杉木人工林抚育间伐成效分析

徐占勇， 卢 峰， 罗蔚生， 童德文， 李晓勇， 李 伟， 刘 频

(1.广西壮族自治区森林资源与生态环境监测中心， 广西 南宁 530000； 2.广西大瑶山森林生态系统定位观测研究站， 广西 金秀 545700)

森林抚育间伐是促进林木生长、实现森林可持续经营必不可少的措施[1]。合理的抚育间伐可以提高林分质量，改善林分空间结构，减少林木对光和养分等的竞争效应[2-3]，在促进林木生长的同时也能够促进林下植被生态演替[4]，影响林分的生态功能[5]。抚育间伐可以形成理想的林分结构，改变林分环境，加强林分稳定性和机能，促进林分多种效益的发挥[6]。因此，抚育间伐对林内植被群落特征和林木生长状况具有重要意义，同时，也有利于实现森林可持续经营[7]。但是长期以来，我国各地普遍对抚育间伐不够重视，森林抚育间伐工作长期滞后，导致森林资源质量低下[8]。为了解决这一问题，中央财政部和国家林业局于2009年启动实施了中央财政森林抚育补贴试点项目，主要是以天保工程省区、集体林改典型省区为重点执行省份。 2010年广西壮族自治区被纳入森林抚育补贴试点省区，开始了森林抚育相关监测工作[9-11]。

广西壮族自治区是南方集体林区之一，虽然近些年来森林面积、蓄积量都呈增长趋势，但同时也存在着森林单位蓄积量低、森林资源结构不尽合理、林分的抗灾害能力不强、林地生产率较低等问题。本研究以广西壮族自治区柳州融水苗族自治县贝江河林场17年生杉木人工林为研究对象，探讨了抚育间伐措施对杉木人工林林分生长及林下植被的影响，以期为杉木人工林科学抚育提供参考依据。

1 研究区概况

贝江河林场地处广西壮族自治区柳州市融水苗族自治县，以经营杉木商品用材林为主，试验地地理坐标为109°17′26″E，25°01′44″N。属中亚热带季风气候，气候温和，光照充足，冬短夏长，年平均气温18.8 ℃，雨量充沛，年均降雨量1 824.8 mm；以红壤为主，黄壤次之，土层深厚、疏松，自然肥力较高；地貌类型以中、低山为主。

2 研究方法

2.1 试验安排

根据林场的资源调查数据，以林场17年生的杉木人工林为研究对象，选择立地条件基本一致、具有充分代表性、试验前林分生长状况差别不大的林地开展样地设置和调查。设置抚育间伐和对照标准地各3块，共计6块样地，样地规格为20 m×30 m。

2013年9月，依据“留优去劣、间密留匀”的原则对3块抚育样地进行疏伐，对照样地不做任何处理。调查各样地的海拔高度、坡向、坡位、土壤类型、林分密度等基本因子；乔木层选取胸径、树高、健康等级、第一枝下高等指标，采用“S”型路线法进行每木检尺；灌木和草本层选取种类、平均高度、盖度等指标，调查林下生物多样性；2017年9月对样地进行复测(样地基本状况见表1)。

2.2 指标调查

分别于试验前(2013年9月)和试验4年后(2017年9月)对6块样地内各项指标因素进行调查。

表1 标准地基本状况Tab.1 Basic condition of sample plots样地编号样地设置海拔/m坡向坡位土壤类型原密度/(株· hm-2)现密度/(株·hm-2)1抚育间伐296东北坡中部红壤2 0401 1702对照340东坡中部红壤2 0252 0253抚育间伐313东坡下部红壤2 3401 6204对照320东坡下部红壤2 3552 3555抚育间伐338西北坡下部红壤2 2201 1556对照319西坡下部红壤2 3402 340

2.2.1 林分基本生长因子调查 对胸径大于5 cm的杉木进行每木检尺，记录树高、胸径以及健康等级，计算胸径、树高年均生长量及平均单株立木材积。根据单株立木材积之和计算整个标准地蓄积量。 立木材积采用广西林业勘测设计院编制的杉木单株立木材积计算公式[12]，见式(1)。

V=0.656 71×10-4×D1.769 413×H1.069 769

(1)

式中：V表示单株立木材积，H表示树高，D表示胸径。

2.2.2 森林健康等级评价标准 我国森林健康状况主要分健康、亚健康、中健康、不健康4个等级[13](见表2)。本文采用我国通用的森林健康等级评价标准，对样地进行健康等级划分。

