廖德志，陳明皋，吳際友，程勇，張珉，魏志恒，劉欲曉，單志毅，吳哲

（1湖南省林業(yè)科學(xué)院，長沙 410004；2攸縣林業(yè)局，湖南攸縣 412300；3攸縣黃豐橋國有林場，湖南攸縣 412307；4湖南匯智農(nóng)林工程咨詢設(shè)計(jì)有限公司，長沙 410004）

0 引言

樟樹(Cinnamomum carnphora)樟科樟屬植物，為亞熱帶常綠闊葉林的代表樹種,同時(shí)也是重要的材用和特種經(jīng)濟(jì)樹種，廣泛分布于中國長江流域以南各省市，在亞洲日本、越南等地亦有分布[1-2]。樟樹木材因其耐腐、防蟲、致密、有香氣等特性，被廣泛用于家具制作和工藝品雕刻[3],同時(shí)樟樹具有較高的觀賞和生態(tài)應(yīng)用價(jià)值[4-6]，常用作行道樹或者綠化景觀樹種。目前營造的樟樹人工林普遍存在林分生長參差不齊、生長速率較慢、出材率低等問題[7-8]。如何進(jìn)行森林經(jīng)營，改善林分結(jié)構(gòu)，提高林分生產(chǎn)力，培育直干型大徑材已經(jīng)成為樟樹人工林培育和改造的主要任務(wù)。

間伐是森林培育重要措施之一，科學(xué)合理的間伐可以調(diào)整林分密度，改善冠層營養(yǎng)空間，減少林木間競爭[9-11]，在促進(jìn)林木生長、優(yōu)化林分結(jié)構(gòu)、改變土壤理化性質(zhì)等方面發(fā)揮著重要作用[12-15]。因此，間伐對森林經(jīng)營具有重要的實(shí)踐意義，合理的間伐強(qiáng)度、間伐方式和間伐周期對實(shí)現(xiàn)森林可持續(xù)經(jīng)營具有重要實(shí)踐和理論意義。目前對樟樹撫育間伐的研究大多集中在林分生長、生產(chǎn)力以及土壤變化等方面，對林分結(jié)構(gòu)和林分生長的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律研究較少。本研究以16 a 生的樟樹人工林為研究對象，設(shè)置強(qiáng)度間伐（間伐40%）、輕度間伐(20%)和對照組（不間伐）3 組試驗(yàn)并設(shè)立固定觀測樣地，同時(shí)伐取解析木分析研究樟樹人工林生長過程，研究分析樟樹人工林間伐后林分結(jié)構(gòu)和林分生長的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律，探討樟樹人工林合理的撫育間伐強(qiáng)度，為樟樹人工林科學(xué)經(jīng)營提供理論依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

試驗(yàn)地位于湖南攸縣黃豐橋國有林場，地處113°34′—113°43′E，27°06′—27°04′N之間，屬于亞熱帶季風(fēng)濕潤氣候區(qū)，以中低山和丘陵為主，海拔115～1270 m，坡度15～35°之間；年平均氣溫17.8℃，極端最低溫度-11.9℃，極端最高溫度40℃；年平均無霜期為292 d，年平均日照時(shí)間為1612 h；年平均降水量1410.8 mm，每年的4—9 月為林木生長旺季。以2003人工栽培的香樟試驗(yàn)林為研究對象，試驗(yàn)林總面積達(dá)13.34 hm2，郁閉度為0.8，林木平均胸徑為16.8 cm，平均樹高為10.7 m，林冠下零星分布有東方金粟蘭(Chloranthus spicatus)、線蕨(Colysis elliptica)、烏毛蕨(Blechnum orientale)等植物。

