塞罕坝机械林场云杉资源调查

姚丹阳 付立华

（河北省塞罕坝机械林场，河北 围场 068466）

云杉是松科云杉属乔木，具有耐阴、耐寒特性，是寒带温带高山林区主要更新造林树种之一[1-2]，多分布在北方以及西南等高山地带，是塞罕坝地区主要人工造林树种之一和冀北地区森林植被的重要组成树种[3-5]。因此，经营好云杉人工林具有非常重要的意义。云杉木材纹理通直，材质好，有弹性，易加工，是良好的建筑、枕木、桥梁、造船、航空、胶合板和家具用材及乐器制造和高级造纸原料。同时，其松针可提取芳香油；树皮含单宁，可提取栲胶；树姿美观，生长快且抗污染能力强，是营造用材林和街道绿化的优良树种。目前，该树种是大力推广的树种之一。

塞罕坝地区高海拔高寒，适宜种植的树种较少[6]。云杉具有耐阴、耐寒的特点，因而成为塞罕坝地区主要造林树种之一[7-8]。本文根据塞罕坝数据库数据以及监测样地数据，分析总结了塞罕坝云杉资源及云杉林状况，并根据其特点，提出相关经营措施建议，为今后的生产提供参考。

1 研究区基本情况

1.1 地理位置

塞罕坝林场位于河北北部冀蒙交界地，属冀北山地与内蒙古高原交汇区，是坝下、坝上过渡带和森林—草原、森林—沙漠交错带，地理坐标为116°51′～117°39′ E，42°02′～42°36′ N。全场南北长58.6 km，东西宽65.6 km。

1.2 气候

该林区属寒温性大陆季风气候。年均气温-1.3 ℃，极端最高气温33.4 ℃，极端最低气温-43.3 ℃。年均无霜期64 d。年均降水量460 mm，积雪长达7 个月。年平均蒸发量1339.2 mm，年均相对湿度68%。风多是该地区主要气候特点之一，年均大风日数53 d，最多年份达114 d。

2 云杉资源调查方法

2.1 林分资源数据

塞罕坝云杉林资源数据来源于第四次森林资源调查，按照二类调查细则技术标准，运用森林经营档案更新小班数据库，对未按小班经营的小班进行细班划分，并补充调查更新，利用生长模型推算小班自然生长蓄积，更新该地区森林资源数据。

2.2 生物多样性及土壤数据

2.2.1 样地基本情况调查在塞罕坝机械林场云杉林中选择3 个具有代表性的群落样地，对群落样地中的植物物种多样性进行观测，样地设置面积为50 m×50 m，样地基本情况见表1。

表1 云杉样地基本概况

2.2.2 生物多样性调查将50 m × 50 m 的样地划分成100个5 m × 5 m样方的基本单元，并进行编号。记录每个基本单元格内乔木和灌木（胸径超过1 cm）的种类、数量、胸径和高度等。在每个基本单元内设置1 个1 m × 1 m 的样方，记录这100 个1 m×1 m 小样方内的物种名称、数量、高度及盖度[9-10]。

2.2.3 生物多样性计算辛普森指数（D）：

香农-维纳指数（H′）：

均匀度指数：

皮洛均匀度指数1

皮洛均匀度指数2

式中，Pi为物种i的个体数占样地内总个体数的比例，i=1，2，…，S；S为物种种类总数，单位：个。

2.2.4 土壤调查在生物多样性所建立的3 个样地外围分别挖取长0.5 m，宽1 m，深度在0.4～1.0 m 的土壤剖面，每个样地挖取3 个剖面，共9 个。由于每个样地土壤质地、母质和类型不同，挖取的剖面深度也不同，因而不同样地的剖面分层略有不同，样地1 设置0～15、15～30、30～45、45～60 和60～75 cm 共5 个层次；样地2 和样地3 设置0～20、20～40、40～60 和60～80 cm 共4 个层次。分别在每个层次上取土后，将每个样地相同层次的土壤混合均匀，然后将土壤样品送去检测，主要检测土壤pH值、有机质、全氮、全磷、全钾、碳酸钙、土壤机械组成、土壤容重和土壤紧实度等指标参数。

