米老排人工林皆伐跡地種子天然更新林密度調(diào)控效應(yīng)

唐繼新，雷淵才，曾 冀，李忠國，李武志，農(nóng)良書，趙 總

（1.中國林業(yè)科學(xué)研究院 熱帶林業(yè)實(shí)驗(yàn)中心，廣西 憑祥532600；2.中國林業(yè)科學(xué)研究院 資源信息研究所，北京 100091）

基于森林近自然經(jīng)營的理論和技術(shù)，利用各種自然力，改善森林的結(jié)構(gòu)和功能，充分保護(hù)、促進(jìn)和利用林下的天然更新，減少森林經(jīng)營的人力、物力和財力投入,是森林近自然化經(jīng)營的重要原則，也是森林可持續(xù)經(jīng)營的有效途徑［1－2］。受 “里約赫爾辛基進(jìn)程”森林認(rèn)證及森林近自然經(jīng)營要求的影響，“利用天然更新實(shí)現(xiàn)林分皆伐跡地的下一代更新”已引起了廣泛的國際關(guān)注［3］，相對于傳統(tǒng)人工造林更新，利用天然更新實(shí)現(xiàn)采伐跡地的更新，其更新及恢復(fù)的過程無需育苗、煉山、整地、挖坑和造林，具有物種和結(jié)構(gòu)多樣性高、更新成本低、更新過程地表水土流失少等優(yōu)點(diǎn)［3-10］。雖然天然更新具有如此多的優(yōu)點(diǎn)，但國內(nèi)以往對森林天然更新的研究主要集中在天然林方面，有關(guān)人工林天然更新的研究報道較少［11］，還未能滿足中國人工林健康可持續(xù)經(jīng)營的需要。故對皆伐作業(yè)具有可有效天然更新的潛力樹種，運(yùn)用近自然森林經(jīng)營的理論和技術(shù)，研究制定科學(xué)的經(jīng)營措施，促進(jìn)和利用其采伐跡地的天然更新，對豐富中國人工林健康可持續(xù)經(jīng)營的理論和實(shí)踐具有重要意義。米老排Mytilaria laosensis又名殼菜果、三角楓、山桐油，為金縷梅科Hamamelidaceae殼菜果屬M(fèi)ytilaria常綠闊葉喬木，天然分布于中國廣東、廣西和云南省區(qū)以及越南和老撾等地，是中國南亞熱帶區(qū)域適生范圍廣的用材樹種，具有速生、干形通直圓滿、材質(zhì)優(yōu)良、改良土壤、萌生力強(qiáng)、落種于林緣及空曠地宜萌發(fā)等特性［12－15］?；诿桌吓艠浞N的天然更新特性，本研究旨在探索米老排人工林皆伐跡地種子天然更新幼林的生長及其密度效應(yīng)規(guī)律，為米老排皆伐作業(yè)法天然更新的間苗撫育提供技術(shù)支撐。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于廣西壯族自治區(qū)憑祥市的中國林業(yè)科學(xué)研究院熱帶林業(yè)實(shí)驗(yàn)中心（熱林中心）哨平實(shí)驗(yàn)場39 林班 2 經(jīng)營班（22°05′12″～22°05′22″N， 106°53′13″～106°53′33″E）， 屬南亞熱帶季風(fēng)區(qū)， 干濕季明顯；太陽總輻射強(qiáng)，全年日照時數(shù)為1 500～1 600 h，年均氣溫為21.0℃，≥10℃積溫為7 000～7 500℃，最熱月平均氣溫為27.5℃，最冷月平均氣溫為13.0℃，極端最低氣溫為－1.0℃；年均降水量為1 380 mm，年蒸發(fā)量為1 370 mm。海拔為230 m，屬低山丘陵；土壤為花崗巖發(fā)育而成的赤紅壤，土層較厚［16］；有機(jī)質(zhì)在土壤A層、B層的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為3.71%和1.75%，全氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.17%，全磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.03%，pH 4.1～4.6。更新跡地前茬林為米老排人工純林，造林時間1984年春，造林苗木為裸根實(shí)生苗，造林密度為2 500株·hm－2；皆伐前經(jīng)過1次透光伐及1次撫育間伐（株數(shù)間伐強(qiáng)度20%～30%），皆伐時間為2011年底（皆伐作業(yè)前當(dāng)年的米老排林分種子雨已基本散落；林分皆伐與集材后人工清理采伐剩余物，未煉山）。伐前林分平均胸徑為20.2 cm，平均樹高為22.2 m，立木密度為1 492株·hm－2，郁閉度為0.9，凋落物層厚度為5～10 cm，林下灌木主要有山蒼子Litsea cubeba，香港大沙葉Pavetta hongkongensis和三椏苦Evodia lepta等，草本主要有粽葉蘆Thysanolaena maxima，五節(jié)芒Miscanthus floridulus，山姜Alpinia japonica等。皆伐后，跡地種子天然更新苗木主要為次年更新，更新的樹種主要為米老排。

