抚育间伐强度对侧柏林及林下植被生长的影响1)

刘文　王敏增　兰欣　温静　王奇峰

(北京市西山试验林场，北京，100093)



抚育间伐强度对侧柏林及林下植被生长的影响1)

刘文王敏增兰欣温静王奇峰

(北京市西山试验林场，北京，100093)

摘要以北京市西山试验林场干旱阳坡侧柏为研究对象，分析抚育间伐强度与侧柏林生长、天然落种更新、林下植被生长及林下植物多样性的变化特征，并对不同间伐强度进行森林健康等级评价。结果表明：抚育间伐对林木单株的直径和高生长具有显著的促进作用；天然更新的数量及其分布特征与抚育间伐强度关系较大，低强度间伐林分天然更新数量和种类较少，随着间伐强度增大，更新数量和种类随之增加，40%间伐强度为40%时，林内中生树种更新最多；抚育过程中林窗的分布情况是决定林下灌、草植物多样性及其分布特征的主要因素；不同强度抚育后林下植物Simpson多样性指数和Shannon-Wiener多样性指数增大；从生产力、群落结构功能、抵抗力(干扰)、效益等4个方面9个指标对林分健康等级进行评价，间伐强度为40%时，林分达到健康水平。

关键词侧柏林；间伐强度；林木生长；多样性指数

抚育间伐是森林经营作业的一项重要措施[1]，从森林经营理论的发展历史来看，抚育间伐的目标从单纯地以收获木材为主发展到以实现森林的多效益、多目标经营为主。然而这些理论的共同点是强调森林经营管理应该将森林生态系统作为整体进行考虑，并以长期维持系统的稳定性为前提[2]。国外对抚育间伐与森林生态系统的影响以及对林木材性的影响研究较多[3-5]，国内的研究多集中在抚育间伐对林木个体生长、森林结构及碳储量变化的影响方面[6-8]，对于抚育间伐后，林木生长与林下植被生长的关系研究较少。本文以西山林场主要优势树种侧柏(Platycladus orientalis)人工林为研究对象。从不同间伐强度下林木及林下植被生长的差异化，探讨抚育间伐对侧柏林生长的影响。通过研究抚育间伐与侧柏林生长及林下更新状况的关系，既解决了西山林场现有的侧柏林抚育技术难题，也可为北京低山区的侧柏林的科学经营和管理提供技术支持。

1研究区概况

西山试验林场位于北京市近郊小西山，地跨海淀、石景山、门头沟3区，是以经营风景林为主的城市景观生态公益型国有林场，总面积为5 949 hm2，森林覆盖率为92.22%。西山林区是距北京市区最近的山林，与香山公园、卧佛寺、碧云寺、八大处等名胜古迹相邻，构成著名的西山风景旅游区。小西山属太行山系的低海拔石质山，山区海拔200～400 m，最高峰克勒峪海拔800 m，年降水量660 mm。小西山土层较薄，一般30～50 cm，土壤中石砾含量多，立地条件较差，不利于造林和树木生长。小西山有维管束植物90科286属517种。树种主要有侧柏(Platycladus orientalis)、油松(Pinus tabulaeformis)、栓皮栎(Quercus variabilis)、刺槐(Robinia pseudoacacia)、山桃(Amygdalus davidiana)、黄栌(Cotinus coggygria Scop.)、桑树(Morus alba)、山杏(Prunus armeniaca)、元宝枫(Acer truncatum)、槲栎(Quercus aliena)、臭椿(Ailanthus altissima)、榆树(Ulmus pumila)、白蜡(Fraxinus chinensis)、蒙桑(Moru smongolica)、栾树(Koelreuteriapaniculata)等。

