间伐对樟树人工林径级结构变化及生长影响

廖德志，陈明皋，吴际友，程勇，张珉，魏志恒，刘欲晓，单志毅，吴哲

（1湖南省林业科学院，长沙 410004；2攸县林业局，湖南攸县 412300；3攸县黄丰桥国有林场，湖南攸县 412307；4湖南汇智农林工程咨询设计有限公司，长沙 410004）

0 引言

樟树(Cinnamomum carnphora)樟科樟属植物，为亚热带常绿阔叶林的代表树种,同时也是重要的材用和特种经济树种，广泛分布于中国长江流域以南各省市，在亚洲日本、越南等地亦有分布[1-2]。樟树木材因其耐腐、防虫、致密、有香气等特性，被广泛用于家具制作和工艺品雕刻[3],同时樟树具有较高的观赏和生态应用价值[4-6]，常用作行道树或者绿化景观树种。目前营造的樟树人工林普遍存在林分生长参差不齐、生长速率较慢、出材率低等问题[7-8]。如何进行森林经营，改善林分结构，提高林分生产力，培育直干型大径材已经成为樟树人工林培育和改造的主要任务。

间伐是森林培育重要措施之一，科学合理的间伐可以调整林分密度，改善冠层营养空间，减少林木间竞争[9-11]，在促进林木生长、优化林分结构、改变土壤理化性质等方面发挥着重要作用[12-15]。因此，间伐对森林经营具有重要的实践意义，合理的间伐强度、间伐方式和间伐周期对实现森林可持续经营具有重要实践和理论意义。目前对樟树抚育间伐的研究大多集中在林分生长、生产力以及土壤变化等方面，对林分结构和林分生长的动态变化规律研究较少。本研究以16 a 生的樟树人工林为研究对象，设置强度间伐（间伐40%）、轻度间伐(20%)和对照组（不间伐）3 组试验并设立固定观测样地，同时伐取解析木分析研究樟树人工林生长过程，研究分析樟树人工林间伐后林分结构和林分生长的动态变化规律，探讨樟树人工林合理的抚育间伐强度，为樟树人工林科学经营提供理论依据。

1 研究区概况

试验地位于湖南攸县黄丰桥国有林场，地处113°34′—113°43′E，27°06′—27°04′N之间，属于亚热带季风湿润气候区，以中低山和丘陵为主，海拔115～1270 m，坡度15～35°之间；年平均气温17.8℃，极端最低温度-11.9℃，极端最高温度40℃；年平均无霜期为292 d，年平均日照时间为1612 h；年平均降水量1410.8 mm，每年的4—9 月为林木生长旺季。以2003人工栽培的香樟试验林为研究对象，试验林总面积达13.34 hm2，郁闭度为0.8，林木平均胸径为16.8 cm，平均树高为10.7 m，林冠下零星分布有东方金粟兰(Chloranthus spicatus)、线蕨(Colysis elliptica)、乌毛蕨(Blechnum orientale)等植物。

2 材料与方法

2.1 试验方法

在林龄为16 a 的樟树人工林内，选取3 组立地条件一致的樟树林分设置间伐试验，按照伐密留匀、留优去劣的原则，对樟树人工林进行间伐。每组试验设置40%的强度间伐、20%的轻度间伐及对照3种间伐强度处理，采用随机区组设计，样地大小为20 m×30 m，重复3次，并设立固定观测样地，共计设立9个固定观测样地。间伐前样地基本情况见表1。

表1 樟树间伐试验林样地信息表

2.2 样地调查

（1）2018 年8 月对现有樟树中龄林（16 年生）进行间伐前每木检尺，记录收集间伐前样地数据，依照样地数据确定间伐樟树个体。

（2）伐后再进行每木检尺，整理间伐后样地数据。

（3）间伐生长1 年后（2019 年8 月）对间伐样地进行每木检尺，收集整理樟树生长数据。

（4）间伐生长2 年后（2020 年8 月）再次对样地进行每木检尺，收集整理樟树生长数据。

2.3 樟树解析木测定

对间伐试验样地进行每木检尺后，每个样地选出生长正常，无病虫害能代表林分生长水平的平均木2株作为标准木，共计6 株。用罗盘仪测定出解析木的根茎位置，确定胸径及树干南北方向，对标准木在离地10 cm处进行机械伐倒并截取圆盘（为0号圆盘），第二块圆盘在1.3 m出截取（为1号圆盘），之后按2 m为区分段在全株锯取圆盘（为2、3、4…号）直至梢顶。将圆盘用塑料薄膜密封带回实验室，将工作面进行抛光磨平，判别各个圆盘的年轮，并用直尺分别测定东西、南北方向的生长轮宽度，根据树木直径生长规律绘制树高生长曲线并得出各龄阶树高，利用区分段法计算各龄阶去皮材积[16-18]。

2.4 数据处理

采用Excel 2003和SPSS 19.0 软件进行数据处理与分析，采用单因素方差分析法和Duncan 多重比较法进行分析。

将林木胸径按照1 cm 一径阶进行整化，采用Weibull 分布概率密度函数对3 组样地全林分径级结构进行拟合[19-21]，Weibull 分布概率密度函数见式。利用Origin 9.0 软件对林分径级结构进行参数拟合，采用卡方检验法对拟合效果进行检验。

