按樹人工林采伐跡地更新模式對比及其生態效應評價

0 引言

桉樹原產于澳大利亞，是世界著名的速生材樹種。桉樹在我國已有130多年的種植歷史。國家林業和草原局的統計數據顯示，目前我國桉樹人工林種植面積已達480萬 ，占速生豐產用材林總面積的 35% 。選擇合適的按樹采伐跡地更新模式對林分生產力的持續發揮和生態系統的穩定至關重要[1。國際林業研究機構研究表明，不同的采伐方式會對更新苗的根系發育和生長速率產生顯著的影響。長期監測結果顯示，不同采伐方式下土壤質量變化存在顯著差異，國內相關研究證實，采伐作業對水土保持效應具有重要影響。這些研究成果為按樹人工林采伐更新技術的改進提供了重要的理論基礎和技術支持。研究選擇廣西壯族自治區國有三門江林場作為試驗基地，通過建立采伐更新試驗示范區，探索適合當地生態環境的按樹人工林采伐更新模式。

1研究區概況與研究方法

1.1 研究區概況

研究區屬于中亞熱帶季風氣候區，年平均氣溫為 ，極端最高溫度為 ，極端最低溫度為 。年降水量為 ，年日照時數為1650h ，無霜期長達 325d 。該地區的地形以低山丘陵為主，海拔在 。土壤類型以紅壤和黃壤為主，其 $＼mathrm{＼DeltapH}$ 值介于 4.8～6.2 ，王層厚度 40～ 120cm 。研究區桉樹林分為2008年種植的尾葉桉，這些樹木平均胸徑為 22.3cm ，平均樹高為 18.5m ，郁閉度為0.85，林分蓄積量為 。林下植被種類多樣，主要包括芒萁、蕨類、野古草等。

1.2 研究方法

1.2.1 樣地設置

2020年12月，在三門江林場125林班采用隨機區組設計，設置機械化采伐和人工采伐2種處理，每個處理設置5個重復，每個樣地面積為 30m×30m 。樣地之間設置 10m 寬的隔離帶。所選樣地地形坡度控制在 ，確保各樣地立地條件一致。樣地四角采用混凝土管樁進行標記，并用GPS記錄具體坐標位置。

1.2.2 調查指標

更新苗生長指標包括存活率、苗高、地徑、生物量、根冠比等多個方面。存活率調查采用全面調查方法，每個樣地選擇100株更新苗進行標記和跟蹤觀察。苗高和地徑每3個月測量一次。生物量調查采用收獲法進行，每個樣地隨機選擇10株更新苗并對其進行全株收獲和稱量。根冠比則是通過稱量根系和地上部分的質量計算獲得。

林地環境監測指標包括土壤理化性質、水分狀況、凋落物現存量等。土壤取樣的采集采用多點混合取樣法，每個樣地設置5個采樣點，并按照 0～10cm 、10～20cm？20～40cm 三個不同層次取樣[3。土壤理化指標包括容重、孔隙度、pH值、有機質質量分數、全氮質量分數、全磷質量分數、全鉀質量分數、速效養分含量等。土壤水分采用時域反射儀進行動態監測。調落物調查采用 樣框收集法。

1.2.3 生物多樣性調查

研究采用樣方法調查林下植物群落組成和物種多樣性。在樣地內分別設置 5m×5m 的喬木幼樹樣方 的灌木樣方、 的草本樣方，每個處理重復5次。記錄物種名稱、數量、高度、蓋度等指標。計算Shannon-Wiener多樣性指數、Simpson優勢度指數和Pielou均勻度指數。

1.3采伐作業方式

1.3.1 機械化采伐

機械化采伐采用卡特彼勒320D2GC型液壓挖掘機改裝的采伐機進行作業。采伐機配備 旋轉抓木器、液壓鋸切裝置和自動集材裝置。在作業時，采用定向伐倒技術，確保伐倒方向能夠得到有效控制，以免對保留木和更新苗造成損傷[4]。采伐作業從上坡到下坡方向進行，集材道間距控制在 25m 。伐樁高度控制在 15cm 以下，采伐現場及時清理集材。采伐作業嚴格按照《森林采伐作業規程》（LY/T1646—2005）的技術要求執行。

1.3.2 人工采伐

人工采伐采用油鋸伐倒，人工集材。作業人員經過專門培訓，持證上崗。采用定向伐倒技術，設置安全防護區域。伐樁高度控制在 20cm 以下。人工集材采用人力搬運和滑木道運輸相結合的方式，全程注意保護更新苗和林地植被。

1.4 統計方法

試驗數據采用SPSS26.0軟件進行統計分析。樣地間差異顯著性采用單因素方差分析（One-wayANOVA）檢驗，多重比較采用LSD法。相關性分析采用Pearson相關系數。在計算物種多樣性指數時，采用R軟件vegan程序包。所有數據以平均值 ± 標準差表示，顯著性水平設定為0.05。

2 研究結果分析

2.1不同采伐作業方式下更新苗生長狀況

2.1.1 更新苗存活情況

機械化采伐區更新苗存活率始終高于人工采伐區，見表1。2種采伐方式下更新苗存活率均隨時間的推移呈逐漸下降的趨勢。機械化采伐區存活率下降幅度小于人工采伐區。機械化采伐區24個月存活率（ 87.6% 明顯高于人工采伐區（ 76.3% ）。統計分析表明，采伐方式對更新苗存活率的影響在各個時期均具有顯著性差異 （Plt;0.05） 。

