经营密度对华北落叶松人工林生长的影响

郭书彬 ，宋熙龙 ，尤海舟 ，王 超 ，毕　君

（1.河北省林业外资项目管理中心，河北 石家庄 050081；2.河北省林业科学研究院，河北 石家庄050061；3.河北省小五台山森林生态系统定位研究站， 河北 涿鹿 075600；4.河北省林木良种工程技术研究中心， 河北 石家庄 050061）

随着社会经济发展和人民生活水平的提高，对大径级木材的需求量日益增加；由于过度采伐，天然林所提供的大径木材正在逐渐减少，定向培育高产、优质、稳定的人工林已成为世界人工用材林发展总趋势[1-3]。在我国，受天然林禁伐和人工林质量较低等因素的影响，大径材基本依靠国外进口，更加剧了大径材的短缺，近年来大径级商品材培育已上升到国家战略储备的高度[4]。华北落叶松是冀北山地重要的人工造林树种，树干通直，材质优良，生长迅速，但受原有经营技术和短期经济利益的影响，普遍存在林龄40～50 a皆伐更新的现象，产出以中小径材为主，经济和生态效益较低。林木密度管理是培育大径级林木的关键，合理的密度有利于林分个体间竞争，促进林木生长和提高林分生产力和材种质量[5-6]。笔者以小五台山林区35年和50年生华北落叶松人工林不同经营密度试验林生长的调查结果为依据，分析评价了中龄林和成熟林间伐后的生长情况和合理经营密度，以期为培育优质大径级落叶松材提供技术参考。

1　材料与方法

1.1　研究区自然地理概况

研究区位于河北小五台山国家级自然保护区，位于河北省西北部的蔚县、涿鹿两县境内，地处太行山、燕山和恒山交汇地带，地理位置114°47′～ 115°30′E，39°50′～ 40°07′N， 海 拔890～2 882 m。本区属暖温带大陆季风型山地气候，年平均气温6.4 ℃，1月平均气温-12.3 ℃，7月平均气温22.1 ℃；降水量400～700 mm，其中7、8月占全年降水的49.0%以上。由于海拔高度的变化，海拔1 000～1 300 m的低山丘陵区属暖温气候带，海拔1 300～1 800 m的中山下部属低温气候带，海拔1 800～2 500 m的中山上部属冷温气候带，海拔2 500 m以上的亚高山属高寒湿润气温带。本区植被区划属华北山地植被亚地区的冀北山地植被小区，主要植被类型有油松林、华北落叶松林、蒙古栎林、辽东栎林、白桦林、红桦林、绣线菊灌丛和亚高山草甸等，土壤主要分为亚高山草甸土，山地棕壤和褐土3大类型。

1.2　研究材料

研究材料位于小五台山自然保护区王喜洞林场，海拔1 950～2 000 m，阴坡，棕壤。研究材料涉及2个小班；小班1为35年生华北落叶松人工纯林，平均坡度约8°，土层厚度约60 cm，伐前平均胸径16.8 cm，平均树高12.0 m，林木密度约990株/hm2；小班2为50年生华北落叶松人工纯林，林龄50 a，平均坡度约16°，土层厚度约50 cm，伐前平均胸径22.9 cm，平均树高16.9 m，林木密度约615 株/hm2。小班立地指数均为12，立地质量属于中上水平。

1.3　研究方法

于2011年春季萌芽前，采用下层疏伐为主的措施，间伐对象主要选择被压木、受害木和材质差的弯曲木、双杈木以及小径级的下层木等，通过间密留疏使林木在空间分布上相对均匀。对林龄35 a小班按株数间伐强度0（处理1、对照）、30%（处理2）和50%（处理3）分别布设矩形样地各1块，林龄50 a小班按株数间伐强度0（对照、处理4）、30%（处理5）和70%（处理6）分别布设矩形样地各1块，样地面积1 200～2 800 m2。详细调查伐前、伐后和每年秋季生长结束期林分的胸径和树高，调查工作至2015年秋季结束。胸径采用每木检尺法测定，树高采用径阶样木法，每样地测定株数不少于15 株，绘制树高曲线求算平均树高。

