关帝山林区华北落叶松人工林不同强度间伐的生长效应研究

陈天成，柳 杰，张芸香，郭晋平，郭跃东

(山西农业大学，山西 太谷 030801)



关帝山林区华北落叶松人工林不同强度间伐的生长效应研究

陈天成，柳 杰，张芸香，郭晋平，郭跃东

(山西农业大学，山西 太谷 030801)

抚育间伐是恢复森林生态系统功能、实现森林资源可持续利用的重要森林经营措施。笔者以关帝山林区华北落叶松人工林样地为研究对象，研究不同抚育强度对华北落叶松林生长量变化的影响。研究结果表明：在一定的立地条件下和密度范围内，间伐措施能提高华北落叶松人工林胸径、立木材积的生长量，间伐组胸径年均生长量比对照组增加0.37 cm/a～0.59 cm/a，年均生长率比对照组增加4.05%～5.19%；立木材积的年均生长量比对照组增加0.001 09 m3/a～0.001 24 m3/a，年均生长率比对照组增加4.48%～5.83%.强度间伐对树高生长有短期促进作用，年均生长量最高达到0.63 m/a，年平均生长率最高达到7.1%，但高生长对间伐效应的长期响应不明显。单位面积蓄积量对间伐强度的响应不明显，但间伐组年平均生长量、年平均生长率均比对照有所增加，以强度间伐效果最好。对初始密度为5 000株/hm2～5 500株/hm2的20年生华北落叶松人工林的抚育间伐强度进行观测分析，间伐强度最高可达到50%，保守设计适宜强度为40%. 关键词： 关帝山林区； 华北落叶松； 抚育间伐； 生长效应

华北落叶松(Larixprincipis-rupprechtiiMayr.)是我国暖温带亚高山森林类型的主要构成树种，主要分布在河流的发源地，在水源涵养和水土保持方面起着重要作用。华北落叶松材质优良，对不良气候的抵抗能力较强，在维持景观多样性、生态平衡等方面发挥着重要作用，具有较高的利用、保护价值。抚育间伐是在人类有目的的行为指导下，对天然林、人工林等进行的人为干扰活动。研究不同程度的人为干扰在森林生态系统动态变化过程中维持、恢复森林生态系统的固有功能，为实现高效、稳定、可持续的森林经营管理提供参考。

国外关于抚育间伐对森林生态系统的影响研究较多，主要包括抚育对林分、林下植被和土壤的影响等内容。如，Emmingham研究了弱度采伐对花旗松(Pseudotsugamenziesii)林分蓄积量变化的影响；Donald研究了花旗松林下植被对不同抚育措施的响应；Jessica研究了不同抚育措施对法国东南部栎类(Oak)混交林林下植被与土壤的影响；Edith研究了不同抚育措施对林木材性的影响。国内关于抚育间伐的研究是从20世纪60年代开始的，如，杜纪山研究了抚育间伐对林分生长的影响；熊有强、任立忠、雷向东等对抚育间伐后杉木(CunninghamiaLanceolata)、山杨 (Populusdavidiana)林、落叶松(Larixolgensis)、云杉(Piceajazoensis)、冷杉(Abiesnephrolepis)混交林的林下植被发育及多样性进行了研究。笔者通过对关帝山华北落叶松人工林的抚育间伐效果进行观测，研究华北落叶松人工林生长量对间伐强度的响应，为人工林的健康和可持续发展提供理论依据。

1 研究地概况和研究方法

1.1 研究地概况

研究地位于关帝山林区的龙兴林场，111°30′～111°40′E，37°28′～37°35′N，东西30 km，南北9 km.东邻三道川林场，西傍吴城林场，南靠白虎岭林场，北接文峪河林场。场区国有林面积达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，森林覆盖率88%，活立木蓄积53.7×104m3.属于温带大陆性山地气候，年均温8.9 ℃，1月份均温-8.1 ℃，7月份均温23.0 ℃，极端最低气温-19.5 ℃，极端最高气温34.8 ℃.海拔1 300 m～2 169 m，年均无霜期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，土壤以黄土居多。自然植被以华北落叶松、油松林为主，主要乔木树种有华北落叶松(Larixprincipis-rupprechtii)、油松(Pinustabulaeformis)、侧柏(Platycladusorientalis)、白桦(Betulaplatyphlla)等。华北落叶松林主要分布于海拔1 800 m～2 100 m的阴坡、半阴坡上，灌木盖度为35%～45%，草本植物盖度为40%～90%.