2 研究方法

2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計及樣地調(diào)查方法

2013年春，經(jīng)對米老排皆伐跡地天然更新實(shí)地的踏查，選擇代表性地塊，按單因素隨機(jī)區(qū)組設(shè)計，設(shè)計間苗撫育試驗(yàn)，以不間苗作為對照組（ck），處理組間苗密度分別為1 650株·hm－2（TA），2 800株·hm－2（TB）， 2 500 株·hm－2（TC），3 重復(fù)·組－1， 共 12 個面積為 400～600 m2·個－1矩形樣地。

跡地苗木間苗撫育定株方法：將固定樣地均勻劃分為5 m×5 m的樣格，選擇空間分布均勻、無蟲害、干形好和長勢優(yōu)良的苗木為保留木。

本底數(shù)據(jù)調(diào)查方法：①間苗撫育林分，對保留木進(jìn)行編號，并測量胸徑和樹高；②未間苗撫育林分，隨機(jī)抽取4～7個（400 m2抽4個，600 m2抽7個）樣格為固定觀測樣格，對固定觀測樣格內(nèi)所有高度大于0.3 m的林木進(jìn)行編號，并測量胸徑和樹高。

跡地種子更新林間苗撫育和本底調(diào)查的完成時間分別為2013年6月和2013年7月。2014－2016年，連續(xù)3 a對固定樣地林木進(jìn)行定株生長觀測，記錄各年林分的生長及密度狀況。胸徑、樹高、單株材積均為樣地林分統(tǒng)計的平均值，單株材積計算公式［17］：v=0.683 297×10－4d1.926256h0.8840614。其中：d表示林分平均胸徑，h表示林分平均樹高。

2.2 數(shù)據(jù)分析及方法

數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析及作圖分別采用DPS（V14.5）和EVIEWS 8.0軟件，方差分析采用最小顯著差法（LSD）多重比較法。

3 結(jié)果與分析

3.1 間苗對林分平均生長的影響

3.1.1 間苗對林分平均胸徑生長的影響 表1為不同間苗密度下，米老排種子天然更新林平均生長及方差分析結(jié)果。由表1可知：從第4年（間苗撫育后第2.5年）起，各處理林分平均胸徑的總生長量與林分密度呈負(fù)相關(guān)。對平均胸徑生長作圖（圖1）可知：TA處理平均胸徑連年生長量的峰值在第4年，其峰值為各處理中的最高值；而其余處理的峰值在第2～3年。除TA處理外，所有處理林分的平均生長量曲線與連年生長量曲線均在前5 a相交，且林分密度越高，平均生長量曲線與連年生長量曲線相交越早，說明林分經(jīng)營密度與林木胸徑的連年生長量負(fù)相關(guān)。間苗撫育后1.0～3.5 a內(nèi)， 對照組平均胸徑的連年生長量和總生長量均明顯低于間苗處理對應(yīng)的生長量，差異達(dá)到極顯著（P＜0.01）；TA與TC處理間胸徑總生長量的差異僅在間苗后的第1年出現(xiàn)，其差異隨間苗時間的推移而逐漸消除，這可能與間苗撫育經(jīng)營引起的誤差有關(guān)。撫育間苗后的3.5 a內(nèi)，隨著間苗時間的推移，TA處理與其他處理在胸徑連年生長量的差異越來越顯著，如在撫育間苗后第2.5年，僅有TA與TC處理的差異顯著，而到間苗后第3.5年，TA處理與任何處理的連年生長差異均達(dá)極顯著水平（P＜0.01）。跡地林分撫育經(jīng)營密度對胸徑的生長影響極為顯著。此結(jié)果與前人研究結(jié)果［18］一致。

