冀北山地典型林分近自然经营技术研究

梁文俊，魏曦，朱宝才

(山西农业大学 林学院，山西 太谷 030801)

森林作为陆地生态系统的主要组成部分，是人类生存和可持续发展的重要环节[1]，主要体现在调节气候，吸收CO2，释放氧气等方面，在全球生物地球化学水文循环中发挥不可替代的作用[2]。林分结构是森林修复和演替进程的重要体现，也是体现森林功能和稳定性的重要指标[3,4]。目前许多研究者提出对森林不同经营模式，有针对目标树经营抚育、多目标经营的综合抚育经营等，不同的经营抚育过程对森林群落结构都有深远的影响[5～11]。以往的研究大多关注于天然林经营抚育后林分内植被、物种多样性、林分结构、土壤等环境变化[12～16]，对抚育经营后，人工干扰引植苗木的后续生长状况研究较少，尤其是人工纯林改造成为针阔混交林后群落的发展关注较少。

纯林存在结构单一、稳定性差、病虫害严重等问题已经是公认的问题，河北围场地区华北落叶松纯林较多，林分结构和生态功能不断退化，有些形成“小老树”，如何通过适当的森林经营抚育, 改善林分群落结构，使之能够完全发挥其生态功能效益。本文以华北落叶松纯林、落阔次生林为例，以林分抚育前空间结构特征和3次抚育间伐对林木生长的影响，提出更加合理的抚育措施，预估抚育20 a后苗木的生长情况，判别林分后期生长状况。

1 研究区概况与研究方法

1.1 研究区概况

研究区位于河北承德围场县木兰林管局的北沟林场，地理坐标41°47′～42°06′ N，116°51′～117°45′ E，平均海拔1 245 m，地区年降水量380～560 mm，平均气温-0.05～6.0 ℃，年平均蒸发量为1 462～1 556 mm，属寒温带向中温带过渡的大陆季风型山地气候，昼夜温差较大。土壤以草甸土、棕土、褐土等为主，有机质含量高，土壤比较肥沃。林场人工林主要以油松(Pinustabulaeformis)和华北落叶松(Larixprincipis-rupprechtii)为主，次生林内主要树种有山杨(Populusdavidiana)、白桦(Betulaplatyphylla)、华北落叶松、云杉(Piceaasperata)等。本研究山杨白桦林次生林地(杨桦混交林)是在火烧迹地上自然发育形成的群落。目前，群落生态结构稳定，以山杨、白桦为先锋树种，伴生树种主要有华北落叶松和油松等，林下灌木以毛榛(Corylusmandshurica)为主[17]。

1.2 研究方法

在河北围场县北沟林场设置1块面积为100 m×100 m的次生林样地，1块60 m×60 m的华北落叶松纯林样地，将样地分成20 m×20 m的小单元详细调查。立地情况调查内容：样地海拔、经纬度、坡度、林分种类等，林分调查：乔木树种种类、坐标(相对)、胸径、树高、冠幅、健康度等，灌木调查(每个20 m×20 m小单元里选取2～3个5 m×5 m)：种类、株数、高度等；草本情况(每个20 m×20 m小单元里选取4～5个1 m×1 m)[18]。

首先统计4块样地的胸径、树高、相对地理坐标，利用Winkelmass空间分析软件得出角尺度、混交度和大小比数。角尺度(W)、大小比数(U)、混交度(M)数据分析参照惠刚盈等[19]的方法。

2 结果与分析

分别从2块样地优势树种的水平结构(直径分布)、空间结构(角尺度、大小比数、混角度)2方面解析林分结构。

2.1 林分水平结构

样地A，落叶松纯林，树种单一，林下有少量更新幼苗，从直径分布图(图1)可以看出，林分径阶峰值出现在17～19 cm，胸径主要集中在9～23 cm之间，径阶基本属于正态分布，说明林分结构较为合理。

