近自然森林经营在辽东山区次生林恢复中的应用效果评价1)

丁 磊 胡万良 丁国泉 金 鑫

(辽宁省森林经营研究所，丹东，118002)

辽宁省现有天然次生林171.86万hm2，占林地总面积的53.28%，其中90%分布在东部地区，这些森林是中部城市群、辽河平原的绿色屏障和重要水源基地，又是保护本区生态环境，促进社会、经济协调发展的重要资源，发挥着不可替代的重要作用［1］。辽东森林曾遭到几次大规模的破坏，在剧烈的人为干扰下，使阔叶红松林这一稳定的顶极森林生态系统失去了平衡，产生了逆行演替，形成了目前的低质、低效天然次生林。

起源于德国的近自然森林经营，在尊重自然的基础上，强调与自然通力合作。作为兼顾森林的经济效益、生态效益、社会效益为一体的森林经营方式，是天然次生林可持续经营的一种可行性营林模式。近年来，近自然森林经营的思想正在逐步渗入到次生林的恢复和经营中。彭舜磊［2］选择秦岭火地塘林区7个森林类型，在样地调查的基础上，基于敏感性分析，选择17个反映森林类型特征的指标，运用层次分析法建立了秦岭主要森林类型近自然度评价指标体系，并针对不同森林类型的近自然度提出了相应的经营措施。孟京辉［3］对海南省不同演替阶段的两类退化天然次生林林分结构及更新能力进行了对比分析，并以近自然森林经营思想为依据，制定了森林发展类型。毕刚蕊［4］选取直径结构、生物多样性、天然更新和演替阶段等参数，对辽东山区柞树次生林进行了近自然度的计算与评价，提出了基于不同近自然度等级的林分改造型、抚育间伐型、采伐更新型、改造防护型4种经营对策。笔者以辽东山区20年生杨桦林为研究对象，采用3种近自然经营措施及1种皆伐改造措施，根据试验地近40 a的观测数据，对改造后的林分结构和土壤质量进行分析，为辽东山区天然次生林的恢复提供借鉴。

1 试验区自然概况

试验区地处辽宁省桓仁县八里甸子镇大南沟村尹家大坡，位于北纬 41°13'～41°14'，东经 124°51'～124°52'，海拔高550 m。年平均气温4.6℃，年降水量900 mm，年蒸发量900～1 000 mm，全区≥10℃的年积温在3 000℃左右，无霜期120 d，土壤为暗棕色森林土，土层厚20～40 cm。伐前是以山杨(Populus davidiana)、白桦(Betulaplatyphylla)为主的低产杂木林，伐前林分因子及立地条件见表1。

表1 试验林分作业前林分因子及立地条件

2 试验方法

2.1 林分近自然森林经营方法

根据近自然森林经营的方法和原则，首先确定该地区的潜在森林植被，以便确定恢复目标。潜在植被作为一种与所处立地达到平衡的演替终态，反映的是无人类干扰情况下立地所能发育形成的最稳定的一种顶极植被类型，是一个地区现有植被的发展趋势。辽东山区植被类型属于长白山植物区系，潜在森林植被为阔叶红松林。森林植物成分具有明显的长白植物区系特征，如长白植物区系的特征种红松(Pinuskoraiensis)，其它针叶树种中的沙松(Abiesholophylla)、紫杉(Taxuscuspidata)等。因此，确定采取的近自然森林经营方法，是对林分进行抚育改造或皆伐改造后引入红松和沙松，并促进林下珍贵阔叶树种的天然更新，通过不断的目标树作业，加快林分向原生植被的演替。

试验中采用B、C、D 3种近自然森林经营方法，并设立A试验区为对照区，具体如下。

尹Ⅱ标准地为次生林抚育改造试验区 于1973年冬进行抚育改造，伐后保留木200株·hm-2，胸径4～18 cm。翌年春，在林冠下“见缝插针”人工栽植红松3年生苗，栽植密度2 500～4 000株·hm-2，设置固定标准地1块，标准地面积0.1 hm2;栽后连续幼林抚育3 a，每年1次，在最后一次幼林抚育时保留有经济价值和培育前途的阔叶幼树。1981年对该林分进行1次透光抚育，调整萌生阔叶幼树与红松的比例。1993年秋进行1次上层抚育，伐除胸径18 cm以上的阔叶树，并对下层红松进行透光抚育，保留适宜针阔比，蓄积采伐强度为56.32%。2005年秋进行1次抚育间伐，调整林分结构，保留适宜针阔比，蓄积采伐强度为30.94%，记为B。

