桉樹人工林林隙特征研究

龐圣江，張培，賈宏炎,2，楊保國，劉士玲，朱茂峰

桉樹人工林林隙特征研究

龐圣江1，張培1，賈宏炎1,2＊，楊保國1，劉士玲1，朱茂峰1

(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.廣西友誼關(guān)森林生態(tài)系統(tǒng)國家定位觀測研究站，廣西憑祥 532600)

對(duì)桉樹人工林林隙的一般特征和干擾狀況進(jìn)行初步研究。結(jié)果表明，桉樹人工林形成林隙的最主要方式是干中和干基折斷，其次拔根倒、枯立木和人工砍伐也是重要形成方式；但大多數(shù)林隙的形成均由樹木多種死亡方式混合而成，單一原因死亡方式相對(duì)較少。冠林隙中以≤10 m2和10 ~ 20 m2的數(shù)量居多，擴(kuò)展林隙≤50 m2為最多。桉樹人工林林隙的形成時(shí)間相對(duì)較短，以2 ~ 4 a居多，但不同年齡結(jié)構(gòu)的林隙數(shù)量差異不大；林隙的形成木腐爛等級(jí)為B級(jí)的分布為主。

桉樹；人工林；林隙；林隙特征

林隙指森林群落中無優(yōu)勢木樹冠遮蔭部分，為森林更新演替的重要場所[1]。林隙干擾的形成，直接影響林分光照、土壤養(yǎng)分和水熱條件等森林植被生長環(huán)境，從而導(dǎo)致森林植物群落的結(jié)構(gòu)、物種組成及生態(tài)功能的變化[2]；在林隙干擾的不斷作用下，林隙更新的植物種類、數(shù)量及分布也處于動(dòng)態(tài)變化[3]。因此，林隙是森林更新與演替過程中的重要驅(qū)動(dòng)因子。林隙特征是研究林隙的作用、影響和動(dòng)態(tài)發(fā)展的基本內(nèi)容，包括形狀、大小、形成木以及邊緣木等[4]。然而，國內(nèi)外有關(guān)林隙基本特征研究多以天然林為主，人工林的林隙特征方面鮮見報(bào)道[5-7]。盡管人工林的林隙為小尺度干擾，但對(duì)林分內(nèi)光照、土壤養(yǎng)分、植物以及微生物多樣性的影響甚大，已成為人工林動(dòng)態(tài)發(fā)展和人工促進(jìn)更新的研究熱點(diǎn)[8-9]。

桉樹()因其速生性、適應(yīng)廣以及生產(chǎn)力高而被世界各地區(qū)廣泛引種與大面積栽培[10]。桉樹種植業(yè)的規(guī)模化發(fā)展，極大地提高了我國木材的供給能力，但也出現(xiàn)一些因化感作用影響生物多樣性的負(fù)面報(bào)道[11-12]，通過林隙混交方式可解決桉樹人工純林存在的諸多問題[13]。然而，多年來桉樹人工林隙的研究尚未為林業(yè)工作者所關(guān)注，因此，本文對(duì)桉樹人工林形成的特定林隙現(xiàn)狀進(jìn)行初步調(diào)查研究，旨在為桉樹人工林林隙人工更新、優(yōu)化樹種結(jié)構(gòu)和長期林地的經(jīng)營管理提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究地基本概況

研究地設(shè)在廣西憑祥市熱林中心(21°57 ~ 22°19′N，106°40′ ~ 106°59′E)，該林區(qū)具有充足光熱條件，雨季相對(duì)集中，年均溫21℃，年均降雨量約1 400 mm，≥10℃年積溫6 000 ~ 7 500℃；全年日照時(shí)數(shù)1 200 ~ 1 600 h，有霜期3 ~ 5 d；土壤為酸性赤紅壤，pH在3.8 ~ 6.0，氣候與土壤均適宜桉樹生長。

