长白山南部次生林冠下红松人工林空间结构调整研究

丛健

(辽宁省林业发展服务中心，辽宁 沈阳 110036)

随着栽针保阔[1]的营林措施在林业生产上广泛应用，这一人工促进更新作法受到广泛的重视和青睐，在该理念的指导下营造了大量的红松(Pinuskoraiensis)。长白山南部地区现有的冠下栽植红松的次生林类型主要是杂木林和柞木林，且主要处于红松与阔叶树生长竞争相持状态。这一阶段光照是影响红松生长的主导因子[2]，适时调整林分结构，改善林内的光照环境将有利于红松的生长发育。

在林分调整时，面临着很多问题，协调抚育时期和强度与红松生长发育间的关系是这一时期的关键，抚育过早会耗费人力和财力；抚育过晚影响红松的生长发育。强度控制在什么样的范围内更适合红松的生长，若透光伐的强度太小，红松光照条件的改良效果不明显，对红松生长的促进作用不大；若透光伐的强度太大，相当于使红松直接暴露于全光下，则会影响红松的干形，造成红松早期分杈、早期结实等[3]。本研究通过对长白山南部地区的次生林下栽植红松生长发育现状进行调查，根据前期的研究成果，对这一特有林型进行林分结构调整，促进红松生长，为恢复红松阔叶混交林这一顶级群落做好铺垫。

1 研究区域概况

汪清县地处吉林省东北部山区，地理位置128°54′—130°41′ E，43°06′—44°03′ N，地形为长白山低山丘陵区，地势高低起伏，属长白山系老爷岭山脉，海拔360～1 477 m，该区为大陆性季风气候，夏季多雨，冬季干燥。年平均降水量580 mm，年平均气温1.5 ℃。以暗棕色森林土为主。植被属于温带针阔混交林区域——温带针阔混交林地带——长白山地红松沙冷杉针阀混交林区，主要植物属于长白植物区系。

2 研究方法

2.1 样地设置

在汪清县林业局春阳林场境内，选择冠下栽植红松较为普遍的两种林型，即柞木林和杂木林作为研究对象，造林密度分别是1 500株·hm-2和2 500株·hm-2，冠下红松为20年生，2种林型均未做过上层抚育，每个林型设3个重复，每块样地面积为20 m×20 m。柞木林样地分别记为O.1、O.2和O.3；杂木林样地分别记为B.1、B.2和B.3。

2.2 调查方法

根据实际情况，对柞树林、杨桦林两种林分中上层已经达到开始测量径阶，即胸径≥2.0 cm的所有阔叶树进行挂牌，记录各样地内的树种组成，测定所有阔叶树的树高、胸径。

对标准地内的红松进行每木检尺，绘制林分定位图，分别测量其树高、胸径和地径、第1活枝高，测定红松的东西和南北冠幅。使用Nikon D70数码相机对红松进行数据图像采集。

2.3 调整时期的确定

利用树高与根据节间距在照片中读取的树高建立回归模型的方法，根据红松树高年生长量的大小变化确定调整时期[4]。

2.4 调整强度

根据林分中红松优势木的生长小环境来确定林分量化调整指标。

依据林分定位图计算出大小比数和混交度。

2.5 相关参数及数据处理方法

红松优势树指树高为林分平均树高120%以上的红松林木。

开敞度是一个与随机样点相对应的光环境的测度指标，样点的开敞度定义为该点到四个象限最近的四株相邻上层林木的水平距离与该株上层林木高度的比值之和[5]。

大小比数(Ui)被定义为大于参照树的相邻木的个数占所考察的全部最近相邻木总数的比例[6]。

混交度(Mi)是一种混交林树种空间隔离程度的表达方式，表明了任意一株林木的最近相邻木为非同种的概率[7]。它被定义为参照树i的n株最近相邻木中与参照树不属同种的个体所占的比例。

标准地林分定位图(图1)中，外框表示标准地的实际面积400 m2(20 m×20 m)，内框与外框间区域表示参数计算的缓冲区，内框与外框距离为2 m，其内面积为256 m2(16 m×16 m)。开敞度、大小比数和混交度计算的中心木都在内框中。

利用Excel 2016进行数据整理与绘图，采用SPSS 13.0软件利用Linear中stepwise变量选择方法对生长竞争处于相持状态红松实测树高和照片读取树高进行回归分析与检验。

3 结果与分析

3.1 林分组成基本情况

3.1.1 林分树种组成 2种林型中红松所占比例均在50%，柞木林中，阔叶树以柞木为主，红松与阔叶总和占9成，其他阔叶树为软阔叶树种，如椴树、枫桦、白桦、榆树等。杂木林中，阔叶树包括色木槭、白桦、榆树、椴树，还有部分臭松、水曲柳、杨树、枫桦等，见表1。

表1 林分树种组成

杂木林中上层阔叶树的平均树高为11.30 m，平均胸径为13.2 cm；柞木林种上层阔叶树的树高为9.44 m，平均胸径为7.73 cm。

3.1.2 红松生长发育现状

(1)红松株数。不同林型下红松株数分布中，内圈株数是指在去除样地缓冲区后的红松株数，优树株数指红松树高为超过林分平均树高120%以上红松的株数。柞木林的3块样地红松总数是238株，其中达到起测径阶2 cm以上的株数占69%，内圈株数占74%，优势木占红松总株数22%(表2)。杂木林的3块样地红松总数是84株，其中达到起测径阶2 cm以上的株数占52%，内圈株数占67%，优势木占红松总株数24%(表2)。

