王 宇,易艷靈,2,劉 海,文曉晨,李天一,尹海鋒,李賢偉,范 川*

(1.四川農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院,四川 成都 611130;2.四川省內(nèi)江市威遠(yuǎn)縣新場(chǎng)鎮(zhèn)人民政府,四川 威遠(yuǎn) 641000)

林分空間結(jié)構(gòu)直接或間接地決定了林分的穩(wěn)定性及其發(fā)展?jié)摿1],對(duì)保留木的生長(zhǎng)和發(fā)育以及林分自然更新過(guò)程中的生長(zhǎng)和生物量分配有很大影響[2-3]。合理的林分空間結(jié)構(gòu)能夠保障森林多種功能的充分發(fā)揮,對(duì)于森林經(jīng)營(yíng)方向和優(yōu)化決策的制定都具有不可或缺的指導(dǎo)及參考作用[4]。鑒于林分空間結(jié)構(gòu)的可調(diào)控性,分析和重建林分空間結(jié)構(gòu)已成為森林可持續(xù)經(jīng)營(yíng)的重要途徑。

傳統(tǒng)撫育間伐是人工林主要經(jīng)營(yíng)措施之一,國(guó)內(nèi)關(guān)于傳統(tǒng)撫育間伐對(duì)林分結(jié)構(gòu)影響的研究較多[5-6]。目標(biāo)樹(shù)經(jīng)營(yíng)作為一種效果較好的單株作業(yè)經(jīng)營(yíng)方式,國(guó)內(nèi)外進(jìn)行了大量的長(zhǎng)期試驗(yàn),大多數(shù)研究是從目標(biāo)樹(shù)生長(zhǎng)(如樹(shù)高、胸徑和蓄積等)[7]、物種多樣性[8]和林下更新[9]等方面來(lái)分析其經(jīng)營(yíng)效果,但這兩種經(jīng)營(yíng)思路本身存在著差異,其比較研究還較為鮮見(jiàn)。

馬尾松(Pinusmassoniana)為我國(guó)南方山地主要造林與用材樹(shù)種,在保障區(qū)域生態(tài)安全和木材需求上發(fā)揮著重要的作用,但長(zhǎng)期以來(lái)不合理的經(jīng)營(yíng)管理或自然因素,這些人工林存在林分結(jié)構(gòu)不合理、生物多樣性減少、木材缺口增加、木材安全和生產(chǎn)力低下等問(wèn)題[10-11]。如何通過(guò)調(diào)整森林經(jīng)營(yíng)管理活動(dòng),合理地改善林分結(jié)構(gòu)、提升生態(tài)功能已成為當(dāng)前林業(yè)工作者需要面對(duì)的問(wèn)題。本研究以馬尾松人工林為研究對(duì)象,利用ArcGIS的空間分析功能確定空間結(jié)構(gòu)單元,并計(jì)算林分空間結(jié)構(gòu)參數(shù),比較目標(biāo)樹(shù)經(jīng)營(yíng)和傳統(tǒng)撫育間伐對(duì)林分空間結(jié)構(gòu)的影響,并結(jié)合林分空間結(jié)構(gòu)評(píng)價(jià)指數(shù),對(duì)兩種采伐方式改造馬尾松人工林的效果進(jìn)行了評(píng)價(jià),以期為馬尾松人工林的合理經(jīng)營(yíng)奠定理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗(yàn)地位于四川省巴中市平昌縣六門(mén)鄉(xiāng)大茅坪(107°1′34″E, 31°31′37″N),平均海拔為720 m,地貌為階梯狀嶺谷地貌。屬中亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候區(qū),多年日平均氣溫16.8 ℃,年均日照1 365.5 h,平均相對(duì)濕度79%,無(wú)霜期298 d,常年降水量1 138.2 mm。大茅坪馬尾松近熟林總面積50 hm2,樹(shù)種組成為90%馬尾松、10%柏木(Cupressusfunebris),林分平均年齡25 a,平均胸徑17 cm,平均樹(shù)高15 m,郁閉度0.8,平均蓄積量383 m3/hm2。研究區(qū)整體位于上坡,平均坡度為13°;土壤為黃壤,土層淺薄,一般為25～40 cm,pH 6.5～7.8。樣地內(nèi)除馬尾松以外的主要喬木樹(shù)種有:柏木、油桐(Verniciafordii)、野鴉椿(Euscaphisjaponica)、異葉榕(Ficusheteromorpha)等,這些樹(shù)種均株數(shù)少且零散分布于馬尾松林中。試驗(yàn)地林下枯落物厚度為3～5 cm,草本蓋度為60%,灌草植被主要為杜鵑花(Rhododendronsimsii)、馬桑(Coriarianepalensis)、山茶(Camelliajaponica)、鐵仔(Myrsineafricana)、菝葜(Smilaxchina)、芒箕(Dicranopterispedata)、松葉蕨(Psilotumnudum)等。

