王睿照，毛沂新，張慧東，潘文利，李慶軍

(1.遼寧省林業(yè)科學(xué)研究院，遼寧 沈陽(yáng) 110032；2.遼寧省高速公路運(yùn)營(yíng)總公司葫蘆島分公司，遼寧 葫蘆島 125000)

蒙古櫟Quercusmongolica，殼斗科Fagaceae櫟屬Q(mào)uercus落葉喬木，是我國(guó)溫帶地區(qū)落葉闊葉林及針闊混交林的主要樹(shù)種，其環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、根系發(fā)達(dá)、材質(zhì)堅(jiān)硬，具有很高的經(jīng)濟(jì)和生態(tài)價(jià)值[1-2]，是珍貴樹(shù)種大徑材定向培育的主要對(duì)象[3]。遼寧省櫟類(lèi)林資源豐富，以櫟類(lèi)為主體的森林資源占全省森林資源的40%左右，是構(gòu)成遼寧省次生林資源的主要類(lèi)型，是維護(hù)區(qū)域木材安全和生態(tài)安全的重要保障[4-5]。但是，遼東山區(qū)現(xiàn)有的蒙古櫟林，多是以松屬、冷杉屬為主的針闊混交林遭受連續(xù)自然干擾和人為破壞后旱生演替形成[5]，林地生產(chǎn)力較低、干材形質(zhì)較差，且生態(tài)功能退化，其價(jià)值沒(méi)有獲得充分重視。目前遼東山區(qū)蒙古櫟次生林多以中、幼齡林為主[6]，種群年齡結(jié)構(gòu)不合理，其生態(tài)功能發(fā)揮受到制約，如何通過(guò)合理的森林經(jīng)營(yíng)活動(dòng)，調(diào)整林分群落結(jié)構(gòu)、完善生態(tài)功能、提高蒙古櫟林分質(zhì)量成為當(dāng)前亟待解決的科學(xué)問(wèn)題[7]。本研究通過(guò)對(duì)遼東山區(qū)蒙古櫟天然次生林林木生長(zhǎng)與結(jié)構(gòu)及生態(tài)因子特征的綜合分析，揭示影響蒙古櫟生長(zhǎng)的關(guān)鍵因子，為提高該區(qū)域蒙古櫟林地生產(chǎn)力、改善林分質(zhì)量提供科學(xué)參考。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于長(zhǎng)白山山脈向東南延伸的哈達(dá)嶺(鐵嶺西豐縣冰砬山國(guó)家森林公園)、龍崗山(本溪市桓仁縣老禿頂子國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū))以及千山(丹東市寬甸縣白石砬子國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū))山脈，該區(qū)屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候，年均氣溫5.2～6.0 ℃，年均降水量684～1394 mm(表1)。該區(qū)以坡地為主，且地勢(shì)陡峭，土壤多為暗棕壤和棕壤，土層普遍較薄。植被屬長(zhǎng)白植物區(qū)系，地帶性植被為以紅松Pinuskoraiensis為主的針闊混交林，現(xiàn)存天然林多是經(jīng)人為干擾后形成的次生闊葉林，主要樹(shù)種包括蒙古櫟、紫椴Tiliaamurensis、色木槭Acermono、裂葉榆Ulmuslaciniata、黃波羅Phellodendronamurense、核桃楸Juglansmandshurica、水曲柳Fraxinusmandshurica、白樺Betulaplatyphylla、碩樺B.costata、刺楸Kalopanaxseptemlobus等。

表1 研究區(qū)概況

2 研究方法

研究依托國(guó)家林業(yè)和草原局在遼東山區(qū)設(shè)立的冰砬山、白石砬子2個(gè)森林生態(tài)系統(tǒng)國(guó)家定位觀測(cè)研究站，選取遼寧東部山區(qū)由北向南冰砬山國(guó)家森林公園、白石砬子自然保護(hù)區(qū)、遼寧老禿頂子自然保護(hù)區(qū)3處蒙古櫟種群主要分布區(qū)，按照幼齡林、中齡林、成熟林設(shè)置1 200～3 600 m2的固定觀測(cè)樣地11塊，分別對(duì)林內(nèi)胸徑大于5 cm的林木進(jìn)行每木檢尺并定位，記錄樹(shù)種、胸徑、樹(shù)高等基本數(shù)據(jù)。同時(shí)調(diào)查林分基本情況，沿每塊樣地的對(duì)角線(xiàn)均勻布點(diǎn)(3點(diǎn))挖取土壤剖面，采集地表枯落物和0～10 cm、10～20 cm、20～40 cm以及>40 cm的土壤樣品，測(cè)定土壤理化性質(zhì)。

