基于撫育間伐的福建柏人工林生長效果評價

汪國彬,沈秋水,龔偉勇,李淵順,尤金攀,榮俊冬

(1.福建省安溪豐田國有林場，福建 安溪 362411；2.福建農林大學，福建 福州 350012)

1 引言

森林撫育間伐是促進林木生長、提升林木和林分質量、實現森林多種效益最大化的有效措施，但長久以來我國廣泛存在“重造輕撫”問題[1]。無論是從生態效益還是經濟效益方面考慮，大面積營造純林都是不符合可持續林業發展理念，營造混交林并進行撫育間伐，可以有效改善林內光照，減少病蟲害發生，促進林木生長及林下植被發育，有利于培育中大徑材，同時改善了林分結構，增添生物多樣性，提升森林生態效益[2～4]。在撫育間伐對林木生長的影響方面，已有一些相關研究表明，撫育間伐促進了保留木直徑、斷面積和蓄積等的增長[5-7]。福建柏(Fokieniahodginsii)屬柏科(Cupressaceae)福建柏屬，是我國二級重點保護的單型屬常綠瀕危樹種，具有樹形優美、生長快、適應性強等特點，為優良的園林綠化和造林樹種，主要分布在越南及中國西南部、南部至東部的海拔 350～700 m 的林地，在我國以福建省中部最多[8，9]。早前，我國已經在福建柏栽培技術方面進行了一定的研究及探索，也有少量的一些與福建柏人工林撫育間伐相關的研究[10，11]。肖永元[10]，凌云天[11]等對福建柏人工林進行撫育間伐效應試驗研究，結果得出，適當的撫育間伐可有效改善林內環境，促進福建柏生長，顯著提高林分生產力。然而，就目前福建省安溪豐田國有林場的福建柏撫育間伐人工林生長現狀研究甚少。因此，本文以經過不同強度撫育間伐的福建柏人工林為研究對象，通過測定福建柏胸徑、樹高、枝下高、冠幅以及單株材積等指標綜合評價撫育間伐措施對人工林的福建柏生長狀況的影響，為林場進一步做好福建柏人工林經營管理提供科學的依據。

2 材料與方法

2.1 研究區概況

試驗地位于福建省安溪豐田國有林場(25°16′～20′ N，118°1′～57′ E)，地處福建省東南沿海，廈、漳、泉閩南金三角西北部，屬典型的亞熱帶季風氣候。氣候條件溫和，雨量充沛，全年平均氣溫19.5 ℃，最高37 ℃，最低0 ℃；年平均降水量1800 mm，夏季降水較多，無霜期330 d。土壤為黃紅壤，花崗巖成土母質，土層較厚，可達60 cm。林下主要植被有芒萁(Dicranopterisdichotoma)、淡竹葉(Lophatherumgracile)、沿階草(Ophiopogonbodinieri)、杜莖山(Maesajaponica)、五節芒(Miscanthusfloridulus)、烏毛蕨(Blechnumorientale)、菝葜(Smilaxchina)等。

2.2 樣地設置

2019年12月份在福建省安溪豐田國有林場選取地形因子和初始種植密度基本一致的已經過撫育間伐的7種福建柏人工林，分別記為：試驗林1，試驗林2，試驗林3，試驗林4，試驗林5，試驗林6，試驗林7，具體林分情況見表1。每種試驗林地內分別選取15 m×15 m喬木標準地3個，共計21個標準地。記錄海拔、坡度、坡向、坡位等立地環境因子，樣地基本情況見表1。

表1 樣地基本情況

2.3 指標測定及方法

2019年12月份對選取的7種福建柏林分的標準地進行每木檢尺，測量樣地內福建柏的樹高、胸徑、冠幅、枝下高，起測福建柏胸徑≥5 cm，胸徑采用圍徑鋼卷尺測量樹體距地面1.3 m處的直徑，樹高采用測高器先測定幾棵標準樹高作為參照，再根據參照目測其他周圍福建柏樹高，冠幅采用鋼卷尺測定東西、南北冠幅，在求其東西、南北冠幅平均值，枝下高同樣采用塔尺測量活枝垂直高度。徑階分布以2 cm為一個徑階，采用上限排外法進行福建柏株數在各徑階的分布情況統計。

