陳 哲,魏浩亮,周慶營,王海東,丁萬林,李艷茹,賈曉靜,徐 滿,王 超,陳 瑜,谷建才
(1. 河北農業(yè)大學 林學院,河北 保定 071000;2. 河北省木蘭圍場國有林場,河北 承德 068450;3. 新疆能源研究院有限公司,新疆 烏魯木齊 830000)
大量學者研究了不同森林經營措施對林分結構的影響,其中以撫育間伐最多。撫育間伐是森林經營過程中至關重要的一種,是一種科學的森林經營措施。合理的撫育間伐可以改善林分結構,改變林內光照、溫度和水分,使保留木獲得更多的資源與生存空間,緩解種內競爭壓力,促進林木的生長結構和改善林分的直徑結構。關于撫育間伐對林分生長的研究有很多。趙衍征等[1]研究了不同撫育間伐強度的天然落葉松次生林的水平結構,結果得出中度間伐強度(35.5%)下,單株平均蓄積量、樹高年均生長量以及胸徑年均生長量均大于弱度和強度撫育間伐。李杰茹等[2]對不同間伐強度銳齒櫟天然林的生長進行了研究,結果顯示,撫育間伐促進了銳齒櫟林胸高斷面積和蓄積量的生長,且以間伐強度5%的促進效果最佳。賈忠奎等[3]按照3 種不同間伐強度研究了華北落葉松人工林的生長狀況,結果得出38.6%間伐強度的林分生產力最高。張培等[4]研究了油松人工林撫育間伐對林木生長的影響,結果發(fā)現撫育間伐能明顯促進林分的胸徑和單株材積的增長,林分處于生長旺盛期時對樹高的促進效果最明顯。撫育間伐可以通過有選擇性地伐除長勢不良的林木,進而對林分的直徑結構進行調整。鄭鳴鳴等[5]研究了不同撫育間伐強度下的杉木中齡林的直徑結構變化,結果得出間伐能使林木向大徑階方向發(fā)展,并且隨著間伐強度的增大,大徑階林木株數增多。馬雙驕等[6]研究了撫育間伐對水曲柳天然林直徑結構的影響,結果發(fā)現間伐后的小徑階林木數量減小,中徑階林木數量明顯增加,而且間伐與對照的直徑結構分布均符合近正態(tài)分布。朱子卉等[7]以落葉松云冷杉混交林為研究對象,利用Weibull 分布曲線研究了不同擇伐強度的混交林徑階結構的變化,結果表明未擇伐樣地與中度擇伐樣地Weibull 分布曲線呈右偏,表明了中小徑階林木居多,輕度和強度擇伐樣地Weibull 分布曲線呈左偏,表明了大徑階林木居多。
華北落葉松Larix principis-rupprechtii是華北地區(qū)主要的造林樹種,華北落葉松干形圓滿通直,是很好的用材樹種,而且華北落葉松適應能力強,其耐干旱、耐嚴寒的能力很強,并且具有水土保持和防風固沙的能力。但由于沒有進行合理的經營,導致林分質量下降,林分穩(wěn)定性差,生態(tài)效益沒有得到充分的發(fā)揮。因此合理的經營對提高華北落葉松林分生產力、生態(tài)效益等具有重要意義。本研究以華北落葉松人工林為研究對象,采用不同強度的間伐處理,分別在伐后1 a、伐后3 a、伐后5 a、伐后7 a 對林分生長和徑級結構進行定期觀測,探究撫育間伐對林分生長和徑級結構的影響,以期為華北落葉松人工林的經營管理提供理論依據。
研究區(qū)位于河北省木蘭圍場國有林場轄區(qū)的五道溝分場,地理坐標為41°52′~42°01′N、116°49′~116°59′E,地處圍場縣西北部,地勢西北高東南低,海拔為1 000 ~1 880 m,屬于大陸性季風型山地氣候。冬季酷寒干燥,夏季涼爽無暑熱,春秋兩季多風沙,晝夜溫差大。年均氣溫為4℃,年均降水量為380 ~560 mm,土壤多為壤土、褐土、風沙土等。主要喬木樹種為華北落葉松、油松Pinus tabuliformis、白樺Betula platyphylla、柞樹Quercus mongolica、云杉Picea asperata、五角楓Acer elegantulum等。林區(qū)內有高等維管植物600 多種,林下植物有并頭黃芩Scutellaria scordifolia、斑葉堇菜Viola variegata、唐松草Thalictrum aquilegiifolium、林地老鸛草Geranium wilfordii、鵝觀草Roegneria kamoji等。