2.1 土壤樣品測(cè)定

用烘干法(105 ℃)測(cè)定土壤含水率。土樣經(jīng)雜物分離、風(fēng)干、磨碎后，過(guò)2 mm篩備用。有機(jī)碳采用重鉻酸鉀容量法-外加熱法測(cè)定；全氮采用半微量凱氏法測(cè)定；全磷采用HCl-H2SO4浸提，鉬銻抗比色法測(cè)定；速效磷采用鉬銻抗比色法測(cè)定；速效鉀采用火焰光度法測(cè)定；水解性氮采用堿解擴(kuò)散法測(cè)定。

2.2 數(shù)據(jù)分析

采用林分平均角尺度(W)、林分平均大小比數(shù)(U)、林分平均混交度(M)、林分平均密集度(C)等參數(shù)描述林分空間結(jié)構(gòu)[8]。結(jié)合3個(gè)研究區(qū)的定位監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，采用林分密度、平均胸徑、最大胸徑、徑階分布q值林分結(jié)構(gòu)參數(shù)指標(biāo)，土壤有機(jī)碳、全氮、全磷、全鉀、堿解氮、速效磷、速效鉀等土壤特征因子，對(duì)遼東山區(qū)天然蒙古櫟林的林分結(jié)構(gòu)特征和土壤養(yǎng)分特征進(jìn)行分析，對(duì)影響蒙古櫟生長(zhǎng)的林分結(jié)構(gòu)參數(shù)和土壤特征因子進(jìn)行主成分分析。

3 結(jié)果與分析

3.1 次生蒙古櫟林結(jié)構(gòu)參數(shù)

表征異齡混交林徑級(jí)結(jié)構(gòu)q值可作為評(píng)價(jià)林分是否需要經(jīng)營(yíng)的標(biāo)準(zhǔn)，一般認(rèn)為q值在1.2～1.5林分為理想的異齡林年齡結(jié)構(gòu)。遼東山區(qū)蒙古櫟次生林較多林分的q值低于1.2，說(shuō)明遼東山區(qū)蒙古櫟次生林林分的直徑分布需要調(diào)整。從圖1可以看出，不同林齡蒙古櫟次生林的株數(shù)分布特征均表現(xiàn)為正態(tài)分布，峰值隨林齡的增加逐漸向右移動(dòng)，表明遼東山區(qū)現(xiàn)有的蒙古櫟群落仍處于正向演替。

通過(guò)角尺度可以判別林木的水平分布格局，當(dāng)角尺度的平均值W取值范圍屬于[0.475，0.517]，為隨機(jī)分布；當(dāng)W>0.517，為聚集分布；當(dāng)W<0.475，為均勻分布。

圖1 不同林齡蒙古櫟群落林分直徑分布

從表2可以看出，不同地點(diǎn)的蒙古櫟次生林林分的水平分布大多表現(xiàn)為隨機(jī)分布，基本符合健康穩(wěn)定林分的要求。然而，采用經(jīng)典森林經(jīng)營(yíng)方法干擾后的蒙古櫟林表現(xiàn)為均勻分布，如冰砬山X2和老禿頂子的幼齡林L4；人為活動(dòng)強(qiáng)烈干擾的群落表現(xiàn)為聚集分布，如上肥地S3。對(duì)于林分水平分布格局不是隨機(jī)分布的林分則需要經(jīng)營(yíng)干預(yù)。遼東山區(qū)蒙古櫟成熟林的大小比數(shù)、混交度和密集度分別為0.466～0.508、0.444～0.681和0.505～0.854，平均角尺度、大小比數(shù)、混交度和密集度分別為0.504、0.503、0.662和0.600。

表2 遼東山區(qū)典型蒙古櫟林林分結(jié)構(gòu)參數(shù)