2研究方法

2.1样地设置

选取具有代表性的低山阳坡侧柏林为研究对象，立地类型为低阳薄坚型，样地海拔为200～400 m，样地内侧柏为20世纪50年代的人工造林，林龄60 a，于20世纪80年代统一进行过抚育间伐，样地林分密度为2 400～2 650株/hm2。设置10块固定样地，对照样地(A1、A2，间伐强度0%)、弱度(B1、B2，间伐强度10%)、中度(C1、C2，间伐强度25%)、强度(D1、D2，间伐强度40%)、重度(E1、E2，间伐强度55%)。为确保调查数据的准确性，每种强度间伐进行3次重复处理。样地规格均为20 m×20 m，抚育间伐时间为2010年9月，间伐前，对各样地的林木进行每木检尺，3 a后对研究指标进行再次调查。

2.2调查计算

每木胸径使用胸径尺测量;树高使用鱼竿测量。

幼苗(直径小于5 cm)更新调查：在样地4角及中心共设置5个2 m×2 m的样方，按照顺时针对小样方进行编号和分别量测记录。调查幼苗的种类、株数。

灌木调查：在每个标准地内均匀选取3个5 m×5 m的样方，用测绳标出界线。调查灌木的种类、盖度、数量等。

草本调查：在灌木调查样方中心取1 m×1 m小样方进行草本植物调查。调查草本的种类、盖度等。

生物多样性指标：选用了Simpson多样性指数(D)和Shannon-Wiener多样性指数(H)2个指标[9]。

2.3林分健康评价

采用Costanza的VOR模型为雏形，建立评价体系模型来进行健康评价。从生产力、群落结构、抵抗力(干扰)等方面挑选包括平均胸径、郁闭度、乔木层密度、幼苗更新密度、灌木物种多样性Simpson指数、草本物种多样性Simpson指数、病虫危害比率、火险等级、有机质含量在内的9个健康评价指标(见表1)。

表1　人工林健康指标分级标准

在调查、计算并且分级之后，采用加权累计法进行评分[10]，对西山地区人工林健康状况计算总分。Ui=∑(Uij×Wj)。式中:Ui为各树种人工林健康的评价得分；Uij为各树种人工林不同森林健康指标的等级得分；Wj为j指标的权重；i为各树种；j(j=1、2、3、…、9)为人工林健康评价指标。采用评价指标分值法，对需要进行评价的林分以小班为单位，按评价指标逐项计算指标分值，Ⅰ级3分、Ⅱ级2分、Ⅲ级1分，表1中9个评价指标权重相同，均为1/9。

根据以上评价方法和指标体系，结合复合结构功能指标法[11]，把森林健康的等级划分为3个等级，将0≤Ui<1.8划分为不健康等级、1.8≤Ui<2.4划分为亚健康等级、2.4≤Ui≤3划分为健康等级。

3结果与分析

3.1抚育间伐对侧柏林生长的影响

抚育间伐是调控林分密度的有效措施[12]。从图1、图2可知，不同抚育间伐强度对保留木胸径、树高的生长有显著影响。对低山阳坡的侧柏来说，保留木平均胸径生长量与抚育间伐强度呈现明显的正相关；间伐强度越大，胸径生长量越大，间伐强度在0～40%时，随间伐强度的增加，平均胸径生长量显著增加；40%间伐强度处理时，平均胸径生长量为1.2 cm，而55%强度处理时，平均胸径生长量增加不显著，说明40%强度处理下，侧柏林分株间竞争已不明显，其胸径生长也达极限。随间伐强度的增加，保留木平均树高生长量呈现出先增降的变化趋势，在10%间伐强度处理时，平均树高生长量最大，在25%、40%、55%间伐强度处理下，平均树高生长量逐渐降低，但和对照处理相比，仍有较大幅度的增加。这是由于西山林场现有侧柏林仍处于中幼龄林阶段，存在密度过大，树木的生长停滞等现象[13]，对其进行10%间伐强度处理后，有效改善了林分光照环境，促进了侧柏的高生长。间伐强度过大后，虽然林分光照环境有所改善，但与周围林木不能形成有效竞争，故高生长也较为缓慢[14]。