采用普雷斯勒公式分别计算胸径、树高和蓄积量的连年平均生长量和生长率。

式（1）、式（2）中：P%指生长率；ya代表第a年某项林分因子的测定值；ya+n代表第a+n年的测定值；n为两次测定的间隔期；Z为某项林分因子的连年平均生长量。

选择华北地区落叶松人工林通用二元材积公式[7]：

依据冀北山地华北落叶松林二元材种出材率表，采用简化的经济材材种规格[8]，分别径阶计算样地蓄积量和各材种出材量。

2　结果与分析

2.1　林木密度对胸径和树高生长的影响

林分间伐后，随着株数减少，保留林木的生长空间增大，林木间竟争强度减缓，有利于保留木个体的生长发育。由表1中各样地4 a间胸径和树高的生长统计结果可知，林木密度越小，越有利于胸径和树高的生长；其中处理3和处理6的胸径的连年平均生长量明显高于另外2个处理，但不同处理间树高的连年平均生长量差异较小。从生长率的角度分析，处理3的胸径和树高的连年生长率明显高于处理1和处理2，处理6的胸径生长率也高于处理4和处理5，但树高生长率同处理5基本相同。总体上，间伐对35年生林分的胸径生长促进作用较大，但对35年生林分的树高和50年生林分的树高、胸径生长的促进作用相对较小。

2.2　林木密度对径级结构的影响

间伐直接改变了林分的径级结构，伐后各处理间胸径生长率又有一定差异，导致林木的径级结构会出现较大变化。图1、图2、图3分别显示了35年生各处理林分的采伐初期和后期径级结构变化情况，图4、图5、图6显示了50年生林分各处理的采伐初期和后期径级结构变化情况，各处理总体上呈单峰状正态分布，且径阶分布的连续性较强。由图1～6可知，间伐后经过4年生长，大径级林木所占比例明显增高，径级范围和峰值向上移动1～3个径阶；间伐强度越大，林木保留密度越小，径阶移动越明显，大径级林木所占比例也相对较高。35年生林分，最小径级向上移动2～3个径阶，最大径级向上移动1个径级。50年生林分，最小径级向上移动4～5个径阶，最大径级向上移动3个径级。以上结果说明间伐对35年和50年生林分胸径生长起到了明显的促进作用，尤其是有利于培育较大径级的林木。

表1　华北落叶松林胸径和树高生长量Table 1　The growth of diameter at breast and height of tree

图1　处理1林木径级结构Fig. 1　The structure of diameter class in experimental treatment No. 1

图2　处理2林木径级结构Fig. 2　The structure of diameter class in experimental treatment No. 2

图3　处理3林木径级结构Fig. 3　The structure of diameter class in experimental treatment No. 3

图4　处理4林木径级结构Fig. 4　The structure of diameter class in experimental treatment No. 4

图5　处理5林木径级结构Fig. 5　The structure of diameter class in experimental treatment No. 5

图6　处理6林木径级结构Fig. 6　The structure of diameter class experimental treatment No. 6

2.3　林木密度对林分蓄积生长的影响

林木密度对胸径和树高的生长产生影响，由此也会对林分蓄积产生影响。由表2的测定结果可知，林木密度越大，总蓄积量越高，蓄积连年平均生长量也最高，但蓄积生长率则呈反趋势。35年生林分中处理1和处理2的蓄积连年平均生长量基本相同但远高于处理3，蓄积生长率则以处理3为最高，同林木密度呈反比。50年生林分蓄积连年平均生长量同林木密度呈正比，但蓄积生长率同林木密度呈反比。

表2　华北落叶松林蓄积生长量Table 2　The stand volume growth of Larix principisrupprechtii plantation

2.4　林木密度对林分出材量的影响

利用二元材积率表分别径阶统计各处理的大、中和小径材的出材量。35年生林分产出以小径材为主，林木密度越大，总蓄积量越高，出材量越高，但各处理间总出材率基本相当。处理2和处理3的中径材出材量和出材率明显高于处理1，但两者基本相同。50年生林分产出仍以中、小径材为主，同时有少量大径材，林木密度越大，蓄积量越高，出材量也越高，但各处理间总出材率差异较小。处理4和处理5的小、中、大径材的出材率基本相同，处理6的小径材出材率明显降低而大径材出材率升高幅度很大，而中径材出材率变化差异较小（见表3）。这说明间伐后较小的林木密度使林木出材率呈现小径材减少、大径材增加的趋势，这有利于中、大径材的培育。

3　结论与讨论

3.1　结　论

间伐对森林生态系统是一个复杂的影响过程，不同的林分对间伐响应的强度不同。上述研究结果表明，针对以上立地、林龄和密度条件下的林分，间伐对林分生长起到了明显促进作用，这种作用主要体现在林木的个体发育上，保留密度越小，对林木的胸径、树高及蓄积的生长促进作用越明显。本次试验表明间伐对35年生林分的胸径生长产生的促进作用较大，但对35年生林分的树高和50年生林分树高、胸径生长的促进作用较小。同时，间伐对林木径级结构产生了较大影响，强度越大越有利于大径级林木所占比例增加。