1.2 研究方法

1.2.1 间伐试验标准地的设置

试验地设在关帝山林区龙兴林场立地条件相似的五一沟、丁羊沟、李山沟和南介沟。2007年7月9日，在野外调查的基础上，设置标准地。标准地面积20 m×30 m，实际实施面积30 m×30 m，标准地与标准地之间最小间隔10 m. 标准地林木的林龄大部分为20 a，林分密度为5 000株/hm2～5 500株/hm2，立地类型为中山阴坡中厚土，立地条件相对一致，平均海拔1 690 m～1 760 m，坡度为10°～20°，土层厚度为≥70 cm.造林前是以杂木林为主的次生林，1990年进行穴状整地，选用华北落叶松3年生裸根苗进行造林，间伐试验前林分未进行过间伐。

1.2.2 间伐强度梯度设计

本试验设3个间伐强度等级和1个对照，共4个梯度，即不间伐(对照)、弱度间伐、中度间伐和强度间伐，相应的保留密度控制指标为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，实际间伐强度分别是0%，17%～24%，29.2%～36.4%，46.9%～51.2%，重复3次，详见表1.

间伐木的选定依据林木分化情况，遵循去劣留优、去小留大、去密留稀的原则，伐除被压木、濒死木和部分中庸木，适当伐去一部分林下植被，以不阻碍林木生长为原则。将采伐木和剩余物归堆、检尺、装车，及时移出利用。

表1 间伐试验标准地概况

1.2.3 试验地林分生长量的测定

1.2.3.1 标准地调查

于2007年至2012年每年9月对间伐标准地进行每木检尺。在每块样地内选取标准木，进行树干解析，以2 m为1个区分段，采取中央断面区分求积法，计算出解析木在各龄阶胸径、树高、材积生长及材积生长率和实验形数。

其中用Professional Laser Range Finder测量树高，用测线法测定林分郁闭度。

1.2.3.2 样地主要因子的测定

1) 林分平均胸径计算方法为：

式中：Dg——表示林分平均胸径，cm；N——表示林分内林木总株数，株；di——表示第i株林木的胸径，cm.

2) 林分平均树高测定。根据Dg及树高曲线，在树高曲线上查出林分的平均树高HD.

3) 单株立木材积测定。选取1株～3株标准木，并用区分求积法计算材积。

4) 单位面积蓄积计算方法：

式中：n——表示标准木株数，株；vi——表示第i株标准木的材积，cm3；gi——表示第i株标准木的断面积，cm2；G——表示标准地的总断面积，cm2；M——表示标准地的蓄积，cm3.

5) 林分各因子年平均生长量采用定期平均生长量，基本式为：

.

式中：θn——表示定期平均生长量；n——表示间隔期的年数；Vt——表示调查末期的生长量；Vt-n——表示调查初期的生长量。

6) 林分各因子年生长率计算公式采用普雷斯勒生长率公式，基本式为：

式中：Z(t)——表示年平均生长率,%；n——表示间隔期的年数；yt——表示调查末期的生长量；yt-n——表示调查初期的生长量。

2 结果与分析

2.1 间伐强度对林木胸径生长的影响

林分抚育间伐后5年内3个年度的胸径生长测定指标统计分析和差异显著性检验结果，见表2.

表2 林分平均胸径生长指标及其差异分析

抚育对林分的影响首先表现在林分密度上，而林分密度效应直接作用于胸径。由表2可以看出，间伐后第1年，林分平均胸径、年平均生长量、年平均生长率均达到显著水平(P<0.05)，3个指标与间伐强度呈正相关。平均胸径由大到小依次为9.16 cm，9.08 cm，8.86 cm，8.58 cm；年平均生长量由大到小依次为0.46 cm/a，0.44 cm/a，0.37 cm/a，0.29 cm/a；年平均生长率由大到小依次为5.19%，4.97%，4.26%，3.48%.

间伐后第3年，3个指标达到显著水平(P<0.05)，变化趋势与伐后第1年的规律相同，且年平均生长量强度、中度、弱度间伐依次比间伐后第1年增加0.13 cm/a，0.11 cm/a，0.06 cm/a.平均胸径由大到小依次为10.09 cm，9.95 cm，9.61 cm，9.26 cm；年平均生长量由大到小依次为0.59 cm/a，0.55 cm/a，0.43 cm/a，0.32 cm/a；年平均生长率由大到小依次为4.85%，4.61%，4.05%，3.85%.

间伐后第5年，3个指标达到显著水平，变化规律与伐后第1年相同。平均胸径由大到小依次为11.08 cm，10.92 cm，10.50 cm，9.86 cm；年平均生长量由大到小依次为0.55 cm/a，0.52 cm/a，0.44 cm/a，0.31 cm/a；年平均生长率由大到小依次为4.69%，4.62%，4.39%，3.14%.