3 结果与分析

3.1 林分情况

从表2可以看出，塞罕坝机械林场乔木林的总面积是60787.3 hm2，其中优势树种面积较大的是落叶松、樟子松和桦树，面积分别为33137.88、13688.42和6140.73 hm2，占比分别为54.5%、22.5%和10.1%，这三大树种共占总面积的87.1%。云杉面积为3073.68 hm2，占比排行第五。虽然云杉林的面积较小，但该地区气候条件较为特殊，适宜种植的树种较少，因此云杉仍然是主要人工造林树种之一。

表2 研究区主要树种统计

3.1.1 森林起源和类型从表3 可以看出，塞罕坝的云杉林以人工林占优。云杉人工林面积为3010.34 hm2，占比达90.83%；天然林占比低于10%。

表3 塞罕坝云杉林起源

从表4 可以看出，43.77%的云杉林是纯林，56.23%属于混交林。混交林占比略大于纯林，混交林多更有利于林分的稳定。

表4 塞罕坝云杉林结构

3.1.2 云杉林分布（1）位置分布。从表5 可以看出，塞罕坝的云杉林主要分布在千层板分场、北曼甸分场和大唤起分场，分别有云杉林792.46、771.20和759.29 hm2，这3 个分场云杉林占全场的比例约70%。

表5 塞罕坝云杉林分布

（2）胸径分布。从表6可以看出，塞罕坝主要树种集中在10～30 cm，其中，占比最高的是15.1～20.0和20.1～25.0 cm，占比分别为22.57%和22.56%。主要树种平均胸径加权平均为17.0 cm，达到20.0 cm以上林分占比41.6%。

表6 塞罕坝主要树种胸径分布

从塞罕坝主要树种的平均水平来看，云杉胸径主要分布在小径级，72.82%的云杉胸径小于10 cm，特别是不足5 cm 的占比在50%以上，20 cm 以上的云杉仅有6%，平均胸径加权平均不足10 cm，云杉林整体处于小径级状态，这跟林场起初对云杉林的定位有关，即主要用于销售苗木。

从表7可以看出，塞罕坝树种密度主要在300～1499 株/hm2，其占比达69.14%，其中，750～1499 株/hm2占37.58%，300～749 株/hm2占31.56%。单就云杉林来看，密度主要集中在3000 株/hm2以上，占比高达43.42%，其次是750～1499株/hm2，占比为27.11%。总体来看，云杉林的密度远远高于其他树种，这也间接导致其平均胸径较低。

表7 塞罕坝主要树种密度分布

（3）龄组分布。塞罕坝主要树种平均林龄为31.7年，从表8可以看出，该地林分大多数属于中龄林，占比达30.43%；其次是幼龄林，占比达27.28%；近成熟林占40.94%。这主要是因为该林场一代林的林龄多数在50多年，处于近成熟林后皆伐后又栽植了二代林，因此中幼龄林占比较大。

表8 塞罕坝主要树种林龄分布

单就云杉林来看，云杉林主要集中在幼龄林，占比高达78.52%；其次是中龄林，占比为21.39%，云杉林基本处于这两个阶段。因为云杉林将近80%是幼龄林，所以林分密度分布主要集中在3000株/hm2以上，加权平均胸径不足10 cm。

3.2 生物多样性

从表9可以看出，在云杉的3个固定样地乔木层与云杉混交的主要是华北落叶松。云杉林林下草本种类较多，云杉1号样地有草本植物24个，2号样地有草本植物31个，3号样地有草本植物47个。这与样地的密度有一定关系。一般情况下，密度较大，郁闭度较高，林下植被就会较少。整体来看，这3块云杉林样地属于中近熟林，林分密度适宜，因而林下植被种类较为丰富。

表9 云杉样地植物的组成

林下植被生物多样性一般多用α多样性指标来表示，其主要关注局域均匀生境下的物种数目，因此被称为生境内的多样性。群落α多样性指数体现了群落中植物的物种数量和单个物种的个体数量。多样性为0 时说明该群落中物种组成单一，其数值越大代表该群落中物种数量和单个物种的个体数量（多度）均越多。均匀度指数说明群落中不同物种分布的均匀程度，该值为0说明该群落物种组成单一，该值越大说明该群落物种分布越较为均匀。