表3　华北落叶松林出材量Table 3　The output of different dimension stock

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[9]，过小的间伐强度对林分生长促进作用不明显，过大的间伐强度由于林木密度过小而生产力降低[10]。综合比较3种保留密度对35年生林分生长的影响，虽然501 株/hm2的密度对林木个体生长的促进作用最为明显；但综合分析林木个体生长和林分蓄积生长的影响，720 株/hm2条件下，林分的蓄积生长量较高，同990 株/hm2差异很小，且生长率最高，中径材的出材率也较高，这说明下一阶段的林分蓄积生长量最高，应是较为合理的经营密度。

综合比较3种保留密度对50年生林分生长的影响，615 株/hm2的密度条件下林分蓄积生长量最高，林分蓄积生长率也较高且同另外2个处理间差异很小，这说明下一阶段林分蓄积生长量将最高，而中、大径材的出材率同420 株/hm2间差异较小，应是较为合理的经营密度。

3.2　讨　论

根据现有《河北省森林经营技术规程（试行）》，华北落叶松人工林31～40 a为中龄林，41～50 a为近熟林，51 a以上为成熟林，通常生产上40～50年生林分基本皆伐，林龄51 a以上的林分极少。本次研究表明在相对较好的立地条件下，50年生林分的蓄积生长量仍达到10 m3·hm-2a-1、蓄积生长率4.3%，且高于多年平均生长量，仍能维持较高生产力，因此生产上应适当延长经营期限，以利于大径材的培育。从目前50年生林分出材仍以中小径材为主的现状分析，要培育大径材也需延长生长年限。倪鹏跃[11]对辽东山区落叶松林的研究表明林龄61 a时主伐的出材量增加显著，支乾坤[12]则提出了主伐林龄80 a、目标胸径60 cm的大径材培育目标，可见延长培育周期，培育大径级材是未来华北落叶松林经营的重要趋势。

通常森林抚育间隔期至少为5 a。根据本次研究结果，35年生时适宜保留密度为720 株/hm2，50年生时为615 株/hm2，理论上中间应有2～3次抚育，显然从720 株/hm2过渡到615 株/hm2间伐强度有点偏低，实际操作也较困难，因此50 a时的保留密度应进一步降低为宜。50年生林分中处理4样地中胸径小于16 cm的林木约占9.4%，这部分小径级林木目前多处于林分下层，随着林分的生长有成为被压木的趋势。如果将这部分小径级林木伐除，林分保留密度约557 株/hm2，其应为更合理的保留密度。王雪松[13]提出华北落叶松林胸径17.5～23.2 cm时适宜的大径材培育密度225～525 株/ hm2，本次研究结果同其相比明显偏高。根据单亚伟等[14]依据山西太行山及河北小五台山华北落叶松的调查材料编制的经营密度管理表，胸径20 cm时适宜经营密度750～1 485 株/hm2，胸径24 cm时适宜经营密度600～1 200 株/hm2，本次研究结果同其基本符合。

大径材要求原木小头去皮直径≥26 cm，显然生产上缺少相应的经营密度表，其相应的经营期限、抚育间隔期等技术问题也急需解决。

参考文献：

[1]张金文.巨尾桉大径材间伐试验研究[J].林业科学研究,2008,24(4):464-468.

[2]蔡年辉,李根前.人工林大径材定向培育研究进展[J].安徽农业科学,2009,37(3):15518-15519.

[3]徐高福,丰炳材,余梅生,等.大径级用材林研究现状与建设展望[J].防护林科技,2008(3):61-63.

[4]詹昭宁.浅议建立国家储备林制度问题[J].中南林业调查规划,2004,37(4):1-3.

[5]涂育合,叶功富,林武星,等.杉木大径材定向培育的适宜经营密度[J].浙江林学学报,2005,22(5):530-534.

[6]吴增志.合理密度管理是提高林分生产力的重要途径[J].世界林业研究,1988,1(2):42-47.

[7]林业部调查规划设计院.森林调查常用表[M].北京:中国林业出版社,1988:65-66.

[8]孙 圆,佘光辉.江苏省杨树二元材种出材率表的编制[J].南京林业大学学报(自然科学版),2006,30(4):47-50.

[9]张建华,张宁,郭宾良,等.木兰围场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.

[10]武鹏辉,白高平,党坤良,等.抚育间伐对秦岭南坡油松中龄林生长的影响[J].中南林业科技大学学报,2017,37(1):20-26.

[11]倪鹏跃,黄鑫春,梁 越.辽东山区落叶松大径材抚育间伐研究[J].安徽农业科学,2013,41(8):3468-3474.

[12]支乾坤.华北落叶松大径材目标树经营技术研究[J].安徽农学通报,2013,19(15):113-114.

[13]王雪松,姜 鹏,林树国,等.塞罕坝林区落叶松低密度保留经营技术研究[J].河北林果研究,2011,26(4):361-364.

[14]单亚伟,王晓军.太行山区华北落叶松天然林经营密度表编制的研究[J].山西林业科技,1995,24(3):17-21.