抚育间伐对马尾松林分生长与植物多样性的影响

鲍 斌，丁贵杰

(贵州大学 造林生态研究所，贵州 贵阳 550025)

抚育间伐对马尾松林分生长与植物多样性的影响

鲍 斌，丁贵杰

(贵州大学 造林生态研究所，贵州 贵阳 550025)

为找出马尾松人工林最佳的抚育间伐强度，以12年生马尾松人工纯林为研究对象，通过定位观测，探讨了不同抚育间伐强度对林分生长、结构和林下植被的影响。结果表明：(1)随间伐强度的增加，胸径和单株材积增加，且处理间差异显著，而树高和单位面积蓄积量呈先增加后降低趋势，但处理间差异不显著。(2)不同径阶林木株数方差分析得出：除18，20，22三个径阶各处理间差异不显著外，其余各径阶处理间均差异极显著或显著。随间伐强度的增加，小径级木的径阶移动因子增大，进升上一径阶的株数增加，小径级木所占的比例逐渐减小，而林分中大径阶木的株数增多。(3)随间伐强度的增加，林下灌木、草本层的物种数、Simpson多样性指数、Shannon-Wiener多样性指数、丰富度和均匀度呈现先增后降的趋势，中度间伐的植物多样性指数最高，强度间伐反而降低。

马尾松；抚育间伐；径阶结构；物种多样性

马尾松Pinus massoniana Lamb.是我国松树中分布最广，数量最多的主要用材树种，同时由于其经济价值高,利用范围广而得到广泛的发展[1]。国内外关于抚育间伐的已有诸多报道[2-13]。抚育间伐对胸径和单株材积生长影响的研究结论较为一致，即随间伐强度的增加，林分平均胸径和单株材积生长量均增加[14]；但抚育间伐强度对树高和单位面积蓄积量的影响结论却不尽一致[15]。近些年来，越来越重视间伐后对人工林生态系统影响的研究，如：抚育间伐对生物多样性和土壤等方面的影响，在这方面一些学者分别做了有益的探索[16-21]，并得出了随间伐强度增大，林下植物的物种随之增加的结论[19,22-23]。在贵州分布着大面积马尾松纯林，由于抚育间伐不及时，导致林分质量低下。为了提高林分质量，以15年生马尾松人工纯林为研究对象，开展了抚育间试验，通过间伐后2年的定位观测结果，研究间伐强度对林分生长、结构及林下植被生物多样性等因子的影响，从而找出最佳的间伐强度，旨在为制定抚育间伐措施和改善林分质量提供科学依据。

1 试验与方法

1.1 研究区域概况

试验区地处贵州黔东南州台江县台盘乡平水村 ,东经 103°10′，北纬 26°42′，海拔 800 m 左右，年极端最高温37.1 ℃，年极端最低温-10.3 ℃，年均温15.7 ℃,无霜期286 d,年降水量1 050～1 400 mm，气候属北亚热带季风湿润气候。该区有大面积的马尾松人工纯林。

1.2 试验设计

在贵州台江县，选择具有代表性的12年生马尾松人工林，开展抚育间伐试验研究，试验采用随机区组设计，设如下4个处理，即：重度(D)、中度(C)、轻度(B)和对照(A)，对应的保留株数分别为1 350、1 566、1 800、2 016株/hm2，试验设3次重复。

1.3 调查方法

林木生长调查指标包括：每木检尺、胸径、树高、枝下高、冠长、冠幅等。间伐当年分别进行伐前和伐后林分调查，此后每年都定期、定株、定位连续观测。同时调查记载林下植被。在每块固定标准地内，沿对角线设置3个4 m×4 m的灌木样方。在样地对角线的4个确及中间位置，各设1个l m×l m的草本小样方。根据调查结果计算Simpson 多样性指数、Shannon-Wiener 多样性指数、丰富度和均匀度4 个指标，用以揭示和反映各样地的生物多样性指数。

1.4 资料统计分析

采用Excel2003进行资料统计和分析，用SPSS18.0软件进行图表编辑及数理统计分析。

2 结果与分析

2.1 间伐对林分生长的影响

2.1.1 不同间强度对胸径生长的影响

本实验研究表明：间伐1年后或2年后，均随着间伐强度的增大，林分平均胸径随之增大，且不同间伐强度对林分平均胸径的生长影响具有显著的差异。从表1可知：经两年的生长，D、C、B处理的林分平均胸径比A对照林分平均胸径分别大11.76 %、11.60 %、1.78%；而D处理林分平均胸径比C处理林分平均胸径大0.15 %，比B处理大9.80 %。因此，随着间伐强度的增大，林分平均胸径的净生长量也随之增大。所以培育马尾松大径材，可以采用重度间伐。

