關帝山林區華北落葉松人工林不同強度間伐的生長效應研究

陳天成，柳 杰，張蕓香，郭晉平，郭躍東

(山西農業大學，山西 太谷 030801)

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關帝山林區華北落葉松人工林不同強度間伐的生長效應研究

陳天成，柳 杰，張蕓香，郭晉平，郭躍東

(山西農業大學，山西 太谷 030801)

撫育間伐是恢復森林生態系統功能、實現森林資源可持續利用的重要森林經營措施。筆者以關帝山林區華北落葉松人工林樣地為研究對象，研究不同撫育強度對華北落葉松林生長量變化的影響。研究結果表明：在一定的立地條件下和密度范圍內，間伐措施能提高華北落葉松人工林胸徑、立木材積的生長量，間伐組胸徑年均生長量比對照組增加0.37 cm/a～0.59 cm/a，年均生長率比對照組增加4.05%～5.19%；立木材積的年均生長量比對照組增加0.001 09 m3/a～0.001 24 m3/a，年均生長率比對照組增加4.48%～5.83%.強度間伐對樹高生長有短期促進作用，年均生長量最高達到0.63 m/a，年平均生長率最高達到7.1%，但高生長對間伐效應的長期響應不明顯。單位面積蓄積量對間伐強度的響應不明顯，但間伐組年平均生長量、年平均生長率均比對照有所增加，以強度間伐效果最好。對初始密度為5 000株/hm2～5 500株/hm2的20年生華北落葉松人工林的撫育間伐強度進行觀測分析，間伐強度最高可達到50%，保守設計適宜強度為40%. 關鍵詞： 關帝山林區； 華北落葉松； 撫育間伐； 生長效應

華北落葉松(Larixprincipis-rupprechtiiMayr.)是我國暖溫帶亞高山森林類型的主要構成樹種，主要分布在河流的發源地，在水源涵養和水土保持方面起著重要作用。華北落葉松材質優良，對不良氣候的抵抗能力較強，在維持景觀多樣性、生態平衡等方面發揮著重要作用，具有較高的利用、保護價值。撫育間伐是在人類有目的的行為指導下，對天然林、人工林等進行的人為干擾活動。研究不同程度的人為干擾在森林生態系統動態變化過程中維持、恢復森林生態系統的固有功能，為實現高效、穩定、可持續的森林經營管理提供參考。

國外關于撫育間伐對森林生態系統的影響研究較多，主要包括撫育對林分、林下植被和土壤的影響等內容。如，Emmingham研究了弱度采伐對花旗松(Pseudotsugamenziesii)林分蓄積量變化的影響；Donald研究了花旗松林下植被對不同撫育措施的響應；Jessica研究了不同撫育措施對法國東南部櫟類(Oak)混交林林下植被與土壤的影響；Edith研究了不同撫育措施對林木材性的影響。國內關于撫育間伐的研究是從20世紀60年代開始的，如，杜紀山研究了撫育間伐對林分生長的影響；熊有強、任立忠、雷向東等對撫育間伐后杉木(CunninghamiaLanceolata)、山楊 (Populusdavidiana)林、落葉松(Larixolgensis)、云杉(Piceajazoensis)、冷杉(Abiesnephrolepis)混交林的林下植被發育及多樣性進行了研究。筆者通過對關帝山華北落葉松人工林的撫育間伐效果進行觀測，研究華北落葉松人工林生長量對間伐強度的響應，為人工林的健康和可持續發展提供理論依據。