2.1.2 更新苗生長量

機械化采伐區更新苗各項生長指標均優于人工采伐區，見表2。機械化采伐區更新苗平均苗高比人工采伐區高出 14.4% 。此外，機械化采伐區地徑也顯著大于人工采伐區。機械化采伐區更新苗單株生物量平均達到了 456.8g ，高出人工采伐區18.6% 。根冠比數據表明，機械化采伐區更新苗根系發育較好。

2.2 不同采伐作業方式對林地環境的影響

2.2.1 土壤理化性質變化

機械化采伐對土壤理化性質的影響程度大于人工采伐，見表3。機械化采伐區土壤容重增加較為明顯，表層土壤增幅達到 16.8% 。此外，機械化采伐區土壤孔隙度也出現較大幅度下降。在有機質質量分數方面，2種采伐方式均有所下降，但機械化采伐區下降幅度更為顯著，全氮質量分數變化趨勢與有機質質量分數相似。

2.2.2 水分狀況變化

機械化采伐區土壤含水量普遍低于人工采伐區，見表4。土壤含水量表現出明顯的季節性變化特征。夏季是降水集中時期，土壤含水量最高。2種采伐方式的土壤含水量差異在表層土壤中更為顯著。

2.2.3林下植物群落特征

人工采伐區林下植物群落多樣性指數高于機械化采伐區，見表5。植物群落物種組成調查記錄顯示，維管束植物有52科86屬125種，群落優勢種包括芒萁、野古草、細葉芒等。人工采伐區植物種類數量和分布均勻度均優于機械化采伐區。

2.3 更新模式的經濟效益分析

2.3.1 作業成本構成

機械化采伐和人工采伐在成本方面具有顯著性差異。機械化采伐前期采伐設備投人成本較高，但后期工作效率較高。相反，人工采伐前期設備投入較小，但后期需要大量人力，因此，后期人工成本較高。由此可見，機械化采伐綜合成本低于人工采伐成本，見表6。

2.3.2 木材產出效益

機械化采伐木材產出效益明顯高于人工采伐， 見表7。機械化采伐量和木材價格均高于人工采 伐，且機械化采伐損耗率和材質貶值率均低于人工 采伐。

2.3.3 綜合經濟效益

機械化采伐綜合經濟效益優于人工采伐，見表8。機械化采伐純收益高出人工采伐純收益的 29.7% O機械化采伐的產出比為1：2.85，人工采伐的投入產出比為1：2.32。

3討論與結論

研究在按樹人工林采伐更新技術方面有3項關鍵發現。定向伐倒與自動化集材的組合不僅解決了傳統采伐中的技術難題，還揭示了林地土壤壓實與更新苗生長之間的關聯機制。研究發現，機械化采伐導致的表層土壤壓實，是制約更新苗生長的主要環境因素，生物炭一腐殖酸組合處理能夠有效改善土壤結構，使表層土壤有機質質量分數提升 18.6% 這一發現為解決機械化采伐的生態影響提供了新的技術思路。根系調查數據顯示，土壤改良措施顯著促進了更新苗的根系發育，細根生物量增加了23.5% ，根系活力提高了 。此外，研究發現的坡度、土壤含水量等因素實際反映了當前采伐機械設備的技術短板，特別是在坡度大于 的區域，機械設備的穩定性和作業精度都會顯著下降。這些問題需要通過改進設備性能和優化作業工藝來解決，比如開發新型履帶系統提高設備通過性或者采用智能控制技術提升作業精度。

研究結果顯示，大型機械采伐作業存在顯著的規模經濟效應。年采伐量5萬 是機械化作業的經濟臨界點，這一發現為林場機械化改造提供了決策依據。經濟效益分析表明，在達到臨界點規模后，機械化采伐的單位成本每增加 經濟效益可降低 2.8% 。采伐規模、立地條件與經濟效益的定量關系明確了目前按樹人工林機械化采伐的適用范圍，也為未來的技術改進指明了方向。此外，土壤改良措施雖然增加了作業成本，平均每公頃增加投人2500元，但通過提高更新苗成活率獲得了更好的長期經濟效益，投資回收期通常在 。這種投人產出關系的量化分析對優化采伐作業方案具有重要的指導意義。機械化采伐在經濟價值方面還表現出明顯的優勢，如采伐損傷率降低了62% ，材質貶值率降低了 41% O

目前的研究結果主要來源于三門江林場的數據。在推廣應用時，需要考慮不同地區的實際情況和環境特點。特別是在坡度較大的山地環境中，機械化采伐技術的難度和環境影響都需要進一步驗證。不同土壤類型對機械化采伐也存在差異，如紅壤區域的土壤恢復周期明顯長于黃壤區域。林分密度和立地類型也會影響機械設備的作業效率，因此，需要建立更完善的作業參數體系。研究建議重點開展以下工作。 ① 優化采伐機械設備的接地壓力參數，將目前的 85kPa 降低到 $65＼mathrm{＼kPa}$ 以下； ② 開發適應山地地形的專用設備，重點解決橫向穩定性問題； ③ 探索更高效的土壤改良技術，研究不同改良材料的組合效應； ④ 建立長期定位監測網絡系統，以評價采伐作業的生態影響。這些工作的實施對提升桉樹人工林經營水平具有重要意義。特別需要注意的是，在推廣機械化采伐技術時，必須根據不同地區的具體條件制定相應的作業規程和技術標準。

參考文獻：

[1]李澤波，成雅君，蔡詩文，等.桉樹人工林土壤生態系統多功能性對改造措施的響應[J].桉樹科技，2024，41（3）：15-20.

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[3]朱致遠.巨尾桉人工林土壤性質和重金屬含量對不同營林措施的響應[D].長沙：中南林業科技大學，2023.

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[5]鄧祥勝.桉樹人工林伐根生物量及伐根物理、化學和結構組分特征[D].南寧：廣西大學，2022.