1.2 樣地設(shè)置

經(jīng)踏查,選擇林分與環(huán)境條件基本一致的馬尾松人工林作為試驗(yàn)地,常見(jiàn)目標(biāo)樹(shù)保留株數(shù)設(shè)置范圍0～300株/hm2[12],本研究中設(shè)置目標(biāo)樹(shù)數(shù)量0、100、167、233和300株/hm2(依次對(duì)應(yīng)采伐強(qiáng)度記為T(mén)0、T1、T2、T3和T4);以目標(biāo)樹(shù)經(jīng)營(yíng)中采伐干擾樹(shù)后經(jīng)折算蓄積采伐強(qiáng)度分別為0%、8.6%、16.1%、24.0%、29.2%設(shè)置傳統(tǒng)撫育間伐(依次記為V0、V1、V2、V3和V4),考慮到目標(biāo)樹(shù)經(jīng)營(yíng)(T0)和傳統(tǒng)撫育間伐(V0)均有采伐強(qiáng)度0的設(shè)置,將其合并處理,記為CK。因此,本研究中共計(jì)9種處理,每個(gè)處理3次重復(fù),合計(jì)27塊樣地(9個(gè)處理×3次重復(fù))。研究按照完全隨機(jī)的原則,在試驗(yàn)區(qū)內(nèi)布設(shè)了27個(gè)20 m×30 m的矩形固定樣地,為了防止樣地間對(duì)后續(xù)試驗(yàn)的干擾,設(shè)置了不低于30 m的緩沖隔離帶,按照前期試驗(yàn)設(shè)計(jì),隨機(jī)將這些處理安排至這些矩形樣地內(nèi)。同時(shí),對(duì)樣地的基本信息如經(jīng)緯度、地形、海拔、土壤類型等因子做好記錄(表1)。

表1 樣地基本情況

1.3 林分結(jié)構(gòu)表征方法

1.3.1 目標(biāo)樹(shù)選擇

根據(jù)試驗(yàn)設(shè)計(jì),于2018年2月(作業(yè)前)調(diào)查樣地內(nèi)各林木的特征值,主要包括樹(shù)高、枝下高和胸徑等。共測(cè)定林木2 786株,其中馬尾松(2 450株)、柏木(251株)和其他樹(shù)種(85株)。目標(biāo)樹(shù)經(jīng)營(yíng)實(shí)施單株木林分作業(yè)體系,并根據(jù)單木生長(zhǎng)競(jìng)爭(zhēng)特征現(xiàn)地進(jìn)行林木分類,林木分為:目標(biāo)樹(shù)、特殊目標(biāo)樹(shù)、干擾樹(shù)和一般木,并進(jìn)行標(biāo)記,此后伐除干擾樹(shù)。其中目標(biāo)樹(shù)選擇林分中處于優(yōu)勢(shì)地位的優(yōu)勢(shì)木,一般是生命力強(qiáng)、長(zhǎng)勢(shì)旺、干形通直、無(wú)損傷的林木;干擾樹(shù)是選擇鄰近目標(biāo)樹(shù)并對(duì)目標(biāo)樹(shù)的生長(zhǎng)產(chǎn)生不利影響(如擠壓1/3以上樹(shù)冠對(duì)目標(biāo)樹(shù)產(chǎn)生了干擾),也是生活力較強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)木或亞優(yōu)勢(shì)木,但屬于干形彎曲、枝條粗大、冠形不良或樹(shù)干具有明顯損傷等形質(zhì)較差的林木,采伐后可以收獲部分商品木材。傳統(tǒng)撫育經(jīng)營(yíng)按克拉夫特林木分級(jí)法對(duì)林木進(jìn)行分級(jí)(優(yōu)勢(shì)木、亞優(yōu)勢(shì)木、中等木、被壓木和枯死木,依次記為Ⅰ級(jí)木、Ⅱ級(jí)木、Ⅲ級(jí)木、Ⅳ級(jí)木和V級(jí)木),按經(jīng)營(yíng)強(qiáng)度依次采伐Ⅴ級(jí)木、Ⅳ級(jí)木以及部分Ⅲ級(jí)木。于2018年9—11月對(duì)試驗(yàn)地競(jìng)爭(zhēng)木和間伐木進(jìn)行采伐,采伐后,對(duì)胸徑≥5 cm以上的枝、椏全部收集,其余采伐剩余物散鋪在林地,此后不再進(jìn)行任何人為干預(yù),均采取自然恢復(fù)。于2019年4月在研究區(qū)進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)量,對(duì)樣地內(nèi)每株林木的特征值進(jìn)行實(shí)地測(cè)量并做好記錄,同時(shí)用全站儀測(cè)量記錄每株林木的相對(duì)坐標(biāo)。