2 材料與方法

2.1 試驗(yàn)方法

在林齡為16 a 的樟樹人工林內(nèi)，選取3 組立地條件一致的樟樹林分設(shè)置間伐試驗(yàn)，按照伐密留勻、留優(yōu)去劣的原則，對樟樹人工林進(jìn)行間伐。每組試驗(yàn)設(shè)置40%的強(qiáng)度間伐、20%的輕度間伐及對照3種間伐強(qiáng)度處理，采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，樣地大小為20 m×30 m，重復(fù)3次，并設(shè)立固定觀測樣地，共計(jì)設(shè)立9個(gè)固定觀測樣地。間伐前樣地基本情況見表1。

表1 樟樹間伐試驗(yàn)林樣地信息表

2.2 樣地調(diào)查

（1）2018 年8 月對現(xiàn)有樟樹中齡林（16 年生）進(jìn)行間伐前每木檢尺，記錄收集間伐前樣地?cái)?shù)據(jù)，依照樣地?cái)?shù)據(jù)確定間伐樟樹個(gè)體。

（2）伐后再進(jìn)行每木檢尺，整理間伐后樣地?cái)?shù)據(jù)。

（3）間伐生長1 年后（2019 年8 月）對間伐樣地進(jìn)行每木檢尺，收集整理樟樹生長數(shù)據(jù)。

（4）間伐生長2 年后（2020 年8 月）再次對樣地進(jìn)行每木檢尺，收集整理樟樹生長數(shù)據(jù)。

2.3 樟樹解析木測定

對間伐試驗(yàn)樣地進(jìn)行每木檢尺后，每個(gè)樣地選出生長正常，無病蟲害能代表林分生長水平的平均木2株作為標(biāo)準(zhǔn)木，共計(jì)6 株。用羅盤儀測定出解析木的根莖位置，確定胸徑及樹干南北方向，對標(biāo)準(zhǔn)木在離地10 cm處進(jìn)行機(jī)械伐倒并截取圓盤（為0號圓盤），第二塊圓盤在1.3 m出截取（為1號圓盤），之后按2 m為區(qū)分段在全株鋸取圓盤（為2、3、4…號）直至梢頂。將圓盤用塑料薄膜密封帶回實(shí)驗(yàn)室，將工作面進(jìn)行拋光磨平，判別各個(gè)圓盤的年輪，并用直尺分別測定東西、南北方向的生長輪寬度，根據(jù)樹木直徑生長規(guī)律繪制樹高生長曲線并得出各齡階樹高，利用區(qū)分段法計(jì)算各齡階去皮材積[16-18]。

2.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2003和SPSS 19.0 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與分析，采用單因素方差分析法和Duncan 多重比較法進(jìn)行分析。

將林木胸徑按照1 cm 一徑階進(jìn)行整化，采用Weibull 分布概率密度函數(shù)對3 組樣地全林分徑級結(jié)構(gòu)進(jìn)行擬合[19-21]，Weibull 分布概率密度函數(shù)見式。利用Origin 9.0 軟件對林分徑級結(jié)構(gòu)進(jìn)行參數(shù)擬合，采用卡方檢驗(yàn)法對擬合效果進(jìn)行檢驗(yàn)。

Weibull分布概率密度函數(shù)函數(shù)見式(1)。

式中，a為位置參數(shù)，b為尺度參數(shù)，c為形狀參數(shù)，x為林木胸徑頻度。

單株材積見式(2)。

式中，f3為實(shí)驗(yàn)形數(shù)值取0.4，V代表材積，g1.3表示胸高直徑處的橫截面積，h表示樹高。

林分蓄積：樣地所有立木單株材積之和。

3 結(jié)果分析

3.1 樟樹人工林生長過程解析

通過對樟樹標(biāo)準(zhǔn)木的樹干解析和樟樹年輪數(shù)據(jù)，分別推算樟樹胸徑、樹高和材積的生長過程，主要指標(biāo)包括單株樟樹胸徑、樹高、材積的連年生長量和平均年生長量，見圖1～3。

