千島湖區馬尾松次生林疏伐后闊葉樹生長和群落恢復研究

徐高福,彭方有,方紅建,王志平,余陽春,毛顯鋒,何俊

(淳安縣新安江生態開發集團有限公司,浙江 杭州 311700)

馬尾松(Pinusmassoniana)林是我國亞熱帶地區的主要森林類型之一,迄今長期觀測其群落生長和闊葉樹演替變化的很少。2021年底,全國松材線蟲病疫區已達19個省(市、自治區),其中14個為馬尾松林分布區,并呈繼續擴大的趨勢。這些疫區在染病后進行大規模的枯死木清理,造成不必要的生態危害和經濟損失。因而,馬尾松林的疏伐經營顯得十分重要。

以往的研究發現,與闊葉林相比,馬尾松林外貌和結構相對單一,對外界干擾的抵抗力和恢復力較弱,生態功能較低。馬尾松次生林改造經營措施,在不同時期從不同角度開展了相關研究,應用于實踐的有針對木材生產利用的低產林改造[1]、針對景觀的林相改造[2]、針對林分結構調整的林分改造[3]、針對國家儲備林建設的改培經營[4],尤其是馬尾松林冠下造林[5]等。一般認為,馬尾松次生林是在原生闊葉林植被遭破壞后自然或人工飛播、直播及定植苗木等方式形成的,目前大多以自然形成為主。本文作者曾經在20年前進行了馬尾松次生林疏伐后闊葉樹生長與群落恢復的初步研究[6,7],2022年10月在此基礎上開展進一步調查分析。

1 研究區概況

1.1 自然條件

千島湖地處中亞熱帶季風氣候區的北緣,其主要特征是溫暖多雨,四季分明,冬夏長,春秋短。年均氣溫17.10 ℃,>0 ℃的積溫6 210 ℃。年極端最低氣溫-7.60 ℃,年極端最高氣溫41.80 ℃。淳安縣由于地處山區,地形復雜,地處中部的新安江水庫(千島湖)水面廣闊,“湖泊效應”明顯,全縣氣溫呈現由中間向四周遞減的特點。湖區年平均氣溫為17.00～17.60 ℃,極端最低氣溫-5.00～-8.00 ℃,是全縣的最暖區,處于湖區中心的姥山島,年平均氣溫7.60 ℃。年平均降水量1 491.00 mm,年降水日數153 d,年平均日照1 897.80 h,年平均空氣相對濕度76%,年均蒸發量1 317.90 mm。土壤主要類型為紅壤,分布于海拔700 m以下,pH為5.5～6.0;黃壤分布于海拔700 m以上,pH為5.5左右;巖性土分布于海拔700 m以下,pH為7.0以上。

1.2 森林經營歷程

千島湖由1959年興建新安江水庫形成,湖中及周邊森林從此開始了60余年的封山育林為主的休養生息[9],到20世紀90年代,分布著大面積的馬尾松占優勢的次生林,因而面臨松材線蟲病的威脅。千島湖天然林主要樹種為馬尾松及檵木(Loropetalumchinensis)、短尾越橘(Vacciniumcarlesii)、格藥柃(Euryamuricata)等76種。地帶性常綠闊葉樹種為苦櫧(Castanopsissclerophylla)、青崗(Cyclobalanopsisglauca)、石櫟(Lithocarpusglaber)[8]。2018年首次在千島湖發現松材線蟲病,年枯死疫木少則1 000 t,高峰期年枯死疫木達60 000 t。因此,遵循正向自然演替規律,運用林窗技術進行馬尾松為主的次生林改造十分重要。

2 材料與方法

試驗地設置在淳安縣新安江生態開發集團有限公司所屬小金山林場682小班,地處千島湖中心湖區,面積4.5 hm2,坡向東南,坡度25°～35°。在坡面中部立地條件基本相同的馬尾松純林、馬尾松闊葉混交林、常綠闊葉林的中齡林林分中,由于生產性間伐及雪壓、地塊外公路建設原因,于1996年、2002年對馬尾松純林、馬尾松闊葉混交林進行了2次40%～50%高強度“砍松留闊”的疏伐。

選取有代表性的馬尾松純林、馬尾松闊葉混交林、常綠闊葉林分,各設立一個長期監測樣地,根據地形設置固定樣地,規格為20 m×20 m,在每個樣地內設置16個(5 m×5 m)小樣方。逐個樣方調查胸徑≥3 cm的所有植物種(喬木、灌木),記錄其物種名稱、胸徑、樹高、冠幅(蓋度),在樣方的右下角和樣地中心設置1 m×1 m草本層小樣方,記錄植物高度、蓋度和株數。分別于1996年3月、2002年10月、2022年10月進行了3次調查,通過重要值計算進行馬尾松次生林疏伐后闊葉樹生長與群落恢復情況分析。