从图2可以看出：在次生林样地B中，落叶松种群分布呈明显的双峰状，直径分布范围较广，峰值出现在13～19 cm之间；白桦种群直径呈正态分布，在胸径大于29 cm处有少量白桦和山杨出现，此处这两种树种直径分布占绝对优势；而总体分析山杨的直径分布呈“L”型，五角枫、花楸、蒙古栎等阔叶树种则主要分布在5～7 cm径阶到15～17 cm径阶之间，且分布较为均匀，有部分小于5 cm的幼树。分析整个林分的树种组成可知，优势树种包括落叶松、白桦和山杨，其它树种为伴生树种。

图1 样地A落叶松林分直径分布Fig.1 DBH distribution of plot A

图2 样地B优势树种林分直径分布Fig.2 DBH distribution of plot B

2.2 林分空间结构分析

由于样地A为人工纯林，树种较为单一，林分初值密度一致，后期苗木长势差异较小。因此，本研究不再对样地A进行角尺度、大小比数和混交度分析。

从表1可以看出，样地B—次生林中各树种角尺度差别不大，只有落叶松的平均角尺度为0.453 5，属于均匀分布；其他树种角尺度都大于0.517，属于团状分布，白桦平均角尺度为0.543 5，山杨为0.539 5，全林分平均角尺度为0.526>0.517，说明林分整体属于团状分布，需要进行一定的抚育调整，使林分属于均匀分布状态，促进林分更好生长。

表1 次生林主要树种角尺度Table 1 The uniform angle index of mixed forest

将测得的次生林大小比数原始数据进行整理计算，结果如表2所示。从表2中直径大小比数可以看出：全林分平均大小比数为0.486 6，林分内不同树种大小比数范围较广，处于0.229 1～0.788 8之间，说明林分空间差异较大。落叶松平均直径大小比数为0.229 1，在0～0.25之间；白桦平均直径大小比数为0.466 4，在0.25～0.50之间，处于一种亚优势和中庸状态；而山杨以及伴生树种花楸和五角枫这3种树种的平均直径大小比数处于0.50～0.75范围之内，生长处于劣势；其它伴生树种如蒙古栎平均直径大小比在0.75～1范围内，明显处于劣势，长势处于被压木。

表2 次生林优势树种大小比数Table 2 The dominance of dominant species in mixed forest

次生林样地B，全林分平均混交度为0.48，属于中度混交(表3)，林分结构较为单一，稳定性较差。落叶松、山杨、五角枫、花楸和蒙古栎平均混交度分别为0.74、0.61、0.82、0.71、0.86，均大于0.50，都处于相对强度混交状态。群落中白桦平均混交度只有0.24，其株数最多，说明白桦存在聚集现象。

表3 次生林林分混交度Table 3 The mingling of species in mixed forest

2.3 林分生长过程分析

苗木历年生长情况通过解析木制取的方式获取。图3分析了1994-2012 年落叶松生长情况，从图中可以看出，1994-1998年落叶松呈现一个快速生长趋势，然后减慢；时隔6 a后再次进行抚育，这期间林木生长速度一般，最大值出现在2005年，2009年为最小值3.65%。最近一次抚育在2009年开始，这期间林木生长迅速，3 a生长率分别为6.85%、9.22%、6.12%，主要由于这次间伐力度较大，林分空间得到了最大的利用，林木生长状况良好。

将次生林样地采伐的解析木进行进一步处理，通过树干解析进行分析，落叶松在1994-2012 年之间的生长情况如图4。林采伐在第一次采伐后，落叶松首先开始快速生长，1994年到1998年上升，后两年生长率最大，平均达到了17.7%，1998年之后开始下降；2000年第二次采伐，但是在2000-2009年这几年气候条件较差，生长缓慢，2005年达到这个期间最大；2008年最小为5.47%；第三期抚育在2009年，后三年内林内落叶松快速生长，增速都相对较大，分别比2009年提高1.15倍、1.53倍、1.40倍。

图3 1994-2012年落叶松纯林胸径增长率Fig.3 Growth rate of Larch in 1994-2012

图4 1994-2012年次生林中落叶松胸径增长率Fig.4 Growth rate of larch diameter in mixed forest in 1994-2012