福建柏平均胸徑計算公式為：

(1)

式(1)中：N為樣地內福建柏總株數；di為第i株林木的胸徑；福建柏二元材積計算公式[12]：

V=0.00005685D1.629996H1.261954

(2)

一元材積計算公式為：

V=0.00009133D2.6423

(3)

2.4 數據處理與分析

利用Microsoft Excel 2010和SPSS 17.0軟件進行數據統計分析，采用單因素方差分析進行顯著性檢驗(P<0.05),同時采用LSD-最小顯著差法進行多重比較，綜合評價利用統計學軟件進行主成分分析。

3 結果與分析

3.1 基于撫育間伐的不同福建柏林分生長差異性分析

基于撫育間伐的7種不同福建柏林分中福建柏胸徑、樹高、冠幅、枝下高和單株材積差異均極顯著(表2)。試驗林5的福建柏胸徑在所有林分中最大，為17.20 cm，與其他林分間差異均顯著；試驗林1的福建柏胸徑在所有林分中最小，為9.51 cm，總體上與其他林分間差異達到顯著水平；7種林分的福建柏胸徑大小依次為：試驗林5>試驗林3>試驗林4>試驗林6>試驗林7>試驗林2>試驗林1。試驗林5的福建柏樹高在所有林分中相對較大，為12.14 m，兩種林分與其他林分間差異顯著；試驗林7的福建柏樹高則最小，為8.39 m，總體上與其他林分間差異顯著；7種林分的福建柏樹高依次為：試驗林5>試驗林4>試驗林3>試驗林2>試驗林1>試驗林6>試驗林7。試驗林1的福建柏枝下高在所有林分中最高，為6.05 m，與其他林分間差異均顯著，而其他林分間差異均不顯著，說明除了試驗林外，其他林分福建柏枝下高無明顯差異，均在1.79～2.51 m范圍內。

試驗林5的福建柏冠幅在所有林分中最大，為2.86 m，且與試驗林4、試驗林5和試驗林3之間差異不顯著，與試驗林7、試驗林2和試驗林1之間存在顯著差異；試驗林2的福建柏冠幅在所有林分中最小，為2.10 m，且與其他林分間差異顯著；7種林分的福建柏冠幅大小依次為：試驗林6>試驗林5>試驗林3>試驗林4>試驗林7>試驗林1>試驗林2，所有林分冠幅均在2.10～2.86 m。試驗林5的單株材積在所有林分中最大，為0.1381 m3，與其他林分間差異達到顯著水平；試驗林1的單株材積在所有林分中最小，為0.0429 m3，與試驗林7和試驗林2之間無顯著差異，與試驗林4、試驗林5、試驗林3和試驗林6間差異顯著；7種林分的福建柏單株材積大小依次為：試驗林5>試驗林3>試驗林4>試驗林6>試驗林7>試驗林2>試驗林1。

表2 基于撫育間伐的不同福建柏林分生長差異性

3.2 不同福建柏林分撫育間伐后生長量分析

由表3分析可知，試驗林1～7經過撫育間伐后，福建柏胸徑、樹高、單株材積生長量都很大程度提高了，胸徑分別生長了3.41 cm，3.71 cm，5.27 cm，2.24 cm，7.40 cm，3.01 cm，2.66 cm，樹高分別生長了3.44 cm，3.52 cm，4.34 cm，3.14 cm，6.44 cm，3.89 cm，3.69 cm，材積分別生長了0.0354 m3，0.0357 m3，0.0729 m3，0.0469 m3，0.1170 m3，0.0459 m3，0.0389 m3。其中，試驗林1～7的福建柏材積增長率分別為70.86%、70.14%、73.56%、51.71%、84.72%、64.11%、61.65%。因此，間伐強度35%處理后的福建柏胸徑、樹高、單株材積生長最快，其它強度撫育間伐也促進了福建柏林分的生長。