2013 年選擇林分生長狀況、地形、海拔、坡位、坡向、坡度、土壤類型等立地條件相對一致,林分密度相差不多,林齡為36 a 的華北落葉松人工林為研究對象,按對照(CK)、22%間伐、38%間伐對林分進行撫育間伐處理,按照伐密留疏、留優(yōu)去劣的原則,伐除被壓木、瀕死木、枯立木以及干形不良的干擾木。設置標準地大小為30 m×30 m,每個處理3 次重復,共設置9 塊樣地,記錄各標準地的地形、海拔、坡位、坡度、坡向等立地因子,分別于伐后1 a、伐后3 a、伐后5 a、伐后7 a 對各標準地進行胸徑、樹高等指標的測定。具體調查方法為對樣地內的林木在胸徑位置進行標號,對胸徑≥5 cm 的林木進行每木檢尺,測定林分的胸徑、樹高、冠幅等林分因子,使用胸徑尺對樣地內林木胸徑進行調查與記錄,使用測高儀對樣地內林木樹高進行調查與記錄,樣地基本信息如表1 所示。
表1 樣地基本情況Table 1 Basic situation of the sample plots
采用河北省一元材積表進行林分單株材積、蓄積量的測定。胸高斷面積計算公式為:
式中:yt為調查指標末期值;yt-n為調查指標初期值;n為調查間隔年數。
林分生物量計算公式[8]為:
將林木胸徑按照2 cm 一徑階進行整化,利用Forstat 軟件計算林分的直徑分布特征,包括直徑分布的偏度系數和峭度系數,并采用正態(tài)分布、Weibull 分布、對數正態(tài)分布、Logistic 分布、伽瑪分布共5 種概率密度函數進行直徑結構的擬合,選擇出對各處理樣地直徑結構擬合效果最好的分布函數。
采用Excel 2016 軟件進行數據處理,SPSS 23.0 軟件進行單因素方差分析,Forstat 數據分析軟件進行直徑分布特征的分析以及直徑結構的擬合。
3.1.1 撫育間伐對胸徑生長的影響
不同間伐強度下胸徑生長隨著時間的變化情況如表2 所示。不同間伐強度林分生長情況有差異,各樣地平均胸徑隨著時間變化都呈現不同程度的增長。各撫育間伐樣地胸徑年均生長量由大到小依次為38%間伐(0.523 cm)>22%間伐(0.432 cm) >CK(0.343 cm),22% 間 伐 和38%間伐分別比對照樣地高了0.089、0.180 cm。對照和38%間伐樣地年均生長量呈顯著差異(P<0.05),對照和22%間伐間無顯著差異(P>0.05),22%間伐和38%間伐間也無顯著差異(P>0.05),隨著間伐強度的增加,胸徑年均生長量呈現增加的趨勢。不同撫育間伐處理胸徑年均生長率由大到小依次為38%間伐(3.082%)>22%間伐(2.664%)>CK(2.342%)。隨著撫育間伐強度的增加,胸徑年均生長率呈現增加的趨勢。由此可知,撫育間伐能促進林木胸徑的生長。撫育間伐減小了林分密度,使林木生長空間得到釋放,緩解競爭壓力,改善了林內光照條件,促進了林木生長發(fā)育。
表2 不同撫育間伐強度下胸徑的生長狀況?Table 2 Growth status of diameter at breast height of different tending and thinning forests
3.1.2 撫育間伐對樹高生長的影響