1.3.2 林分空間結(jié)構(gòu)單元確定

通過(guò)ArcGIS 10.0生成泰森多邊形和德洛內(nèi)三角網(wǎng),泰森多邊形能夠更準(zhǔn)確地確定最小結(jié)構(gòu)單元,且多邊形邊數(shù)即為相鄰木株數(shù),德洛內(nèi)三角網(wǎng)用于計(jì)算相鄰木距離以及相鄰木之間的夾角[13]。同時(shí),對(duì)樣地邊界進(jìn)行邊緣矯正,設(shè)置2 m緩沖區(qū),緩沖區(qū)以內(nèi)林木可作為中心木,處于緩沖區(qū)的林木只作為相鄰木參與計(jì)算[14]。以對(duì)照樣地為例,生成Voronoi圖如圖1所示,內(nèi)部邊框表示矯正樣地邊界,中間邊框表示樣地邊界,外部邊框表示Voronoi的邊界。

圖1 無(wú)經(jīng)營(yíng)樣地CK構(gòu)建的Voronoi圖及其邊緣矯正Fig. 1 Voronoi diagram and edge correction of control plot CK

1.3.3 林分空間結(jié)構(gòu)指數(shù)選取

1)混交度(mingling index,M)參照惠剛盈等[15]的方法,計(jì)算公式為:

(1)

式中:Mi為第i株對(duì)象木的混交度,Mi可能取值為0、(0,0.25]、(0.25,0.5]、(0.5,0.75]、(0.75,1],其意義分別為零度、弱度、中度、強(qiáng)度和極強(qiáng)度混交;n為相鄰木株數(shù),其值為Voronoi圖邊數(shù)。

2)大小比數(shù)(neighborhood comparison,U)參照惠剛盈等[16]的方法,采用胸徑作為特征因子,計(jì)算公式為:

(2)

式中:Ui為第i株對(duì)象木的大小比數(shù),可能取值0、(0,0.25]、(0.25,0.5]、(0.5,0.75]、(0.75,1],其意義分別為優(yōu)勢(shì)、亞優(yōu)勢(shì)、中庸、劣勢(shì)和極劣勢(shì)地位。

有關(guān)企業(yè)戰(zhàn)略管理研究中必然存在著許多被相關(guān)研究人士忽視的研究點(diǎn)，本文就針對(duì)此研究點(diǎn)，從如何從根本上開(kāi)始創(chuàng)新、企業(yè)應(yīng)該怎樣可持續(xù)發(fā)展，以及時(shí)代背景對(duì)于企業(yè)戰(zhàn)略管理研究的重要作用三個(gè)方面，進(jìn)行了具體的分析探究，希望能夠?yàn)槠髽I(yè)的有效戰(zhàn)略管理研究貢獻(xiàn)一份力量。

3)角尺度(uniform angle index,W)采用惠剛盈等[17]的方法,計(jì)算公式為:

(3)

4)競(jìng)爭(zhēng)指數(shù)(competition index,C)采用應(yīng)用較普遍的Hegyi簡(jiǎn)單競(jìng)爭(zhēng)指數(shù)[13],計(jì)算公式為:

(4)

(5)

式中:Ci為中心木i的競(jìng)爭(zhēng)指數(shù);Di為中心木i的胸徑;Dj為相鄰木j的胸徑;Lij為中心木i與相鄰木j之間的水平距離。CI為樣地總競(jìng)爭(zhēng)指數(shù);e為樣地內(nèi)中心木株數(shù)。

5)開(kāi)敞度(opening degree,K)參照汪平等[18]的研究方法進(jìn)行計(jì)算,計(jì)算公式為:

(6)

式中:Ki為第i株中心木的開(kāi)敞度;Lij為中心木i與第j株相鄰木的水平距離;Hij為對(duì)應(yīng)相鄰木j的樹(shù)高。將開(kāi)敞度取值劃分為(0,0.2]、(0.2,0.3]、(0.3,0.4]、(0.4,0.5]、(0.5,+∞)5個(gè)狀態(tài)區(qū)間,分別對(duì)應(yīng)的是生長(zhǎng)空間的5個(gè)不同狀態(tài):光照嚴(yán)重不足、光照不足、光照基本充足、光照充足和光照很充足。

