林层对赣南阔叶次生林主要树种个体生长的影响

刘洪生,臧 颢,黄锦程,李 琦,欧阳勋志,韦春花,宁金魁

(1.崇义县林业局,江西 赣州341300；2.江西农业大学 林学院,南昌 330045)

林木个体生长常用胸径(diameter at breast height,DBH)、胸高断面积(basal area,BA)、树高等指标来表达,其中胸高断面积是森林质量、衡量林分蓄积和立木材积现存量的关键指标之一[1-2],它的年度变化又反映了林分森林质量的高低。影响胸高断面积生长的因素有林分密度、林木个体大小等[3]。阔叶次生林中,林分结构较复杂,树种丰富、林层复杂,树种的累积胸高断面积和平均胸高断面积又能反映出该树种在林分中的地位,在预测林分变化和林木生长方面具有较强的稳定性[4-6]。

阔叶次生林是赣南地区的主要森林类型之一,具有生产潜力较高、树种组成复杂等优点[7],但因受到人为干扰,造成目的树种不明、林分结构杂乱等现象[8],急需科学合理的经营。本研究是基于森林多功能经营模式,探讨赣南阔叶次生林个体胸高断面积的生长规律,为阔叶次生林质量提升提供理论依据。

1 研究区概况

研究区位于江西省赣州市崇义县,属罗霄山主脉诸广山余脉的一部分。崇义县的地理坐标为25°24′～25°55′N,113°55′～114°38′E。全县地处中亚热带季风湿润气候区,属常绿阔叶林生物气候带,年平均气温17.9℃,极端最高温达39.9 ℃,最低温达-8 ℃,年均降水量1 603.1 mm,无霜期307 d。全县总面积为2 206.27 km2,主要地貌为低山、丘陵等,土壤类型有红壤、山地黄红壤、山地黄壤等。据2016年森林二类调查数据统计,崇义县现有林地面积178 650hm2,占全县国土面积的89.19%,森林覆盖率达87.56%。全县阔叶林(含针阔混交林)近6万hm2,主要树种有米槠(Castanopsiscarlesii(Hemsl.) Hay.)、丝栗栲(CastanopsisfargesiiFranch.)、米锥(CastanopsischinensisHance)、青冈(QuercusglaucaThunb.)、木荷(SchimasuperbaGardn.et Champ.)、鹿角栲(CastanopsislamontiiHance)、枫香(LiquidambarformosanaHance)、杜英(ElaeocarpusdecipiensHemsl.)、刨花楠(MachiluspauhoiKanehira)、杉木(Cunninghamialanceolata(Lamb.) Hook.)、马尾松(PinusmassonianaLamb.)、南酸枣(Choerospondiasaxillaris(Roxb.) Burtt et Hill.)、香樟(Cinnamomumcamphora(Linn) Presl)、拟赤杨(Alniphyllumfortunei(Hemsl.) Makino)等。

20世纪90年代,崇义县形成了一套阔叶林改造办法:“开通一条路,除去藤灌草,砍掉霸王树,调整疏密度、留下目的树”,对阔叶次生林和针阔混交次生林进行改造,砍掉林内没有培育前途、不能成材的过熟林木或病腐木,保留优势健壮林木个体,并通过“伐密补稀”来调整林分的疏密度(1)崇义县林业志编篆领导小组.崇义县林业志.1998:115-117.。20世纪90年代初,崇义县结合当地生产实际,补植了一批南酸枣、木荷等阔叶树种。

2 材料与方法

2.2 材料来源

在研究区内,选取两组阔叶次生林试验区(Ⅰ和Ⅱ),每组设置5块观测样地。样地面积为20m×20m,20m×30m,25.8m×25.8m不等,具体情况如表1所示。每块观测样地记录林木的胸径(在5cm以上,含5cm)、树高、第一活枝高、冠幅(东、南、西、北4个方向)等指标,连续观测3a(2016—2018年),记录每年的胸高断面积生长量,取平均值即为年均胸高断面积生长量。各样地信息统计如表1所示。