1 研究地概況和研究方法

1.1 研究地概況

研究地位于關帝山林區的龍興林場，111°30′～111°40′E，37°28′～37°35′N，東西30 km，南北9 km.東鄰三道川林場，西傍吳城林場，南靠白虎嶺林場，北接文峪河林場。場區國有林面積達0.998×104hm2，有林地0.788×104hm2，灌木林地0.092×104hm2，未成林造林地0.017×104hm2，森林覆蓋率88%，活立木蓄積53.7×104m3.屬于溫帶大陸性山地氣候，年均溫8.9 ℃，1月份均溫-8.1 ℃，7月份均溫23.0 ℃，極端最低氣溫-19.5 ℃，極端最高氣溫34.8 ℃.海拔1 300 m～2 169 m，年均無霜期100 d～120 d.年均降水量550 mm，主要集中在7月份、8月份、9月份，土壤以黃土居多。自然植被以華北落葉松、油松林為主，主要喬木樹種有華北落葉松(Larixprincipis-rupprechtii)、油松(Pinustabulaeformis)、側柏(Platycladusorientalis)、白樺(Betulaplatyphlla)等。華北落葉松林主要分布于海拔1 800 m～2 100 m的陰坡、半陰坡上，灌木蓋度為35%～45%，草本植物蓋度為40%～90%.

1.2 研究方法

1.2.1 間伐試驗標準地的設置

試驗地設在關帝山林區龍興林場立地條件相似的五一溝、丁羊溝、李山溝和南介溝。2007年7月9日，在野外調查的基礎上，設置標準地。標準地面積20 m×30 m，實際實施面積30 m×30 m，標準地與標準地之間最小間隔10 m. 標準地林木的林齡大部分為20 a，林分密度為5 000株/hm2～5 500株/hm2，立地類型為中山陰坡中厚土，立地條件相對一致，平均海拔1 690 m～1 760 m，坡度為10°～20°，土層厚度為≥70 cm.造林前是以雜木林為主的次生林，1990年進行穴狀整地，選用華北落葉松3年生裸根苗進行造林，間伐試驗前林分未進行過間伐。

1.2.2 間伐強度梯度設計

本試驗設3個間伐強度等級和1個對照，共4個梯度，即不間伐(對照)、弱度間伐、中度間伐和強度間伐，相應的保留密度控制指標為5 000株/hm2～5 500株/hm2，4 000株/hm2～4 500株/hm2，3 500株/hm2～3 800株/hm2和2 500株/hm2～2 800株/hm2，實際間伐強度分別是0%，17%～24%，29.2%～36.4%，46.9%～51.2%，重復3次，詳見表1.

間伐木的選定依據林木分化情況，遵循去劣留優、去小留大、去密留稀的原則，伐除被壓木、瀕死木和部分中庸木，適當伐去一部分林下植被，以不阻礙林木生長為原則。將采伐木和剩余物歸堆、檢尺、裝車，及時移出利用。

表1 間伐試驗標準地概況

1.2.3 試驗地林分生長量的測定

1.2.3.1 標準地調查

于2007年至2012年每年9月對間伐標準地進行每木檢尺。在每塊樣地內選取標準木，進行樹干解析，以2 m為1個區分段，采取中央斷面區分求積法，計算出解析木在各齡階胸徑、樹高、材積生長及材積生長率和實驗形數。

其中用Professional Laser Range Finder測量樹高，用測線法測定林分郁閉度。

1.2.3.2 樣地主要因子的測定

1) 林分平均胸徑計算方法為：

式中：Dg——表示林分平均胸徑，cm；N——表示林分內林木總株數，株；di——表示第i株林木的胸徑，cm.

2) 林分平均樹高測定。根據Dg及樹高曲線，在樹高曲線上查出林分的平均樹高HD.

3) 單株立木材積測定。選取1株～3株標準木，并用區分求積法計算材積。

4) 單位面積蓄積計算方法：

式中：n——表示標準木株數，株；vi——表示第i株標準木的材積，cm3；gi——表示第i株標準木的斷面積，cm2；G——表示標準地的總斷面積，cm2；M——表示標準地的蓄積，cm3.

5) 林分各因子年平均生長量采用定期平均生長量，基本式為：

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式中：θn——表示定期平均生長量；n——表示間隔期的年數；Vt——表示調查末期的生長量；Vt-n——表示調查初期的生長量。

6) 林分各因子年生長率計算公式采用普雷斯勒生長率公式，基本式為：

式中：Z(t)——表示年平均生長率,%；n——表示間隔期的年數；yt——表示調查末期的生長量；yt-n——表示調查初期的生長量。

2 結果與分析

2.1 間伐強度對林木胸徑生長的影響

林分撫育間伐后5年內3個年度的胸徑生長測定指標統計分析和差異顯著性檢驗結果，見表2.