圖1 16年生樟樹人工林胸徑生長規(guī)律

圖2 16年生樟樹人工林樹高生長規(guī)律

圖3 16年生樟樹人工林單株材積生長規(guī)律

由生長曲線可知，樟樹人工林胸徑連年生長量從6年生時(shí)開始逐漸下降，到8年生時(shí)已低于平均年生長量，并且往后持續(xù)下降，到16 年生時(shí)連年生長量僅為0.80 cm；樹高生長量與胸徑生長量趨勢基本一致，但在4 年生時(shí)樹高連年生長量達(dá)到最高，6～12 年間平穩(wěn)增長，12 年生后樹高生長開始迅速下降；單株材積連年生長量在12 年生時(shí)達(dá)到最大，隨后開始平緩下降，到16年時(shí)平均單株材積達(dá)到了0.254 m3。根據(jù)結(jié)果可以看出樟樹人工林到12 a 生時(shí)林分生長受到影響，連年生長量持續(xù)下降，需要通過撫育間伐等森林經(jīng)營的方式改善林分結(jié)構(gòu)，恢復(fù)林分生長勢。

3.2 不同間伐強(qiáng)度樟樹林分胸徑生長差異

間伐試驗(yàn)后分別于2019年8月和2020年8月對間伐試驗(yàn)林進(jìn)行2 次調(diào)查，結(jié)果表明間伐后樟樹林分胸徑生長量與對照樣地相比顯著增大；具體數(shù)據(jù)見表2。間伐20%與間伐40%的樣地林分，間伐生長2年后平均胸徑增長分別增長了2.36 cm、2.84 cm，對照樣地間伐生長2 年后的林分平均胸徑增長僅為1.36 cm。同時(shí)對比由2018 年樟樹解析木所得的樟樹生長過程規(guī)律可見，15～16 a的連年生長量在0.80 cm左右，與對照平均胸徑年增量基本一致，可見間伐在短期內(nèi)確實(shí)起到了恢復(fù)林分長勢、促進(jìn)保留木生長的作用。

表2 樟樹間伐試驗(yàn)林胸徑增長對照表

3.3 不同間伐強(qiáng)度樟樹林分樹高、冠幅生長差異

2019 年8 月對間伐試驗(yàn)林進(jìn)行調(diào)查，間伐前后不同間伐強(qiáng)度樟樹林分樹高、冠幅生長差異如表3、4 所示；結(jié)果表明，間伐后樟樹人工林樹高生長量與對照組差異不顯著，與快速生長階段相比都處在相對較低的增長水平；而冠幅生長則顯示出顯著的生長差異，強(qiáng)度間伐后冠幅顯著增大，顯著大于輕度間伐和對照組，平均冠幅達(dá)3.8 m高出對照組31%。

表3 樟樹間伐試驗(yàn)林樹高增長對照表

表4 樟樹間伐試驗(yàn)林冠幅增長對照表

3.4 間伐后樟樹人工林徑級結(jié)構(gòu)變化

間伐采用去劣留優(yōu)的原則，伐除生長差的被壓木，干形差的曲干木，有病蟲害的病態(tài)木，通過對比間伐前、間伐后、間伐后1年和間伐后2年的林分徑階數(shù)據(jù)，采用Weibull 概率密度函數(shù)對3 組試驗(yàn)林分徑階結(jié)構(gòu)分布進(jìn)行擬合，擬合后的樟樹人工林徑階結(jié)構(gòu)分布變化情況如圖4、圖5和圖6所示。

圖4 間伐前后對照組徑階結(jié)構(gòu)變化

圖5 間伐前后輕度間伐組徑階結(jié)構(gòu)變化

圖6 間伐前后強(qiáng)度間伐組徑階結(jié)構(gòu)變化

結(jié)果表明，間伐前16 a 生樟樹人工林徑級為12～20 cm 的林木占到了林分的80%，間伐對照組在間伐試驗(yàn)實(shí)施后2 年Weibull 徑級分布曲線峰值位置基本不變，在17 cm 左右，峰值頻度有所下降，且整個(gè)曲線略微右移，上層林分頻度占比有所增加，表明上層林分仍然處在生長之中，但下層林分徑階頻度基本沒變，生長勢明顯不足，胸徑年增長不足0.5 cm的林木約占樣地總立木的25%。