1.2 研究方法

2018年4月以來，選取桉樹人工林群落內(nèi)具有代表性、立地條件和林分類型相似的林地作為調(diào)查區(qū)域。在桉樹人工林中分別設(shè)置3條由山頂至坡底、寬度為30 m的樣帶。調(diào)查內(nèi)容包括林木的胸徑和樹高等測樹因子，林隙的大小、形狀及其數(shù)量和倒木的腐爛情況等。通過調(diào)查人工砍伐、枯立木、拔根倒、干基以及干中折斷等方法來判定以何種方式形成林隙。此外，倒木一般分為4種類型：(1) 倒木殘?bào)w尚保存完整；(2) 倒木殘?bào)w保存不完整，且部分樹皮和枝條掉落；(3) 倒木殘?bào)w邊緣腐爛，已全無樹皮；(4) 倒木殘?bào)w全部腐爛[14]。

2 結(jié)果與分析

調(diào)查結(jié)果顯示，林隙主要以人工砍伐、枯立木、拔根倒、干基以及干中折斷等形式出現(xiàn)，但其所占比例各有差異。其中，干中折斷所占比例最高(38.61%)，干基折斷次之(24.50%)，拔根倒(18.24%)與枯立木(15.75%)所占比例相對(duì)較低，但二者的作用和地位不可忽視，人工砍伐所占比例為最低(2.90%)。

2.1 林隙結(jié)構(gòu)

林隙通常分為有冠林隙與擴(kuò)展林隙，二者分別采用10、25 m2為級(jí)別的上限排外法，統(tǒng)計(jì)分析各級(jí)別的林隙數(shù)量和面積及其所占比率[7]。從表1可知，冠林隙中以≤10 m2和10 ~ 20 m2居多，分別占所有調(diào)查總數(shù)36.84%和31.58%；30 ~ 40 m2的冠林隙最少(1個(gè))，僅占5.26%。從林隙面積比率來看，30 ~ 40 m2所占比率最大，約占總面積26.81% ；20 ~ 30 m2次之，約占24.76%。

擴(kuò)展林隙中，≤50 m2的個(gè)數(shù)所占比例41.67%，75 ~ 100 m2和50 ~ 75 m2占比例相次之，二者分別約占調(diào)查總數(shù)25.00%和16.67%；100 ~ 125 m2和125 ~ 150 m2占比最少，二者均為8.33%。75 ~ 100 m2在擴(kuò)展林隙總面積中所占比率最大，約占30.07%；≤50 m2次之，占26.38%；125 ~ 150 m2的個(gè)數(shù)較少，所占面積比率也最小(13.59%)。

表1 桉樹人工林林隙的大小結(jié)構(gòu)

2.2 林隙的年齡結(jié)構(gòu)

根據(jù)形成時(shí)間可將林隙分為早、中和近期3種，由于桉樹人工林林隙年齡較小，大多數(shù)為近期林隙。本研究以2 a作為年齡區(qū)分段，不同年齡階段的林隙數(shù)量，詳見表2。調(diào)查過程中，林隙年齡以最早的單株形成木倒或枯死后時(shí)間為準(zhǔn)。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，不同年齡結(jié)構(gòu)中2 ~ 4 a最多，≤2 a和4 ~ 6 a次之，6 ~ 8 a最少，但不同年齡段間無顯著差異。

表2 桉樹人工林林隙年齡大小分布

2.3 倒木的腐爛類型

分析發(fā)現(xiàn)，林隙內(nèi)倒木的腐爛主要為Ⅱ類型，Ⅲ類型次之，Ⅰ和Ⅳ類型相對(duì)較少，詳見表3。總體上來看，林隙內(nèi)倒木的腐爛類型分布有所差異，但其能夠客觀地反映出林隙的存在時(shí)間。

表3 桉樹人工林林隙的形成木腐爛等級(jí)統(tǒng)計(jì)

3 結(jié)論與討論

林隙干擾的出現(xiàn)是諸多因素如林隙大小、形狀和空間結(jié)構(gòu)等方面共同作用的結(jié)果[16]。本研究表明，林隙干擾出現(xiàn)的主要因素為桉樹干中和干基的折斷，桉樹的拔根倒、整株枯立木以及人工砍伐也占據(jù)著比較重要的地位。然而，調(diào)查發(fā)現(xiàn)桉樹倒木一般以多種死亡形式出現(xiàn)，如致病菌致死而折斷等；單一原因死亡方式相對(duì)較少，與我國熱帶季雨林[17]、常綠闊葉林[18]和喀斯特森林群落[19]因倒木而出現(xiàn)的林隙干擾存在一定的相似性。這與上述研究區(qū)域的環(huán)境相適應(yīng)密切相關(guān)，由于該林區(qū)地處北熱帶邊緣，臺(tái)風(fēng)頻繁，總體風(fēng)速大，狂風(fēng)驟雨有可能對(duì)桉樹造成較大的傷害。可見，桉樹人工林林隙的形成方式受氣候條件，尤其是風(fēng)因子的影響較大，致使桉樹干中、干基折斷和拔根倒。