说明在一定的立地条件下和密度范围内，间伐措施能够有效提高胸径的生长，间伐强度越大效果越好。

2.2 间伐强度对林木高生长的影响

林分抚育间伐后5年内3个年度的高生长测定指标统计分析和差异显著性检验结果，见表3.

表3 林分平均树高生长指标及其差异分析

由表3可以看出，间伐后第1年，树高年平均生长量达到显著水平(P<0.05)。Duncan多重比较分析结果显示，强度间伐年平均生长量与对照之间差异显著，树高年平均生长量由高到低依次为0.63 m/a，0.57 m/a，0.53 m/a，0.46 m/a，年平均生长率最大为7.1%(强度间伐). 所以，间伐后第1年，强度间伐林分树高生长效果最好。

间伐后第3年，平均树高、年平均生长量、年平均生长率均未达到显著水平(P>0.05)。平均树高最高为10.4 m(中度间伐)，最低为9.9 m(弱度间伐)；年平均生长量最高为0.60 m/a(强度间伐)，最低为0.48 m/a(弱度间伐)；年平均生长率最高为5.93%(强度间伐)，最低为5.27%(弱度间伐).虽然间伐后，中度间伐和强度间伐树高的生长量要高于对照，但是树高的生长对间伐强度的响应不是很明显。

间伐后第5年，平均树高、年平均生长量、年平均生长率均未达到显著水平(P>0.05)。平均树高最高为11.6 m(中度间伐)，最低为11.3 m(弱度间伐)；年平均生长量最高为0.59 m/a(对照)，最低为0.56 m/a(弱度间伐)；年平均生长率最高为6.27%(弱度间伐)，最低为5.31%(强度间伐).说明，树高生长与间伐强度之间没有明显的规律。

可见间伐后第1年，强度间伐对树高的生长有促进作用。但是间伐后第3年、第5年，树高的生长对间伐强度没有明显的响应。

2.3 间伐强度对林木单株材积生长的影响

林分抚育间伐后5年内3个年度的立木材积生长测定指标统计分析和差异显著性检验结果，见表4.

表4 林分立木材积生长指标及其差异显著性分析

由表4可以看出，间伐后第1年，立木材积、年平均生长量、年平均生长率达到显著水平(P<0.05)，3个指标与间伐强度呈正相关。立木材积由高到低依次为0.021 72 m3，0.021 57 m3，0.021 33 m3，0.021 22 m3；年平均生长量由高到低依次为0.001 23 m3/a，0.001 14 m3/a，0.001 05 m3/a，0.000 85 m3/a；年平均生长率由高到低依次为5.83%，5.45%，5.06%，4.10%.

间伐后第3年，立木材积、年平均生长量、年平均生长率达到显著水平(P<0.05)，3个指标与间伐强度呈正相关。立木材积由高到低依次为0.024 16 m3，0.023 88 m3，0.023 54 m3，0.023 33 m3；年平均生长量由高到低依次为0.001 23 m3/a，0.001 15 m3/a，0.001 09 m3/a，0.000 99 m3/a；年平均生长率由高到低依次为5.33%，5.08%，4.94%，4.73%.

间伐后第5年，立木材积、年平均生长量、年平均生长率达到显著水平(P<0.05)，立木材积由高到低依次为0.026 67 m3，0.026 25 m3，0.025 75 m3，0.025 40 m3；年平均生长量由高到低依次为0.001 24 m3/a，0.001 16 m3/a，0.001 10 m3/a，0.001 01 m3；年平均生长率由高到低依次为4.94%，4.73%，4.48%，4.25%.但同一间伐强度下，年平均生长率均比伐后第3年低。

由以上分析可以得出，林分立木材积生长随林分密度的减小而增大，间伐对立木材积、年平均生长量、年平均生长率均有显著的促进作用，间伐能有效加速林木个体的生长，缩短成材年限。

2.4 间伐强度对林分蓄积生长的影响

林分单位面积蓄积量由树高、胸径及单位面积林木株数决定。抚育间伐对林分蓄积量的影响与其对立木材积的影响所呈现的规律不同。林分抚育间伐后5年内3个年度的林分单位面积蓄积量生长测定指标统计分析和差异显著性检验结果，见第18页表5.