表2 林分平均胸徑生長指標及其差異分析

撫育對林分的影響首先表現在林分密度上，而林分密度效應直接作用于胸徑。由表2可以看出，間伐后第1年，林分平均胸徑、年平均生長量、年平均生長率均達到顯著水平(P<0.05)，3個指標與間伐強度呈正相關。平均胸徑由大到小依次為9.16 cm，9.08 cm，8.86 cm，8.58 cm；年平均生長量由大到小依次為0.46 cm/a，0.44 cm/a，0.37 cm/a，0.29 cm/a；年平均生長率由大到小依次為5.19%，4.97%，4.26%，3.48%.

間伐后第3年，3個指標達到顯著水平(P<0.05)，變化趨勢與伐后第1年的規律相同，且年平均生長量強度、中度、弱度間伐依次比間伐后第1年增加0.13 cm/a，0.11 cm/a，0.06 cm/a.平均胸徑由大到小依次為10.09 cm，9.95 cm，9.61 cm，9.26 cm；年平均生長量由大到小依次為0.59 cm/a，0.55 cm/a，0.43 cm/a，0.32 cm/a；年平均生長率由大到小依次為4.85%，4.61%，4.05%，3.85%.

間伐后第5年，3個指標達到顯著水平，變化規律與伐后第1年相同。平均胸徑由大到小依次為11.08 cm，10.92 cm，10.50 cm，9.86 cm；年平均生長量由大到小依次為0.55 cm/a，0.52 cm/a，0.44 cm/a，0.31 cm/a；年平均生長率由大到小依次為4.69%，4.62%，4.39%，3.14%.

說明在一定的立地條件下和密度范圍內，間伐措施能夠有效提高胸徑的生長，間伐強度越大效果越好。

2.2 間伐強度對林木高生長的影響

林分撫育間伐后5年內3個年度的高生長測定指標統計分析和差異顯著性檢驗結果，見表3.

表3 林分平均樹高生長指標及其差異分析

由表3可以看出，間伐后第1年，樹高年平均生長量達到顯著水平(P<0.05)。Duncan多重比較分析結果顯示，強度間伐年平均生長量與對照之間差異顯著，樹高年平均生長量由高到低依次為0.63 m/a，0.57 m/a，0.53 m/a，0.46 m/a，年平均生長率最大為7.1%(強度間伐). 所以，間伐后第1年，強度間伐林分樹高生長效果最好。

間伐后第3年，平均樹高、年平均生長量、年平均生長率均未達到顯著水平(P>0.05)。平均樹高最高為10.4 m(中度間伐)，最低為9.9 m(弱度間伐)；年平均生長量最高為0.60 m/a(強度間伐)，最低為0.48 m/a(弱度間伐)；年平均生長率最高為5.93%(強度間伐)，最低為5.27%(弱度間伐).雖然間伐后，中度間伐和強度間伐樹高的生長量要高于對照，但是樹高的生長對間伐強度的響應不是很明顯。

間伐后第5年，平均樹高、年平均生長量、年平均生長率均未達到顯著水平(P>0.05)。平均樹高最高為11.6 m(中度間伐)，最低為11.3 m(弱度間伐)；年平均生長量最高為0.59 m/a(對照)，最低為0.56 m/a(弱度間伐)；年平均生長率最高為6.27%(弱度間伐)，最低為5.31%(強度間伐).說明，樹高生長與間伐強度之間沒有明顯的規律。

可見間伐后第1年，強度間伐對樹高的生長有促進作用。但是間伐后第3年、第5年，樹高的生長對間伐強度沒有明顯的響應。

2.3 間伐強度對林木單株材積生長的影響

林分撫育間伐后5年內3個年度的立木材積生長測定指標統計分析和差異顯著性檢驗結果，見表4.