图1　抚育间伐对平均胸径生长量的影响

图2　抚育间伐对平均树高生长量的影响

3.2抚育间伐对林下植被生长的影响

3.2.1抚育间伐对林下天然更新的影响

由图3可知，不同抚育间伐强度处理下，侧柏人工林林下天然更新数量有较大变化，侧柏林下天然更新树种较多。依据树木生长特性，依据调查结果，将山桃、山杏、臭椿、桑树归为先锋树种，将元宝枫、君迁子(Diospyros lotus)、栾树、栓皮栎归为乡土耐荫树种。随着间伐强度的增大，天然更新先锋树种数量随之增多，间伐强度55%处理样地中，先锋树种数量最多(24株)。在间伐强度40%的处理样地中，乡土耐荫树种数量最多(17株)；在间伐强度55%处理样地中，乡土耐荫树种却相对减少(14株)。说明随着间伐强度增大，林内光照空间的增多，先锋树种具有较强的生长能力而迅速增多，林窗面积越大，先锋树种数量就越多，乡土耐荫树种并没有随着林窗面积增大而一直增加。因为过大的林窗对乡土耐荫树种不能形成有效的庇荫，反而使阳性先锋树种占据绝大生长空间。在抚育间伐中，为使天然更新的乡土耐荫树种更好生长，应采取适当的间伐强度，既让乡土耐荫树种得到充足的光照，又不让先锋树种迅速扩散而影响其生长。当然，对乡土耐荫树种更新来说，最佳的抚育间伐强度还需要我们进一步研究确定。

图3　抚育间伐对天然更新种数量的影响

3.2.2抚育间伐对林下植物种类的影响

林下天然更新树种与林内光照条件有密切关系[15]。由表2可知，山桃、山杏、君迁子、元宝枫、栓皮栎等树种数量随着间伐强度的增加呈现先增后减的趋势，山桃、君迁子、元宝枫、栓皮栎等均在40%间伐强度下数量最多(分别为12、8、8、14株)，山杏数量在25%间伐强度下数量最多(13株)。臭椿、桑树、栾树等数量则随着抚育间伐强度增大而增多。这说明抚育间伐确实能明显增加林内天然更新数量，而40%间伐强度下，林内环境最适宜乡土耐荫树种栓皮栎和元宝枫的生长，栾树则在55%间伐强度下数量最多(9株)，这和栾树喜欢光照，对生长空间要求较高的特性有关。山杏数量在40%、55%的间伐强度下反而减少，或与调查样地周边山杏种源分布有关。分类统计表明，先锋种数量随着光照空间的增加直线增加，而乡土耐荫树种树种则在抚育间伐强度40%处理下数量最多，过多的光照反而对乡土耐荫树种的更新有抑制作用，这与乡土耐荫树种幼年喜欢庇荫环境的特性有关。

3.2.3抚育间伐对林下植被生长的影响

调查发现，低山阳坡侧柏林下灌木优势种以马鞭草科-荆条为主，草本层以莎草科-披针叶苔草、禾本科-中华隐子草等为主，这些植物的生长也反应出西山林场土壤贫瘠的特性。由表3可知，草本和灌木均匀度指数均呈现出先升降的规律，40%间伐强度处理下，匀度指数最大，草本均匀度指数为0.258，灌木均匀度指数为0.534；55%间伐强度处理下，匀度指数略有下降，草本和灌木均匀度指数分别为0.246、0.453。但相比对照而言，匀度指数还是有较大的增长幅度，说明抚育间伐增加了林窗面积，从而促进了林下草本、灌木植物的不均匀分布。Shannon-wiener指数则随着间伐强度的增大直线增加，55%强度处理时，该指数达到最大值(草本和灌木分别为1.936和9.82)，说明抚育间伐措施不仅增加了乔木层的生长，同时也促进了林下植被的生长更新。

表2　抚育间伐对林下更新种分布的影响

间伐强度较小时，林分郁闭速度快，林内光照相对较弱[16]，光照不足必然会阻滞林下植物的生长发育。此时，开展适度合理的抚育间伐作业，能改善林内的生境条件，促进林下植物的生长和繁衍。