3.1.2 間苗對林分平均樹高生長的影響 基于表1和圖1的分析可知：與對照相比，間苗撫育處理樹高的連年生長量與平均生長量均未相交（圖1）。對照組連年生長量的峰值在第2年，TB處理首次連年生長量的峰值在第3年（此后，連年生長量先下降，隨后再上升）；而TA和TC處理的連年生長量在第5年仍未達(dá)峰值。除間苗后的第1年，TA與TC處理樹高生長總量差異顯著外，觀測期內(nèi)間苗撫育處理間的生長總量差異均不顯著（P＞0.05）。與未間苗林分相比，間苗2.5 a后，林分平均樹高的總生長量和連年生長量的差異均達(dá)極顯著水平（P＜0.01）。上述現(xiàn)象的產(chǎn)生，可能與對照林分密度過高，林木空間生長競爭異常激烈有關(guān)；對間苗處理組而言，僅TA與TB處理在間苗撫育后第3.5年其樹高連年生長量差異顯著（P＜0.05）。

3.1.3 間苗對林分平均單株材積生長的影響 由表1和圖1（圖1中第1年、第2年、第3年的生長量數(shù)據(jù)，根據(jù)表1數(shù)據(jù)內(nèi)插計算得到）可知：撫育間苗后1.0～3.5 a間，密度對不同處理林分平均單株材積總生長量和連年生長量的影響均極顯著（P＜0.01），間苗處理的平均單株材積生長量顯著高于對照。在間苗后第2.5年，間苗處理間平均單株材積總生長量的差異不顯著；間苗后第3.5年，TA處理與TB處理的總生長量差異顯著（P＜0.05），TA與其余間苗處理間平均材積連年生長量的差異均極顯著（P＜0.01）。

表1 不同密度米老排種子天然更新林平均生長及方差分析Table 1 Growth performance of young stands of Mytilaria laosensis seed natural regeneration with different densities

圖1 不同密度林分平均胸徑、平均樹高和平均單株材積生長過程曲線Figure 1 Growth curves of average DBH,average tree height and average single volume of the stands with different densities

3.2 間苗對林分優(yōu)勢木生長的影響

3.2.1 間苗對林分優(yōu)勢木徑向生長的影響 由表2和圖2（圖2中第1年、第2年、第3年生長量數(shù)據(jù)根據(jù)表1數(shù)據(jù)內(nèi)插計算得到）可知：各處理優(yōu)勢木胸徑連年生長量及平均生長量的峰值出現(xiàn)在第2～4年，此后生長速度趨緩。間苗撫育后的1.3～3.5 a，間苗處理優(yōu)勢木胸徑連年生長量高于對照；在間苗后3.5 a內(nèi)，間苗密度對優(yōu)勢木胸徑的生長有一定影響，但各密度處理間胸徑總生長量的差異不顯著。所有處理林分優(yōu)勢木胸徑的平均生長量與連年生長量均在前5 a相交，基本表現(xiàn)為林分密度越高，平均生長量與連年生長量相交越早，與林分平均胸徑的生長規(guī)律類似。

表2 不同密度米老排種子天然更新幼林優(yōu)勢木生長及方差分析Table 2 Variance analysis and growth performance of dominant tree of young stands of Mytilaria laosensis seed natural regeneration with different densities

圖2 不同密度優(yōu)勢木胸徑、優(yōu)勢木樹高和優(yōu)勢木單株材積生長過程曲線Figure 2 Growth curves of DBH,tree height and single volume of dominant tree with different densities

3.2.2 間苗對林分優(yōu)勢木高生長的影響 在前5 a，各處理優(yōu)勢木樹高連年生長量呈一定波動性，但各年樹高連年生長量均大于1.4 m，表明其高生長仍處于旺盛期；所有處理優(yōu)勢木樹高的平均生長量與連年生長均在前5 a相交（圖2），間苗密度對林分優(yōu)勢高生長的影響不顯著。

3.2.3 間苗對林分優(yōu)勢木單株材積生長的影響 與林分優(yōu)勢木的胸徑、樹高生長類似，在撫育間苗后1.0～3.5 a，各處理優(yōu)勢木單株材積的總生長量雖有一定差異，但差異不顯著；在間苗1 a后，間苗處理單株材積的連年生長量開始大于對照（圖2）。

3.2.4 間苗對林分優(yōu)勢木高徑比的影響 由表2可知：間苗后第1年，間苗與未間苗處理優(yōu)勢木的高徑比差異不顯著；至間苗后第2.5年時，僅有TA處理與對照的高徑比差異顯著（P＜0.05）；而至間苗后的第3.5年，對照與任何間苗處理的高徑比差異都顯著（P＜0.05），表明間苗撫育措施對降低林分優(yōu)勢木的高徑比作用明顯。