2.2.3 林下植被多样性调查 林下植被多样性调查采用样方调查法。灌木样方面积为4 m2，分别设置于样地的4个内侧角；草本样方设置于灌木样方内的4个顶角，面积为1 m2[14]。选择的灌木、草本样方应具有代表性，并且人为干扰应较少。分别调查样方内灌木和草本的种类、平均高度、盖度(见图1)。

表2 森林健康等级评定标准Tab.2 Evaluation criteria of forest health level健康等级评定标准 等级健康林木生发育良好,枝干发达,树叶大小和色泽正常,能正常结实和繁育,未受任何灾害。Ⅰ亚健康林木生发育较好,树叶偶见发黄、褪色或非正常脱落(发生率在10% 以下),结实和繁育受到一定程度影响,未受灾害或轻度灾害。Ⅱ中健康 林木生长发育一般,树叶存在发黄、褪色或非正常脱落现象(发生率为10%～30%),结实和繁育受到限制,或受到重度灾害。Ⅲ不健康树木生长发育达不到正常状态,树叶多见发黄、褪色或非正常脱落(发生率达30% 以上),生长明显受到限制,不能结实和繁育,或受到重度灾害。IV

多样性指数是反映物种丰富度和均匀度的综合指标。本试验采用Simpson指数和Shannon-Weiner指数两个指标评价样地林下植被多样性。Simpson指数是随机事件，是指随机抽取的两个个体同属于一个种的概率，Shannon-Wiener多样性指数表示物种的丰富度，是与物种丰富程度有关的指数[15]。这两个指数的数值越大，说明该群落的多样性就越高，反之则说明该群落的多样性越低[16-18]，其计算公式见式(2)、式(3)。

Simpson指数：

(2)

Shannon-Weiner指数：

(3)

式中：P为每个物种所占的比例，S为物种丰富度。

2.3 数据处理

用Excel 2016进行数据整理汇总、制作图表；采用SPSS 20.0软件对树高、胸径、蓄积年平均增长量、物种多样性指数变化量等因子进行单因素方差分析。

3 结果与分析

3.1 抚育间伐对林木生长的影响

3.1.1 抚育间伐对树高的影响 由表3可知，2017年抚育与对照样地平均树高分别为17.70 m、19.10 m，与2013年相比，平均树高年生长量分别为1.23 m、1.10 m。方差分析表明，抚育间伐对杉木树高生长有一定的促进作用，但对树高年生长量无显著差异，说明间伐对树高生长的促进作用不强。这一结果在许多相关研究中也有体现，如潘建华等[19]对杉木人工纯林研究中也得到了这一结论。许多学者的研究均表明，林木的树高生长主要与立地条件和树种的遗传特性相关[20]，这也符合林木的生长规律，特别是直干性强的树种，树高生长与林分的密度没有太大关系。

3.1.2 抚育间伐对胸径的影响 由表3可知，2017年抚育处理和对照样地平均胸径分别为>17.90 cm、14.70 cm，与2013年相比，平均胸径年生长量分别为0.50 cm、0.48 cm，抚育样地胸径年生长量略大于对照样地。由此可见，抚育间伐在一定程度上促进了胸径生长，这是因为抚育间伐降低了杉木林木密度，林分密度得到调整，改善了林分竞争结构，扩大了单株林木生长营养空间，有效地促进了林木胸径生长。经方差分析可知，抚育与对照样地在4年内的平均胸径年生长量无显著性差异，这主要是监测间隔期较短，抚育措施还未发挥出显著作用，应该继续观测，以观后效。

表3 林分生长状况对比分析Tab.3 Comparative analysis of forest growth处理平均树高/m平均胸径/cm平均蓄积量/m32013年2017年年生长量2013年2017年年生长量2013年2017年年生长量抚育间伐12.8017.701.23 a15.9017.900.50 a13.3016.200.73 a对照14.7019.101.10 a12.8014.700.48 a12.6015.100.63 a 注:相同小写字母表示在0.05水平上差异不显著,P>0.05;不同小写字母表示在0.05水平上差异显著,P<0.05。下同。

3.1.3 抚育间伐对蓄积量的影响 由表3可以看出，2017年抚育与对照样地平均蓄积量分别为16.20 m3、15.10 m3，与2013年相比，平均蓄积年增长量分别为0.73 m3、0.63 m3，抚育样地年平均蓄积增长量略大于对照样地，差异未达到显著水平，这是因为抚育间伐在一定程度上促进林分胸径和树高的增长。