表1 样地基本信息统计表Tab.1 Information of plots

2.2 研究方法

2.2.1多功能经营设计与实施

2015年8月份在两组研究区内分别设置观测样地。在选定的每组观测样地内,各选3个样地作为经营作业样地,其余两个样地作为对照样地,即在试验区Ⅰ(经营模式Ⅰ)中设置作业样地和对照样地,分别记作作业模式1(silvi1)和未作业模式1(unsilvi1),在试验区Ⅱ(经营模式Ⅱ)中设置作业样地和对照样地,分别记作作业模式2(silvi2)和未作业模式2(unsilvi2)。在作业样地,按多功能森林经营的要求[9-10],选择并标记目标树、干扰树及潜在目标树,并于2015年底2016年初,对干扰树进行伐除,并有选择性地进行林下抚育,保留槠栲类及樟科的幼苗幼树。抚育强度根据干扰树的多少而定。本研究的6块作业样地,选中的干扰树较少,每块作业样地仅有2～3株不等。对抚育后形成的林窗,补植闽楠(Phoebebournei(Hemsl.) Yang)及木荷等阔叶树种。2015年研究区内森林多功能经营设计情况如表2所示。

表2 2015年森林多功能经营设计一览表Tab.2 Silvicultural designs for multi-function forest management in 2015

2.2.2数据统计与分析方法

1) 对观测数据进行整理。根据江西省森林二类调查规程要求,借鉴树冠光竞争高度法等方法的结果[11-13],将林分垂直分为主林层(>15m)、次林层(10m～15m)、林下层(<10m),具体情况如表3所示。

表3 林层划分统计表Tab.3 Distribution of forest story

2) 比较作业样地和对照样地的年均胸高断面积生长量,采用95%的可靠性进行方差分析。

3) 比较分析不同林层的林木,年均胸高断面积生长量的区别,并对株数占前20位树种的胸高断面积及其年均生长量进行统计分析。

所有数据整理及分析、作图,均采用R软件完成,作图涉及到ggplot2绘图软件包。

3 结果与分析

3.3 林层与作业类型双因素方差分析

对观测样地的年均胸高断面积生长量进行方差分析,仅考虑作业类型一个因素时,两个试验区内作业样地和对照样地之间均无统计学上的显著差异,这意味着在林分平均胸高断面积生长量方面,实施森林多功能经营3年的效果不甚明显,结果如表4-Ⅰ所示。

从表4-Ⅱ中可看出,当考虑林层和作业类型两个因素时,胸高断面积生长量的差异显著性就有所提高。双因素方差分析中,作业类型因素的F值为2.283,比仅考虑作业类型一个因素时的1.602高0.681,差异显著性概率值也发生了较大变化,从0.188(表4-Ⅰ)降低到0.078(表4-Ⅱ)。从不同林层之间,胸高断面积生长是有极显著差异的,显著性概率值为2E-16,接近于0；而林层与作业类型双因素交互情况下,显著性概率值为9.25E-07。

表4 作业类型、林层的方差分析表Tab.4 ANOVA table for silvicultural types and forest story

从表4可看出,林层可检验不同作业类型之间的胸高断面积生长是否有显著差异。由此可见,林层可以作为判断不同森林作业模式效果的关键因素。

3.3 不同林层的林木个体生长量比较

由图1可知,在次林层和林下层中,其胸高断面积生长量大多数低于0.001m2/a的个体仅有16株,而主林层中胸高断面积的年均生长量与林木个体大小(胸径)有关,个体较大的林木,年均胸高断面积生长量均普遍高于个体较小的林木。同时个体较大的林木大多数也位于阔叶次生林的主林层。

由图1可知,处于主林层的林木个体,每公顷胸高断面积明显高于次林层和林下层,胸高断面积年均生长量随林木个体增大比次林层和林下层的增速高,显示出较大的拟合直线斜率。此外,抚育过的阔叶林,林内养分空间得到改善,主林层个体的胸高断面积年均生长量高于未经抚育的次生林的主林层个体。