3.3 間苗對林分徑階結(jié)構(gòu)的影響

由表3分析可知：未間苗處理林分的徑階分布呈典型的倒J型分布，而間苗處理林分的徑階分布為近似正態(tài)分布。同一林齡不同密度下徑階分布的范圍不同，TB較其他處理徑階的分布范圍更廣，TA的徑階分布相對其他處理更集中。從間苗后第2.5年起，對照組徑階分布的極大值開始小于間苗處理，間苗撫育后第3.5年，對照組徑階分布的極大和極小值均小于間苗處理。間苗撫育后1.0～3.5 a，對照組林木60%以上的徑階分布在1～2 cm，表明未間苗處理林分林木的進(jìn)階極緩慢。在間苗撫育后第1年，間苗處理間徑階分布峰值的對應(yīng)徑階值無差異，但在間苗撫育后第3.5年，TA處理徑階分布峰值的徑階值開始高于TB與TC。同一林齡不同處理，林木胸徑的大小分化程度隨密度增大而提高，小密度林分的林木較均勻，且 “大徑木”比例相對較高。

表3 米老排種子天然更新林幼林徑階分配受密度的影響Table 3 The effect of densities to diameter distribution of young stands of Mytilaria laosensis young stands of seed natural regeneration

4 結(jié)論與討論

4.1 結(jié)論

與對照組相比，間苗處理對林分優(yōu)勢木胸徑、樹高和單株材積的總生長量影響不顯著，對林分平均胸徑、平均樹高和平均單株材積的總生長量與連年生長量影響顯著；間苗處理明顯提高林分平均整體生長水平，減小林分徑階分化程度，提高 “大徑木”百分比，減緩林分平均胸徑和平均樹高連年生長量的衰減速度。

米老排種子天然更新林平均胸徑與其優(yōu)勢木胸徑的連年生長量峰值均出現(xiàn)第2～4年，所有處理優(yōu)勢木胸徑平均生長量與連年生長相交時間均在前5 a。此階段為種子更新林徑向生長的旺盛期，間苗撫育保留合理密度對林分的徑向生長極為重要。

未間苗處理林分平均樹高的連年生長量與平均生長量曲線在第2～3年相交，間苗處理平均樹高的連年生長量與平均生長量曲線在第5年仍未相交；林分優(yōu)勢木前5 a的樹高生長處于旺盛期。

間苗處理林分優(yōu)勢木樹高平均生長量與連年生長量曲線的相交時間早于其林分平均樹高對應(yīng)曲線的相交時間。

未間苗處理林分徑階分布呈倒J型分布，間苗處理林分徑階分布近似正態(tài)分布，間苗處理相對 “大徑木”比例較高。表明間苗處理在改變林分徑階分布的類型、峰值和分化程度上作用明顯。

4.2 討論

基于近自然森林經(jīng)營的理論和技術(shù)，利用米老排人工林種子的成熟期、落種期和天然更新特性（在林內(nèi)及林緣的裸露空曠地易于天然更新），擇機(jī)對米老排人工林進(jìn)行采伐及對其采伐更新跡地實(shí)施科學(xué)的間苗撫育，可實(shí)現(xiàn)采伐跡地種子的天然更新和種子更新林的高效生長；節(jié)省傳統(tǒng)人工造林環(huán)節(jié)的挖坑、整地、植苗等人力及物力的投入，避免或減輕傳統(tǒng)造林方式對森林環(huán)境（植被和土壤等）的破壞。由于本研究試驗(yàn)林分間苗撫育時間較短，而在采伐收獲前，哪種間苗撫育措施林分更好，種子天然更新林的生長與傳統(tǒng)人工更新林的生長孰優(yōu)孰劣，仍需進(jìn)一步研究。

5 參考文獻(xiàn)

［1］曾偉生.近自然森林經(jīng)營是提高我國森林質(zhì)量的可行途徑［J］.林業(yè)資源管理，2009（2）：6－11.ZENG Weisheng.Close-to-nature forest management:a practical approach to improve the forest quality of China ［J］.For Res Manage,2009（2）:6 － 11.

［2］陸元昌.近自然森林經(jīng)營的理論與實(shí)踐［M］.北京：科學(xué)出版社，2006.

［3］BARBOUR R J,BAILEY R E,COOK J E.Evaluation of relative density,diameter growth and stem form in a red spruce （Picea rubens） stand 15 years after precommercial thinning ［J］.Can J For Res,1992,22（2）:229 － 238.