不同撫育間伐處理下樹高生長變化情況如表3 所示。由表3 可知,年均生長量由大到小分別為38%間伐(0.295 m)>22%間伐(0.285 m)>CK(0.260 m),其中22%間伐樹高年均生長量高于對照0.025 m,38%間伐高于對照0.035 m,隨著間伐強度的增加,樹高年均生長量呈現增加的趨勢。不同撫育間伐處理下樹高年均生長率由大到小為38%間伐(1.936%)>22%間伐(1.917%)>CK(1.869%),樹高年均生長率呈現增加的趨勢,但方差分析表明,各處理樣地年均生長量均無顯著性差異(P>0.05),所以撫育間伐對林分樹高生長變化無明顯影響。
表3 不同撫育間伐強度下樹高的生長狀況Table 3 Growth status of tree height with different tending and thinning intensities
3.1.3 撫育間伐對單株材積生長的影響
不同撫育間伐處理下的單株材積生長變化如表4 所示。由表4 可知,年均生長量由大到小分別是38%間伐(0.011 7 m3)>22%間伐(0.008 0 m3)>CK(0.006 2 m3),22%間伐高于對照0.001 8 m3,38%間伐高于對照0.005 5 m3,隨著間伐強度的增加,單株材積年均生長量呈現增加的趨勢。年均生長率也呈現相同的變化趨勢,不同撫育間伐處理年均生長率由大到小分別是38%間伐(7.937%)>22%間伐(6.250%)>CK(5.581%)。隨著撫育間伐強度的增加,單株材積年均生長率呈現增加的趨勢。由此可見,撫育間伐有利于單株材積的生長,且隨著撫育間伐強度的增加,促進效果也增加。
表4 不同撫育間伐強度下單株材積的生長狀況Table 4 The volume growth of individual plants with different tending and thinning intensities
3.1.4 撫育間伐對蓄積生長的影響
撫育間伐后,林分的蓄積量減小,減少的原因是蓄積量受林分密度和單株材積的影響[11],而在間伐前期,撫育間伐強度過大,導致林分密度減小很多,雖然單株材積增加了,但林分密度過小,導致間伐樣地蓄積量不如對照。不同撫育間伐強度蓄積量變化情況如表5 所示。22%間伐、38%間伐蓄積年均生長量分別為對照的83.7%、75.0%,年均生長率大小表現為CK(4.223%)>38%間伐(4.170%)>22%間伐(4.014%),間伐后蓄積年均生長量和年均生長率呈現減少的趨勢。
表5 不同撫育間伐強度下蓄積的生長狀況Table 5 The accumulation and growth status of forests with different tending and thinning intensities
從時間變化來看,從伐后1 a 到伐后3 a,對照樣地的蓄積量增長了11.9%,伐后3 a 到伐后5 a增長了7.6%,伐后5 a 到伐后7 a,增長了7.2%;從伐后1 a 到伐后3 a,22%間伐的蓄積量增長了5.7%,伐后3 a 到伐后5 a 增長了9.2%,伐后5 a到伐后7 a 增長了10.4%;從伐后1 a 到伐后3 a,38%間伐的蓄積量增長了6.3%,伐后3 a 到伐后5 a 增 長 了9.2%,伐 后5 a 到 伐 后7 a 增 長 了10.8%,隨著時間的延長,間伐樣地蓄積量增長速度逐漸加強,而對照樣地呈現逐漸減小的趨勢,說明間伐短期不能看出撫育間伐的作用,撫育間伐對蓄積量的影響是隨著時間的延長而逐漸顯現的,所以撫育間伐效果還需要進行長期的動態(tài)監(jiān)測。
3.1.5 撫育間伐對胸高斷面積生長的影響
胸高斷面積受林木株數和胸徑的影響。由表6 可知,間伐樣地胸高斷面積小于對照樣地,年均生長量、年均生長率從大到小依次為CK >22%間伐>38%間伐,隨著撫育間伐強度的增加,胸高斷面積年均生長量和年均生長率指標呈現減小的趨勢。
