间伐强度对阴、阳坡栓皮栎林木生长及干形的影响

余碧云，张文辉

(西北农林科技大学 西部环境与生态教育部重点实验室，陕西 杨凌 712100)



间伐强度对阴、阳坡栓皮栎林木生长及干形的影响

余碧云，张文辉

(西北农林科技大学 西部环境与生态教育部重点实验室，陕西 杨凌 712100)

[摘要]【目的】 探索不同间伐强度对阴坡、阳坡栓皮栎林木生长及干形的影响，为栓皮栎林的合理抚育间伐和经营提供依据。【方法】 以秦岭南坡商洛地区阴坡、阳坡生长的栓皮栎次生纯林为研究对象，设置不同间伐强度(弱度、中度、强度间伐分别保留郁闭度为0.8，0.7和0.6)和对照(未间伐)样地各3块，每块样地面积20 m×20 m，于抚育间伐7年后对不同间伐强度下林木的生长、干形进行调查比较。【结果】 阴、阳坡两种生境条件下，栓皮栎胸径、冠幅、单株胸高断面积、单株材积现存量均与间伐强度成正相关关系，间伐7年后林分胸高断面积、蓄积均下降，间伐强度对树高的影响不显著；两种坡向的林木胸径、树高、冠幅年均生长率均表现为冠幅年均生长率>胸径年均生长率>树高年均生长率；间伐后，两种坡向的林木平均通直度均提高，阴、阳坡林木平均通直度分别在中度、弱度间伐时最高，高径比、活枝下高有所降低，而栓皮栎林平均分杈率出现先下降后升高的趋势，阴坡的平均分杈率小于阳坡。【结论】 间伐强度对不同坡向栓皮栎林木生长、干形的影响存在差异，强度间伐(保留郁闭度0.6)对两种坡向林木生长的促进效果最好； 弱度间伐(保留郁闭度0.8)较利于阳坡培育优质干形，而中度间伐(保留郁闭度0.7)较利于阴坡培育优质干形；对林分进行抚育间伐时，应考虑培育目标以及林木的生境条件，以便在更好地促进林木生长的同时获得更多的经济效益。

[关键词]栓皮栎；间伐强度；生境；林木生长；干形

森林经营的主要目的是改善林地环境条件、促进林木生长、提高木材质量。森林抚育间伐是森林经营管理中的主要技术措施，通过抚育间伐可调整林分密度，对林地环境条件、林木生长、林分质量以及森林生产力具有重要意义[1-2]。随着林业生产和森林经营方向的转移，我国越来越注重森林抚育间伐对林木生长、质量的促进作用，这不仅是森林经营的主要目标，也是林地生态功能提高的重要保障[3]。此前，Zachara[4]对欧洲赤松林分结构进行了择伐研究，认为抚育间伐在一定程度上能够改善林分结构和生长，其中小强度间伐对林分结构没有大的影响，20%～30%的间伐强度对改善林分结构和林木生长效果较好。马履一等[5]对油松林进行了间伐试验研究，认为强度间伐最有利于林分的生长和生物多样性的提高。谌红辉等[6-7]认为，不同保留间伐密度不仅对林分的生长和林分结构有显著影响，对材种规格和材种出材量也有影响，培育大、中径材保留较低密度效益较好。韩飞等[8]对不同林分密度的马尾松干形进行了研究，认为密度小的林分虽然生长量大，但干形质量差。国内对不同林分密度下的干形研究有相关报道，但不同生境下何种间伐强度最有利于培养优质干形的研究还未见报道。

栓皮栎(Quercusvariabilis)属壳斗科(Fagaceae)栎属(Quercus)植物，是我国暖温带落叶阔叶林区地带性植被的建群树种，广泛分布于我国华北、华中、华南、西南等22个省(区)，栓皮栎干形较通直，软木品质优良，是软木、栲胶、木炭、食用菌等多种产品的资源树种，也是我国重要的用材和经济树种，在发展地方经济、保护生态平衡等方面有着巨大的作用[9-11]。目前对栓皮栎的研究主要集中于生物学特性、种群生殖生态、种群年龄结构等方面[12-14]，对间伐效果的研究虽有报道，但主要是天然种群更新、目标树生长和群落发育方面[15]，缺乏间伐对不同生境林木生长和干形的系统深入研究。对栓皮栎进行间伐试验，找出合适的间伐强度，更好地促进栓皮栎林木的生长、提高干形质量以及经济价值，是目前亟待解决的关键问题。