表4 林分立木材積生長指標及其差異顯著性分析

由表4可以看出，間伐后第1年，立木材積、年平均生長量、年平均生長率達到顯著水平(P<0.05)，3個指標與間伐強度呈正相關。立木材積由高到低依次為0.021 72 m3，0.021 57 m3，0.021 33 m3，0.021 22 m3；年平均生長量由高到低依次為0.001 23 m3/a，0.001 14 m3/a，0.001 05 m3/a，0.000 85 m3/a；年平均生長率由高到低依次為5.83%，5.45%，5.06%，4.10%.

間伐后第3年，立木材積、年平均生長量、年平均生長率達到顯著水平(P<0.05)，3個指標與間伐強度呈正相關。立木材積由高到低依次為0.024 16 m3，0.023 88 m3，0.023 54 m3，0.023 33 m3；年平均生長量由高到低依次為0.001 23 m3/a，0.001 15 m3/a，0.001 09 m3/a，0.000 99 m3/a；年平均生長率由高到低依次為5.33%，5.08%，4.94%，4.73%.

間伐后第5年，立木材積、年平均生長量、年平均生長率達到顯著水平(P<0.05)，立木材積由高到低依次為0.026 67 m3，0.026 25 m3，0.025 75 m3，0.025 40 m3；年平均生長量由高到低依次為0.001 24 m3/a，0.001 16 m3/a，0.001 10 m3/a，0.001 01 m3；年平均生長率由高到低依次為4.94%，4.73%，4.48%，4.25%.但同一間伐強度下，年平均生長率均比伐后第3年低。

由以上分析可以得出，林分立木材積生長隨林分密度的減小而增大，間伐對立木材積、年平均生長量、年平均生長率均有顯著的促進作用，間伐能有效加速林木個體的生長，縮短成材年限。

2.4 間伐強度對林分蓄積生長的影響

林分單位面積蓄積量由樹高、胸徑及單位面積林木株數決定。撫育間伐對林分蓄積量的影響與其對立木材積的影響所呈現的規律不同。林分撫育間伐后5年內3個年度的林分單位面積蓄積量生長測定指標統計分析和差異顯著性檢驗結果，見第18頁表5.

由表5可以看出，間伐后第1年，林分單位面積蓄積量、年平均生長量、年平均生長率均達到顯著水平(P<0.05)。各間伐強度林分單位面積蓄積量均比對照低，并與間伐強度呈負相關。蓄積量最高為84.78 m3(對照)，最低為58.37 m3(強度間伐).各間伐強度年平均生長量均比對照高，最高為6.62 m3/a(中度間伐)，最低為3.07 m3/a(對照).各間伐強度年平均生長率均比對照高，隨著間伐強度的增加，年平均生長率逐漸增大，由小到大依次為3.69%，6.48%，10.19%，11.15%.說明間伐后第1年，單位面積蓄積量生長不明顯，但年平均生長量以中度間伐效果最好，年平均生長率以強度間伐效果最好。

表5 林分單位面積蓄積量生長指標及其差異顯著性分析

間伐后第3年，林分單位面積蓄積量、年平均生長量、年平均生長率均達到顯著水平(P<0.05)。各間伐強度林分單位面積蓄積量均小于對照，與間伐強度呈負相關，由大到小依次為91.95 m3，86.58 m3，79.51 m3，71.34 m3.年平均生長量隨著間伐強度的增加而增大，由小到大依次為3.41 m3/a，5.02 m3/a，5.96 m3/a，6.38 m3/a.年平均生長率與間伐強度呈正相關，由小到大依次為4.06%，6.29%，7.62%，10.00%.說明間伐后第3年，單位面積蓄積量生長不明顯，但年平均生長量和年平均生長率以強度間伐效果最好。

間伐后第5年，林分單位面積蓄積量、年平均生長量、年平均生長率均達到顯著水平(P<0.05)。林分單位面積蓄積量由大到小依次為99.02 m3，98.46 m3，90.93 m3，84.38 m3；年平均生長量與間伐強度呈正相關，由小到大依次為3.35 m3/a，5.50 m3/a，5.86 m3/a，6.43 m3/a；年平均生長率與間伐強度呈正相關，由小到大依次為3.42%，6.70%，6.71%，8.38%.說明間伐后第5年，單位面積蓄積量生長不明顯，僅弱度間伐略高于對照，年平均生長量和年平均生長率以強度間伐效果最好。