2.1.2 不同间伐强度对树高生长的影响

不同间伐强度对林分平均高的影响比较复杂，结论也不一。有的学者研究表明，随着间伐强度的增大，林分平均高随之增长。但对其无显著影响。本实验研究表明，间伐后，随着间伐强度的增加，不同间伐强度之间树高净生长量无显著影响。从表1可知，间伐一年后，A、B、C、D 4种处理树高净生长量：0.62、1.27、1.13、1.30 m，间伐两年后：1.40、1.44、1.83、1.78 m。且随着间伐后时间的推移，不同间伐强度之间对树高净生长量的影响逐渐减小。

表1 不同间伐强度对林分因子的影响†Table 1 Influence of different thinning intensity on stand factors

2.1.3 不同间伐强度对单株材积的影响

林龄相同时，林分的单株材积和单位面积株数呈负相关。由表1可知，间伐能显著地促进林分平均单株材积生长，其生长量随保留密度增加而降低。间伐一年后，D处理林分单株材积较C、B、A处理林分单株材积分别增加0、4.94%和26.87%。间伐两年后D处理林分单株材积较C、B、A处理分别增加5.4%、9.0%和24.4%。且随着林龄的增加，不同间伐强度之间单株材积差异逐渐减小。经方差分析比较，不同间伐强度对林分平均单株材积的生长具有显著的影响。因此，培育马尾松大径材，在中龄林时期，可以采用中度或重度间伐。

2.1.4 不同间伐强度对单位面积蓄积量的影响

在生长前期，林分的单位面积蓄积与单位面积株数呈正相关，与单株材积呈负相关，但随着林龄的增加，不同间伐强度之间单位面积蓄积差异变小。从表1可见，间伐一年后，A、B、C处理单位面积蓄积量分别是D的140.93%、127.09%、116.78%。间伐两年后，A、B、C处理单位面积蓄积量分别是D的110.70%、123.14%、121.17%。方差分析结果表明，不同间伐强度对林分单位面积蓄积量的生长无显著性影响。综合试验林两年观测结果，通过间伐不能明显提高林分的总蓄积量，但能显著提高林分质量和材种构成，使林分中大、中径级规格材所占比例显著提高，从而提高经营效益。

2.2 不同间伐强度对径阶株数分布的影响

不同处理、不同径阶的林木株数按径阶分布情况见图1～图3。由图1可知，在2010年，A、B、C、D4种处理大于16径阶的株数分布率分别为3.31%、5.86%、6.34%和6.17%，8～16径阶的株数分布率分别为87.87%、89.82%、91.9%和93.00%。小于8径阶的株数分布率分别为8.82%、4.32%、1.76%和0.82%。A、B、C、D 4种处理的株数分布率最大的径阶分别为12 cm、12 cm、14 cm和12 cm。而间伐两年后，A、B、C、D 4种处理大于16的径阶株数分布率分别为9.37%、17.28%、19.72%和16.87%，8～16径阶的株数分布率分别为86.23%、80.86%、79.92%和83.13%。小于8径阶的株数分布率分别为4.41%、1.85%、0.35%和0。A、B、C、D 4种处理的株数分布率最大的径阶分别为12 cm、12 cm、16 cm和12 cm。可见随着密度增大，小径阶株数分布率、小径级材种出材量及所占比例增加，而大、中径级株数分布率与大、中径级材种出材量减少。且中度间伐对径阶结构影响最大，从而影响了整个林分质量。所以，在马尾松低产林区，可以采用中度间伐来提高林分质量。从而提高经济效益。

