木兰围场落叶松四种典型林分的经营模式初探

张建华，张 宁，郭宾良 ，张春茹，凌继华 ，黄永辉 ，谷建才，温亚利

（1. 北京林业大学，北京 100083；2. 河北农业大学 林学院，河北 保定 071000；3. 保定市林木种苗管理站，河北 保定 071000；4.河北木兰围场国有林场管理局，河北 围场 068450）

木兰围场落叶松四种典型林分的经营模式初探

张建华1，张 宁2，郭宾良3，张春茹4，凌继华4，黄永辉4，谷建才2，温亚利1

（1. 北京林业大学，北京 100083；2. 河北农业大学 林学院，河北 保定 071000；3. 保定市林木种苗管理站，河北 保定 071000；4.河北木兰围场国有林场管理局，河北 围场 068450）

为了探究四种落叶松林分的经营模式，对冀北山地落叶松四种典型林分近自然分析，结果表明：四种林分的近自然度为林分D（0.284 3）＞林分B（0.256 2）＞林分C（0.253 8）＞林分A（0.241 4），林分D为最接近自然的林分，按照6%～15%择伐强度及择伐周期5a进行调整，就可以实现预期的目标结构，并且四个林分都可以采取采伐与补植的方式转化到目标林分的树种组成，并进行近自然经营。

落叶松；近自然度；经营

河北省木兰林管局属于暖温带落叶阔叶林，兼有温带针叶林分布。清代后期，清政府开放围场，募民垦荒，大肆砍伐树木，加之战乱和自然灾害，使该地区的在于原始森林植被遭到不同程度的破坏。天然林植被分布愈来愈少，主要因为早期大范围的人为干扰破坏导致。河北省木兰林管局所处的地理位置决定了其必然要担负起护卫京津生态安全的生态特区这一重任[1]。因其地处滦河上游，对下游地区的树木生长和水源涵养影响甚重；又因其卡在浑善达克沙地和北京中间地带，像一道天然的绿色屏障，阻挡着浑善达克沙地向北京进军的风沙。在京津地区生态环境安全方面，河北省木兰林管局起着重大的作用，因此对河北省木兰林管局的森林植被进行恢复与保护势在必行[2]。

该区域现有华北落叶松人工林主要是上世纪60年代以来营造的，约40%为人工纯林，还有约30%为“引针入阔”，形成了形形色色的落-阔混交林。自上世纪九十年代以来，由于政策、规程等原因，天然林蓄积消耗受到诸多限制，各林场对这些混交林只采取了以封育为主的经营措施，形成了高密度、高分化、低生产力的落桦混交林[3-5]。华北落叶松目的树种严重被压，乃至枯死，上层白桦、黑桦等阔叶树林相残破，大部分林木个体生长量下降，低效残次林增加，林分生态效能低，严重影响了区域森林资源培育和可持续发展步伐[6]。

结合河北省木兰林管局生态交错带森林现状及存在问题，本研究以该地区落叶松纯林、落桦混交林、落阔混交林、杉落针阔混交林为研究对象[7]。研究4种不同类型林分中生物多样性及林分近自然度，然后确定几种林分的经营模式，合理的经营林分，以期为河北省木兰林管局主导树种落叶松林的经营提供理论依据和技术支撑[8]。

1 研究区概况

本次调查是在承德围场县的北沟林场进行，河北省围场县位于河北省最北部，地处滦河上游， 北 纬 41°47′～ 42°06′N， 东 经 116°51′～117°45′E。东与内蒙古赤峰市接壤，南及西南与隆化、丰宁两县连接，北与内蒙古浑善达克沙地毗邻。位于阴山山脉与大兴安岭山脉余脉的交汇处，是连接坝上高原和冀北山地的丘陵山地地带。围场县所处的地理位置决定了其必然要担负起护卫京津生态安全的生态特区这一重任，因其地处滦河上游，对下游地区的树木生长和水源涵养影响甚重；又因其卡在浑善达克沙地和北京中间地带，像一道天然的绿色屏障，阻挡着浑善达克沙地向北京进军的风沙。在京津地区生态环境安全方面，木兰围场起着重大的作用，因此对木兰围场的森林植被进行恢复与保护势在必行。木兰围场林管局共有10个林场，北沟林场属于其一，北沟林场自1956年开始建立，林场总经营面积5 730 hm2，森林主要乔木树种有白桦、山榆 、华北落叶松、山杨、蒙古栎、五角枫、榆树等；灌木种类较多，且量较大，丰富多样，以绣线菊灌丛、照山白最为常见；林分类型主要包含：天然林，常见树种有杨树、桦树、落叶松等；人工林，常见树种有山榆、落叶松、杨树等；针阔混交林，林分面积分别为1 485.6 hm2、1 180.5 hm2、1 560.9 hm2[9-10]。活立木的蓄积总量和森林覆盖率达到 284 104 m3、88 %，年采伐蓄积5 000 m3左右，以下是4种林分的概况。