尹Ⅲ标准地为次生林抚育改造试验区 于1973年冬进行抚育改造，伐后保留木320株·hm-2，胸径4～18 cm。翌年春，在林冠下“见缝插针”人工栽植红松3年生苗，栽植密度2 500～4 000株·hm-2，设置固定标准地1块，标准地面积0.1 hm2。栽后连续幼林抚育3 a，每年1次，在最后一次幼林抚育时保留有经济价值和培育前途的阔叶幼树。1981年对该林分进行1次透光抚育，调整萌生阔叶幼树与红松比例。1993年秋进行1次上层抚育，伐除胸径18 cm以上的阔叶树，并对下层红松进行透光抚育保留适宜针阔比，蓄积采伐强度为51.71%，记为 C。

尹Ⅳ标准地为次生林皆伐改造试验区 1973年冬进行全面采伐清场，伐后营造红松(3年生苗)，株行距1.5 m×2.0 m。造林当年幼林抚育1次，全面割草清丛，连续3 a，在最后一次幼林抚育时，保留有培育前途的萌生阔叶幼树，设置固定标准地1块，标准地面积0.1 hm2。1981年对该林分进行1次透光抚育，调整萌生阔叶幼树与红松比例。2005年秋抚育间伐1次，蓄积采伐强度为28.83%，调整林分结构，保留适宜针阔比，记为D。

尹Ⅰ标准地为红松纯林试验区 设为对照区，采伐与更新方法与尹Ⅳ标准地相同，连续幼林抚育3次，每年1次，但在幼林抚育时一律不留萌生阔叶幼树，设置固定标准地1块，标准地面积0.066 7 hm2。2005年秋抚育间伐1次，蓄积采伐强度为24.65%，记为A。

2.2 林分因子调查

定期(间隔3～5 a)对标准地内胸径3 cm以上所有乔木逐株实测胸径，计算林分蓄积量、平均胸径、密度、树种组成等。

土壤理化性质测定：2011年在每块标准地以对角线方式进行土壤取样，将土层厚度(H)分为0＜H≤10 cm和10 cm＜H≤20 cm，取5个点。采用环刀法测定土壤密度、毛管孔隙度、最大持水量等指标［5］。土壤有机质质量分数用重铬酸钾容量法——外加热法。速效N质量分数用碱解扩散法。速效P质量分数用碳酸氢钠浸提—钼锑抗比色法。速效K质量分数用醋酸氨浸提—火焰光度计法［6］。

3 结果与分析

3.1 近自然森林经营对林分结构的影响

3.1.1 近自然森林经营对林分平均胸径的影响

由表2可知，由于采取不同的近自然森林经营措施，各试验区林分平均胸径存在较大的差异。1993年林分间伐前，经过20 a的生长，A试验区林分红松平均胸径最大，红松长势良好;B试验区和C试验区阔叶树平均胸径比较高，但红松平均胸径低于A试验区;C试验区红松平均胸径低于B试验区。可见，1973年林分抚育改造时，上层保留木过多，林冠下红松生长受到了影响。B试验区和C试验区经过1993年秋的上层抚育，林分状况改善，阔叶树和红松长势良好，红松长势加快。2005年林分间伐前，B试验区红松平均胸径略高于A试验区，D试验区阔叶树和红松长势也很好，D试验区红松平均胸径略低于A试验区，C试验区红松平均胸径最低。2011年A试验区红松林分平均胸径最大，B试验区红松平均胸径高于A试验区，D试验区次之，C试验区最低;2011年B试验区阔叶树平均胸径最大，D试验区次之，C试验区最低。1993年以后，C试验区由于未进行抚育，林木生长环境得不到改善，阔叶树和红松长势不良，阔叶树和红松平均胸径都比较低。2005年秋，A、B、D试验区都进行了抚育间伐，由于林分状况得到了改善，林木长势良好。通过近40 a的观测，次生林近自然森林经营的林分中，红松平均胸径与红松纯林平均胸径相差无几，并且同时可以获得大径级阔叶材，B试验区效果最好，D试验区次之。

