杉木人工林林窗特征因子与闽楠幼林生长关系的研究

欧建德

(明溪县林业局，福建 明溪 365200)

杉木人工林林窗特征因子与闽楠幼林生长关系的研究

欧建德

(明溪县林业局，福建 明溪 365200)

通过对福建明溪杉木人工林中16个林冠的林窗长轴和短轴及人工植苗3年生闽楠的保存率、地径和树高进行调查，分析林窗特征对闽楠植苗更新的影响。结果表明， 影响闽楠幼林保存率和树高的林窗特征因子的主次排序为开阔度>短轴>长轴>面积；影响闽楠地径生长因子的主次顺序为开敝度>短轴>面积>长轴。林窗短轴、长轴、面积与开阔度等林窗特征因子与闽楠保存率、树高与地径生长均存在显著性的开口向下的二次抛物线方程的线性关系。综合闽楠幼林保存率、树高和地径生长表现，林窗短轴的理想的取值范围为5.10～6.26 m，合理取值范围为1.23～10.13 m；林窗长轴的理想的取值范围为7.37～7.88 m，合理取值范围为3.44～11.81 m；林窗面积的理想的取值范围为15.0～35.6 m2，合理取值范围为0～88.38 m2；林窗开阔度的理想的取值范围为0.429～0.507，合理取值范围为0.160～0.776。

闽楠；杉木人工林；林窗特征；更新

林窗干扰是森林群落中经常发生的重要的小规模干扰，为自然森林群落演替的驱动要素之一[1]，在森林的结构、动态和生物多样性维持中起着重要的作用，已成为当前森林生态学研究最活跃的领域之一[2]。林窗为森林苗木更新提供场所，对于许多树种的定居和生长是必要的，林窗特征与树种特性，以及其他生物与非生物因素的相互作用，决定着树种是否成活并生长发育，最终决定着森林群落的更新水平。对针叶人工林进行人为干扰产生林窗或林隙，经人工植苗等措施， 进行林下阔叶树种更新层培育，形成结构合理、 生态稳定的复层林结构，是实现高效林业和生态林业的有效渠道，也是当前针叶人工林改造的方向。目前，我国的林隙研究主要围绕天然林进行，集中于基本特征的描述阶段，而对人工针叶林的研究却相对较少[2-9]。由于受到多方面因素的影响，人工林林隙更新一直以来没有受到应有的重视，对于林冠林隙及其更新的研究报道也较少。有关针叶人工林林窗对植苗更新影响的研究尚属空白。

闽楠(Phoebebournei(Hemsl.)Yang)作为我国重要的珍贵用材树种，因其前期耐荫的特点，是一种较理想的林下更新树种[10-11]。为此，进行针叶树人工林林下闽楠更新层培育尝试，研究林窗特征对闽楠更新层生长的效应及规律，指导人为林窗干扰、维护和选择，进而科学指导针叶人工复层林的改造经营。

1 试验区概况

试验区位于福建省西北部，武夷山东南侧的明溪县，属中亚热带季风气候区。年均气温15.7～18.6 ℃，年降雨量 1 700～2 000 mm，>10 ℃的年有效积温 4 525.8～5 472.9 ℃，年均无霜期261 d。海拔350 m，坡度10°～15°，土壤为砂岩发育的山地红壤。土壤容重1.32 g/cm3，土壤全氮为1.52 g/kg、速效磷为3.9 mg/kg、速效钾含量44.17 mg/kg，有机质含量为3.18 g/kg，pH 4.5。调查地在明溪县浮溪石的杉木(Cunninghamialanceolata)林下套种闽楠基地进行。调查地于2010年经过林冠层择伐后，于2011年2月采用闽楠实生苗进行林下套种。

2 材料与方法

2.1 调查方法

2013年12月对福建明溪杉木人工林的16个林冠林窗进行调查，选择同一坡向，沿同一水平带方向调查， 遇到林隙时，以林隙中心为核心，调查并记录林冠林窗的长轴(L)、短轴(W)、以林隙边缘木的平均高度作为林隙高度(H)，并调查林冠林窗内人工植苗的3年生闽楠的保存率、地径和树高。

2.2 数据处理及统计分析方法

根据所调查林窗接近椭圆形的特点，林窗面积(A)采用椭圆面积公式A=πLW/4计算[5]。林窗开阔度(O)：O=(L+W)/2/H计算[12]。

以林冠林窗内闽楠树高、地径的算术平均值作为该林窗的代表值，用Excel2003进行数据分析和回归计算。

3 结果与分析

3.1 林窗特征因子的主效应分析

林窗的面积、开阔度、长轴和短轴作为林窗特征的主要因子，直接影响着林窗的光环境、温湿度以及土壤养分等环境因素，从而对林窗内植苗更新产生影响。分析比较林窗特征因子主效应，对林窗内科学植苗更新具有指导意义。

保存率、树高和地径作为衡量植苗更新造林成效的3个主要指标，为此，对林窗内植苗更新的闽楠幼树生长指标与林窗的4个主要特征因子分别进行多元线性拟合，结果见表1。

由表1可知，闽楠保存率、树高和地径的4个林窗特征因子拟合的多元线性方程的R2值介于 0.784 473～0.942 717，总体拟合效果好，达到极显著性水平。通过比较分析特征因子的系数绝对值发现，对保存率影响而言，林窗特征因子的主次排序为：林窗开阔度>林窗短轴>林窗长轴>林窗面积；林窗特征因子对树高影响的主次排序为：林窗开阔度>林窗短轴>林窗长轴>林窗面积；林窗特征因子对地径影响的主次排序为：林窗开阔度>林窗短轴>林窗面积>林窗长轴。综合比较4个林窗特征因子对闽楠生长性状的影响，其排序不尽相同， 但排在前2位的顺序一致， 均为林窗开阔度>林窗短轴，说明林窗开阔度、林窗短轴2个林窗特征因子对闽楠植苗更新的影响最为强烈， 建议在人工林林下植苗更新过程中， 应该更多考虑林窗开阔度和林窗短轴2个因素。