2 研究内容和方法

2.1 研究目标

本研究设置的样地为河北省木兰围场生态交错带最为常见的落叶松纯林，选取落叶松纯林、落桦混交林、落阔混交林、杉落针阔混交林这些具有代表性的林分，详细的调查了不同林型林内的情况，研究了林分的近自然度，提出合理的经营模式，为实验区落叶松的健康经营提供了一定的理论依据[10-12]。

表1 样地基本情况Table 1 Basic Status of quadrats of natural secondary forests

2.2 研究方法

2.2.1 样地调查及布设

经过全方位的勘察，在1994 a、2000 a和2009 a进行了三次采伐并从中获取相关的数据，采伐的强度依次为30%、20%、20%，其要求必须严格遵守生长量大于采伐量，采伐方式具体为卫生伐、生长伐、定向目标伐和大强度抚育，分别于2005 a、2013 a的夏天在河北省承德围场县的北沟林场实际调查标准地情况，并在西色树沟阴坡设置天然落叶松的标准固定样地，将样地的左下角设置为起点，然后辅助设备（罗盘仪、全站仪）划定样地边界，样地边界长为100 m，每隔20 m做一标记，将样地划分成了25个20 m×20 m的小样方，用玻璃绳连接，逐次编号，最后将边界用水泥桩和铁丝网固定。调查内容包括：每木检尺，对每棵树进行挂牌编号，测量乔木的胸径、树高、冠幅、树干质量、枝下高等。

2.2.2 主要研究方法

选取胸径断面积、幼苗Shannon-Wiener指数和Pielou均匀度指数、枯落物厚度、径阶指数、群落顶极适应值、枯落物厚度等七项指标来计算林分近自然度[13-15]。

首先将上层林木（乔木层）依据胸径大小划分等级，用以计算径阶指数，每个径阶所占有的比例与其相应赋值的乘积即为胸径阶指数。具体计算步骤如下：当胸径为5 cm时作为起测点，然后按胸径每增加5 cm增加一个等级，上限排除，照此方法依次类推，对于胸径大于25 cm的树木直接划为第五等级。五个等级赋值分别为2、4、6、8、10。

幼苗更新主要有株数的更新和多样性的更新两部分，用shannon-Wiener多样性指数表示，群落i的顶极适应值=该群落内各种群个体数所占比例(Ai) ×相应顶极适应值(Vi)。

Shannon-Wiener多样性指数：

Pielou均匀度指数：

式中：S为物种种数，pi为物种i的相对重要值，H′为Shannon-Wiener指数，E为Pielou指数。

群落i的顶极适应值

本研究群落顶极适应值参考庄健荣等华北地区树种顶极适应值表，如表2所示。

表2 群落顶极适应值Table 2 Competitive adaptation value of arbor species in natural secondary forests

出于对量纲差异的避免，对各参数进行标准化，根据标准化以后的结果计算自然度，以及各参数之间的关系。

上式ρ为分辨系数，取0.5。

本文利用宁金魁AHP方法来实现对权重数值的计算，该方法属于层次分析法的一种，最后得出各测度指标的权重值分别为：0.081 3、0.204 7、0.09、0.053 3、0.183 2、0.137 2、0.250 3。公式如下：

3 结果与分析

3.1 林分近自然度分析

根据径阶指数、更新幼苗数、胸径断面积、幼苗树种Shannon-Wiener指数、枯落物厚度、Pielou均匀度指数和群落顶极适应值等七项指标按照公式计算样地的近自然度，进一步分析各种不同优势树种的近自然状况。

把5 cm作为起测胸径进行径阶划分，根据胸径数据，计算出径阶指数如表3。

幼苗是改变林分结构和演替的主要动力，由表4可知，在4种林分中，作为优势树种的华北落叶松更新比例则相对较小，说明优势种已经到达稳定阶段，并逐步向下一个阶段进行演替。