表2 红松株数分布

(2)红松生长发育状况。柞木林下红松平均地径为5.39 cm，虽然差异不显著，但高出杂木林下红松平均地径0.86 cm；柞木林下红松平均胸径为4.05 cm，高出杂木林下红松平均胸径14%；柞木林和杂木林下红松平均树高分别是3.42 m和2.62 m，相差0.80 m；柞木林下红松平均冠幅为1.72 m，高出杂木林中红松平均冠幅11%，说明柞木林下红松的营养空间较大；自然整枝能力是第1活枝高与树高的比值，反映红松对光照的环境变化的自我调节能力，杂木林下红松自然整枝能力为0.11，显著高于杂木林下红松(P<0.01)(表3)。

表3 红松生长发育状况

3.2 林分空间结构调整时期

利用树高与节间距在照片中读取的树高建立回归模型，结果表明二者呈现出显著的线性回归关系y=ax+b(见图2)；柞木林和杂木林下红松树高与照片读取树高间的模型分别为y=1.013 0x+0.033 5和y=1.042 7x+0.050 8，R2分别达到0.990和0.992，均达到极显著水平(P<0.001)(见图2)，说明2个模型均可以使用照片读取树高反映实测树高。

根据模型对红松树高进行模拟，推断出2009年到2019年2个林型下红松树高，经过计算得出2010年到2019年红松树高每年的生长量(见图3)。根据红松树高年生长量曲线可以看出，柞木林下红松树高在2013年进入低谷，年生长量为0.18 m，2017年红松出现第2个谷底；杂木林下红松树高在2012年开始下降，到2013年红松树高年生长量最低，为0.15 m，随后红松树高生长量逐渐增长(见图3)。说明柞木林下红松应该在红松生长第13年末进行第1次上层林木的调整，到红松生长第17年末进行第2次上层林木的调整，杂木林下红松应该在红松生长第13年末进行林分调整(见图3)，因此，建议在红松树高生长量降低前进行林分结构调整有利于促进红松的生长发育。

3.3 林分空间结构调整指标

3.3.1 红松开敞度 优势红松开敞度在两个林型中均低于平均值。在杂木林中，红松开敞度的平均值为1.31，高于优势红松开敞度值0.18，柞木林下红松开敞度平均值和优势红松开敞度值均低于杂木林下红松开敞度平均值和优势红松开敞度值，柞木林下红松开敞度平均值为0.97，优势红松开敞度值为0.80(见图4)。两种林型下红松生长的光照环境均需要降低开敞度。

柞木林下红松优势木开敞度主要集中在开敞度K=0.4和K=0.8水平下，各占38%，在开敞度K=1.2的水平下红松优势木的株数比例为17%，开敞度K>1.4水平红松优势木的株数比例仅占7%(见图5)；杂木林下红松优势木开敞度株数比例以开敞度K=1水平下最高，为45%，开敞度K=0.5和1.5水平下，红松优势木株数比例分别是25%，开敞度K>1.75水平下红松优势木株数比例仅占5%(见图5)。

3.3.2 红松大小比数 柞木林下当红松大小比数在0.5水平下红松优势木的株数比例最高，达36%，当U=0.25红松优势木的株率为28%，当U=0.75红松优势木的株率为21%，红松优势树的4株相邻木树高均高于中心木的情况只占6%(见图6)；杂木林下红松优势木的大小比数以U=0.5水平下株数分布最高，达50%，依次为U=0.75(占25%)，U=0.25(占15%)和U=0(占10%)，红松优势木的大小比数U=0的情况没有出现，即没有4株相邻木树高均高于中心的红松优势木树高的情况(见图6)。整体来看，杂木林中当红松优势木的大小比数U=0.5时红松优势木的株数比例最高，达50%，即有2株相邻木的树高高于中心木红松，红松优势木处于中庸状态下适于杂木林下红松树高生长；在柞木林中，红松优势木的大小比数在0.25和0.5水平上的优势木株率为64%，即红松处于亚优势或者中庸状态时有利于柞木林下红松优势木树高生长(见图6)。

3.3.3 红松混交度 柞木林下红松优势木主要集中在混交度M=0.5和M=0.25水平，2个混交度水平下红松优势木株率为66%，其中红松优势木在M=0.5水平下的株率为42%，M=0.75水平下红松优势木所占株率为21%，4相邻木均为同种的红松株数比例占7%，4株相邻木均不为红松的株率为4%(见图7)，说明相邻木中阔叶树种较多和都是红松时不利于红松的生长。杂木林下所有红松优势木都分布在混交度M=0.5和M=0.25水平，2个水平下红松优势木株数比例各占50%(见图7)。

4 结论

建立了树高与利用节间距在照片中读取树高的回归模型，柞木林和杂木林下的模型分别为y=1.013 0x+0.033 5和y=1.042 7x+0.050 8，R2分别达到0.990和0.992(P<0.001)

确定了2种林型下栽植红松第1次调整时期。利用模型推算了2009年到2019年红松树高生长情况，通过红松树高年生长量，确定柞木林下红松应该在2012年末(红松生长第13年末)进行第1次上层林木的调整，到2016年末(红松生长第17年末)进行第2次上层林木的调整；杂木林下红松应该在2012年末(红松生长第13年末)进行林分调整。

量化调整的具体指标，以反映光照条件的开敞度(K)为主，辅以大小比数(U)和混交度(M)，进行林分结构调整。柞木林下红松开敞度梯度设为K=0.4，K=0.8和K=1.2梯度进行林分结构调整，调整红松的大小比数和混交度至0.25或0.5，即4株相邻木有1株或者2株数高高于中心木时，有1～2株阔叶树。杂木林下建议使用K=0.5，K=1和K=1.5梯度进行林分结构调整，调整大小比数至0.5，混交度在0.25或0.5，即4株相邻木中有2株相邻木的树高高于中心木，红松相邻木中有1～2株阔叶树。