輕度間伐（間伐20%）樣地在完成間伐后當(dāng)年，下層林分頻度減少，上層林分頻度略微增加，Weibull 分布曲線峰值基本不變在16 cm左右。間伐生長1 年后Weibull 徑級分布曲線整體向右移動(dòng)，且曲線走勢基本保持不變，表明間伐1 年后林分內(nèi)林木胸徑的整體增長，下層林分也表現(xiàn)出較高的生長勢。間伐生長2 年后Weibull徑級分布曲線的峰值右移，且頻度下調(diào)，下層林分增長有所下降，上層林分頻度略微增加。

強(qiáng)度間伐（間伐40%）樣地間伐完后，Weibull徑級分布曲線峰值（18 cm 左右）位置不變，但峰值頻度顯著升高，峰值左端徑級頻度降低，表明下層木被伐后，林分徑級頻度更為集中，在間伐生長1 年后林分Weibull徑級分布曲線峰值下降且位置右移，林分徑級峰值變?yōu)?1 cm，表明林分間伐后林分胸徑整體增長，但樟樹個(gè)體間的生長差異，使得單株徑級進(jìn)階快慢不一，使得原本較為集中的徑級分布出現(xiàn)分化。間伐生長2 年后曲線峰值再次向右移動(dòng)，并且峰值頻度有所提高，與前1 年相比曲線形狀基本一致，胸徑大于20 cm 的樟樹強(qiáng)度間伐樣地中達(dá)到了420 株/hm2占比47.7%，輕度間伐為285株/hm2占比27.2%，而對照組僅為165 株/hm2占比11.9%。強(qiáng)度間伐林分相比于輕度間伐林分表現(xiàn)出更加強(qiáng)力的生長勢，且第2 年沒有出現(xiàn)生長勢下降的情況，表明間伐帶來的林分生長勢恢復(fù)時(shí)效與間伐強(qiáng)度存在一定的相關(guān)性，不同間伐強(qiáng)度對樟樹人工林生長勢恢復(fù)時(shí)效長短需要進(jìn)一步觀測，這與董莉莉等[14]關(guān)于蒙古櫟撫育間伐的研究一致。

3.5 間伐后樟樹人工林蓄積量生長變化

不同間伐強(qiáng)度樣地內(nèi)蓄積量變化動(dòng)態(tài)見圖7和圖8。由圖7 可知，開展間伐之前3 組樣地的蓄積量在130 m3/hm2左右，間伐后當(dāng)年各間伐樣地蓄積量均有相應(yīng)程度的減小，在間伐后的2 年內(nèi)輕度間伐樣地和強(qiáng)度間伐樣的蓄積量都要小于間伐對照組，但間伐樣地的蓄積生長量顯著高于對照組樣地。間伐生長1年后輕度、強(qiáng)度間伐樣地蓄積增長量分別為21.33 m3/hm2和20.10 m3/hm2，高出對照組蓄積增長量15.32 m3/hm2的39.2%%和31.2%。間伐后第2年輕度間伐樣地的蓄積增長量與第1 年基本一致，而強(qiáng)度間伐樣地蓄積生長量相比第1年更高達(dá)到了25.50 m3/hm2，對照組蓄積量則增長量為18.34 m3/hm2。間伐2年后3組樣地的蓄積量分別為強(qiáng)度間伐組140.15 m3/hm2，輕度間伐組143.39 m3/hm2，對照組159.91 m3/hm2，可見，間伐生長兩年后輕度間伐和強(qiáng)度間伐即可恢復(fù)到了與間伐前相當(dāng)?shù)男罘e量。

圖7 不同間伐強(qiáng)度蓄積量變化動(dòng)態(tài)

圖8 不同間伐強(qiáng)度樣地蓄積年生長量變化動(dòng)態(tài)