为探明不同生境栓皮栎林木生长及干形对间伐强度的响应，本研究在秦岭南坡商洛地区皆伐后的阴坡、阳坡天然栓皮栎次生纯林设置了不同强度(弱度、中度、强度)间伐，分析在抚育间伐7年后栓皮栎林木生长及干形的差异，旨在为优化栓皮栎林抚育间伐措施，培养大径级、高品质的栓皮栎提供依据。

1材料与方法

1.1研究区及研究对象

研究区选择在秦岭南坡栓皮栎林分较集中的陕西商洛商州地区(33°02′30″～34°24′40″N，108°34′20″～111°01′25″E)。该地区跨长江、黄河两大流域，属暖温带、亚热带过渡型半湿润山地季风性气候，北部气候属温带，南部气候属亚热带，年均降水量758 mm，年平均气温13.5 ℃，最高气温37 ℃～40.8 ℃，最低气温-11.8 ℃～-21.6 ℃，土壤以垂直分布为主，黄褐土居多。栓皮栎在该地区形成大面积纯林，林下灌木层有黄刺玫(Rosaxanthina)、卫矛(Euonymusalatus)、山梅花(Philadelphusincanus)、陕西荚蒾(Viburnumschensianum)等，草本层主要有苔草(Carextristachya)、白茅(Imperatacylindrica)、堇菜(Violaverecumda)等；藤本植物有南蛇藤(Celastrusorbiculatus)、三叶木通(Akebiatrifoliata)等。

1.2研究方法

1.2.1野外样地设置本研究以该区域中分布在阴、阳坡两种生境的不同间伐强度(弱度、中度、强度)的栓皮栎纯林固定样地为研究对象。该林分为1982年林权改制后皆伐形成的天然次生纯林，此后未进行管理，截至2006年郁闭度达到0.85，本课题组于2006年采用近自然经营和单株间伐的方式对其进行间伐。通过单株间伐来控制林分树冠遮盖面积，从而控制林分郁闭度。选取树干通直、干材质量高、生长旺盛的林木为目标树，选取能增加林地生物多样性且对目标树生长无不良影响的林木为生态目标树，干扰树则选取劣质木、病虫木、树冠稀少及影响目标树生长的林木，其他林木不做标记。间伐时，保留目标树和生态目标树。

2013-08选取已设置的阴、阳坡固定样地各12个作为调查对象，每个固定样地面积为20 m×20 m。在阳坡固定样地中：1～3号样地为对照样地(未间伐)，4～6号样地为弱度间伐(保留郁闭度0.8)，7～9号样地为中度间伐(保留郁闭度0.7)，10～12号样地为强度间伐(保留郁闭度0.6)。在阴坡固定样地中：1～3号样地为对照样地(未间伐)，4～6号样地为弱度间伐(保留郁闭度0.8)，7～9号样地为中度间伐(保留郁闭度0.7)，10～12号样地为强度间伐(保留郁闭度0.6)。间伐前的林分特征见表1。

表 1　间伐前秦岭南坡栓皮栎林的林分特征

1.2.2调查指标及计算方法(1)林木生长。对样地内所有保留木进行每木检尺，记录树高、胸径和东西、南北向最长枝长，采用树冠垂直方向的投影面积表示冠幅大小，树冠的垂直投影面积按椭圆面积公式S=πAB(π表示圆周率，A为东西向最长枝长，B为南北向最长枝长)计算；单株胸高断面积采用公式G=0.000 1×π(D/2)2(D代表胸高直径)计算；每公顷林分胸高断面积为单株胸高断面积与每公顷林木株数的积；采用二元材积公式V=fαG(H+3)(fα为形数，H为树高，G为单株胸高断面积)计算单株材积；胸径、树高、冠幅的年均生长率数据采用普雷斯勒公式Z(t)=(yt-yt-n)×(200/n)/(yt+yt-n)(yt为相应生长指标调查末期(间伐7年后)数据，yt-n为相应生长指标调查初期(间伐前)数据，n为调查间隔的年数)计算；每公顷蓄积由单株材积乘以每公顷林木株数求得。

(2)干形质量。测量并记录每株保留木的活枝下高、树干弯曲个数；记录每一样地中保留木分杈株数，以分杈株数与保留林木总株数之比计算出每块样地的分杈率；林木通直程度按通直、较通直、一般、弯曲、严重弯曲分级，分别标记为5，4，3，2和1，分值越高，表示越通直；高径比为单木的树高与胸径之比。

1.2.3数据处理本研究的试验数据采用Excel 2007进行处理和计算，采用SPSS17.0进行单因素方差分析(one-way ANOVA)和Duncan’s多重比较，分析不同间伐强度下不同生境栓皮栎保留木的生长、干形指标的差异，在α=0.05 水平上检验差异的显著性；树干通直度方差分析时经X1/2数据转换，使用Origin 9绘图。