1.3.4 空間結(jié)構(gòu)評(píng)價(jià)指數(shù)構(gòu)建

空間結(jié)構(gòu)評(píng)價(jià)指數(shù)(Zi)計(jì)算參照文獻(xiàn)[19-20]:

(7)

為了比較馬尾松人工林經(jīng)營(yíng)前后林分空間結(jié)構(gòu)評(píng)價(jià)指數(shù)的變化,采用歸一化處理得到:

(8)

1.4 數(shù)據(jù)處理

使用 Excel 2016和AcrGIS對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、匯總和計(jì)算,采用SPSS 20.0對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,GraphPad Prism 和OriginPro 2017被用于圖形的制作。首先,在SPSS 20.0中采用Shapiro-Wilk test和Levene’s test檢查數(shù)據(jù)的正態(tài)性分布和方差齊性,如果數(shù)據(jù)不通過(guò)檢驗(yàn),則對(duì)數(shù)據(jù)采用log轉(zhuǎn)化以使其滿足正態(tài)性分布和方差齊性。為了分析經(jīng)營(yíng)方式和經(jīng)營(yíng)強(qiáng)度對(duì)林分空間結(jié)構(gòu)參數(shù)(即混交度、角尺度、開(kāi)敞度、競(jìng)爭(zhēng)指數(shù)、大小比數(shù)和空間結(jié)構(gòu)評(píng)價(jià)指數(shù))的影響,采用廣義線性模型(SPSS 20.0)分析了不同經(jīng)營(yíng)方式、經(jīng)營(yíng)強(qiáng)度及其交互作用對(duì)林分空間結(jié)構(gòu)參數(shù)的影響,并將樣地作為隨機(jī)因子;同時(shí),為了比較不同處理下各林分空間結(jié)構(gòu)參數(shù)間的差異,采用“Wald”成對(duì)比較(Wald pair-wised comparison,顯著性水平設(shè)置為0.05,其值越大說(shuō)明其影響程度越大)。

2 結(jié)果與分析

2.1 兩種采伐方式對(duì)林分水平空間結(jié)構(gòu)指標(biāo)的影響

對(duì)照林分內(nèi)零度混交比例達(dá)到了71.9%,樹(shù)種隔離程度高的林木比例極低(圖2)。說(shuō)明林分內(nèi)樹(shù)種單一,大多是馬尾松,只有少數(shù)柏木混交其間,樹(shù)種間隔離程度較低。圖2a表明,采伐方式(Wald值為102.49)和采伐強(qiáng)度(Wald值為53.92)會(huì)對(duì)林分混交度(M)產(chǎn)生極顯著影響(P<0.01),其中采伐方式是影響林分混交度的主要影響因子。目標(biāo)樹(shù)經(jīng)營(yíng)方式下,隨著采伐強(qiáng)度的增加,林分的混交度極顯著遞增(P<0.01),但在達(dá)到T2采伐強(qiáng)度后,隨著采伐強(qiáng)度的增加,林分的混交度不會(huì)再呈現(xiàn)出顯著差異,但仍然有增加趨勢(shì);傳統(tǒng)撫育間伐下,隨著采伐強(qiáng)度增加,混交度呈現(xiàn)出先上升后下降,并在V2時(shí)達(dá)到最大值?；诔蓪?duì)比較的結(jié)果,同等采伐強(qiáng)度下,林分的混交度均表現(xiàn)為目標(biāo)樹(shù)經(jīng)營(yíng)極顯著高于傳統(tǒng)撫育間伐(P<0.01)。說(shuō)明相對(duì)于傳統(tǒng)撫育間伐,以目標(biāo)樹(shù)為中心樹(shù)的干擾樹(shù)采伐更有利于林分隔離程度的改善,零度混交狀態(tài)的林木降低幅度為0.071～0.120,會(huì)對(duì)增強(qiáng)林分穩(wěn)定性產(chǎn)生積極的影響。

圖2 不同采伐方式下的林分混角度和角尺度Fig. 2 The mingling and uniform angle indexes of stands under different thinning types