Weibull分布概率密度函数函数见式(1)。

式中，a为位置参数，b为尺度参数，c为形状参数，x为林木胸径频度。

单株材积见式(2)。

式中，f3为实验形数值取0.4，V代表材积，g1.3表示胸高直径处的横截面积，h表示树高。

林分蓄积：样地所有立木单株材积之和。

3 结果分析

3.1 樟树人工林生长过程解析

通过对樟树标准木的树干解析和樟树年轮数据，分别推算樟树胸径、树高和材积的生长过程，主要指标包括单株樟树胸径、树高、材积的连年生长量和平均年生长量，见图1～3。

图1 16年生樟树人工林胸径生长规律

图2 16年生樟树人工林树高生长规律

图3 16年生樟树人工林单株材积生长规律

由生长曲线可知，樟树人工林胸径连年生长量从6年生时开始逐渐下降，到8年生时已低于平均年生长量，并且往后持续下降，到16 年生时连年生长量仅为0.80 cm；树高生长量与胸径生长量趋势基本一致，但在4 年生时树高连年生长量达到最高，6～12 年间平稳增长，12 年生后树高生长开始迅速下降；单株材积连年生长量在12 年生时达到最大，随后开始平缓下降，到16年时平均单株材积达到了0.254 m3。根据结果可以看出樟树人工林到12 a 生时林分生长受到影响，连年生长量持续下降，需要通过抚育间伐等森林经营的方式改善林分结构，恢复林分生长势。

3.2 不同间伐强度樟树林分胸径生长差异

间伐试验后分别于2019年8月和2020年8月对间伐试验林进行2 次调查，结果表明间伐后樟树林分胸径生长量与对照样地相比显著增大；具体数据见表2。间伐20%与间伐40%的样地林分，间伐生长2年后平均胸径增长分别增长了2.36 cm、2.84 cm，对照样地间伐生长2 年后的林分平均胸径增长仅为1.36 cm。同时对比由2018 年樟树解析木所得的樟树生长过程规律可见，15～16 a的连年生长量在0.80 cm左右，与对照平均胸径年增量基本一致，可见间伐在短期内确实起到了恢复林分长势、促进保留木生长的作用。

表2 樟树间伐试验林胸径增长对照表

3.3 不同间伐强度樟树林分树高、冠幅生长差异

2019 年8 月对间伐试验林进行调查，间伐前后不同间伐强度樟树林分树高、冠幅生长差异如表3、4 所示；结果表明，间伐后樟树人工林树高生长量与对照组差异不显著，与快速生长阶段相比都处在相对较低的增长水平；而冠幅生长则显示出显著的生长差异，强度间伐后冠幅显著增大，显著大于轻度间伐和对照组，平均冠幅达3.8 m高出对照组31%。

表3 樟树间伐试验林树高增长对照表

表4 樟树间伐试验林冠幅增长对照表

3.4 间伐后樟树人工林径级结构变化

间伐采用去劣留优的原则，伐除生长差的被压木，干形差的曲干木，有病虫害的病态木，通过对比间伐前、间伐后、间伐后1年和间伐后2年的林分径阶数据，采用Weibull 概率密度函数对3 组试验林分径阶结构分布进行拟合，拟合后的樟树人工林径阶结构分布变化情况如图4、图5和图6所示。

图4 间伐前后对照组径阶结构变化

图5 间伐前后轻度间伐组径阶结构变化

图6 间伐前后强度间伐组径阶结构变化

结果表明，间伐前16 a 生樟树人工林径级为12～20 cm 的林木占到了林分的80%，间伐对照组在间伐试验实施后2 年Weibull 径级分布曲线峰值位置基本不变，在17 cm 左右，峰值频度有所下降，且整个曲线略微右移，上层林分频度占比有所增加，表明上层林分仍然处在生长之中，但下层林分径阶频度基本没变，生长势明显不足，胸径年增长不足0.5 cm的林木约占样地总立木的25%。

轻度间伐（间伐20%）样地在完成间伐后当年，下层林分频度减少，上层林分频度略微增加，Weibull 分布曲线峰值基本不变在16 cm左右。间伐生长1 年后Weibull 径级分布曲线整体向右移动，且曲线走势基本保持不变，表明间伐1 年后林分内林木胸径的整体增长，下层林分也表现出较高的生长势。间伐生长2 年后Weibull径级分布曲线的峰值右移，且频度下调，下层林分增长有所下降，上层林分频度略微增加。