本次调查采用2个指数表征了群落木本植物的多样性，3个指数表征了群落木本植物的均匀度。从表10可以看出，云杉林下植被种类在24～47范围内，辛普森多样性指数变化范围在0.62～0.80，香农-维纳多样性指数变化范围在1.41～2.03，均匀度指数变化范围在0.59～0.86，皮洛均匀度指数1变化范围在0.70～0.92，皮洛均匀度指数2 变化范围在0.73～0.95。从这些指标可以看出，这3块样地云杉林下草本植被种类较多，物种分布较均匀，这主要跟林分密度有关，这3块样地的林分密度适宜，林分郁闭度不高，林下植被较丰富。

表10 云杉样地草本植物种类、个体数量及α多样性的比较

3.3 土壤状况

云杉样地外围土壤剖面所取土壤的测定数值见表11—12。土壤pH 值的变化范围在5.68～6.53；有机质变化范围在1.718～31.260 g/kg；全氮变化范围在1.083～20.260 g/kg；全磷变化范围在0.135～1.967 g/kg；全钾变化范围在0.232～1.304 g/kg；碳酸钙变化范围在1.562～31.250 g/kg；直径大于2.000 mm的土壤颗粒处在1.21%～50.30%，直径在0.020～2.000 mm 的土壤颗粒变化范围在7.56%～29.50%，直径在0.002～0.020 mm 的土壤颗粒变化范围在21.13%～47.47%，直径小于0.002 mm的土壤颗粒变化范围在18.8%～42.2%；土壤容重变化范围在0.77～1.40 g/cm3；土壤紧实度变化范围在137.94～251.21 KPa。整体来看，这3 块样地云杉土壤呈酸性，除土壤pH 值、容重和紧实度之外，土壤有机质、全氮、全磷和全钾均随土层深度的增加呈现明显下降的趋势。在土壤机械组成中，直径大于2.000 mm和直径在0.020～2.000 mm 的土壤颗粒随土层深度的增加表现出下降的趋势，但直径在0.002～0.020 mm和直径小于0.002 mm 的土壤颗粒则随土层深度的增加呈现增加的趋势。

表11 云杉样地土壤化学性质

表12 云杉样地土壤物理性质

4 结论及经营策略

云杉是塞罕坝主要造林树种之一，就现存云杉林分来看，主要集中在幼龄林，林分密度较大，胸径主要集中在10 cm以下。因此针对这种情况建议对云杉林进行抚育间伐和修枝处理，释放林分空间促进林木生长。同时由于云杉林具有较好的耐阴性，可以在郁闭度较低的落叶松、樟子松林下栽植云杉林，达到异龄混交的效果。云杉中近熟林混交林比例较大，林分密度适宜，林下生物多样性丰富。因此建议对幼龄林抚育的过程中营造混交林。

（1）云杉林作为该地区森林资源的一部分，其质量的好坏间接影响着该地区森林质量能否提升。特别是当前云杉林大部分都处于中幼龄林状态，因此需要根据这些林分的不同特点及经营目的制定长期经营措施。

（2）云杉幼龄林较多，密度较大，影响胸径的生长，因此，有必要进行间伐和修枝，以释放空间，促进优质林木的生长。同时，适宜的林分密度有利于改善林分结构，促进林下生物多样性，提高林分的稳定性。

（3）中龄林是林木生长较快的时期，是经营关键时期，是提高森林质量的重要时间段。因此，在中龄林时期，可以在立地条件较好的云杉人工林标定目标树，以培育优质大径材为目标，采伐影响目标树生长的干扰木和生长较差的林木，促进林分健康生长。

（4）林场的人工林基本上是纯林，不利于森林生态的健康和稳定，同时，该地区云杉林面积较小，因此建议后期多营造云杉和阔叶树种，如白桦混交林，以改善土壤酸性问题。

（5）云杉具有耐阴特点，可尝试在郁闭度较低的落叶松、樟子松林下栽植云杉林，达到异龄混交的效果。