3.1.4 抚育间伐对林分健康状况的影响 由表4 可以看出，2013年，抚育与对照样地郁闭度分别为0.68和0.70，森林健康等级均为Ⅱ级，抚育间伐4年后，郁闭度分别为0.73和0.83，对照样地健康等级依然为Ⅱ级，而抚育样地的林分健康等级提升为Ⅰ级。由此可见，抚育间伐改善了林分的健康状况。通过间伐，降低了林分的密度，改善了林分空间结构，使林内光照、通风、降雨等环境条件得到改善，减轻了林木之间的竞争，有助于林木对养分的吸收利用，增强了林分对病虫害及其他自然灾害的抵御能力，提高了森林的健康水平及整体稳定性，也提升了林分整体质量。

表4 林分健康状况Tab.4 Health status of forest处理2013年2017年郁闭度健康等级郁闭度健康等级抚育0.68Ⅱ0.73Ⅰ对照0.70Ⅱ0.83Ⅱ

3.2 抚育间伐对林下植被多样性的影响

由表5可以看出，与2013年相比，2017年灌木与草本的种数、高度、盖度均有一定程度的增加，且抚育间伐样地3种指标的增加量均大于对照样地。2013年对照样地灌木和草本种类分别为4种和3种，2017年均为4种；而2013年抚育样地灌木、草本种数均为3种，抚育4年后分别增至5种和6种，且高度和盖度均有明显增加。由此可见，抚育间伐明显促进了杉木林下植被的生长。抚育前，林分密度大，林内光照少，阴暗湿冷；而抚育后，林分密度降低，改善了林内通风透光条件，利于植被更新生长，不仅使林下植被种类明显增>加，还促进其高度和盖度明显增长。

表5 监测样地灌木草本状况Tab.5 Status of shrubs and herbs in monitoring sample plots2013年2017年灌木草本灌木草本种数高度/cm盖度/%种数高度/cm盖度/%种数高度/cm盖度/%种数高度/cm盖度/%抚育365.513323.111580.116630.215对照452.512327.310460.413428.612

物种多样性指数能准确反映林分中植被的丰富度、变化程度及均匀性状态[21-23]。表6为监测样地2013年至2017年的Simpson指数和Shannon-Weiner 指数。由表6可知，2013年对照样地Simpson指数和Shannon-Weiner 指数分别为0.55和1.91；2017年时分别为0.68和2.41；变化量分别为0.13和0.50。2013年抚育间伐样地Simpson指数和Shannon-Weiner 指数分别为0.47和1.55，2017年分别为0.68和2.27，变化量分别为0.21和0.72。抚育间伐样地与对照样地的Simpson指数变化量分别为0.21和0.13，抚育间伐样地大于对照样地；Shannon-Weiner 指数变化量分别为0.72和0.52，抚育间伐样地大于对照样地，且达到显著性差异水平(P<0.05)。综合分析两种多样性指数发现，抚育间伐可以显著增加林下植被物种多样性，物种多样性的增加有利于林分垂直结构的形成。合理的乔灌草结构，使林分能够充分利用立地条件，提高光合作用效率，有利于促进林下植被的生长与更新。丰富的林下植被也有利于增强林地的水土保持能力，改善林地土壤条件，提高林地环境质量。

表6 监测样地林下植被多样性指数Tab.6 Undergrowth vegetation diversity indexes of the monitoring sample plot2013年2017年变化量Simpson指数Shannon-Weiner 指数Simpson指数Shannon-Weiner 指数Simpson指数Shannon-Weiner 指数抚育0.471.550.682.270.21 a0.72 a对照0.551.910.682.410.13 a0.50 b

4 结论与讨论

(1) 融水县贝江河林场17年生杉木人工林疏伐抚育的结果表明，抚育间伐促进了杉木树高、胸径的生长及蓄积量的增长，抚育样地的胸径年生长量、树高年生长量及年蓄积量均大于对照样地，抚育间伐降低了林分密度，减少林木个体间对阳光、养分等的竞争效应，促进了林木生长。

(2) 抚育间伐明显改善了林分的健康状况，经抚育间伐，样地林分健康等级由Ⅱ级提升至Ⅰ级，而对照样地林分健康等级未发生变化。

(3) 抚育间伐明显促进了林下植被的生长更新，提高了杉木林下物种多样性。经抚育间伐，林下灌木、草本的种类、高度和盖度均有不同程度增加。2017年抚育与对照样地的Simpson指数、Shannon-Weiner 指数较2013年均有不同程度增加，抚育间伐样地增长量均大于对照样地，且Shannon-Weiner 指数变化量差异达到显著水平(P<0.05)。这说明抚育间伐明显促进了林下植被的物种多样性，有利于林分形成乔灌草的垂直分布，改善林分的空间结构，提高林分稳定性。