［4］POTHIER D.Twenty-year results of precommercial thinning in a balsam fir stand ［J］.For Ecol Manage,2002,168（1/3）:177 － 186.

［5］RUHA T,VARMOLA M.Precommercial thinning in naturally regenerated scots pine stands in northern Finland ［J］.Silv Fenn,1997,31（4）:401 － 415.

［6］ULVCRONA K A,CLAESSON S,SAHLéN K,et al.The effects of timing of pre-commercial thinning and stand density on stem form and branch characteristics of Pinus sylvestris ［J］.Forestry,2007,80（3）:323 － 325.

［7］STOKES V,KERR G.Long-term growth and yield effects of respacing natural regeneration of Sitka spruce in Britain［J］.Eur J For Res,2013,132（2）:351 － 362.

［8］王娜，郝清玉.森林天然更新影響因子研究進(jìn)展［J］.廣東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2012（6）：68－70.WANG Na,HAO Qingyu.Research progress on influence factors of forest natural regeneration ［J］.J Guangdong Agric Sci,2012（6）:68 － 70.

［9］田曉萍.杉木萌芽更新的研究［D］.福州：福建農(nóng)林大學(xué)，2008.TIAN Xiaoping.Sprouting Regeneration of Chinese Fir ［D］.Fuzhou:Fujian Agriculture and Forestry University,2008.

［10］李喜霞，劉明國，李海春.朝陽地區(qū)人工采伐帶內(nèi)油松天然更新研究［J］.沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2003，34（1）：35－39.LI Xixia,LIU Mingguo,LI Haichun.Analysis of factors which affect natural regeneration of Chinese pine in cutting belt of Chaoyang ［J］.J Shenyang Agric Univ,2003,34（1）:35 － 39.

［11］連相汝，魯法典，劉成杰，等.我國人工林天然更新研究進(jìn)展［J］.世界林業(yè)研究，2013，26（6）：52－58.LIAN Xiangru,LU Fadian,LIU Chengjie,et al.Research progress of natural regeneration of forest plantation in China ［J］.World For Res,2013,26（6）:52 － 58.

［12］白靈海，唐繼新，明安剛，等.廣西大青山米老排人工林經(jīng)濟(jì)效益分析［J］.林業(yè)科學(xué)研究，2011，24（6）：784－787.BAI Linghai,TANG Jixin,MING Angang,et al.Economic benefit analysis of 28-year-old Mytilaria laosensis plantations in Daqingshan,Guangxi of China ［J］.For Res,2011,24（6）:784 － 787.

［13］袁潔.8個米老排天然群體的遺傳多樣性研究［D］.北京：中國林業(yè)科學(xué)研究院，2014.YUAN Jie.Study on Genetic Diversity of Eight Natural Populations of Mytilaria laosensis ［D］.Beijing:Chinese A-cademy of Forestry,2014.

［14］郭文福，蔡道雄，賈宏炎，等.米老排人工林生長規(guī)律的研究［J］.林業(yè)科學(xué)研究，2006，19（5）：585－589.GUO Wenfu,CAI Daoxiong,JIA Hongyan,et al.Growth laws of Mytilaria laosensis plantation ［J］.For Res,2006,19（5）:585 － 589.

［15］王克建，蔡子良.熱帶樹種栽培技術(shù)［M］.南寧：廣西科學(xué)技術(shù)出版社，2008.

［16］汪炳根，盧立華.廣西大青山實(shí)驗(yàn)基地森林立地評價與適地適樹研究［J］.林業(yè)科學(xué)研究，1998，11（1）：78－85.WANG Binggen,LU Lihua.Study on forest site quality evaluation and appropriate choice of tree species for sites of Daqingshan experimental base in Guangxi［J］.For Res,1998,11（1）:78 － 85.

［17］陳永富，郭文福，黃鏡光.米老排立木材積表及地位指數(shù)的編制［J］.林業(yè)科學(xué)研究，1991，4（增刊）:116－119.CHEN Yongfu,GUO Wenfu,HUANG Jingguang.Establishment of volume table and site index table of Mytilaria laosensis plantation ［J］.For Res,1991,4（suppl）:116 － 119.

［18］李炎香，譚天泳，黃鏡光，等.米老排造林密度試驗(yàn)初報［J］.林業(yè)科學(xué)研究，1988，1（2）:206－212.LI Yanxiang,TAN Tianyong,HUANG Jingguang,et al.A preliminary report on the densities of Mytilaria laosensis plantation ［J］.For Res,1988,1（2）:206 － 212.