3.1.2 近自然森林经营对林分树种组成的影响

由表2可知，虽然经过1973年秋的抚育改造，但到1993年林分间伐前，B、C试验区的白桦和山杨仍然占很大比例：C试验区为40%，B试验区达到50%。经过1993年的上层抚育，B、C试验区白桦和山杨所占比例都下降到10%。B试验区经过2005年秋的间伐，白桦和山杨所剩无几。C试验区由于1993年秋以后未进行任何抚育间伐，白桦作为先锋树种又快速侵入林地中，2011年达到20%。在辽东山区，白桦和山杨属于软阔叶树，辽东山区次生林演替顺序为：阔叶红松林软阔叶林→硬阔叶林→针阔混交林。对次生林进行近自然森林经营过程中，白桦和山杨不建议过多保留。通过对试验林分近40a的近自然森林经营，白桦和山杨逐年减少，刺楸、水曲柳、核桃楸和蒙古栎等珍贵阔叶树种逐年增多。林分现在已经演替为针阔混交林。可见，对次生林进行近自然森林经营改善了林分的树种组成，加快了林分向原生植被——阔叶红松林的演替。

表2 不同近自然森林经营方式林分历年生长情况

3.1.3 近自然森林经营对林分蓄积量的影响

由表2、表3可知，由于采取不同近自然森林经营措施，各试验区林分蓄积量存在较大的差异。1993年林分间伐前，B区林分蓄积量最高，为78.913 7 m3·hm-2，A区次之，C区最少。2005年林分间伐前，A 区林分蓄积量最高，为 196.153 4 m3·hm-2，B区次之，D区最少。B区经过1993年秋的上层抚育，林分蓄积量比A区低了17.38%。2011年，A区林分蓄积量最高，为203.255 3 m3·hm-2，其次是B区，D区最小，B区林分蓄积量仅比A区低1.05%;C区阔叶树蓄积量高于B试验区，但C区红松蓄积量明显低于B区。可见，B区经过2005年秋的抚育间伐，虽然伐掉了很多阔叶树，使其蓄积量有所下降，但林分状况得到了明显改善，林分蓄积生长率明显提高。经过近40 a的观测可见，对次生林进行抚育改造、人工诱导形成阔叶红松林这种近自然森林经营方式(B区)，林分的蓄积量并不会明显低于红松纯林，并且可以同时收获大径级阔叶材。

由表3看出，2011年B区林分总蓄积量最高，为 315.470 0 m3·hm-2，其次是 A 区为 275.639 0 m3·hm-2，D区最小。B区比A区提高了14.45%。C试验区于1993年秋进行了1次抚育间伐，此后未进行抚育间伐。B试验区于1993年秋和2005年秋进行了两次抚育间伐，及时利用了大量的间伐木，林分状况得到了改善，林分总蓄积量比C区提高50.56%，林分平均胸径提高了34.90%。C区由于保留密度过大，林木长势不良，自然稀疏严重，2005年至2011年共减少了420棵树，可见C区亟须抚育间伐，以改善林木生长环境，促进林木的生长。2011年B区林分中阔叶树总蓄积量最高。综合考虑林分红松和阔叶树的蓄积量与总蓄积量，B区最好，而且林分质量最高。

表3 不同近自然森林经营方式林分历年采伐蓄积量及总收获量

3.2 近自然森林经营对林分土壤物理性质的影响

土壤密度：土壤密度是土壤紧实度的敏感性指标，也是表征土壤质量的一个重要参数。由表4可知：0～10 cm土层土壤密度由小到大依次为B区、D区、C区和A区，其中B区比A区降低了17.08%;10～20 cm土层土壤密度由小到大依次为B区、C区、D区和A区。

土壤孔隙度：土壤孔隙是土壤中养分、水分、空气和微生物等的迁移通道、贮存库和活动场地，其数量及其分配是土壤物理性质的基础，也是评价土壤结构特征的重要指标。由表4可知：0～10 cm土层土壤总孔隙度由大到小依次为B区、D区、C区和A区;10～20 cm土层土壤由大到小依次为B区、C区、D区和A区。

土壤持水量：林地土壤持水量是反映森林涵养水源能力的重要指标之一。土壤的蓄水能力常以土壤的饱和持水量(最大持水量)为表征。由表4可知：0～10 cm土层土壤最大持水量由大到小依次为B区、D区、C区和A区，其中B区比A区提高了8.68%;10～20 cm土层土壤由大到小依次为B区、C区、D区和A区。与B区相比，C区只于1993年秋进行过一次上层抚育，以后未进行过抚育间伐，因此，土壤物理性质较差。对林分进行不同方式的近自然森林经营，均能改善土壤的物理性质，提高土壤水源涵养能力。其中B区效果最好。