2结果与分析

2.1不同间伐强度下两种坡向栓皮栎林木生长的比较

由表2可以看出，两种坡向栓皮栎林木的平均胸径、树高和冠幅在间伐前均无显著差异(P>0.05)，在间伐后有不同程度增加，阴坡林木3项指标的平均值均低于阳坡。间伐7年后，两种坡向林木的平均胸径、树高和冠幅均随着间伐强度的增大而增加，表现为强度间伐>中度间伐>弱度间伐>对照，两种坡向各个间伐强度下的平均树高差异不显著(P>0.05)。弱度间伐时，阳坡的胸径、冠幅分别比强度间伐时减少了8.36%和21.97%，阴坡则减少了6.07%和16.44%；中度间伐时，阳坡胸径比强度间伐时减少了2.73%，冠幅则在中、强度间伐时无显著差异(P>0.05)，阴坡两项生长指标值均较强度间伐时低，分别比强度间伐时减少2.45%和8.26%，但中、强度间伐下两项指标无显著差异(P>0.05)。阴、阳坡栓皮栎林木胸径、树高、冠幅均在强度间伐时生长最好，其中胸径和冠幅显著大于对照和弱度间伐，说明强度间伐对林木生长的促进效果最好。

表 2　秦岭南坡间伐强度对不同坡向栓皮栎林木生长的影响

注：表格内数据为“平均值±标准误”；同列数据后标不同小写字母代表不同间伐强度间差异显著(P<0.05)；CK表示对照，A表示弱度间伐，B表示中度间伐，C表示强度间伐；Ⅰ代表间伐前，Ⅱ代表间伐后。下同。

Note：Data in table are “Mean±standard”;Different lowercase letters represent significant difference between different thinning intensities (P<0.05);CK stands for the control,A stands for light thinning,B stands for medium thinning,C stands for heavy thinning;Ⅰ represents without thinning,and Ⅱ represents thinning after 7 years.The same below.

从图1可以看出，间伐后阳坡胸径、树高、冠幅的年均生长率均高于阴坡。随着间伐强度的增大，阴、阳坡林木胸径和冠幅的年均生长率均增加；而树高年均生长率均出现先升高后下降的趋势，其中，阳坡树高年均生长率在弱度间伐时达到最大(4.00%)，阴坡则在中度间伐时达到最大(3.72%)。阳坡林木冠幅年均生长率在未间伐时为6.38%，低于阴坡(6.55%)，间伐后表现为阳坡>阴坡，表明间伐促进了阳坡林木冠幅生长率的增长。总体上看，阴坡林木胸径、树高、冠幅的年均生长率较阳坡滞后，阴、阳坡3项指标年均生长率在各个间伐强度下均表现为冠幅>胸径>树高。

图 1　秦岭南坡不同间伐强度下阳坡和阴坡栓皮栎林木年均生长率的比较

表3显示，阴、阳坡各个间伐强度下的林木单株胸高断面积、单株材积均比间伐前有所增加。随着间伐强度的增大，单株胸高断面积、单株材积均出现上升趋势，阳坡单株胸高断面积、单株材积均比阴坡高。各间伐强度下，阳坡林分胸高断面积、蓄积较阴坡大。与间伐前相比，间伐后阴、阳坡林分胸高断面积、蓄积除对照增加(阳坡对照分别增加6.0%和11.0%，阴坡对照分别增加4.0%和3.4%)外，其余各间伐强度均有所下降；阴、阳坡林分胸高断面积、蓄积均随着间伐强度的增大逐渐下降。可见，间伐能有效促进林木单株断面积、材积的增长，但对林分断面积、蓄积的促进效果不大。

表 3　秦岭南坡间伐强度对不同坡向栓皮栎林胸高断面积、材积和蓄积的影响

2.2不同间伐强度下两种坡向栓皮栎干形的比较

从图2可以看出，间伐7年后，各个间伐强度下，阳坡平均树干通直度、高径比、活枝下高、分杈率均较阴坡高。阴、阳坡栓皮栎林木平均树干通直度均比未间伐时高，其中阳坡林木平均通直度表现为弱度间伐>中度间伐>强度间伐>对照，阴坡表现为中度间伐>弱度间伐>强度间伐>对照。两种坡向下的高径比、活枝下高均随着间伐强度的增大而有所降低，阳坡高径比、活枝下高在中度间伐、强度间伐条件下无显著性差异(P>0.05)，阴坡高径比、活枝下高在弱度间伐、中度间伐间差异不显著(P>0.05)。两种坡向的栓皮栎林平均分杈率与对照相比差异显著(P<0.05)，随着间伐强度的增大，阳坡、阴坡的平均分杈率均出现先下降后升高的趋势，且平均分杈率在强度间伐时与对照无显著性差异。