表3 落叶松典型林分的径阶指数Table 3 Larch stands typical diameter class index

表4 样地幼苗更新情况Table 4 Seedling regeneration of each plot

近自然度描述的是林分接近自然稳定状态的程度。通过对7项森林近自然度指标的标准化计算，并根据层次分析法对各项指标权重赋值，得出每块样地的近自然度，如表5，4块样地中近自然度最高的是样地D，为0.284 3，最低的为样地A，近自然度为0.241 4。林分D是无论是从林分结构、幼苗更新还是树种顶极结构等方面，都比前三者更接近自然稳定的状态。

3.2 主要林分结构调整

通过近自然度分析，林分D是最优良的，最适合进行近自然经营的，因此在对林分A-C进行抚育采伐还要做好向林分D转化的准备，因此除了择伐外还要进行补植一些苗木来改善树种组成，对林分结构调整，主要是通过控制采伐强度与采伐周期两个因子实现的，林分A-C的转化调整以及样地D结构调整，都是通过制定合理的采伐强度与采伐周期来实现，针对林分A-D的情况，做了以下分析。

林分生长量的大小是由林分生长率和林分蓄积量来决定的，而林分生长率的大小与采伐强度、林木年龄以及林分状况等因子有关。林分A-C的转换和林分D目前现有林分的平均生长率为1.8%～4.3%，林分生长量为全部幼苗在调整期内的材积生长量与伐后剩余林分的材积生长量之和。通过对各个林分结构调整，采用合理采伐强度等措施可以进一步改变和提高林分A-D目前生长率。因此，本研究按照以确定的择伐强度和择伐周期预测结构调整第一阶段的采伐量与收获量。

表5 近自然度判断指标一览表Table 5 Assessment indicators for close to natureness of nature secondary forest

表6 结构调整第1阶段蓄积量变化Table 6 Change of volume in the first stage during structural adjustment

表6可以看出，根据调查研究和相关规程，把第1阶段大体分为4个阶段，以生长量（1.8%/A～4.3%/A）选取择伐强度为6%～15%和择伐周期为5年。在4个调整择伐周期内，各个林分的蓄积变化如表7。

表7 4个周期蓄积变化量及结果Table 7 Change and results of volume in four cycle

从表7的预测结果可以看出，只要保持林分的生长量大于采伐量，按照6%～15%择伐强度及择伐周期5 a进行调整，就可以实现预期的目标结构，进而体现试验设计的择伐强度及择伐周期的科学性和合理性。

3.3 目标林型及近自然经营

3.3.1 目标林型的构建

根据所构建的目标结构，对现有林分向其转化。由于样地D更加接近目标结构，因此，树种组成以样地D抚育以后的林分作为原型，其调查结果如表8：

采取疏伐的方式对林分D进行采伐，并进行幼苗在补植，最终形成的林分即是目标林分，其林分结构如下：

3.3.2 样地A的转化

根据野外调查，样地A的树种组成状况如下表：

由表可知，样地A中落叶松占绝对优势，通过调查，郁闭度高达0.8，因此，此阶段重点加强对落叶松的择伐和卫生伐，最终降低郁闭度到0.6，为引入云杉容器苗做准备。样地内的幼苗有一定的更新，如下表：

表8 样地D杉落针阔混交林种群林木结构特征Table 8 The forests structure characteristic of D plot

表9 目标林分结构Table 9 Target stand structure

表10 样地A落叶松种群林木结构特征Table 10 The forests structure characteristic of A plot

表11 样地A幼苗更新情况Table 11 The seedling updates of polt A

表12 样地A引植幼苗数量Table 12 Number of replanting seedlings of plot A

要实现第一阶段目标，需向样地A内引植云杉、五角枫、花楸等容器苗， 引植数量以样地D中相应树种数量再加上15%，防止因自然等原因造成的成活率低现象。样地D的主要树种组成为：4落3云2桦1杨+枫+楸，因此只对上述主要树种进行引植，具体数值如下表：

根据样地D内各树种解析木的生长分析，在此阶段内，各引植苗以及天然更新幼苗的生长量由计算可以得出，如表13：在第一阶段调整期（20 a）内，林分中幼苗的材积生长量基本可达63.052 18 m3，在此基础上确定择伐强度和周期。

