天童金錢松更替黑松林40 a的干擾與恢復過程

何學斌，袁慶偉，王良衍，邵澤濤

(天童國家森林公園，浙江 寧波 315114)

森林經營管理通常需要了解森林不同年齡時段的生長量和種群變化信息，然而，由于較高海拔山地森林受復雜多變氣候和環境的影響，沒有規律或清晰的隨年齡時段的生長和種群變化格局。因此，確定沿海較高海拔人工林生長量和群落更替一直是個困難的問題。而永久固定樣地觀察分析可揭示森林結構的動態變化信息[1-2]。

寧波市沿海較高海拔山地分布著較大面積的黑松(Pinusthunbergii)、馬尾松(P.massoniana)和黃山松(P.taiwanensis)林。然而，由于松林病蟲害特別是松材線蟲災難性的干擾，寧波較高海拔山地的原始森林已所剩無幾，森林景觀格局發生了極大變化，目前植被類型主要為次生林、次生人工林和灌木。受損松林在采伐清理后，林地光照增加，土壤水分與養分相應變化，造成陽性先鋒樹種和灌竹、雜草大量入侵，影響林地原有優勢種群的天然更新。傳統經營方式通常在受害林分中進行先采伐后整地補植和實施封育，由于森林生長周期長，恢復緩慢。不能界定植物群落構建的物種功能，也難以診斷林木生長和結構，常錯失時機，耽誤時間，消耗資源。面對當前人工工資日益增長而造成營林成本提高的狀況，如何提前進行退化森林的樹種更替改造，降低營林成本，縮短培育期，成為森林經營者十分關注的問題。本研究以寧波市鄞州區天童太白山黑松林為例，通過長期的野外調查，以恢復森林在時空尺度上的人工林密度、徑級結構和生長動態數據為基礎，分析討論了松林干擾和森林恢復的生態過程，探討在浙東沿海較嚴酷的生境中黑松和金錢松能否適應特殊的立地成為林分建群種、長勢如何，這些改造更替的樹種種群數量消長變化和林分結構，更替樹種能否培育較大徑木，以期為浙東沿海較高海拔山地低質低效林改造和重建提供參考。

1 研究區概況

研究地位于寧波市鄞州區天童林場太白山西麓(29°48′N、121°47′E)，海拔520～600 m，氣候為溫暖潮濕的亞熱帶季風氣候，年均氣溫16.2 ℃，最熱月(7月)平均氣溫28.1 ℃；最冷月(1月)平均氣溫4.1 ℃；大于10 ℃的年積溫5166.2 ℃，Kira的溫暖指數為1386 mm，年相對濕度82%，年蒸發量1320.1 mm，年均降水量1386 mm。每年7—10月平均遭受2～3個熱帶風暴侵襲[4]。土壤為山地紅壤，厚度70～90 cm，成土母質主要是中生代沉積巖積部分酸性火成巖和花崗巖等，pH值為5左右。天童林場于1965年在較高海拔的山頂采用黑松營造了大面積人工純林，由于黑松林遭受病蟲危害，生長緩慢，林相殘破。

2 研究方法

2.1 改造方法

1978年選擇生境大致相同的人工黑松純林為研究對象，林齡15 a，林分郁閉度為0.6，由于受松毛蟲和馬尾松干蚧等森林蟲害影響，松林自然枯死嚴重，林分蓄積生長滯緩。為了將原來的退化黑松林培育成健康的針葉混交林，1978年春季間伐清理風倒、病腐木、彎曲木和衰弱木；將伐除的枝葉殘體以水平帶寬1.2 m堆放、在間隔帶寬2.2 m實施整地，墾穴規格為0.5 m×0.5 m×0.3 m，密度2700穴·hm-2，補植金錢松(Pseudolarixamabilis(Nelson) Rehd) 2年生裸根苗，補植后當年5、9月分別除草撫育各1次，連續撫育4 a。林分成為黑松、金錢松人工混交林。1995年黑松遭受松材線蟲病危害大量枯死，使林分演變為金錢松林。