表4 不同近自然森林经营方式土壤的物理性质

3.3 近自然森林经营对林分化学性质的影响

土壤pH值：土壤pH值是土壤化学性质中的重要指标之一，它直接影响植物的生长、微生物的活动以及土壤的其他性质与肥力状况。由表5可知：与A区相比，B区、C区和D区的pH值均有一定的提高。其中：0～10 cm土层由大到小为B区、C区、D区和A区，提高幅度在8.73%～15.50%;10～20 cm土层由大到小为C区、B区、D区和A区。可见，对林分进行不同方式的近自然森林经营，均可增加土壤的通气性，从而提高土壤的pH值，有利于土壤养分的利用。

土壤有机质：在森林生态系统中，凋落物是土壤有机质的主要来源。由于森林地被层凋落物分解所形成的有机物首先进入土壤表层，从而使表层土壤(0～10 cm)的有机质质量分数明显高于深层土壤(表5)。与A区相比，B区、C区和D区的土壤有机质质量分数均有一定的提高。其中：0～10 cm土层由大到小依次为B区、C区、D区和A区;10～20 cm土层由大到小为B区、D区、C区和A区。可见，对林分进行不同方式的近自然森林经营，均有利于土壤有机质的形成和积累，有利于提高林地的肥力。

表5 不同近自然森林经营方式土壤的化学性质

土壤速效氮：土壤速效氮是衡量土壤氮素供应状况的重要指标。氮是植物生长发育的必须营养元素之一。由表5可知，与A区相比，B区、C区和D区土壤的速效氮质量分数均有所提高，其中D区提高幅度最大，0～10 cm土层提高了67.72%。

土壤速效磷：土壤速效磷是构成植物体多种有机化合物的重要元素，在植物新陈代谢、生长发育、产品质量等方面都有十分重要的作用。由表5可知，土壤速效磷质量分数由大到小依次为B区、D区、C区和A区。其中B区0～10 cm土层速效磷质量分数比A区提高了40.01%。

土壤速效钾：土壤速效钾是土壤重要的理化指标，也是植物吸收量最多的营养元素之一。由表5可知：0～10 cm土层土壤速效钾质量分数由大到小依次为B区、D区、C区和A区，其中B区比A区提高了66.07%;10～20 cm土层由大到小为B区、C区、D区和A区。

从分析中可以看出，对次生林进行近自然森林经营(无论是抚育改造还是皆伐改造)，林分中土壤的肥力均高于红松纯林。其中，抚育改造、冠下引进红松并适时进行抚育间伐的试验区(B区)，土壤肥力最高。

4 结论与讨论

对次生林进行近自然森林经营后，林分长势良好。2011年B区林分中红松的平均胸径略低于红松纯林，但可以同时获得大径级阔叶材，效果最好。2011年B区林分总蓄积量最大，D区次之。进行近自然森林经营的林分土壤质量有所改善，B区土壤质量最好。可见，对次生林进行近自然森林经营，能改善林分的质量，有利于形成异龄复层的林分结构，提高了林分的蓄积量并改善了土壤质量。综合考虑，在辽东山区3种近自然森林经营方法中，对次生林进行抚育改造并在林下引进红松，以及适时地进行抚育间伐(B区)的效果最好。A区为红松纯林，林分结构单一、生物多样性低。因此，对辽东山区低质、低效次生林进行改造时，不建议营造红松纯林。

辽东山区现有次生林大多已偏离阔叶红松林的组成和结构特征，原生群落的主要优势树种的种源缺乏，如果靠自然演替，在相当长的时期内不可能恢复成原生群落。由于现有天然次生林仍保持地带性森林植被，即阔叶红松林的某些特征，根据近自然森林经营的方法和原则，以现有植被为主体，引进原有而现在已经失去的珍贵针叶树种红松、沙松等，同时将林冠下萌生的珍贵阔叶幼树作为潜在的目标树加以保护和培育，通过不断的目标树作业，会加速林分向潜在植被——阔叶红松林的进展演替。

［1］宋德利，王拥军.辽东山区天然次生林经营的发展与问题［J］.安徽农业科学，2007，35(5)：1365-1366，1372.

［2］彭舜磊，王得祥.秦岭主要森林类型近自然度评价［J］.林业科学，2011，47(1)：135-141.

［3］孟京辉，陆元昌，王懿祥，等.海南白沙2类退化天然次生林的森林发展类型［J］.林业科学，2011，47(8)：44-52.

［4］毕刚蕊，殷鸣放，谭希斌，等.基于近自然度评价的柞树天然次生林近自然经营的探讨［J］.林业实用技术，2011(5)：18-20.

［5］中国科学院南京土壤研究所.土壤理化分析［M］.上海：上海科学技术出版社，1978：68-69.

［6］鲍士旦.土壤农化分析［M］.北京：中国农业出版社，2005：35-100.