表6 不同撫育間伐強度下胸高斷面積的生長狀況Table 6 Growth status of the sectional area of forests with different tending and thinning intensities
從時間動態(tài)方面來看,從伐后1 a 到伐后3 a,對照樣地的胸高斷面積增加了9.0%,伐后3 a 到伐后5 a 增加了5.6%,伐后5 a 到伐后7 a 增加了4.8%;從伐后1 a 到伐后3 a,22%間伐的胸高斷面積增加了3.2%,伐后3 a 到伐后5 a 增加了7.1%,伐后5 a 到伐后7 a 增加了7.9%;從伐后1 a 到伐后3 a,38%間伐的胸高斷面積增加了2.3%,伐后3 a 到伐后5 a 增加了4.4%,伐后5 a 到伐后7 a 增加了8.0%。由此可以看出,隨著時間的延長,對照的胸高斷面積增長率逐漸減小,22%間伐、38%間伐的胸高斷面積增長率逐漸增加。
3.1.6 撫育間伐對林分生物量和碳儲量的影響
隨著時間的延長,各處理樣地林分生物量和碳儲量(表7、8)呈現增加的趨勢,林分生物量和碳儲量年均增長量由大到小依次為CK >22%間伐>38%間伐,年均增長率由大到小依次為CK >38%間伐>22%間伐。間伐后林分生物量和碳儲量年均增長量和年均增長率呈現減少的趨勢。
表7 不同撫育間伐強度下林分生物量的生長狀況Table 7 The biomass growth status of forests with different tending and thinning intensities
從時間變化來看,從伐后1 a 到伐后3 a,對照樣地的林分生物量和碳儲量都增加了11.9%,伐后3 a 到伐后5 a 增加了7.6%,伐后5 a 到伐后7 a增加了7.2%;從伐后1 a 到伐后3 a,22%間伐增加了5.6%,伐后3 a 到伐后5 a 增加了9.2%,伐后5 a 到伐后7 a 增加了10.4%;從伐后1 a 到伐后3 a,38%間伐分別增加了6.2%,伐后3 a 到伐后5 a 增加了9.2%,伐后5 a 到伐后7 a 增加了10.8%。由此可見,隨著時間的延長,對照林分生物量和碳儲量的增長率一直在減少;而22%間伐和38%間伐林分的生物量和碳儲量的增長率卻呈現一直增加的趨勢,說明撫育間伐對林分生物量和碳儲量的生長有促進作用,而且隨著時間的增加促進作用更明顯。
表8 不同撫育間伐強度林分碳儲量的生長狀況Table 8 Growth status of carbon storage of forests with different tending and thinning intensities
3.2.1 撫育間伐對直徑分布特征的影響
按照2 cm 一個徑階對各處理樣地的直徑結構進行劃分,徑階范圍6 ~12 cm 屬于小徑階,14 ~24 cm 為中徑階,26 ~36 cm 屬于大徑階。直徑分布特征如圖1 所示。由圖1 可知,對照徑階范圍主要集中在6 ~22 cm,且隨著時間的延長,逐漸向中徑階方向偏移,中大徑階比例逐漸增大,小徑階比例逐漸減小;22%間伐徑階范圍主要集中在10 ~22 cm,直徑分布以中徑階比例最大,隨著時間的延長,大徑階林木逐漸顯現;38%間伐徑階范圍集中在12 ~22 cm,中徑階比例最大,且隨著時間的推移,小徑階比例越來越少,大徑階比例逐漸增加。對照林分主要集中在中小徑階,22%間伐和38%間伐林分主要集中在中徑階,小徑階比例小,說明撫育間伐促進了林木直徑向更高徑階方向移動。由圖2 所示,伐后7 a 胸徑≥26 cm 徑階林木比例為38%間伐(3.13%)>22%間伐(2.26%)>CK(2.23%),胸徑≤14 cm 徑階林木比例為CK(41.34%)>22% 間 伐(21.80%)>38% 間 伐(14.58%),隨著間伐強度的加大,林木向更大徑階方向偏移的程度增加,大徑階比例更大。