图 2　秦岭南坡不同间伐强度下阳坡和阴坡栓皮栎林木干形的比较

3讨论

3.1不同间伐强度对两种坡向栓皮栎林木生长的影响

本研究发现，间伐后阴、阳坡林木生长环境的改善促进了林木生长，两种坡向的林木平均胸径、树高、冠幅、单株胸高断面积、单株材积均比间伐前高，且随着间伐强度的增大，除树高增加不显著外，其他4项指标均随着间伐强度的增大而增加，且差异性显著，这与前人对其他树种的试验研究结果一致[7,16-18]。但不同间伐强度下胸径、冠幅的年均生长率不同，间伐后胸径、冠幅的年均生长率大于间伐前的年均生长率，且强度间伐的年均生长率大于弱度间伐的年均生长率，原因可能是由于未间伐林分处于自然生长过程，而间伐后林木株数减少，林分密度变小，通常会出现一段时间的等株数生长，这段时间林木生长较自然生长急剧，且间伐强度越大，林木可利用的营养空间越大，竞争压力越小，林木年均生长率就越大[19]。间伐后树高年均生长率出现波动，可能是因为在弱度间伐时，林分郁闭度较大，林木自然整枝能力强，枝叶主要集中于树干上部，经光合作用合成的有机物能充足维持上部茎干及树高的生长，运输到树干韧皮部和新木质部的植物生长素类含量也较高，可促进形成层和新木质部的活动，此时树高年均生长率上升；当间伐强度加大时，林木自然整枝能力弱，枝叶主要集中于树干中下部，树干韧皮部和新木质部中植物生长素类含量较低，因此树高年均生长率在升高后出现下降趋势。两种坡向林分胸高断面积、蓄积在间伐后均下降，且与间伐强度成负相关关系，这与李春明[19]、邓伦秀[20]间伐前后林分胸高断面积和蓄积趋于一致的结论存在差别，可能是由于本研究为调查初期的结果，间伐年限较短，间伐后的林木还处于等株生长阶段，因此间伐后林分胸高断面积、蓄积显著低于间伐前。本研究中，阳坡林木生长优于阴坡，抚育间伐能促进两种生境林木生长，其中强度间伐对两种坡向林木生长的促进效果最好，这与Zachara[4]、马履一等[5]强度间伐最有利于林分生长、20%～30%的强度对改善林分结构和树木生长效果最好的结论一致。

3.2不同间伐强度对两种坡向栓皮栎干形的影响

间伐对两种坡向林木干形的影响不完全相同。各个间伐强度下，阳坡平均树干通直度、高径比、活枝下高、分杈率均较阴坡高。间伐后，林地生境条件的改善提高了阴、阳坡栓皮栎平均树干通直度，两种坡向的高径比、活枝下高均随着间伐强度的增大而有所降低，栓皮栎林平均分杈率随间伐强度的增大先下降后升高。本研究分杈率随间伐强度增大出现波动，与刘英杰等[21]的研究结论不同，可能是间伐降低了分杈林木数，弱度间伐时郁闭度较大，较早形成森林小气候，更有利于预防病虫害、保持林内湿润的空气和平稳的温度、降低风速等，有利于预防分杈，使分杈率下降[22]；随间伐年限的增加，为获取更多的营养，林木通过分杈来扩展冠幅，以得到更多的上层营养空间，间伐强度越大，林木的生存空间越大，光照总辐射量越大，分杈枝条就越多，冠幅扩展越迅速，分杈率则越大，因此强度间伐下的分杈率较弱度、中度间伐时高。

综合考虑各干形指标，阳坡林分未间伐时高径比、活枝下高最大，但林木通直度低、分杈株数多，干形较差；强度间伐时林木通直度低、分杈率大，活枝下高、高径比最小，不利于培育优质干材；弱度间伐时林木通直度较其他间伐处理大，分杈率最低，且高径比、活枝下高与对照差异最小，因此阳坡弱度间伐时适宜培育通直饱满的优质干材。阴坡强度间伐时林木干形最差；未间伐时高径比、活枝下高最大，但通直度低、分杈率高，不利于优质干形培育；中度间伐时高径比、活枝下高、分杈率与弱度间伐时虽差异不显著，但中度间伐的林木通直度高于弱度间伐，因此阴坡中度间伐时最有利于培育饱满优质干材。