强度间伐（间伐40%）样地间伐完后，Weibull径级分布曲线峰值（18 cm 左右）位置不变，但峰值频度显著升高，峰值左端径级频度降低，表明下层木被伐后，林分径级频度更为集中，在间伐生长1 年后林分Weibull径级分布曲线峰值下降且位置右移，林分径级峰值变为21 cm，表明林分间伐后林分胸径整体增长，但樟树个体间的生长差异，使得单株径级进阶快慢不一，使得原本较为集中的径级分布出现分化。间伐生长2 年后曲线峰值再次向右移动，并且峰值频度有所提高，与前1 年相比曲线形状基本一致，胸径大于20 cm 的樟树强度间伐样地中达到了420 株/hm2占比47.7%，轻度间伐为285株/hm2占比27.2%，而对照组仅为165 株/hm2占比11.9%。强度间伐林分相比于轻度间伐林分表现出更加强力的生长势，且第2 年没有出现生长势下降的情况，表明间伐带来的林分生长势恢复时效与间伐强度存在一定的相关性，不同间伐强度对樟树人工林生长势恢复时效长短需要进一步观测，这与董莉莉等[14]关于蒙古栎抚育间伐的研究一致。

3.5 间伐后樟树人工林蓄积量生长变化

不同间伐强度样地内蓄积量变化动态见图7和图8。由图7 可知，开展间伐之前3 组样地的蓄积量在130 m3/hm2左右，间伐后当年各间伐样地蓄积量均有相应程度的减小，在间伐后的2 年内轻度间伐样地和强度间伐样的蓄积量都要小于间伐对照组，但间伐样地的蓄积生长量显著高于对照组样地。间伐生长1年后轻度、强度间伐样地蓄积增长量分别为21.33 m3/hm2和20.10 m3/hm2，高出对照组蓄积增长量15.32 m3/hm2的39.2%%和31.2%。间伐后第2年轻度间伐样地的蓄积增长量与第1 年基本一致，而强度间伐样地蓄积生长量相比第1年更高达到了25.50 m3/hm2，对照组蓄积量则增长量为18.34 m3/hm2。间伐2年后3组样地的蓄积量分别为强度间伐组140.15 m3/hm2，轻度间伐组143.39 m3/hm2，对照组159.91 m3/hm2，可见，间伐生长两年后轻度间伐和强度间伐即可恢复到了与间伐前相当的蓄积量。

图7 不同间伐强度蓄积量变化动态

图8 不同间伐强度样地蓄积年生长量变化动态

4 结论与讨论

（1）间伐后的樟树林分胸径生长量显著高于不间伐的林分；同时强度间伐（间伐40%）和轻度间伐（间伐20%）的樟树林，在间伐生长1年后胸径增长量无显著差异，但间伐后第2 年强度间伐胸径增长量开始显著高于轻度间伐和对照组，且胸径大于20 cm 的樟树强度间伐样地中达到了420株/hm2占比47.7%，轻度间伐为285 株/hm2占比27.2%，而对照组仅为165 株/hm2占比11.9%。间伐对樟树林分树高的促进作用较小，不同间伐强度下樟树林分树高生长量无显著差异，但间伐后林分冠幅显著增大，强度间伐下的樟树林分平均冠幅达到3.8 m要显著高于自身间伐前和不间伐的林分,这与前人[14-15]的研究结论相一致。间伐后当年各间伐样地蓄积量均有相应程度的减小，轻度间伐样地和强度间伐样地蓄积量分别比对照减少了18.5%和28.7%，但轻度、强度间伐样地的蓄积年生长量要显著高于间伐对照组，与间伐对照组的蓄积量差在逐渐缩小。

（2）经解析木分析，在快速生长过后樟树生长量呈现出持续下降的趋势，其中胸径生长量在8 年生时开始逐年下降，到16年时连年增长量仅为0.80 cm，这与对照林分（不间伐林分）平均胸径连年增长量0.68 cm基本一致。强度间伐林分（间伐40%）和轻度间伐林分（间伐20%）在间伐1年后胸径连年生长量分别达到了1.44 cm 和1.31 cm，表明樟树林分生长量与其生长空间密切相关，通过间伐优化林分生长空间可以逆转这一下降趋势，但是否能维持高速生长或能维持多长时间需要进一步观测。

（3）对试验林分径级结构研究分析，樟树人工林下层木生长势明显不足，分析对照组（不间伐林分）生长2 年后林分径级结构可以发现，下层木（胸径小于12 cm 的径级）频率基本没变，胸径年增长量小于0.5 cm 的约占林分总立木的25%。强度间伐样地（间伐40%）林分径级结构变化情况则极其显著，通过对下层木的间伐之后，径级变得更为集中，峰值（中间径级17～19 cm）频度大幅增加，在间伐生长2 年后，峰值频度降低，优势木（径级18～26 cm）频度增加，曲线整体右移，实现了林分整体径级增长。轻度间伐林分与强度间伐林分规律表现一致，但变化幅度要明显小于强度间伐林分，同时间伐后第2 年生长量相比第一年有所下降。试验结果表明樟树进入中龄后，林分相对密度逐渐提高，林分内养分竞争增强，下层木不仅自身生长受限更会影响林分整体的生长，这与姜鹏[22]关于杉木人工林间伐前后林内竞争和空间分别格局相一致；间伐在一定程度上减少了林木间的竞争，增加林内光照，改善了林分养分分配，为保留木创造了更多的养分和生长空间，从而促进了林分的生长。但间伐所带生长势恢复时效以及间伐频率有待进一步研究。