可見，林分單位面積蓄積量對間伐的響應不是很明顯，但年平均生長量和年平均生長率以強度間伐效果最好。原因是間伐后林木株數相對減少，短期內林分單位面積蓄積量基本都小于對照林分。但目前林分處于等株數生長的狀態，隨著競爭加劇，會慢慢進入自然生長的過程。而對照林分生長較慢，所有間伐后的林分在逐漸向對照林分漸近。

3 討論和結論

間伐措施對林木和林分的生長有重要的影響，首先表現為對立木單株胸徑和材積生長的促進作用。大青山林區20年生馬尾松人工林間伐后10年，林分的平均胸徑、立木材積隨間伐強度的增大而增大；美國鵝掌揪林分的平均胸徑、立木材積隨間伐強度的增大而增大。本研究中，間伐措施顯著提高了華北落葉松人工林林分的胸徑生長量和立木材積生長量。在選定的間伐強度和密度范圍內，撫育間伐強度越大，對林木胸徑生長量和立木材積生長量的促進作用越明顯。對于大多數樹種來說，間伐不能有效促進林木的高生長。以江西奉新10年生杉木人工林間伐后20年的長期觀測結果可以看出，間伐不能有效促進林木高生長。福建平和3年生巨尾桉林撫育間伐后3年的研究結果表明，間伐對林分樹高的影響不顯著。本研究中華北落葉松人工林間伐后第1年，強度間伐對樹高生長可能有短期促進作用，但沒有長期促進作用，甚至還存在間伐后樹高生長率降低的現象，樹高生長與間伐強度之間也沒有明顯的關系。北京山區油松人工林在間伐后第1年和第2年的蓄積量都顯著高于對照。而諶紅輝等對20年生馬尾松間伐后10年，雷相東等對落葉松云冷杉混交林間伐后12年以及孫曉梅等對20年生的長白落葉松間伐后20年的長期試驗觀測結果表明，間伐對林分蓄積量生長的促進效應會隨著時間的推移而逐漸消失，不同間伐強度之間林分蓄積生長量逐漸趨于一致。本研究中，華北落葉松人工林在間伐后5年內的單位面積蓄積年平均生長量和年平均生長率均比對照有大幅度提高，且隨間伐強度的增大而增大。但間伐后5年的單位面積蓄積量對間伐沒有顯著響應，對不同間伐強度的響應不顯著，甚至間伐后的單位面積蓄積量還在一定程度上低于對照。但不同間伐強度在更長時間程度上的效應會如何表現還需要進一步觀測分析，中齡林乃至近熟林的表現是否有類似的趨勢也需要實際的實驗研究。研究還表明，合理的間伐強度對于促進保留木材質和規格的提高以及取得之間利用的實際作用是肯定的。20年生華北落葉松人工林，初始密度5 000株/hm2～5 500株/hm2，在嚴格把握間伐木確定原則的前提下，株數間伐強度最大可以定到50%，保留密度2 500株/hm2～2 800株/hm2.保守設計可以考慮將最大間伐強度定在40%，保留密度3 000株/hm2～3 300株/hm2.

[1] 中國森林編輯委員會.中國森林第二卷針葉林[M].北京：中國林業出版社，1999.

[2] 中國科學院中國植物志編輯委員會.中國植物志[M].北京：科學出版社，2004(7)：245.

[3] 沈國舫.森林培育學[M].北京：中國林業出版社，2001.

[4] 段 劼，馬履一，賈黎明，等.撫育間伐對側柏人工林及林下植被生長的影響[J].生態學報，2010，30(6):1 431-1 441.

[5] Wm E，Rick F，Stephen F，Max B. Comparing tree and stand volume growth response to low and crown thinning in young natural Douglas-firstand[J]. Western Journal of Applied Forestry，2007，22(2): 24-133.

[6] Donald A，Liguori，Denise A，Kelly A，Sean C，Charles B. Plant diversity in managed forests: Understory responses to thinning and fertilization[J]. Ecological Applications，1999(8): 34-36.