林分密度与材种有关[7]。间伐强度越大，林分密度越小，可有效促进胸径生长，有利于培养大、中径级林木，但林木的通直度、饱满度和树干的无节性下降，林木更易分杈，干形质量下降；间伐强度越小，林木干形质量相对提高，但不利于胸径的增长，大、中径级木材量减少。因此，在采用间伐措施营林时，需要根据培育目标确定相应的间伐强度来提高森林的经济效益。不同坡向林木对间伐的反应不完全相同，阳坡由于接受的光照较充足，立地条件较好，弱度间伐时林木干形可达最佳，阴坡进行中度间伐接受更多光照时林木干形才达到最佳，因此间伐抚育时还需考虑林木所处的生境条件。

综上所述，间伐强度对阴坡、阳坡栓皮栎林木生长和干形均有显著影响，对郁闭度较大的栓皮栎林进行经营管理时，可通过抚育间伐措施改善栓皮栎林木的生长和干形状况。但不同坡向栓皮栎林木生长和干形培育最适宜的间伐强度存在差异，强度间伐对两种坡向栓皮栎林木生长的促进效果最好，中度间伐有利于阴坡培育饱满优质干材，而弱度间伐有利于阳坡培育优质干形。森林经营的目标主要是培育大径级、高品质的木材，因此栓皮栎经营过程中，在保证优质干形的前提下，两种坡向栓皮栎林可通过合理增大抚育间伐强度来提高单株木材的材积，进而培育出高品质、大径级木材。综上认为，在设置林分间伐强度时，需要考虑培育目标以及林木的生境条件，以便在更好地促进林木生长的同时获得更多的经济效益。

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Effect of thinning intensity on growth and stem-form ofQuercusvariabilisin shady and sunny slopes

YU Bi-yun,ZHANG Wen-hui

(TheEnvironmentandEcologyKeyLaboratoryofEducationMinistryinWestChina,NorthwestA&FUniversity,Yangling,Shaanxi712100,China)

Abstract:【Objective】 The study explored the effect of different thinning intensities on growth and stem-form of Quercus variabilis in shady and sunny slopes to provide reference for proper thinning and management.【Method】 The natural secondary Q.variabilis pure forest in shady and sunny slops in Shangluo,south Qinling Mountains was investigated with different thinning intensities (light thinning,medium thinning and heavy thinning with canopy densities of 0.8,0.7 and 0.6,respectively) and control group (un-thinned).Each case had 3 pieces and each sample plot was 20 m×20 m in area.After 7 years,the growth and stem-form of Q.variabilis were compared.【Result】 Diameter at breast height (DBH),crown area,basal area at breast height and existing volume of single tree in both shady and sunny slopes were positively related to thinning intensity.Total basal area at breast height and crowing stock declined after thinning,while the influence of thinning intensity on tree height was not significant.The average annual growth rates of DBH,height and crown area in both habitats were in the same order of crown area>DBH>height.After thinning,tree average stem straightness in shady and sunny slopes was improved,and reached the highest level at medium thinning and light thinning,respectively.The height-diameter ratio and height under living branch declined,and the branching rate increased after initial decrease.The average branching rate of shady slope was less than that of sunny slope.【Conclusion】 The effect of different thinning intensities on growth and stem-form of Q.variabilis forest of different slope was different.Heavy thinning (canopy density 0.6) was conductive to the growth of forests in both shady and sunny slopes.Light thinning (canopy density 0.8) was more conductive to cultivate high-quality stem-form for sunny slope,while the medium thinning (canopy density 0.7) was good for shady slope forest to cultivate high-quality stem-form.Therefore,to accelerate the tree growth and get more economic benefits,the purpose of thinning and forest habitat conditions should be taken into account.

Key words:Quercus variabilis;thinning intensity;slope;growth;stem-form

[文章编号]1671-9387(2016)01-0073-08

[中图分类号]S753.7

[文献标志码]A

[作者简介]余碧云(1989-)，女，广西桂林人，在读硕士，主要从事森林培育研究。E-mail:biyunyu1989@126.com[通信作者]张文辉(1955-)，男，陕西岐山人，教授，博士，主要从事森林生态、生物多样性保护与利用研究。

[基金项目]陕西省科技统筹创新工程计划项目(2014KTCL02-04)

[收稿日期]2014-05-13

DOI：网络出版时间:2015-12-0214:2510.13207/j.cnki.jnwafu.2016.01.012

网络出版地址:http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1390.S.20151202.1425.024.html

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