不同采伐方式下的林分角尺度(W)見(jiàn)圖2b,對(duì)照林分平均W為0.401,林分處于均勻分布格局階段。而在不同采伐方式下,林分中的隨機(jī)分布結(jié)構(gòu)單元比例有所增加,但林分平均W為0.402～0.428,仍屬于均勻分布格局。對(duì)比分析結(jié)果顯示,采伐強(qiáng)度(Wald值為25.73)對(duì)林分角尺度有極顯著的影響(P<0.01),而采伐方式(Wald值為0.71)對(duì)林分角尺度的影響不顯著(P>0.05)。在目標(biāo)樹(shù)經(jīng)營(yíng)方式下,隨著采伐強(qiáng)度增加,林分的角尺度呈現(xiàn)為先上升后下降(P<0.01),且在T3時(shí)出現(xiàn)最大值。而傳統(tǒng)撫育間伐下,相較于CK,各處理下林分的角尺度呈現(xiàn)為遞增(P<0.01),但各處理強(qiáng)度之間差異不顯著(P>0.05)。成對(duì)比較結(jié)果顯示,采伐強(qiáng)度T3、V3下,目標(biāo)樹(shù)經(jīng)營(yíng)后林分的角尺度極顯著高于傳統(tǒng)撫育間伐(P<0.01),而其余各經(jīng)營(yíng)強(qiáng)度下,這兩者對(duì)林分的角尺度影響無(wú)顯著差異(P>0.05)。

2.2 兩種采伐方式對(duì)林木間競(jìng)爭(zhēng)態(tài)勢(shì)的影響

大小比數(shù)(U)作為中心木與鄰近木之間大小關(guān)系的量化指標(biāo),取值越大,中心木胸徑大于相鄰木的樹(shù)木株數(shù)越少,相鄰個(gè)體占優(yōu)勢(shì),反之,中心木占優(yōu)勢(shì)。采伐方式(Wald值為0.37)和采伐強(qiáng)度(Wald值為4.76)對(duì)林分大小比數(shù)的影響不顯著(P>0.05)(圖3a),說(shuō)明兩種采伐方式對(duì)林分的大小比數(shù)沒(méi)有顯著影響。但兩種采伐方式都對(duì)柏木的劣勢(shì)生長(zhǎng)狀態(tài)略有改善,目標(biāo)樹(shù)經(jīng)營(yíng)提高了馬尾松的優(yōu)勢(shì)地位,傳統(tǒng)撫育間伐增加了馬尾松處于中庸?fàn)顟B(tài)個(gè)體的比例。

圖3 不同采伐方式下的林分大小比數(shù)和競(jìng)爭(zhēng)指數(shù)Fig. 3 The neighborhood comparison and competition index of stands under different thinning types

采伐方式(Wald值為217.55)和采伐強(qiáng)度(Wald值為3 359.07)對(duì)林分的競(jìng)爭(zhēng)指數(shù)(C)影響極顯著(P<0.01)(圖3b)。其中,采伐強(qiáng)度是競(jìng)爭(zhēng)指數(shù)的主要影響因子。在目標(biāo)樹(shù)經(jīng)營(yíng)方式下,隨著采伐強(qiáng)度增加,林分的競(jìng)爭(zhēng)指數(shù)極顯著降低(P<0.01),在達(dá)到T4采伐強(qiáng)度時(shí)最低,采伐后林木競(jìng)爭(zhēng)總和降低幅度為14.2%～42.7%。在傳統(tǒng)撫育間伐方式下,林分的競(jìng)爭(zhēng)指數(shù)也隨著經(jīng)營(yíng)強(qiáng)度增加而極顯著下降(P<0.05),降低幅度為9.0%～31.4%?；诔蓪?duì)比較的結(jié)果,在經(jīng)營(yíng)強(qiáng)度相同的情況下,目標(biāo)樹(shù)經(jīng)營(yíng)方式下林分的競(jìng)爭(zhēng)指數(shù)均表現(xiàn)為極顯著低于傳統(tǒng)撫育間伐(P<0.05)。說(shuō)明目標(biāo)樹(shù)較傳統(tǒng)撫育間伐能較大程度地降低林木間的競(jìng)爭(zhēng)激烈態(tài)勢(shì),提高林木生長(zhǎng)活力。