調(diào)查發(fā)現(xiàn)，桉樹人工林具有小林隙多、大林隙少的特點(diǎn)；其中，冠林隙中以≤10 m2和10 ~ 20 m2的數(shù)量居多，而擴(kuò)展林隙中以≤50 m2為最多。究其原因，一方面是在桉樹人工林培育過程中，為提高林地空間的利用效率，利用桉樹側(cè)枝短小的特點(diǎn)，將其與鄉(xiāng)土珍貴樹種混交造林，為發(fā)揮桉樹人工林生態(tài)功能所造成；另一方面人為撫育、施肥等經(jīng)營措施具有明顯目的性，對(duì)主林層林木的破壞性小。

本研究中桉樹人工林林隙的形成時(shí)間相對(duì)較短，以2 ~ 4 a居多，但不同年齡結(jié)構(gòu)的林隙數(shù)量差異不大。桉樹人工林于較小的年齡階段出現(xiàn)林隙，可能與桉樹林分均為造林10 a左右進(jìn)行采伐，林分冠幅和單株樹冠所占空間較小，致使林隙邊緣木側(cè)枝生長不能迅速填充空隙而形成較多小林隙。另外，大林隙的出現(xiàn)多數(shù)為數(shù)量較多倒木所致，而大風(fēng)災(zāi)害天氣頻發(fā)是出現(xiàn)的主因，因此，風(fēng)災(zāi)干擾在林隙特征及更新中所發(fā)揮的作用有待進(jìn)一步研究探討。

林隙內(nèi)倒木的腐爛主要為Ⅱ類型，表明桉樹人工林林隙的形成年齡較小，主要是由當(dāng)年自然臺(tái)風(fēng)干擾造成的。有學(xué)者研究認(rèn)為，在對(duì)森林群落進(jìn)行干預(yù)措施時(shí)，應(yīng)以自然形成的林隙為基礎(chǔ)，采取合理的林隙補(bǔ)植人工促進(jìn)更新，從而建立健康、穩(wěn)定和持續(xù)發(fā)揮其生態(tài)經(jīng)濟(jì)效益的森林生態(tài)系統(tǒng)[14]。

綜上所述，林隙特征對(duì)林分微生物和植物的更新能力有較大的影響[20-21]，而人工林的林隙特征與天然林的區(qū)別主要在于干擾方式和強(qiáng)度方面。從人工林的可持續(xù)發(fā)展角度出發(fā)，通過研究桉樹人工林的林隙特征，為今后該地區(qū)人工促進(jìn)更新對(duì)林隙響應(yīng)提供數(shù)據(jù)支撐，對(duì)桉樹人工林更新能力、林分結(jié)構(gòu)調(diào)整及其可持續(xù)經(jīng)營具有重要意義和參考價(jià)值。

[1] WATT A S. Pattern and process in the plant community [J]. Journal of Ecology, 1947, 35:1-22.

[2] 宋新章,肖文發(fā).林隙微生境及更新研究進(jìn)展[J].林業(yè)科學(xué),2006,42(5):114-119.

[3] 臧潤國,王伯蓀,劉靜艷.南亞熱帶常綠闊葉林不同大小和發(fā)育階段林隙的樹種多樣性研究[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào),2000,11(4):485-488.

[4] 秦琰,李兵兵,劉廣營,等.燕山山地油松人工林林隙特征研究[J].河北林果研究,2010,25(4):325-328.

[5] KNEESHAW D D, BERGERON Y. Canopy gap characteristics and tree replacement in the southeastern boreal forest [J]. Ecology, 1998, 79(3):783-794.

[6] 羅大慶,張曉娟,任德智.藏東南色季拉山冷杉林林隙與非林隙小氣候比較[J].北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2014,36(6):48-53.

[7] 賈蘭霞,洪滔,陳建忠,等.千年桐人工林林隙特征研究[J].福建林學(xué)院學(xué)報(bào),2014,34(2):109-112.