表3 不同福建柏林分撫育間伐前后生長量

3.3 基于撫育間伐的福建柏一元和二元材積方程計算的材積比較

通過查閱大量文獻可知，當前用于計算福建柏材積的常用公式有二元材積計算公式[10]：V=0.00005685D1.629996H1.261954；一元材積計算公式為：V=0.00009133D2.6423。將福建柏胸徑值和對應的樹高值代入兩個方程中，可得基于撫育間伐的福建柏林分單株材積，見表4。分析可知，只用胸徑值計算的單株材積均大于胸徑、樹高值計算的單株材積，試驗林1～7的二元材積方程計算結果比一元材積計算結果分別低0.0099 m3、0.0137 m3、0.0261 m3、0.0099 m3、0.0320 m3、0.0090 m3、0.0176 m3。

表4 福建柏一元和二元材積方程計算的材積比較

3.4 基于撫育間伐的不同福建柏林分生長特性綜合評價

通過對5個福建柏生長指標進行主成分分析，由表5可提取1個綜合指標，代表5個單項指標的絕大部分信息，把這個綜合評價指標定義為第1主成分，其特征值為3.904，其方差貢獻率為78.072%，累積方差貢獻率78.072%。由表5～表7分析可知，綜合指標值F1=0.246ZX1+0.255ZX2+0.130ZX3+0.228ZX4+0.246ZX5，其中，ZX1、ZX2、ZX3、ZX4、ZX5分別為胸徑、樹高、枝下高、冠幅、單株材積的數據標準化后的變量。以主成分對應特征值的方差貢獻率作為權重建立綜合評價模型，其表達式為F=0.7807F1，由此表達式可計算基于撫育間伐的7種福建柏林分生長狀況的綜合得分值，并得出排名。根據綜合得分，7種林分福建柏生長性狀由優到劣為：試驗林5、試驗林4、試驗林3、試驗林6、試驗林7、試驗林2、試驗林1。

表5 主成分特征值、方差貢獻率及累積貢獻率

表5 主成分系數

表6 基于撫育間伐的福建柏生長特性主成分因子得分值及排名

4 結論與討論

本研究中，基于撫育間伐的7種福建柏林分中福建柏胸徑、樹高、冠幅、枝下高和單株材積差異性達到極顯著水平。試驗林5的福建柏胸徑、樹高、單株材積均在不同強度間伐的福建柏林分中最大。適宜的撫育間伐強度可最大程度提高林分生長效率，提高林分整體質量，促進樹體及林分可持續健康發育[13～18]。而試驗林1和試驗林2的福建柏胸徑、樹高、冠幅、單株材積均在不同強度間伐的福建柏林分中較小，這可能是由于這兩種林分的密度較大，導致福建柏生長狀況比其他林分更差一些。所有林分中福建柏冠幅均在2.10～2.86 m，這可能是由于在采取撫育間伐措施處理下，福建柏生長更偏向于高徑生長，以維持正常形態和生長穩定性[19]。試驗林1～7經過撫育間伐后，福建柏胸徑、樹高、單株材積生長量都很大程度得到了提高，其中，間伐強度35%處理后的福建柏胸徑、樹高、單株材積生長最快，其它強度撫育間伐也最大程度促進了福建柏林分的生長。

采用二元材積計算公式：V=0.00005685D1.629996H1.261954，一元材積計算公式為：V=0.00009133D2.6423，計算的單株材積比較結果顯示，只用胸徑值計算的試驗林1～7單株材積均大于胸徑、樹高值計算的單株材積。由于撫育間伐措施能夠明顯改善林分結構，改善林內光照、溫度、適度等條件，進而促進林分生長，尤其是單株林木生長效果比較顯著[20～23]，因此采用一元材積方程和二元材積方程計算的立木材積差異性，可能受撫育間伐因素的影響，并且是不可忽視的影響因素。

樹體形態指標是評判林木生長狀況最有效的指標，胸徑、樹高、枝下高、冠幅、單株材積可有效地反映林木生長狀況，利用主成分分析法，根據綜合評價值高低，得出基于撫育間伐的7種林分福建柏生長性狀由優到劣為：試驗林5、試驗林4、試驗林3、試驗林6、試驗林7、試驗林2、試驗林1。因此，在所有試驗林中，試驗林5、試驗林4的生長效果相對最好。