圖1 不同撫育間伐樣地不同生長階段徑階的分布Fig. 1 The distribution of diameters in different growth stages of different tending and thinning plots
圖2 伐后7 a 林分徑階分布Fig. 2 The distribution of forest stand diameter classes 7 years after thinning
由表9 可知,對照從伐后1 a 到伐后7 a 直徑分布的偏度和峭度都為負值,說明其直徑分布為左偏,中小徑階林木占比大,且分布比較分散。22%間伐從伐后1 a 到伐后7 a 直徑分布的偏度都為正值,說明其徑階分布為右偏,伐后1 a 直徑分布的峭度為負值,說明其直徑分布較分散;伐后3 a 到7 a 直徑分布的峭度均為正值,說明其直徑分布呈尖峰狀態(tài),分布集中。38%間伐從伐后1 a到伐后7 a 直徑分布的偏度均為正值,說明其徑階分布為右偏,峭度均為負值,說明徑階分布相對來說較分散。
表9 不同撫育間伐樣地不同生長階段的直徑分布特征Table 9 Diameter distribution characteristics at different growth stages of different tending and thinning plots
3.2.2 直徑分布的擬合與KS 檢驗
通過利用Forstat 軟件,采用正態(tài)分布、Weibull 分布、對數正態(tài)分布、Logistic 分布、伽瑪分布5 種概率密度函數對直徑結構進行擬合并進行KS 檢驗,對擬合結果進行分析。對照樣地直徑分布(表10)在各間伐年份均只符合正態(tài)分布。22%間伐(表11)在伐后1 a 直徑分布均符合5 種函數,且擬合效果由大到小依次為Logistic 分布>正態(tài)分布>伽瑪分布>對數正態(tài)分布>Weibull 分布;伐后3 a 直徑分布只符合對數正態(tài)分布和伽瑪分布,擬合效果為伽瑪分布>對數正態(tài)分布;伐后5 a 直徑分布均符合這5 種函數,擬合效果為對數正態(tài)分布>伽瑪分布>Weibull 分布>Logistic 分布>正態(tài)分布;伐后7 a 也只符合對數正態(tài)分布和伽瑪分布,擬合效果為對數正態(tài)分布>伽瑪分布。38%間伐(表12)在伐后1 a 直徑分布符合正態(tài)分布、Weibull 分布、對數正態(tài)分布、Logistic 分布4 種分布函數,且擬合效果為正態(tài)分布>Weibull 分布>Logistic 分布>對數正態(tài)分布;伐后3 a 直徑分布和伐后1 a 的直徑分布擬合效果一致;伐后5 a 直徑分布均符合這5 種函數,擬合效果為Weibull 分布>正態(tài)分布>對數正態(tài)分布>伽瑪分布>Logistic 分布;伐后7 a 直徑分布符合正態(tài)分布、Weibull 分布、對數正態(tài)分布、Logistic 分布4 種分布函數,且擬合效果為正態(tài)分布>Weibull 分布>對數正態(tài)分布>Logistic 分布。
表10 對照樣地不同生長階段的直徑分布KS 檢驗Table 10 KS test of diameter distribution at different growth stages of the control plot
表11 22%間伐樣地不同生長階段的直徑分布KS 檢驗Table 11 KS test of diameter distribution at different growth stages of the 22% thinning plot