[7] Jessica K A，Deborah L M，George W T. Changes in understory vegetation and soil characteristics following silvicultural activities in a southeastern mixed pine forest[J]. Journal of the Torrey Botanical Society，2007，134(4): 489-504.

[8] Edith G，Jean C H，Gerard N. The influence of site quality，silviculture and region on wood density mixed model in Quercus petraea Liebl[J]. Forest Ecology and Management，2004(189): 111-121.

[9] 杜紀山，唐守正.撫育間伐對林分生長的效應及其模型研究[J].北京林業大學學報，1996，18(1):79-83.

[10] 熊有強，盛煒彤，曾滿生.不同間伐強度杉木林下植被發育及生物量研究[J].林業科學研究，1995，8(4):408-412.

[11] 任立忠，羅菊春，李新彬.撫育采伐對山楊次生林植物多樣性影響的研究[J].北京林業大學學報，2000，22(4):14-17.

[12] 雷向東，陸元昌，張會儒，等.撫育間伐對落葉松云冷杉混交林的影響[J].林業科學，2005，41(4):78-85.

[13] 陳東莉,郭晉平,杜寧寧.間伐強度對華北落葉松林下生物多樣性的影響[J].東北林業大學學報，2011，39(4)：37-38.

[14] 李淑輝,梁 芳,郭晉平.關帝山林區華北落葉松人工林撫育間伐對林下植被的影響[J].山西農業大學學報，2012，32(3)：256-260.

[15] 諶紅輝,方升佐，丁貴杰，等.馬尾松間伐的密度效應[J].林業科學，2010，46(5)：84-91.

[16] Knoebel B C，Burkhart H E，Beck D E. A growth and yield model for thinned stands of yellow-poplar[J]. For Sci，1986，32(2):27，62.

[17] 張水松,陳長發,何壽慶,等.杉木林間伐強度自然稀疏與結構規律研究[J].林業科學，2006，42(1)：55-62.

[18] 潘 輝，張金文，林順德，等.不同間伐強度對巨尾桉林分生產力的影響研究[J].林業科學，2003，39(1)：106-111.

[19] 馬履一,李春義,王希群.不同強度間伐對北京山區油松生長及其林下植物多樣性的影響[J].林業科學，2007,43(5):1-9.

[20] 孫曉梅.長白落葉松人工林間伐林分的生長模擬[J].林業科學研究,1999,12(5):500-504.

Growth Effect Research of Thinning on Larix Principis-rupprechtii Plantation in Guandi Mountain Forest

Chen Tiancheng, Liu Jie, Zhang Yunxiang, Guo Jinping, Guo Yuedong

(ShanxiAgriculturalUniversity,Taigu030801,China)

Thinning is the important forest resource management method to rebuild and recover the intrinsic function of forest ecosystem and achieve sustainable forest management.Larixprincipis-rupprechtiiplantation in Guandi Mountain were used for researching its growth variation under different thinnning intensities. Results showed that after thinning, the DBH and individual volume ofLarixprincipis-rupprechtiiplantation increased quickly at the certain site and thinning intensities. The DBH annual growth was turned to be 0.37 cm/a～0.59 cm/a and and annual growth rate was 4.05%～5.19%, annual growth of volume was 0.001 09 m3/a～0.001 24 m3/a, annual growth rate of volume was 4.48%～5.83% compared to the control.The height under heavy thinning was growing quickly and the height annual growth was 0.63 m and annual height growth rate was 7.1%. But from the long period observation, the height did not response with thinning. It was no obviously correlated between the stock volume per unit area and thinning, but after thinning, the stock volunme annual growth and annual growth rate were growing quickly. For 20 year-old and the original intensity was 5 000 plants/hm2～5 500 plants/hm2Larixprincipis-rupprechtiiforest,the thinning intensity could be 50%,and 40% conservatively.

Guandi Mountain Forest;Larixprincipis-rupprechtii; Thinning; Growth effect

2015-01-09

陳天成(1990— )，男，山西霍州人，山西農業大學在讀碩士研究生。

S791.22

A

1007-726X(2015)02-0013-07