重要值=(相對密度+相對顯著度+相對頻度)×100/3,依據該公式計算胸徑≥3 cm的所有喬木、灌木物種重要值。

3 結果與分析

3.1 地帶性闊葉樹種的重要值和群落結構變化

馬尾松純林經過疏伐后,促進了常綠闊葉樹生長,地帶性常綠闊葉樹苦櫧、石櫟在喬木層中的比重越來越高,這2個樹種重要值從0增加到6年后的11.23%,再增加到26年后的36.64%,其樹高、胸徑、密度相應提高;馬尾松純林試驗地塊整體闊葉樹重要值從首次疏伐6年后上升至31.96%,第2次疏伐再過20年后增加到76.78%(表1)。說明林分通過人為高強度的疏伐干擾,喬木層由10松純林,先向3松7闊的針闊混交林轉變,再向1松9闊的近乎闊葉林的方向發展。

表1 千島湖馬尾松純林2次疏伐后闊葉樹生長與群落恢復情況

以馬尾松為主的針闊葉混交林樣地,其馬尾松重要值由試驗初的66.87%,經“砍松留闊”第1次疏伐6年后下降至34.05%,第2次疏伐再過20年后下降到13.54%;苦櫧成為這個地塊的優勢樹種,其重要值由試驗初的25.83%增加到6年后的44.82%,26年后重要值提高到53.01%(表2)。喬木層由7松3闊,6年后演變為3松7闊,再過20年向1松9闊發展。疏伐26年后馬尾松純林和以馬尾松為主的針闊混交林的最終演變結構幾乎相同。

沒有疏伐的常綠闊葉林前6年蓄積量年平均增長6.3%,再過20年后,優勢樹種苦櫧枯死比例達1/3,總體蓄積呈基本穩定態勢(表3)。

表3 千島湖常綠闊葉林生長與群落演變情況

3.2 經營收益與周邊松材線蟲病侵入比較

根據地帶性樹種演變趨勢,通過高強度疏伐既可獲取一定的經濟收益,又可節省松材線蟲病發生時枯死疫木清理的費用。

研究區馬尾松純林2次50%的高強度疏伐,采伐蓄積量分別為79.801、53.725 m3·hm-2,出材分別為43.891、29.549 m3·hm-2;平均收入分別為22 823、15 365元·hm-2。以馬尾松為主的針闊混交林先后經過36.6%、46.4%高強度疏伐,采伐蓄積量分別為88.100、102.188 m3·hm-2,出材分別為48.455、56.203 m3·hm-2;平均收入分別為25 197、29 226元·hm-2。

按千島湖區發生松材線蟲病枯死疫木清理費用900元·m-3計算,馬尾松純林疏伐可節省26 594～39 502元·hm-2。馬尾松為主的針闊混交林疏伐可節省43 610～50 583元·hm-2。

4 結論與討論

4.1 運用高強度疏伐的林窗改造技術,先后對千島湖區馬尾松純林和馬尾松針闊混交林實施2次疏伐,從初期、6年、26年的3次調查,觀測了千島湖區馬尾松次生林疏伐后闊葉樹生長和群落恢復情況。試驗結果表明,馬尾松林分布區高強度科學疏伐經營,可以促進林分的正向演替,免遭松材線蟲病危害,同時還有一定的經濟效益。

4.2 1996—2002年兩次進行“砍松留闊”36.6%～50%高強度疏伐試驗,加速了林分演替進程,向著更高級階段的正向發展。馬尾松純林經過疏伐后,促進了常綠闊葉樹生長,闊葉樹重要值從0增至疏伐6年后的31.96%,第2次疏伐再過20年后增加到76.78%;馬尾松闊葉混交林中的馬尾松重要值試驗初為66.87%,第1次疏伐6年后下降至34.05%,第2次疏伐再過20年后下降到13.54%;沒有疏伐的常綠闊葉林前6年蓄積量年平均增長6.3%,再過20年后,優勢樹種苦櫧枯死比例達1/3,總體蓄積呈基本穩定態勢。這種改造符合森林演替的基本規律。

4.3 我國分布有大面積的馬尾松純林和針闊混交林,松材線蟲病在我國的快速蔓延對馬尾松林乃至其他森林生態系統均帶來了較大影響,疫區生態系統服務功能產生較大變化,并在短期內嚴重影響疫區當地的經濟、社會和生態效益。松材線蟲病一般難以完全隔離,本試驗在其入侵之前采取有效的改造培育措施,取得了積極成效。