2.3 兩種采伐方式對(duì)林分透光條件和林分空間結(jié)構(gòu)評(píng)價(jià)指數(shù)的影響

林分的平均開(kāi)敞度K=0.180,結(jié)構(gòu)單元中開(kāi)敞度小于0.3的占90%以上,表明林分中絕大部分林木生長(zhǎng)空間嚴(yán)重不足。采伐方式(Wald值為10.95)和采伐強(qiáng)度(Wald值為62.66)對(duì)林分開(kāi)敞度有極顯著影響(P<0.01)(圖4a),其中采伐強(qiáng)度是影響林分開(kāi)敞度的主要影響因子。在目標(biāo)樹(shù)經(jīng)營(yíng)方式下,林分的開(kāi)敞度隨采伐強(qiáng)度增加,呈現(xiàn)出上升趨勢(shì)(P<0.01),在T3時(shí)達(dá)到最大值;在傳統(tǒng)撫育間伐下,隨著采伐強(qiáng)度增大,林分的開(kāi)敞度也呈上升趨勢(shì)(P<0.01)?；诔蓪?duì)比較的結(jié)果可以看出,在采伐強(qiáng)度1和2時(shí),目標(biāo)樹(shù)經(jīng)營(yíng)和傳統(tǒng)撫育間伐對(duì)林分開(kāi)敞度的改變無(wú)顯著差異(P>0.05);而采伐強(qiáng)度3和4時(shí),目標(biāo)樹(shù)經(jīng)營(yíng)方式下林分的開(kāi)敞度極顯著高于傳統(tǒng)撫育經(jīng)營(yíng)(P<0.01);這說(shuō)明在較高采伐強(qiáng)度下,目標(biāo)樹(shù)經(jīng)營(yíng)對(duì)林分開(kāi)敞度的提升顯著高于傳統(tǒng)撫育經(jīng)營(yíng),林木個(gè)體獲得較多的生長(zhǎng)空間和資源,同時(shí)也利于大徑材的培育。

圖4 不同采伐方式下的林分開(kāi)敞度和空間結(jié)構(gòu)評(píng)價(jià)指數(shù)Fig. 4 The opening degree and comprehensive evaluation index of stand spatial structure under different thinning types

采伐方式(Wald值為13.11)、采伐強(qiáng)度(Wald值為94.40)對(duì)林分空間結(jié)構(gòu)評(píng)價(jià)指數(shù)(Z)影響極顯著(P<0.01),其中,采伐強(qiáng)度是影響林分空間結(jié)構(gòu)評(píng)價(jià)指數(shù)的主要影響因子(圖4b)。在目標(biāo)樹(shù)經(jīng)營(yíng)和傳統(tǒng)撫育經(jīng)營(yíng)下,隨采伐強(qiáng)度增加均呈極顯著遞增(P<0.01)?；诔蓪?duì)比較的結(jié)果,在采伐強(qiáng)度相同的情況下,兩種經(jīng)營(yíng)方式在采伐強(qiáng)度1和4時(shí)差異不顯著(P>0.05);在采伐強(qiáng)度2和3下,目標(biāo)樹(shù)經(jīng)營(yíng)均極顯著高于傳統(tǒng)撫育間伐(P<0.01)。說(shuō)明目標(biāo)樹(shù)經(jīng)營(yíng)和傳統(tǒng)撫育間伐均對(duì)林分空間結(jié)構(gòu)改造產(chǎn)生了積極作用,Z值增長(zhǎng)率分別為28.8%～65.6%和14.2%～44.5%。

3 討 論

森林經(jīng)營(yíng)的本質(zhì)是對(duì)林分結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)控,通過(guò)調(diào)整不合理的或控制合理的林分空間結(jié)構(gòu)達(dá)到發(fā)揮森林多功能和實(shí)現(xiàn)森林長(zhǎng)期穩(wěn)定生長(zhǎng)和發(fā)育的目的[5]。結(jié)合林分空間結(jié)構(gòu)的分析手段探討不同經(jīng)營(yíng)措施下人工林的空間結(jié)構(gòu)變化,以尋求最優(yōu)的林分結(jié)構(gòu)模式[21],進(jìn)而為人工林的質(zhì)量提升和合理經(jīng)營(yíng)提供可行的方法。

3.1 林分水平空間結(jié)構(gòu)指標(biāo)