表12 38%間伐樣地不同生長階段的直徑分布KS 檢驗Table 12 KS test of diameter distribution at different growth stages of the 38% thinning plot
通過時間的動態(tài)研究發(fā)現,對照直徑分布以正態(tài)分布擬合最佳;22%間伐直徑分布采用對數正態(tài)分布擬合最好,其次是伽瑪分布;38%間伐直徑分布更符合正態(tài)分布,其次是Weibull 分布。
撫育間伐使林木株數減小,林分密度降低,進而使林分生長空間得到改善,林木資源利用程度增加,光照和水分利用更加充足,林木之間的競爭得到緩解[2],因而促進林分胸徑[12]、單株材積[13]等林分因子的生長。撫育間伐強度的不同,也會導致林分生長狀況的差異。撫育間伐能促進林分胸徑和單株材積的生長,撫育間伐后林分的胸徑和單株材積年均生長量和年均生長率都呈現增加的趨勢,而且隨著間伐強度的增大,促進效果越明顯,這與張培等[4]的研究結果一致。
不同撫育間伐樣地的樹高生長量變化不明顯,各處理樣地樹高年均生長量差異不顯著(P>0.05),撫育間伐后樹高年均生長量、年均生長率雖略有增大,但變化不明顯,說明撫育間伐對林分樹高的影響不大,林分樹高生長取決于林分的遺傳特性、立地條件及其相互作用[14]。
從伐后1 a 到伐后7 a 間伐樣地的蓄積量均低于對照,撫育間伐強度越大,林分蓄積量越小,這與包也等[15]的研究結果一致,原因是林分蓄積量受到林分密度和單株材積的影響,林木株數的減少過多導致林分蓄積量在短期內無法得到彌補[16]。關于撫育間伐對林分蓄積量的影響結論不一,張丹丹[17]研究了撫育間伐對杉木人工林在不同年份下的蓄積量變化,結果得出間伐有利于提高林分蓄積量。有研究表明,撫育間伐對林分蓄積量的影響是一個長期的過程,應該等到主伐時才能確定。本文中撫育間伐后林分的蓄積年均生長量和年均生長率均呈現減少的趨勢,這是因為撫育間伐前期由于間伐強度的增加,導致林分密度迅速降低,即使單株材積在撫育間伐后有提高,但是依然彌補不了林分密度降低導致的蓄積量的減少。但是隨著時間的延長,這種林分密度導致的削弱作用有減小的趨勢,間伐樣地蓄積增長率逐漸增大,而對照樣地蓄積增長率逐漸減小,說明撫育間伐對蓄積量的影響是一個長期的過程,隨著時間的延長,對蓄積量的影響逐漸顯現,促進效果也會越明顯[18]。
對照樣地的林分胸高斷面積以及年均生長量、年均生長率最大,原因可能是胸高斷面積受到林分密度和胸徑的影響,撫育間伐導致林分密度減小過大,林分密度導致的胸高斷面積的減小不足以彌補胸徑的增加導致的胸高斷面積的增大,因而間伐樣地的胸高斷面積減小,而且短期內胸高斷面積增長速度慢。但隨著時間的變化,對照樣地的胸高斷面積增長率逐漸減小,而間伐樣地增長率逐漸增大,而且隨著時間的延長,38%間伐增長率變化逐漸大于22%間伐,所以撫育間伐短期內可能看不出明顯的促進效果,需要經過長期的時間變化才能看出成效。
森林固碳能力的大小與碳儲量有很大的關系,而碳儲量的變化主要通過生物量來體現[19]。有研究表明,撫育間伐會降低林分喬木層碳儲量[20],間伐強度與碳儲量呈負相關,撫育間伐后,林木株數減少,當撫育間伐影響的單株生產力的提高不足以彌補林木株數的減少,就會使林分的生物量和碳儲量減少。也有研究表明撫育間伐會提高喬木層碳儲量,明安剛等[21]研究了不同間伐強度的馬尾松生物量和碳貯量的差異,研究發(fā)現各間伐強度的喬木層林分碳貯量都大于未間伐林分,說明撫育間伐能提高喬木層林分的碳貯量與生物量。可見關于撫育間伐對碳儲量和生物量的影響存在差異。