3.2 次生蒙古櫟林土壤養(yǎng)分特征

從圖2、3可以看出，遼東山區(qū)蒙古櫟成熟林土壤養(yǎng)分含量均顯著高于幼齡林、中齡林，其中成熟林0～10 cm、10～20 cm、20～40 cm土壤有機(jī)碳和全氮含量顯著高于幼、中齡林(P<0.05)，成熟林土壤中的水解性氮含量和速效鉀含量高于中齡林和幼齡林，并表現(xiàn)出隨著林齡的增加土壤養(yǎng)分含量逐漸增高。林地土壤養(yǎng)分的增加可能是隨著林齡增加，森林群落的樹(shù)種組成和各種凋落物歸還量增加，促進(jìn)了土壤營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的積累；而土壤營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的增加有利于群落植被的生長(zhǎng)發(fā)育，使得蒙古櫟林生態(tài)系統(tǒng)的養(yǎng)分循環(huán)過(guò)程表現(xiàn)為良性循環(huán)。

圖2 蒙古櫟次生林土壤有機(jī)碳和全氮含量特征

圖3 蒙古櫟次生林土壤水解性氮、速效鉀和全磷含量特征

3.3 蒙古櫟次生林林分特征指標(biāo)

結(jié)合遼東山區(qū)不同林齡天然蒙古櫟林種類(lèi)組成、林分結(jié)構(gòu)化參數(shù)、土壤養(yǎng)分及地形地貌等特征，篩選出指示蒙古櫟次生林生物量(櫟樹(shù)平均胸徑DBH)、林分空間結(jié)構(gòu)(徑階分布、角尺度)、群落樹(shù)種組成(混交度)和林地土壤養(yǎng)分等13個(gè)指標(biāo)，進(jìn)行主成分分析(表3)。

結(jié)果表明，第一主分量主要由土壤養(yǎng)分的全磷、水解性氮和反映林分結(jié)構(gòu)的混交度和角尺度等構(gòu)成，能夠解釋遼東山區(qū)蒙古櫟林分特征的45.16%；第二主分量主要由表示林地密集度和土壤速效磷含量構(gòu)成，能夠解釋遼東山區(qū)蒙古櫟林分特征的21.61%；第三主分量由坡度和土壤含水率構(gòu)成，能夠解釋遼東山區(qū)蒙古櫟林分特征的12.74%；第一主分量、第二主分量和第三主分量累計(jì)可解釋遼東山區(qū)蒙古櫟林分特征的79.50%。

表3 遼東山區(qū)典型蒙古櫟林PCA分析特征指標(biāo)

4 結(jié) 論

林分的空間結(jié)構(gòu)特征體現(xiàn)了樹(shù)木在林地上的分布格局及其在空間上的排列方式[9]，對(duì)一個(gè)發(fā)育完善的頂極群落而言，其優(yōu)勢(shì)樹(shù)種總體呈現(xiàn)隨機(jī)分布格局，林木分布格局的隨機(jī)性是判斷森林群落發(fā)育演替階段的重要方法[8]。遼東山區(qū)蒙古櫟成熟林群落角尺度、大小比數(shù)、混交度和密集度等結(jié)構(gòu)化參數(shù)的平均值分別為0.504、0.503、0.662和0.600，該結(jié)構(gòu)參數(shù)可作為遼東山區(qū)大徑階蒙古櫟林定向培育的模式林分參數(shù)。森林土壤受到土壤結(jié)構(gòu)、根系深度、土層特性、有效水分保持能力、土壤生物多樣性等方面的強(qiáng)烈影響，其N(xiāo)、P、K、pH值等特征指標(biāo)能夠準(zhǔn)確反映生態(tài)系統(tǒng)功能變異性，可反映土壤的肥力狀況和養(yǎng)分供給的能力[10]，遼東山區(qū)蒙古櫟林群落的土壤養(yǎng)分總體表現(xiàn)出隨林齡增加而增加，成熟林的土壤有機(jī)碳和全氮含量均顯著高于幼齡林和中齡林。基于遼東山區(qū)蒙古櫟林群落組成特征、林分結(jié)構(gòu)參數(shù)和環(huán)境因子特征等觀測(cè)指標(biāo)的主成分分析結(jié)果，初步將調(diào)整林分水平分布及混交度、增加林地土壤養(yǎng)分等技術(shù)措施作為遼東山區(qū)大徑階蒙古櫟林定向培育技術(shù)的集成措施。