混交度和角尺度作為描述林分水平空間結(jié)構(gòu)的指標(biāo),是維持物種多樣性和發(fā)揮林分多生態(tài)功能效益的基礎(chǔ)[2]。本研究發(fā)現(xiàn)林分的混交度在采伐后有顯著性差異。具體表現(xiàn)為,相同采伐強(qiáng)度下,相較于對(duì)照林地,目標(biāo)樹(shù)經(jīng)營(yíng)后林分的混交度呈現(xiàn)逐漸上升,而傳統(tǒng)撫育間伐無(wú)顯著改變,這與文獻(xiàn)[22-24]關(guān)于目標(biāo)樹(shù)經(jīng)營(yíng)有助于林分混交度提高的結(jié)論類似,而與吳蒙蒙等[25]研究結(jié)果不同。究其原因,林分混交度主要是由林木種類和數(shù)量決定的。目標(biāo)樹(shù)經(jīng)營(yíng)中,林分中被砍伐的競(jìng)爭(zhēng)木主要是同種樹(shù)種(本研究中指馬尾松),而異種樹(shù)種(如柏木、油桐和野鴉椿等)則以生態(tài)目標(biāo)樹(shù)的名義被保留下來(lái),增加了不同種類樹(shù)木的占比,因此提高了林分的混交度。但這些樹(shù)種可能在林分中屬于劣勢(shì)木在傳統(tǒng)撫育間伐中被砍伐掉,由于這些樹(shù)種相對(duì)于主要樹(shù)種馬尾松比例太小,所以對(duì)林分混交度沒(méi)有顯著改變。本研究中采伐強(qiáng)度是影響林分角尺度的主要影響因子,在目標(biāo)樹(shù)經(jīng)營(yíng)和傳統(tǒng)撫育間伐下,隨著采伐強(qiáng)度增加,林分角尺度呈現(xiàn)先增后降的趨勢(shì),但變化幅度不大,這與姜廷山等[26]和趙中華等[27]研究結(jié)果相似。雖然兩種方式均顯著提高了林分角尺度,但林分仍處于均勻分布,這可能在采伐進(jìn)程中,均未考慮到林木間的角度關(guān)系,因此需要繼續(xù)探究其他能誘導(dǎo)林分向隨機(jī)分布發(fā)展的經(jīng)營(yíng)方式和采伐強(qiáng)度。

3.2 林木間競(jìng)爭(zhēng)態(tài)勢(shì)

大小比數(shù)和競(jìng)爭(zhēng)指數(shù)描述了林分中相鄰木的競(jìng)爭(zhēng)態(tài)勢(shì)[28]。其中,大小比數(shù)作為呈現(xiàn)林木在林分中優(yōu)勢(shì)程度的指數(shù),其主要受到中心木和相鄰木之間胸徑大小的影響。本研究中,無(wú)論是采伐方式還是采伐強(qiáng)度均對(duì)其沒(méi)有顯著影響,這與李建等[5]和王曉榮等[29]關(guān)于采伐對(duì)林分大小分化程度影響不顯著的結(jié)果一致,這主要是因?yàn)榇笮”葦?shù)的變化往往比較復(fù)雜,應(yīng)以樹(shù)種的生物學(xué)和生態(tài)學(xué)特性不同而異[30]。競(jìng)爭(zhēng)指數(shù)量化了林木之間競(jìng)爭(zhēng)強(qiáng)度的重要指標(biāo),能較好地反映林木個(gè)體生長(zhǎng)對(duì)生境等資源需求與占有量之間的關(guān)系。研究發(fā)現(xiàn)在目標(biāo)樹(shù)經(jīng)營(yíng)和傳統(tǒng)撫育間伐下,隨著采伐強(qiáng)度增大,競(jìng)爭(zhēng)指數(shù)表現(xiàn)出下降的趨勢(shì),這與朱玉杰等[31]和姜廷山等[26]研究所得結(jié)論一致,主要是由于采伐強(qiáng)度越大,相鄰木之間的距離就越大,競(jìng)爭(zhēng)就越小。在相同采伐強(qiáng)度下,相較于傳統(tǒng)撫育間伐,目標(biāo)樹(shù)經(jīng)營(yíng)對(duì)競(jìng)爭(zhēng)指數(shù)影響更顯著。究其原因,競(jìng)爭(zhēng)指數(shù)不僅與相鄰木間距離為負(fù)相關(guān)關(guān)系,也與相鄰木胸徑大小呈現(xiàn)出負(fù)相關(guān)關(guān)系[32]。傳統(tǒng)撫育間伐方式主要是采用的下層劣勢(shì)木采伐,在胸徑改變上顯著低于目標(biāo)樹(shù)經(jīng)營(yíng),不利于林分內(nèi)競(jìng)爭(zhēng)壓力的緩解;而目標(biāo)樹(shù)經(jīng)營(yíng)伐除了目標(biāo)樹(shù)周圍的競(jìng)爭(zhēng)木,降低了相鄰木之間相對(duì)胸徑大小,因此,采伐干擾樹(shù)后,能夠使馬尾松的競(jìng)爭(zhēng)壓力得到釋放,有利于保留林木的生長(zhǎng)發(fā)育[33]。