2.4 林分结构调整

从表4可以看出，样地A中只有少量阔叶树种，落叶松占据绝对优势地位，基本属于纯林，基于林中有少量白桦、山杨等阔叶树种，诱导的方法首先是对林分进行一定强度的间伐，将其郁闭度降低到0.6左右，之后引入白桦、云杉、五角枫、山杨幼苗。根据树种解析木分析，以20 a作为一个生长阶段，林中幼苗总材积生长量可达59.464 m3(表5)

根据样地调查，样地B群落组成状况如表6。由表6可知，样地B中优势树种为白桦、山杨和落叶松，诱导途径主要是对长势不良的树木进行伐除，尽量保留长势良好的阔叶树种，将林分郁闭度较低到0.6左右，后期栽植云杉、花楸、五角枫幼苗，表7为已有更新苗木情况，表8为人工栽植苗木种类和数量。根据树种解析木分析，以20年作为一个生长阶段，次生林中几种幼苗总材积生长量可达73.191 m3(表9)。

3 结论与讨论

(1)在冀北山地分布的人工落叶松纯林(林分类型A)、落叶松和天然阔叶次生林(林分类型B)2种典型林分中，空间分布格局不同。在径阶分布上，样地A中，华北落叶松呈单峰曲线分布；B样地中，优势树种为落叶松、白桦、山杨，落叶松呈双峰分布，白桦呈正态分布，山杨呈L型分布；在角尺度分布上，A样地为正态分布，B样地为团状分布。从大小比数来看，样地B平均大小比数为0.487，属于团状分布。在混交度分布上，样地B平均混交度为0.47，属于中度混交。(2)2个林分中，同一树种的生长规律基本一致，采取一致的经营措施后，阔叶树种在整个龄级阶段有明显差异性，前期生长具备明显优势，生长率明显高于针叶树种；后期阔叶树种生长率下降幅度大于针叶树种。2个林分类型中，人工落叶松生长规律表现为： 样地A <样地B；白桦生长在中龄林前后与落叶松出现交错现象，前期生长快，后期生长慢，山杨生规律与白桦相似。(3)以目标林分为依据，对样地A、样地B进行调整伐，使郁闭度降低到0.6，再引植云杉、五角枫、花楸等耐荫树种，辅以修枝、割灌等抚育措施，使其诱导成为目标林型。

表4 样地A林分基本情况Table 4 Basic situation of forest stand of A plot

表5 样地A栽植与自然更新苗的生长量Table 5 Growth of planting and updated seedling of plot A

表6 样地B次生林林分基本情况Table 6 Basic situation of forest stand of B plot

表7 样地B林分自然更新情况Table 7 The natural update of polt B

表8 样地B人工栽植幼苗情况Table 8 Artificial planting of seedlings of plot B

从1994-2012年期间，3次经营抚育，优化了林分结构，增加了群落多样性，强化优势树种，将纯林改造为针阔混交林、优化次生林结构，促进林分向顶级群落演替。研究结果与梁星云等[12]对丹清河林场天然次生林采取人工干扰抚育措施后得出的结论一致。李菁等[20]研究了兴安落叶松与白桦最佳混交比控制在5∶5至7∶3之间时，与落叶松纯林相比，林内植物和昆虫的多样性和丰富度、林分结构均达到较高状态。梁文俊、张建华[21,22]以林分空间数据为基础，提出相应的抚育间伐措施，并对比了华北落叶松、次生林经营前后林分空间结构的变化，以期改善林分结构，加快林分向顶级群落发展的进程。这些研究从多角度研究了抚育管理对森林群落的影响和改变，研究结果与本研究形成一致的观点。

表9 样地B栽植与自然更新幼苗的生长量Table 9 Growth of planting and updated seedling of plot B

我国大多森林经营理念都起源于德国的近自然经营理念, 以培育大径级用材为主要目的，改善群落结构，增加林分多样性，主要通过人工补植方式引入“适地适树”树种和林分顶级树种，并结合森林自然恢复能力，使人工林转化为较为稳定的混交林，促进林分向自然状态的天然林发展。目前国内许多地方以这种经营模式进行实施，后期研究表明，这种抚育技术在促进林分快速生长、增加生物多样性、改善林分结构等多方面均取得显著效果[23～25]。