2.3 不同抚育强度对植物多样性指数的影响

植物多样性指数计算结果见表2和表3。由表2和表3是可知：间伐后第一年和第二年，其轻度间伐林下灌草的物种数增加的最多，分别为27.27%、28.57%。中度间伐林下灌木Simpson 指数、草本的Shannon-Wiener 指数和草本的丰富度增加最大，分别增加了2.78%、5.81%、56.16%。从表3 可知：间伐2年后，随着间伐强度的增加，灌木层和草本层的物种数都是先增加后下降的趋势，各指标在中度间伐达到最大。(1)间伐后各林分林下灌木、草本多样性指数都比对照林分高，中度抚育时植物的Simpson指数、Shannon-Wiener指数、丰富度和均匀度均最高；(2)植物多样性指数随间伐强度的增加呈现先增加后降低的趋势，这是由于抚育间伐改善了林内光照及温湿条件，增大了灌木、草本的生长空间，有利于新的物种侵入繁殖。但是在重度间伐样地中，造成植物多样性指数略有下降的原因可能是间伐的时间还比较太短，一些灌草可能还没有来得及更新成功，另一方面，由于间伐强度较大，造成林内光照明显增强，使得原有一些耐荫植物一时无法适应，而死亡；(3)抚育间伐不仅促进了乔木层的生长发育、林分质量的提高及材种结构的改进，而且也促进和丰富了林下植被的多样性。

图1 不同间伐强度径阶株数分布率曲线(2010年间伐后)Fig.1 Distribution percentage curves of tree of diameter class at 12-year-old with various thinning intensity(after thinned in 2010)

图2 不同间伐强度径阶株数分布率曲线(2011年)Fig.2 Distribution percentage curves of tree of diameter class at 13-year-old with various thinning intensity(in 2011)

图3 不同间伐强度径阶株数分布率曲线(2012年)Fig.3 Distribution percentage curves of tree of diameter class at 14-year-old with various thinning intensity(in 2012)

表2 不同间伐强度林下植物多样性指数(间伐一年后)†Table 2 Species diversity indexes of stands with different thinning intensities (a year later)

表3 不同间伐强度林下植物多样性指数(间伐两年后)Table 3 Species diversity indexes of stands with different thinning intensities two years later

3 结论与讨论

(1)经对12年生马尾松林间伐后两年的观测资料表明，随着间伐强度的增加，胸径和单株材积逐渐增加，而树高和单位面积蓄积量无显著差异。通过间伐不能明显提高林分的总蓄积量，这是由于间伐强度增加，林分空间增大，使小径阶的林木充分吸收养分，林内竞争力减小，生长就越快。但是林分空间太大，又不能最大发挥森林生产力。但能显著提高林分质量和材种构成，使大、中径级规格材所占比例显著提高，以获取最佳经济效益。若使单位面积林木总蓄积量也达最大，还是中度间伐比较合适，具体间伐多少才使经济效益最高，这对于马尾松人工纯林还有待进一步研究。

(2)不同间伐强度对林分结构与材种规格有显著影响。随着间伐强度的增大，小径阶株数分布率、小径级材种出材量及所占比例增加，而大、中径级株数分布率与大、中径级材种出材量减少。且中度间伐对径阶结构影响最大，从而影响了整个林分质量。所以，在马尾松低产林区，可以采用中度间伐来提高林分质量。从而提高经济效益。

(3)随间伐强度的增加，林下灌木、草本的物种数、Simpson 多样性指数 、Shannon-Wiener 多样性指数(H)、丰富度和均匀度呈现先增后降的趋势，中度间伐的植物多样性指数最高，强度间伐反而开始有所降低。从对整个林分生长和生物多样性影响的综合角度考虑，以中度间伐最合理。

[1] 周政贤.中国马尾松[M].北京：中国林业出版社,2000.

[2] 谌红辉,丁贵杰.马尾松造林密度效应研究[J].林业科学,2004, 40(1)：92-97.

[3] 谌红辉,方升佐,丁贵杰,等.马尾松间伐的密度效应[J].林业科学 ,2010,46(5)：84-91.

[4] 谌红辉,丁贵杰,温恒辉,等.造林密度对马尾松林分生长与效益的影响研究[J].林业科学研究,2011,24(4)：470-475.

[5] 谢 华.杉木人工林抚育间伐效应研究[D].合肥：安徽农业大学,2007.

[6] 李志辉.湘东地区杉木人工林间伐效果分析研究[J].林业科学 ,2000,36(1)：131-136.

[7] 熊有强,盛炜彤,曾满生.不同间伐强度杉木林下植被发育及生物量研究[J].林业科学研究,1995,8(4) ：408-412.

[8] Baldwin V C, Peterson K D. The effect of spacing and thinning on stand and tree characteristic of 38 year old loblolly pine[J].Forest Ecology and Management,2000,137(3)：91-102.

[9] Gonzalo P L, Ignacio G, VicenteR, et al. Effects of thinning intensity on radial growth patterns and temperature sensitivity in Pinus canariensis afforestations on Tenerife Island, Spain[J].Annals of Forest Science,201168：1093-1104.