图1 基于林层的各作业类型下单木年均胸高断面积生长量Fig.1 Annual basal area growth of individual trees various in varies forest layers

3.3 基于胸高断面积的主要树种生长量比较

本研究的两块试验区共涉及48种阔叶树种共496株(不包括进阶木、死亡木),由表5可知,其中株数比例占前3的树种有木荷、杉木和米槠,分别占样地株数的13.51%,11.29%和10.89%,而每公顷累积胸高断面积比较高的树种有米槠、米锥、木荷等,分别占林分总胸高断面积的18.89%,10.99%,10.26%(表5)。

从表5中可看出,株数多于11株的(占前10位)的树种有11种,其中壳斗科树种占4种,分别是米槠、丝栗栲、米锥和青冈,株数累计130株,占样地总株数的26.2%,说明试验区的阔叶次生林的乔木树种以壳斗科为主。从胸高断面积方面看,占前10位的树种中有5种均为壳斗科树种,即米槠、米锥、青冈、丝栗栲和鹿角栲,占总胸高断面积的50.9%。表5中还显示,综合株数和胸高断面积两项指标,排列前10的树种中,相同树种有9种,柃叶连蕊茶和鸦头梨虽然数量较多,但胸高断面积较小,不如壳斗科的鹿角栲,说明前两种树种的单株个体较小,而鹿角栲虽然株数排不到前十,但单株的个体较大,是阔叶次生林中的优势个体。

从表5中还可看出,无论株数还是胸高断面积,米槠、米锥、木荷、南酸枣和丝栗栲的胸高断面积的年均生长量均高于其他树种,说明这5种阔叶树种的生长较其他树种高。结合各树种的胸高断面积和株数,个体较大的林木,如米槠(BA=5.353 m2/hm2),其胸高断面积每公顷年均生长量达到0.156 m2/a,而个体较小的柃叶连蕊茶(BA=0.354m2/hm2),胸高断面积年均生长量仅为0.011 m2/a。

表5 阔叶次生林中主要树种的株数 胸高断面积和胸高断面积生长量统计表Tab.5 Number,basal area,and basal area growth of major species in broad-leaved secondary forests

(续表)

4 讨论与结论

1) 开展经营后3年,阔叶次生林的林分平均胸高断面积生长与经营模式关系不紧密,这或许与开展经营的时间较短有关。当综合林层和林分经营模式两个因素后,方差分析结果显示,F值有所提高,统计显著性概率值有所下降,p值从0.188下降到0.078,说明增加林层因素后,不同经营模式的效果存在一定的差异。

2)方差分析结果显示,林层对林木胸高断面积生长影响较大,具有统计学上极显著差异,p值接近于0。林层是影响阔叶次生林胸高断面积生长量的关键指标之一,处于主林层的林木,具有较大的个体优势,养分空间利用较高,其胸高断面积年均生长量越高,其次是次林层,而林下层越低。

3)从树种上看,不同树种的胸高断面积生长量也各有差异,壳斗科的米槠、米锥、青冈和丝栗栲等阔叶树种由于总胸高断面积较大而呈现出较高的年均生长量,株数也对年均胸高断面积生长量有影响,这说明壳斗科树种是本地区阔叶次生林群落中的优势树种。常绿阔叶林中常见的木荷在株数和胸高断面积方面也占有优势。此外,杉木、南酸枣和拟赤杨等阳性树种也较多地出现在试验区的样地,这与亚热带阔叶次生林的树种组成吻合[14]。

以年均胸高断面积生长量为指标,林层及株数对阔叶次生林个体生长量均有贡献[15-16],但其贡献率大小因树种而异。本文受样地规模、经营时效以及阔叶次生林内检尺株数等因素的限制,上述结论还有待进一步验证,但可以肯定的是,林层、个体大小和树种可看作影响阔叶次生林个体生长的重要因素。