2.2 研究方法

1968年選擇代表性地塊上設立2個投影面積20 m×20 m的樣地；1978年衛生伐后，對樣地上所有樹高2 m的植株進行編號標簽，測定每株樹的胸徑、樹高和生長狀況(除扣倒伏木)。1984年在原有2個樣地面積的基礎上，分別將2個樣地面積擴展為28.28 m×28.28 m，分別在每塊樣地的4角設置2 m×2 m灌木和草木樣方，并設立1個20 m×20 m未補植的對照樣地。1989年、2003年和2018年分別對樣地進行復查，調查胸徑≥1 cm喬木樹種的生長和群落演替情況。

蓄積量測定采用浙江省林業勘察設計院的計算公式：V=G·(H+3)·f，式中：V為蓄積量；G為胸高斷面積；H為平均樹高；f為形數，松木和紅楠(Machilusthunbergii)的形數分別為0.39和0.38計算。重要值計算公式：重要值(IV)=[相對多度(RA)+相對頻度(RF)+相對顯著度(RD)]/3。

選擇優勢木的標準為健康、生命力強、樹干通直、圓滿、胸徑≥22 cm、頂端優勢明顯和無病蟲害的優良個體。

3 結果與分析

3.1 松林主要樹種數量特征的動態變化

松林喬木層中各種樹種在4次調查中表現出不同的變化趨勢(表1)。改造樣地中胸徑≥5 cm的成樹總密度在4次調查中呈遞減趨勢，由1978年的6160株·hm-2減少到1989年的1562株·hm-2、2003年的1413株·hm-2、2018年的1237株·hm-2，說明樣地總體密度下降。主要是黑松病蟲害危害而消失，以及金錢松植株的分化、死亡導致。

松林的胸高斷面積呈先降后增的趨勢，主要是黑松大量死亡導致胸高斷面積下降，之后隨著金錢松存活個體的胸徑生長，在第3次、4次調查中呈持續上升的趨勢。這說明樣地中總體胸高斷面積的增加主要是金錢松存活個體的生長所致。松林的林分蓄積量也呈現先降后升的趨勢，主要是黑松大量死亡之后，金錢松的蓄積量逐年增加。在后3次調查中，金錢松蓄積量不僅在林分中比重大，而且其蓄積生長量明顯加速遞增，而其它林木蓄積量所占比例極低。整個改造林分活立木蓄積量達187.5 m3·hm-2，然而，對照區樣地黑松種群密度也呈遞減趨勢，由1978年的3910株·hm-2，下降到1989年的37株·hm-2、1995年的0株·hm-2。主要原因是黑松遭受松材線蟲病等病蟲危害，林地被大量的箬竹(Indocalamustessellatus)、化香(Platycaryastrobilacea)等占據，林分荒蕪。說明合理的更新干擾能有效促進了林木的蓄積生長。

表1 1978—2018年人工松林樣地主要樹種種群數量特征的變化

3.2 種群結構特征的動態變化

種群的年齡結構可以深入了解其生長和更新動態。由表2可知，較高海拔山地從1965年營造黑松后至1978年、1989年種群密度逐步減少，至2003年調查時已全部消失，且生長有限；而改造更新的金錢松種群由1978年初植密度2700株·hm-2，隨著林木生長密度也有所減少，但徑生長迅速，40年生林分平均胸徑已達20 cm，說明樹種更替改造成效良好。其中金錢松種群的徑級分布結構都是連續的單峰型，隨著年齡生長其徑級結構分布由集中至擴散的趨勢(圖1)。

表2 1978—2018年松林主要樹種種群徑級(≥5 cm)結構動態變化

3.3 種群優勢木生長

由表3可知，改造40 a后，金錢松胸徑≥22 cm的優勢木已有438株·hm-2，平均胸徑23.9 cm、樹高10.5 m、蓄積量達103.5 m3·hm-2，占總株數1/3左右的優勢木在林分中提供了1/2以上的蓄積量，說明優勢木比平均木蓄積量顯著增大。同時，優勢木在群落學地位提升顯著，不僅立木蓄積高，而且優勢木樹高比林分平均樹高增高1.5～2 m，說明優勢木良好的生長優勢和富有競爭力的種群年齡結構已經形成。