4 結(jié)論與討論

（1）間伐后的樟樹林分胸徑生長量顯著高于不間伐的林分；同時(shí)強(qiáng)度間伐（間伐40%）和輕度間伐（間伐20%）的樟樹林，在間伐生長1年后胸徑增長量無顯著差異，但間伐后第2 年強(qiáng)度間伐胸徑增長量開始顯著高于輕度間伐和對照組，且胸徑大于20 cm 的樟樹強(qiáng)度間伐樣地中達(dá)到了420株/hm2占比47.7%，輕度間伐為285 株/hm2占比27.2%，而對照組僅為165 株/hm2占比11.9%。間伐對樟樹林分樹高的促進(jìn)作用較小，不同間伐強(qiáng)度下樟樹林分樹高生長量無顯著差異，但間伐后林分冠幅顯著增大，強(qiáng)度間伐下的樟樹林分平均冠幅達(dá)到3.8 m要顯著高于自身間伐前和不間伐的林分,這與前人[14-15]的研究結(jié)論相一致。間伐后當(dāng)年各間伐樣地蓄積量均有相應(yīng)程度的減小，輕度間伐樣地和強(qiáng)度間伐樣地蓄積量分別比對照減少了18.5%和28.7%，但輕度、強(qiáng)度間伐樣地的蓄積年生長量要顯著高于間伐對照組，與間伐對照組的蓄積量差在逐漸縮小。

（2）經(jīng)解析木分析，在快速生長過后樟樹生長量呈現(xiàn)出持續(xù)下降的趨勢，其中胸徑生長量在8 年生時(shí)開始逐年下降，到16年時(shí)連年增長量僅為0.80 cm，這與對照林分（不間伐林分）平均胸徑連年增長量0.68 cm基本一致。強(qiáng)度間伐林分（間伐40%）和輕度間伐林分（間伐20%）在間伐1年后胸徑連年生長量分別達(dá)到了1.44 cm 和1.31 cm，表明樟樹林分生長量與其生長空間密切相關(guān)，通過間伐優(yōu)化林分生長空間可以逆轉(zhuǎn)這一下降趨勢，但是否能維持高速生長或能維持多長時(shí)間需要進(jìn)一步觀測。

（3）對試驗(yàn)林分徑級結(jié)構(gòu)研究分析，樟樹人工林下層木生長勢明顯不足，分析對照組（不間伐林分）生長2 年后林分徑級結(jié)構(gòu)可以發(fā)現(xiàn)，下層木（胸徑小于12 cm 的徑級）頻率基本沒變，胸徑年增長量小于0.5 cm 的約占林分總立木的25%。強(qiáng)度間伐樣地（間伐40%）林分徑級結(jié)構(gòu)變化情況則極其顯著，通過對下層木的間伐之后，徑級變得更為集中，峰值（中間徑級17～19 cm）頻度大幅增加，在間伐生長2 年后，峰值頻度降低，優(yōu)勢木（徑級18～26 cm）頻度增加，曲線整體右移，實(shí)現(xiàn)了林分整體徑級增長。輕度間伐林分與強(qiáng)度間伐林分規(guī)律表現(xiàn)一致，但變化幅度要明顯小于強(qiáng)度間伐林分，同時(shí)間伐后第2 年生長量相比第一年有所下降。試驗(yàn)結(jié)果表明樟樹進(jìn)入中齡后，林分相對密度逐漸提高，林分內(nèi)養(yǎng)分競爭增強(qiáng)，下層木不僅自身生長受限更會(huì)影響林分整體的生長，這與姜鵬[22]關(guān)于杉木人工林間伐前后林內(nèi)競爭和空間分別格局相一致；間伐在一定程度上減少了林木間的競爭，增加林內(nèi)光照，改善了林分養(yǎng)分分配，為保留木創(chuàng)造了更多的養(yǎng)分和生長空間，從而促進(jìn)了林分的生長。但間伐所帶生長勢恢復(fù)時(shí)效以及間伐頻率有待進(jìn)一步研究。