[10] Zhu J J, Mao Z H, Zhang C H, et al. Effects of thinning on plant species diversity and composition of understory herbs in a larch plantation[J].Frontiers of Forestry in China,2008,4(3)：422-428.

[11] Kenji S, Yukino E, Masahiro H, et al. Effects of thinning intensity on species diversity and timber production in a conifer(Cryptomeria japonica) plantation in Japan[J]. Journal Article,2011,18.

[12] Hytonen J, Issakainen J. Effect of repeated harvesting on biomass production and sprouting of Betula pubescens[J]. Biomass &Bioenergy, 2001,20：237-245.

[13] Zachara T. The influence of selective thinning on the social structure of the young scots pine stand[J]. Prace Instymtu Badawczego Lesnictwa Sef i a A, 2000,3：35-61.

[14] 韩明跃,李莲芳,郑 畹,等.间伐强度对云南松中龄低产林分结构的调整研究[J].中南林业科技大学学报,2011,31(2)：27-33.[15] 李志辉.湘东地区杉木人工林间伐效果分析研究[J].中南林业科技大学学报,2010,30(4)：1-6.

[16] 李春义,马履一,徐 昕.抚育间伐对森林生物多样性影响研究进展[J].世界林业研究,2006,19(6)：27-32.

[17] 李春明,杜纪山,张会儒.抚育采伐对森林生长的影响及其模型研究[J].林业科学研究,2003,16(5)： 63-64.

[18] 任立忠,罗菊春,李新彬.抚育采伐对山杨次生林植物多样性影响的研究[J].北京林业大学学报,2000,22(4)：14-17.

[19] 段 劼,马履一,贾忠奎,等.抚育间伐对侧柏人工林及林下植被生长的影响[J].生态学报,2010,30(6)：1431-1441.

[20] 雷相东,陆元昌,张会儒,等.抚育间伐对落叶松云冷杉混交林的影[J].林业科学,2005,41(4)：78-85.

[21] 赵朝辉,方 晰,田大伦,等.间伐对杉木林林下地被物生物量及土壤理化性质的影响[J].中南林业科技大学学报,2012,32(5)：102-107.

[22] 丁 磊,谭学仁.辽东山区生态公益林抚育间伐效果[J].东北林业大学学报,2010,38(1)：37-39,59.

[23] 曹 云,杨 劼,宋炳煜,等.人工抚育措施对油松林生长及结构特征的影响[J].应用生态学报,2005,16(3)：397-402.

Effects of thinning on growth and vegetation diversity of Pinus massoniana plantation

BAO bin, DING Gui-jie
(Institute of Silviculture and Ecology, Guizhou University, Guiyang 550025, Guizhou, China)

In order to fi nd out the optimum thinning intensity, the inf l uences of thinning intensity on the stand-diameter structure, growth and the plants diversity were studied by selecting the planted Pinus massoniana pure forest of 12-year-old as tested objects. The results show that (1) The breast height and single tree volume increased with the increase of thinning, there was signif i cantly different among thinning treatments. The tree height and the unit area stand volume increased fi rst and then decreased, and there was no signif i cantly different among thinning intensities.(2)The analysis on the trees number of different diameter classes indicated that differences were very signif i cant or signif i cant at various treatments except 18, 20, 22 three diameter classes. With the increases of thinning intensity, the number of plant growth to larger diameter class increased, and the rate of smaller diameter class gradually declined. (3)With the increase of thinning intensity, the number of species, the Simpson index, the Shannon-Wiener index, richness and uniformity increased fi rst and then decreased. Species diversity was highest at medium thinning, and it decreased with heavy thinning.

Pinus massoniana; thinning; diameter class structure; species diversity

S791.248

A

1673-923X(2013)03-0030-04

2012-10-16

贵州省重大专项(黔科合重大专项字[2012]6011号)；贵州省林业重大专项(黔林科合[2010]重大03号)；贵州省人才基地建设项目(黔人颁发[2009]9号)；贵州省创新团队建设项目(黔科合人才团队2011)及贵州大学研究生创新基金(农科2012003)

鲍 斌(1987-)，男，陕西子洲人，硕士研究生，主要从事人工林经营研究,E-mail： baobin7311621@163.com

丁贵杰(1960-)，男，内蒙古突泉人，教授，博导，主要从事人工林培育和森林经营研究；E-mail：guijieding@yahoo.com.cn

[本文编校：吴 毅]