圖1 1978—2018年松林主要樹種種群徑級(≥5 cm)結構動態變化

總株數/(株·hm-2)平均胸徑/cm樹高/m蓄積量/(m3·hm-2)胸徑≥22 cm的優勢木總株數/(株·hm-2)平均胸徑/cm樹高/m蓄積量/(m3·hm-2)占總株數/%占總蓄積量/%122520.49.0187.543823.910.5103.535.855.2

4 討論與建議

天童林場為盡快綠化較高海拔荒山，建場初期營造了大片黑松和馬尾松純林，在自然災害和森林病蟲害的嚴重影響下群落建群樹種受害嚴重，林木結構和功能幾乎崩潰。40年營林史表明，在浙東沿海較高海拔山地雖然營造后早期黑松人工林能夠郁閉成林，但由于其抗逆性較差，不適宜作為沿海較高海拔抗風雪冰凍防護林的建群樹種。

人工林樹種更替改造的干擾引起有效資源的空間異質性，導致森林環境中的光、溫、養分和水分等環境條件發生變化，使主要樹種組成和演替進程受到不同程度的影響。改造區經過40 a的生長和恢復，金錢松早期建群、郁閉階段生長緩慢，改造11 a幼林蓄積量僅36 m3·hm-2，改造26 a進入干材生長期，林分蓄積生長加速，蓄積達到109.3 m3·hm-2；40年生林分干材生長迅速上升到蓄積量187.5 m3·hm-2，說明金錢松林早期生長緩慢，后期蓄積生長加速。同時，40年生的金錢松林已形成了樹高11～13 m，蓋度30%的喬木主林層和高8～9 m，蓋度65%的亞林層，其重要值達99%。說明金錢松不僅在較嚴酷的生境中生長良好，立木蓄積量較高，而且已形成有適宜較高海拔山地群落復層結構的健康森林。然而，對照樣地調查結果顯示，人工黑松純林，在1980年后林分密度銳減，1995年黑松全部死亡消失，之后林地主要種類物種由箬竹、化香等陽性闊葉樹種占據，隨著時間的增加，對照區的林分成為一個高密度箬竹的灌叢，箬竹密度達16萬株·hm-2，高達1.8m，林分結構簡單，陽性貶值物種多，林木質量差，群落恢復緩慢。這說明及時進行退化人工林樹種更替改造，不僅能改善林分的結構，而且能夠有效促進林木生長和增加立木蓄積量。

森林恢復過程不僅在樹種密度、結構分布上發生變化，而且林分優勢木生長在林分中存在明顯的作用和貢獻。改造40 a后，林分中胸徑≥22 cm的優勢木達438株·hm-2，占總株數1/3的較大徑木優勢木，已提供了55.2%的蓄積量，說明森林經營物質收獲的主體是由少數優勢木來完成的。同時，在金錢松林中已有胸徑28 cm的優秀個體出現，即其年平均胸徑生長量達0.7 cm，可見現有林分的胸徑生長還有較大的空間。另據調查發現，寧波鄞州區茅鑊村山坡現存金錢松胸徑96～133 cm，樹高35 m的過熟齡松木5株，最小單株材積達8 m3[5]，說明金錢松生長和工藝成熟期長。目前傳統林業經營采取簡單的林木數量成熟、工藝尚未完全成熟指標作為森林收獲的方法，存在諸多不足，忽視了金錢松干材蓄積生長“黃金”期的數量和質量，應采用優勢木單木蓄積經營培育，適當延長采伐收獲期，從而提高林木的價值和收獲量。

從改造樣地調查顯示，在整個金錢松林恢復過程中進入喬木層的其它樹種很少，只有密度和空間格局發生變化。然而，在灌木層中大量箬竹入侵和少量的紅楠、化香更新。這表明天童山較高海拔金錢松更替黑松的人工林群落演替過程的物種更新與天然森林群落存在明顯的差異[6]，建議對該林分實施成林撫育，清除箬竹和陽性貶值物種，促進灌木層闊葉樹種自然更新，盡量采用多種樹種，營建異齡復層混交和穩定的群落結構，從而增強群落的穩定性。