3.3 林分透光條件

開(kāi)敞度作為描述林下光照條件的重要參數(shù),它能夠?qū)α謨?nèi)光環(huán)境的強(qiáng)弱進(jìn)行表達(dá),也代表了林木生長(zhǎng)營(yíng)養(yǎng)空間的大小,數(shù)值越大,透光條件越好,林木的生長(zhǎng)空間越充足[16]。研究發(fā)現(xiàn)在目標(biāo)樹(shù)經(jīng)營(yíng)和傳統(tǒng)撫育間伐下,隨著采伐強(qiáng)度增大,開(kāi)敞度呈現(xiàn)出上升趨勢(shì),這與朱玉杰等[31]和姜廷山等[26]研究所得結(jié)論一致,這主要是由于采伐強(qiáng)度越大,林木間間隙就越大,林分透光條件就越好;在傳統(tǒng)撫育間伐下只有較高強(qiáng)度的采伐才能將林分冠層打開(kāi)。此外,在相同采伐強(qiáng)度下,相較于傳統(tǒng)撫育間伐,目標(biāo)樹(shù)經(jīng)營(yíng)對(duì)開(kāi)敞度影響更顯著。究其原因,開(kāi)敞度主要受林木間距離和樹(shù)高大小影響,傳統(tǒng)撫育間伐方式主要是采用下層采伐,對(duì)林冠層疏開(kāi)作用不大,不利于林分內(nèi)光照條件的改善,而目標(biāo)樹(shù)經(jīng)營(yíng)伐除了目標(biāo)樹(shù)周圍的競(jìng)爭(zhēng)木,實(shí)現(xiàn)了上層林冠的稀疏,上下林層光照疏通。

3.4 林分空間結(jié)構(gòu)評(píng)價(jià)

本研究中發(fā)現(xiàn),目標(biāo)樹(shù)經(jīng)營(yíng)在采伐強(qiáng)度T2和T3時(shí)對(duì)林分的綜合改善效果要顯著優(yōu)于傳統(tǒng)撫育經(jīng)營(yíng),這與胡雪凡等[34]的研究結(jié)果一致。其次,本研究也發(fā)現(xiàn),中高強(qiáng)度的干擾樹(shù)采伐更有利于改善林分空間結(jié)構(gòu),與姜廷山等[26]對(duì)大興安嶺落葉松林的研究結(jié)果相似,而與李建等[5]研究結(jié)果出現(xiàn)一定差異?？赡苁窍鄬?duì)于次生林而言,人工林的初始造林密度大、樹(shù)種單一,需要較高強(qiáng)度的采伐干擾才能達(dá)到優(yōu)化林分結(jié)構(gòu)的目的。但需要考慮的是,過(guò)高強(qiáng)度的采伐將會(huì)導(dǎo)致林內(nèi)生物量蓄積量的大幅降低,林地生產(chǎn)力未得到充分發(fā)揮,也不利于林分的穩(wěn)定性[35]。同時(shí)也是研究選擇與T4相比林分綜合效果提升并不顯著的T3作為最優(yōu)采伐強(qiáng)度的原因。因此確定采伐方式和采伐強(qiáng)度時(shí),也應(yīng)對(duì)其他方面的影響因素進(jìn)行綜合分析,才能有利于林分結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。

本研究對(duì)不同采伐方式和采伐強(qiáng)度后林分空間結(jié)構(gòu)的影響進(jìn)行了比較研究,發(fā)現(xiàn)兩種采伐方式實(shí)施后,林分角尺度和開(kāi)敞度均表現(xiàn)為極顯著增加;林分競(jìng)爭(zhēng)指數(shù)呈現(xiàn)出極顯著下降;而林分大小比數(shù)無(wú)顯著變化;這兩種采伐方式對(duì)林分混交度的影響有異質(zhì)性,表現(xiàn)為目標(biāo)樹(shù)經(jīng)營(yíng)下,林分混交度呈上升趨勢(shì),而傳統(tǒng)撫育間伐無(wú)顯著變化。再運(yùn)用林分空間結(jié)構(gòu)參數(shù)構(gòu)建空間結(jié)構(gòu)評(píng)價(jià)指數(shù)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià),得出目標(biāo)樹(shù)經(jīng)營(yíng)較傳統(tǒng)撫育經(jīng)營(yíng)更適合馬尾松人工林林分改造。由此,提出了研究區(qū)馬尾松近熟人工林最佳的采伐方式為目標(biāo)樹(shù)經(jīng)營(yíng),其合理的目標(biāo)樹(shù)保留株數(shù)為233株/hm2左右。