[8] HOLLADAY C A, KWIT C, COLLINS B. Woody regeneration in and around aging southern bottomland hardwood forest gaps: Effects of herbivory and gap size[J]. Forest Ecology and Management, 2006, 223(1/3): 218-225.

[9] TAKAHASHI K, MIKAMI Y. Crown architecture and leaf traits of understory saplings ofin a tropical montane forest in Indonesia[J]. Plant Species Biology, 2008, 23(3):202-211.

[10] 潘嘉雯,林娜,何茜,等.我國3個(gè)桉樹人工林種植區(qū)生產(chǎn)力影響因素[J].生態(tài)學(xué)報(bào),2018,38(19):6932-6940.

[11] MARTENS D A. Identification of Phenolic Acid Composition of Alkali-extracted Plants and Soils[J]. Soil Science Society of America Journal, 2002, 66(4):1240-1248.

[12] 謝賢健,韓光中.不同巨桉人工林土壤分形特征及抗蝕性分析[J].土壤,2014,46(4):725-731.

[13] 馮嬌銀,黃昌謀,施喜元,等.桉樹與格木混交初期土壤理化性質(zhì)的變化[J].水土保持研究,2017,24(3):295-300.

[14] 蘇建文,岳明,王永軍.太白山紅樺林林隙特征的研究[J].應(yīng)用與環(huán)境生物學(xué)報(bào),2006, 12(2):195-199.

[15] 李登武,李淑靜,耿義良.黃龍山白皮松林林隙特征[J].東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2011,39(7):14-16.

[16] 彭建松,柴勇,孟廣濤,等.云南金沙江流域云南松天然林林隙更新研究[J].西北林學(xué)院學(xué)報(bào),2005,20(2):114-117.

[17] 臧潤國,余世孝,劉靜艷,等.海南霸王嶺熱帶山地雨林林隙更新規(guī)律的研究[J].生態(tài)學(xué)報(bào),1999,19(2):151-158.

[18] 閆淑君,洪偉,吳承禎,等.中亞熱帶常綠闊葉林林隙及其自然干擾特征的研究[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào),2004,15(7): 1126-1130.

[19] 龍翠玲,余世孝,魏魯明,等.茂蘭喀斯特森林干擾狀況與林隙特征[J].林業(yè)科學(xué),2005,41(4):13-19.

[20] 龐圣江,張培,劉福妹,等.大青山林區(qū)米老排人工林伐樁萌芽更新研究[J].西北林學(xué)院學(xué)報(bào),2016,31(6):153-156.

[21] 崔麗紅,孫海靜,張曼,等.華北落葉松和油松混交林林隙特征及更新研究[J].西北林學(xué)院學(xué)報(bào),2015,30(1):14-19.

Gap Characteristics inPlantation Forests

PANG Shengjiang1, ZHANG Pei1, JIA Hongyan1, 2, YANG Baoguo1, LIU Shiling1, ZHU Maofeng1

()

A survey was conducted to study the gap characteristics and disturbance regimes inplantations in Pingxiang City of Guangxi Province. Results showed that the most important manner of gap formation is tree breakage at the base of their trunks or at their middle sections, and the second most important manner is root-pulling induced lodging. Other important means included standing dead tree and artificial felling. Most gaps are formed by a combination of these factors, and there were relatively few instances found of gaps arising from a single-cause. Canopy gaps of ≤ 10 m2and 10 ~ 20 m2in area were the most frequently occurring gaps, with the largest gaps by area mostly being ≤ 50 m2. In age structure, most gaps were formed 2 to 4 years ago, and the differences in number of canopy gaps were not significant. The decaying level of gap-makers mostly belonged to B class. The results reported would provide some scientific references for the sustainable management and optimum management inplantation.

; plantation; gap; gap characteristics

S718.5

A

10.13987/j.cnki.askj.2019.04.005

桉樹用材林質(zhì)量精準(zhǔn)提升關(guān)鍵技術(shù)研究與集成示范(桂科AA17204087-6)

龐圣江(1986— )，男，工程師，從事森林培育與生態(tài)研究，E-mail:rlzxpang@126.com

賈宏炎(1968— )，男，高級(jí)工程師，從事森林培育與生態(tài)研究，E-mail: rlzxjhy@163.com