由表5可以看出，间伐后第1年，林分单位面积蓄积量、年平均生长量、年平均生长率均达到显著水平(P<0.05)。各间伐强度林分单位面积蓄积量均比对照低，并与间伐强度呈负相关。蓄积量最高为84.78 m3(对照)，最低为58.37 m3(强度间伐).各间伐强度年平均生长量均比对照高，最高为6.62 m3/a(中度间伐)，最低为3.07 m3/a(对照).各间伐强度年平均生长率均比对照高，随着间伐强度的增加，年平均生长率逐渐增大，由小到大依次为3.69%，6.48%，10.19%，11.15%.说明间伐后第1年，单位面积蓄积量生长不明显，但年平均生长量以中度间伐效果最好，年平均生长率以强度间伐效果最好。

表5 林分单位面积蓄积量生长指标及其差异显著性分析

间伐后第3年，林分单位面积蓄积量、年平均生长量、年平均生长率均达到显著水平(P<0.05)。各间伐强度林分单位面积蓄积量均小于对照，与间伐强度呈负相关，由大到小依次为91.95 m3，86.58 m3，79.51 m3，71.34 m3.年平均生长量随着间伐强度的增加而增大，由小到大依次为3.41 m3/a，5.02 m3/a，5.96 m3/a，6.38 m3/a.年平均生长率与间伐强度呈正相关，由小到大依次为4.06%，6.29%，7.62%，10.00%.说明间伐后第3年，单位面积蓄积量生长不明显，但年平均生长量和年平均生长率以强度间伐效果最好。

间伐后第5年，林分单位面积蓄积量、年平均生长量、年平均生长率均达到显著水平(P<0.05)。林分单位面积蓄积量由大到小依次为99.02 m3，98.46 m3，90.93 m3，84.38 m3；年平均生长量与间伐强度呈正相关，由小到大依次为3.35 m3/a，5.50 m3/a，5.86 m3/a，6.43 m3/a；年平均生长率与间伐强度呈正相关，由小到大依次为3.42%，6.70%，6.71%，8.38%.说明间伐后第5年，单位面积蓄积量生长不明显，仅弱度间伐略高于对照，年平均生长量和年平均生长率以强度间伐效果最好。

可见，林分单位面积蓄积量对间伐的响应不是很明显，但年平均生长量和年平均生长率以强度间伐效果最好。原因是间伐后林木株数相对减少，短期内林分单位面积蓄积量基本都小于对照林分。但目前林分处于等株数生长的状态，随着竞争加剧，会慢慢进入自然生长的过程。而对照林分生长较慢，所有间伐后的林分在逐渐向对照林分渐近。

3 讨论和结论

间伐措施对林木和林分的生长有重要的影响，首先表现为对立木单株胸径和材积生长的促进作用。大青山林区20年生马尾松人工林间伐后10年，林分的平均胸径、立木材积随间伐强度的增大而增大；美国鹅掌揪林分的平均胸径、立木材积随间伐强度的增大而增大。本研究中，间伐措施显著提高了华北落叶松人工林林分的胸径生长量和立木材积生长量。在选定的间伐强度和密度范围内，抚育间伐强度越大，对林木胸径生长量和立木材积生长量的促进作用越明显。对于大多数树种来说，间伐不能有效促进林木的高生长。以江西奉新10年生杉木人工林间伐后20年的长期观测结果可以看出，间伐不能有效促进林木高生长。福建平和3年生巨尾桉林抚育间伐后3年的研究结果表明，间伐对林分树高的影响不显著。本研究中华北落叶松人工林间伐后第1年，强度间伐对树高生长可能有短期促进作用，但没有长期促进作用，甚至还存在间伐后树高生长率降低的现象，树高生长与间伐强度之间也没有明显的关系。北京山区油松人工林在间伐后第1年和第2年的蓄积量都显著高于对照。而谌红辉等对20年生马尾松间伐后10年，雷相东等对落叶松云冷杉混交林间伐后12年以及孙晓梅等对20年生的长白落叶松间伐后20年的长期试验观测结果表明，间伐对林分蓄积量生长的促进效应会随着时间的推移而逐渐消失，不同间伐强度之间林分蓄积生长量逐渐趋于一致。本研究中，华北落叶松人工林在间伐后5年内的单位面积蓄积年平均生长量和年平均生长率均比对照有大幅度提高，且随间伐强度的增大而增大。但间伐后5年的单位面积蓄积量对间伐没有显著响应，对不同间伐强度的响应不显著，甚至间伐后的单位面积蓄积量还在一定程度上低于对照。但不同间伐强度在更长时间程度上的效应会如何表现还需要进一步观测分析，中龄林乃至近熟林的表现是否有类似的趋势也需要实际的实验研究。研究还表明，合理的间伐强度对于促进保留木材质和规格的提高以及取得之间利用的实际作用是肯定的。20年生华北落叶松人工林，初始密度5 000株/hm2～5 500株/hm2，在严格把握间伐木确定原则的前提下，株数间伐强度最大可以定到50%，保留密度2 500株/hm2～2 800株/hm2.保守设计可以考虑将最大间伐强度定在40%，保留密度3 000株/hm2～3 300株/hm2.

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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

陈天成(1990— )，男，山西霍州人，山西农业大学在读硕士研究生。

S791.22

A

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