大或太小的林木株數(shù)都較少(圖3a)。蓄積在不同徑階中的分布則近似于鐘形，但與直徑分布相比其峰值的出現(xiàn)都有所滯后，8、11、15 a林分蓄積量最大值分別出現(xiàn)在12、10、14 cm徑階(圖3b)，這是因為蓄積除受與之呈正相關的單株材積影響外，還受隨徑階增大而減少的林木株數(shù)影響。隨徑階增大，蓄積量累積速度呈現(xiàn)“慢-快-慢”的規(guī)律性變化，蓄積累積曲線呈“S”形(圖3c)。

表5 各林分“株數(shù)-蓄積量”的結構狀態(tài)Tab.5 The structure status of “number of plants-stock volume” of various forest stands

表6 思茅松幼、中齡林林分不同類型林木蓄積量及其占比Tab.6 Proportion of stand volume of P.Kesiya var.langbianensis young forest and middle-age forest

圖3 思茅松幼、中齡林林分各徑階的蓄積分布注：ˉD為林分平均直徑

3 討論與結論

森林結構泛指不同植物種類和大小的空間配置與分布，而林分結構則是森林結構的基本單元[23]。 森林結構由空間結構(林木的點格局及其屬性的空間分布)和非空間結構(林分密度、樹種組成、直徑分布、樹高分布、樹種多樣性及林分活力等)構成，非空間結構的分析方法均以指數(shù)即單值形式表達林分單方面的結構特征,描述的是林分特征的一種平均狀態(tài),這種狀態(tài)常與個體空間屬性無關，即忽略了林分中個體大小的變化以及不同樹種在林地上的空間分布[26]。這些簡單的平均數(shù)量特征雖然很難對復雜的森林結構做出較為完整的描述和判斷，但是因其數(shù)據(jù)較易獲取，同時很容易與森林經(jīng)營活動相聯(lián)系，因而在森林經(jīng)營管理中被廣泛使用。尤其是對于人工林純林來說，其空間結構特別是林木大小的水平、垂直分布變異性較小，明顯有別于其它森林，可用林分非空間結構變量來表征人工林純林林分特征的平均狀態(tài)，以此作為制訂森林經(jīng)營管理措施的參考。

45塊思茅松人工林樣地皆為純林，林層較為簡單，由上、下2個亞林層構成，優(yōu)良木處于林分上層，被壓木處于林分下層。林分平均直徑以下的林木株數(shù)與平均直徑以上的株數(shù)總的來說大致各占50%。徑階株數(shù)序列特征是以林分平均直徑為中心的概率對稱分布。林分蓄積結構中，下層木蓄積量占比小，低于林分蓄積量的30%，上層木產(chǎn)生的蓄積量大，可占林分蓄積量的70%以上。采用徑階分級“刻劃”思茅松林分株數(shù)-蓄積量結構，能較好地描述林分蓄積量結構狀態(tài)。這與張裕農(nóng)等[27]研究結果不盡相同，不同之處主要是因為平均直徑取值不同所致，本研究中為算術平均值而非林分平方平均直徑。

8、11、15 a思茅松人工林其樹高生長量、蓄積量隨林齡增加而增加(圖2、圖3c)；平均單株材積亦隨林齡增加而增加(8、11、15 a林分其值分別為0.037 6、0.041 3、0.087 9 m3)；胸徑生長在不同林齡、密度、立地條件的林分間皆有差異，且其生長受密度效應影響較大，表現(xiàn)為11 a林分平均胸徑小于8 a林分。3個林齡思茅松人工林的生長速度都較快，這是因為思茅松較為速生的生長特性使然，按10 a齡級劃分，3種林分正處于幼齡林后期至中齡林中期，此期間思茅松林木生長速度處于快速增長時期。

林木個體受遺傳、立地條件和種植密度等因素的影響，生長過程中樹高、胸徑產(chǎn)生大小差異，在林分中形成優(yōu)良木或被壓木，優(yōu)良木在生長過程中總是不斷地分化和演替，或分化為被壓木生長衰退而死亡[28]，其數(shù)量隨時間的轉移而產(chǎn)生變化，這就是林木的自然稀疏過程。對人工林進行適時撫育間伐，有利于促進優(yōu)良木生長，形成整齊林相，保持良好的林分衛(wèi)生條件，減少病腐木，提高人工林質(zhì)量與產(chǎn)量。8、11 a未間伐林分在幼、中齡林交接期郁閉度較高，林木生長競爭激烈、個體分化程度大，宜及時開展撫育間伐，這與劉永剛等[29]研究結果相一致。

密度與林木生長、林分蓄積結構相互關聯(lián)。幼林期造林密度對林木胸徑、樹高等生長作用不太明顯，但隨著林齡的增加，林木之間的生長競爭日趨激烈，林分密度對林木生長的影響逐漸增加。在同等條件下，胸徑隨密度的增加而減小[30]，密度大的林分年平均直徑生長量小[31]，不同密度對思茅松樹高、胸徑和單株材積影響極顯著[32]。8、11、15 a林分間其樹高、胸徑、材積生長差異充分反映了密度效應作用下的思茅松生長特點：3種密度的林分中，密度從大到小排序為11 a(3 413株/hm2)、8 a(2 917株/hm2)、15 a(2 258株/hm2)，平均胸徑、樹高及平均單株材積從大到小排序皆是15、8、11 a，表現(xiàn)出與密度的負相關效應。此外，隨著林齡的增加，林木之間的生長競爭日趨激烈，林分密度對蓄積增長的影響逐漸增加。這種影響主要體現(xiàn)在單株材積隨徑階變化的乘冪式增長導致的林木大小分化及被壓木淘汰后林木株數(shù)的減少，但總體上遵循株數(shù)遞減、總蓄積“S”形增長的規(guī)律，這種規(guī)律性變化至少能保持到成熟林時期。

除密度因素外，人為干預如幼林期施肥對林木樹高、直徑生長影響也較為顯著[33]，揭示了除密度調(diào)控手段外，可通過林地施肥以促進思茅松林木生長。

綜上所述，8、11、15 a 思茅松人工林正處于快速生長期，但分別處于不同的林分生長狀態(tài)：15 a林分曾進行過1次撫育，通過撫育間隔期的生長，其林木近似對稱地分布在平均胸徑兩側，林木雖有分化但不劇烈；8 、11 a林分林木分化較15 a林分劇烈，尤其是11 a林分，其林木分化劇烈，被壓木生長量甚微，瀕臨死亡，另外，8 a林分亦處于分化調(diào)整期，林木開始劇烈分化，宜對此2種林齡的林分及時開展撫育間伐。