本研究中對照林分生物量和碳儲量均高于間伐樣地,這與黃雪蔓等[22]、殷博等[23]的研究結果一致,隨著撫育間伐強度的增大,林分密度減小,導致喬木層生物量和碳儲量減少。各樣地林分生物量和碳儲量呈現相同的變化規(guī)律,年均增長量由大到小依次為CK >22%間伐>38%間伐,這是因為間伐后生物量和碳儲量不僅減少了,而且短期內增長速度較慢。但是隨著時間的延長,對照樣地林分生物量和碳儲量增長率一直在減小;22%間伐和38%間伐林分生物量和碳儲量增長率呈現一直增大的趨勢,這可能是因為雖然撫育間伐短期由于林木株數減少過大導致林分喬木層生物量和碳儲量減少過大,但撫育間伐后,林內生態(tài)環(huán)境得到改善,林木生長速度加快,林木的快速生長一定程度上彌補了林木株數減少導致的林分生物量和碳儲量的減少,因而隨著時間的變化,增長率也逐漸增大。所以撫育間伐對碳儲量和生物量的影響也需要長期的觀測。
間伐后林分密度的降低為保留木提供了較好的生存空間與資源,為林分蓄積量、胸高斷面積、生物量和碳儲量的生長提供了更好的條件。本研究觀測的是伐后1 a 到伐后7 a 的林分蓄積量、胸高斷面積、生物量和碳儲量的變化,相對來說觀測年限還是很少,林分蓄積量等可能受到樹種、林齡、間伐強度、立地條件以及伐后恢復期、間伐期長短等的影響,所以還需要進行更長時間的連續(xù)觀察、測量各間伐樣地蓄積量等林分因子的變化情況。
撫育間伐能改善林分結構,而直徑結構是林分結構中極其重要的一部分,合理的直徑結構能夠促進森林生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定。本研究通過對各處理樣地直徑分布特征的分析,以及對直徑分布進行5 種函數的擬合,結果得出撫育間伐有利于林分胸徑向更大徑階方向偏移,這與吳俊多等[24]的研究結果一致,其研究得出疏伐使直徑分布向大徑階方向移動,撫育間伐有利于培育大徑材林木[25],而且間伐強度的增大能促進林分向更高徑階移動。運用函數對各處理樣地直徑分布進行擬合并KS 檢驗,對照樣地均符合正態(tài)分布,這表明對照樣地的直徑分布趨于對稱分布;22%間伐以對數正態(tài)分布擬合效果最好,其次是伽瑪分布;38%間伐以正態(tài)分布擬合效果最好,其次是Weibull 分布,這可能是因為研究對象為人工同齡純林,所以直徑分布為中間徑階株數多,兩端徑階株數少,徑級結構符合趨于對稱的正態(tài)分布。
本研究只分析了各處理樣地伐后1 a 到伐后7 a 林分結構的變化,僅能說明短期內不同撫育間伐強度對華北落葉松人工林林分結構的影響,但撫育間伐對林分結構的影響是一個長期的變化的過程,要全面準確掌握撫育間伐對林分結構的影響,還需要進行更為長期的定期動態(tài)監(jiān)測。
撫育間伐促進了林分生長。撫育間伐后胸徑、單株材積年均生長量隨著撫育間伐強度的增大而增大,以38%間伐促進效果最顯著;撫育間伐對樹高生長無明顯影響;撫育間伐降低了林分蓄積量、胸高斷面積以及林分生物量和碳儲量,但隨著時間的延長,對照樣地林分蓄積量和胸高斷面積以及林分生物量和碳儲量的增長率逐漸減小,間伐樣地的增長率逐漸增大,說明撫育間伐對林分蓄積量、胸高斷面積以及林分生物量和碳儲量有促進作用。
撫育間伐改善了林分徑級結構。撫育間伐促進了林分直徑分布向右偏移,而且隨著撫育間伐強度的增大,向右偏移的程度也越大。對林分徑級結構進行函數擬合以及KS 檢驗,結果表明,對照直徑分布以正態(tài)分布擬合最佳;22%間伐直徑分布采用對數正態(tài)分布擬合最好,其次是伽瑪分布;38%間伐直徑分布更符合正態(tài)分布,其次是Weibull 分布。
為提高華北落葉松人工林林分生產力,綜合分析撫育間伐對各林分因子的影響程度,采用38%間伐,可提高林分生長,改善林分徑級結構,為華北落葉松人工林未來的直徑分布規(guī)律預測提供理論依據。