表3　间伐强度对林下植物多样性的影响

3.3抚育间伐对侧柏林健康等级的影响

采取抚育间伐后，侧柏林森林健康等级有了较明显的改善。对照样地和抚育间伐强度为10%的样地健康评为1.3分，仍处于不健康水平，抚育间伐强度为25%、55%处理样地，健康评分分别为1.9、2.3，林分整体达到亚健康水平，而40%强度处理下，侧柏林分得分2.5，达到了健康水平。由此表明，抚育间伐是改善林分状况高效而有力的方法。所以，应该通过林场主导功能定位及森林培育方向，有针对性地确定侧柏林分适当的抚育间伐强度，40%间伐强度处理对侧柏林分整体状况均有很大的改观，是可以试验推广的理想间伐强度。

4结论

通过分析不同抚育间伐强度后侧柏林木生长和林下更新种类、数量变化情况可以得出以下结论：

西山林场现有大面积侧柏林健康水平为不健康。普遍存在长势弱、密度偏大、林种单一、林下更新种类和数量少等问题。开展抚育间伐能有效促进林木生长，增加林下生物多样性，尤其有利于乡土阔叶树种的更新生长，对维持侧柏林分生态系统稳定性和森林健康水平有积极的作用。

定量地确定侧柏林的抚育间伐强度，要结合林分培育目标进行。以侧柏林木个体高生长为目标时，要采取低强度抚育间伐；以改善林分结构为目的时，要采取较大强度的抚育间伐。但是，过大强度的抚育间伐反而会引起林分逆向演替，具体表现为先锋树种、灌木草本生长旺盛，但更新种类减少，多样性水平下降。

抚育间伐强度与林下天然更新种的数量及其分布有密切关系。低间伐强度下，天然更新种类和数量较少；40%强度间伐时，林内天然更新状况良好，且乡土耐荫树种占据优势，但过大的间伐强度导致先锋树种泛滥，反而影响了乡土耐荫树种的生长。

对林分进行适度的抚育，能够改善林内的生境条件，促进林下植物的生长和繁衍。抚育过程中，林窗的分布情况是决定林下灌、草植物多样性及其分布特征的主要因素，林窗面积越大，林下植被生长越旺盛，但植被均匀度越差。

此外，在培育侧柏林的过程中，需要充分考虑林分生态、景观等综合效益的发挥。由于样地设置时间仍然较短，本文调查的各项指标还需进一步跟踪研究。

参考文献

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第一作者简介：刘文，女，1982年6月生，北京市西山试验林场，工程师。E-mail：shading9316@qq.com。 通信作者：王奇峰，北京市西山试验林场，高级工程师。E-mail：wqifg@163.com。

收稿日期：2015年12月14日。

分类号S718.5

Effects of Thinning Intensity on the Growth of Platycladus orientalis and Understory Vegetation//

Liu Wen, Wang Minzeng, Lan Xin, Wen Jing, Wang Qifeng(Beijing Xishan Experimental Forest Farm, Beijing 100093, P.R.China)//

Journal of Northeast Forestry University，2016,44(7)：4-7,18.

Taking Platycladus orientalis on arid sunny mountain slopes of Beijing xishan experimental forest farm as object of study, we studied the effect of tending thinning intensity on Platycladus orientalis forest growth, nature falling seed regeneration, undergrowth vegetation growth and change characteristics of plant diversity, and evaluated the different thinning intensity on forest health level.The tending thinning played a significant promoting role on the diameter and height of single tree.There is close connection between the quantity and distribution characteristics of natural regeneration and tending thinning intensity.Low intensity thinning forest stand leads to less natural regeneration and variety, with the increase of thinning intensity, the number and variety of natural regeneration increase accordingly.When thinning intensity reaches 40%, shade-tolerance tree species in forest area regenerate the greatest.The distribution of forest gap during tending process decides the diversity and distribution of undergrowth forests and grass plant.Under different intensities of tending, undergrowth Simpson and Shannon Wiener diversity index are increased.We evaluated forest health level based on productivity, community structure features, resistance (interference), benefits and nine indexes, and 40% thinning intensity can achieve healthy forest stand.

KeywordsPlatycladus orientalis; Thinning intensity; Tree growth; Diversity index

1)北京市森林资源固定样地动态监测项目。

责任编辑：王广建。