3.3.3 样地B的转化

根据野外调查，样地B的树种组成状况如表14：

由表可知，样地B中以白桦为主的阔叶树种占有一定优势，与落叶松形成针阔混交林，并通过调查，得出样地内的幼苗更新情况如表15：

表13 样地A引植及更新幼苗的生长量Table 13 Growth of replanting and updated seedling of plot A

表14 样地B落桦种群林木结构特征Table 14 The forests structure characteristic of B plot

表15 样地B幼苗更新情况Table 15 The seedling updates of polt B

表16 样地B引植幼苗数量Tab16 Number of replanting seedlings of plot B

与样地D进行对比可知，需要引植的幼苗种类及数量如表16：

根据样地B内各树种解析木的生长分析，在此阶段内，各引植苗以及更新幼苗的生长量由计算可以得出，如表17：

3.3.4 样地C的转化

根据野外调查，样地C的树种组成状况如表18：

表17 样地B引植及更新幼苗的生长量Table 17 Growth of replanting and updated seedling of plot B

表18 样地C落阔混交林种群林木结构特征Table 18 The forests structure characteristic of C plot

由表可知，样地C中一定数量的以白桦、山杨等阔叶树种与落叶松形成针阔混交林，并通过调查，得出样地内的幼苗更新情况如下表：

表19 样地C幼苗更新情况Table 19 The seedling updates of polt C

与样地D进行对比可知，需要引植的幼苗种类及数量如下表：

表20 样地C引植幼苗数量Table 20 Number of replanting seedlings of plot C

根据样地D内各树种解析木的生长分析，在此阶段内，各引植苗以及更新幼苗的生长量由计算可以得出，如下：

表21 样地C引植以及更新幼苗的生长量Table 21 Growth of replanting and updated seedling of plot C

4 结论与讨论

根据径阶指数、更新幼苗数、胸径断面积、幼苗树种Shannon-Wiener指数、枯落物厚度、Pielou均匀度指数和群落顶极适应值等七项指标的标准化计算，并根据层次分析法对各项指标权重赋值，得出各林分的近自然度，林分D（0.284 3）＞林分B（0.256 2）＞林分C（0.253 8）＞林分A（0.241 4），林分D为最接近自然的林分。并且四个林分都可以采取采伐与补植的方式转化到目标林分，并进行近自然经营。

出于各方面限制，所选样地均位于阴坡、半阴坡，树种组成结构虽具典型性，但对阳坡、半阳坡的林分类型（如山榆、栎类）不具代表性。

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Four typical stands manage operation mode of Mulan-Weichang

ZHANG Jian-hua1, ZHANG Ning2, GUO Bin-liang3, ZHANG Chun-ru4, LING Ji-hua4, HUANG Yong-hui4, GU Jian-cai1, WEN Ya-li1
(1. Beijing Forestry University, Beijing 100083, China; 2. Agricultural University of Hebei, Baoding 071000, Hebei, China; 3. Baoding Forest Seedling Management Station, Baoding 071000, Hebei, China; 4. Mulan-Weichang Forestry Administration of Hebei Province,Weichang 068450, Hebei, China)

In order to explore the four stands of larch business model, through the northern Hebei larch stands nearly four typical natural analysis, the results showed that: nearly four stands for naturalness stand D (0.284 3)＞ stand B ( 0.256 2)＞ stand C (0.253 8)＞ stand A (0.241 4), D stands for the closest natural stands, 6%～15% according to the intensity of selective cutting and selective cutting cycle 5a adjustments, you can achieve the desired target structure, and four stands can take harvesting and replanting way transformed into target tree species composition, and recent natural operations.

larch; close-to-nature; manage

S791.22

A

1673-923X(2016)02-0012-07

10.14067/j.cnki.1673-923x.2016.02.003

http: //qks.csuft.edu.cn

2014-08-09

河北省科技厅自然科学基金“河北省滦河流域水源林经营关键技术研究与示范”（15227652D）；河北省科技厅软科学项目“国有林场经营管理机制存在问题及改革模式研究”（13457525）

张建华，高级工程师

温亚利，教授；E-mail：wenyali2003@163.com

张建华，张 宁，郭宾良，等.木兰围场落叶松四种典型林分的经营模式初探[J].中南林业科技大学学报,2016,36(2):12-18.

[本文编校：吴 彬]