表1 不同闽楠生长性状的回归方程

3.2 林窗特征因子对闽楠生长的影响

林窗面积、林窗开阔度、林窗长轴与林窗短轴等因子对于林窗内的生境有着复杂的协同关系，了解并准确评价林窗面积、林窗开阔度、林窗长轴与林窗短轴等林窗特征因子单因素的作用规律，对于如何科学进行人工干拢，产生理想的林窗生境，促进林窗内更新培育成效有着重要作用。为此，分别对闽楠保存率、树高和地径等性状指标与林窗特征因子进行各种方程拟合。3.2.1 林窗特征因子对闽楠保存率的影响 将闽楠幼树保存率与不同林窗特征因子分别进行线性方程、幂函数、对数函数与二次项方程拟合结果见表2。从表2各种拟合的系列方程的R2值分析可知，用二次项方程拟合结果最为理想，其R2值介于 0.526 5～0.635 1，说明林窗特征的林窗短轴、林窗长轴、林窗面积均与林窗开阔度和闽楠保存率存在显著性的开口向下的二次抛物线方程关系，利用林窗开阔度和林窗短轴较林窗面积与林窗长轴预测闽楠幼林的保存率较为理想。

3.2.2 林窗特征因子对闽楠树高的影响 将闽楠幼树树高与不同林窗特征因子分别进行线性方程、幂函数、对数函数与二次项方程拟合结果见表3。从表3拟合的系列方程的R2值分析可知，用二次项方程拟合结果最为理想，其R2值介于 0.831 1～0.862 3，说明林窗特征的林窗短轴、林窗长轴、林窗面积与林窗开阔度， 均与闽楠树高存在显著性的开口向下的二次抛物线方程关系，利用林窗开阔度和林窗面积等林窗特征因子较林窗短轴与林窗长轴预测闽楠幼林树高更加理想。

3.2.3 林窗特征因子对闽楠地径的影响 将闽楠幼树地径与不同林窗特征因子分别进行线性方程、幂函数、对数函数与二次项方程拟合结果见表4。从表4拟合的系列方程的R2值分析可知，用二次项方程拟合结果最为理想，其R2值介于 0.733 7～0.817 0，说明林窗特征的林窗短轴、林窗长轴、林窗面积与林窗开阔度， 均与闽楠地径均存在显著性的开口向下的二次抛物线方程关系，利用林窗开阔度和林窗长轴较林窗短轴与林窗面积预测闽楠幼林地径更加理想。

表2 不同林窗特征因子闽楠保存率的回归方程

表3 不同林窗特征因子闽楠树高的回归方程

表4 不同林窗特征因子闽楠地径的回归方程

3.3 闽楠林窗植苗更新的特征因子优化

如何选择或通过林隙干扰创建并维持理想的林冠和林窗是闽楠林窗科学植苗更新的主要内容。林窗开阔度、林窗面积以及林窗长、短轴4个特征因子是林窗的数量性指标。进行林窗特征因子优化，对于闽楠林窗科学植苗更新具有重要的指导意义。

综合研究结果表明，闽楠幼林3年保存率、树高和地径等生长指标与林窗4个主要特征因子均存在显著性的开口向下的二次抛物线方程线性关系，拟合效果好。为进一步合理取值范围， 通过计算并将4种林冠林窗特征因子的不同性状的极值点及拟合性状值结果列表5，由表5可看出以下特征：

1) 闽楠幼林3年生保存率、树高和地径的林窗短轴的极值点分别为 6.256 904、5.105 015、5.261 364 m；由于不同性状的极值点不尽相同， 且闽楠保存率、树高及地径性状均为正指标， 理想的取值范围应该涵盖3个性状的极值且不宜过宽， 故选择3个性状极值点的最大值与最小值范围作为理想值(下同)， 其理想的取值范围为5.10～6.26 m；按照理想的取值范围±1倍的标准差确定合理的取值范围，经计算本研究的林窗短轴的标准差为 3.866 07 m，合理取值范围为1.23～10.13 m。

2) 闽楠幼林3年生保存率、树高和地径的林窗长轴的极值点分别为 7.881 773、7.371 654、7.587 302 m，其理想的取值范围为7.37～7.88 m；经计算本研究的林窗长轴的标准差为 3.928 507 m，合理取值范围为3.44～11.81 m。

3) 闽楠幼林3年生保存率、树高和地径的林窗面积的极值点分别为 35.600 00、22.538 46、15.000 00 m2，其理想的取值范围为15.0～35.6 m2；经计算本研究的林窗面积的标准差为 52.789 78 m2，合理取值范围为0～88.38 m2。

4) 闽楠幼林3年生保存率、树高和地径的林窗开阔度的极值点分别为 0.506 632、0.429 089、0.442 472；其理想的取值范围为0.429～0.507；经计算本研究的开阔度的标准差为 0.268 636，合理取值范围为0.160～0.776。

表5 不同林窗特征因子闽楠的生长性状和极值

4 结论与讨论

4.1 结 论

1) 对保存率和树高影响而言，林窗特征因子的主次成分排序为林窗开阔度>林窗短轴>林窗长轴>林窗面积；影响闽楠地径生长的林窗特征因子主次顺序为林窗开阔度>林窗短轴>林窗面积>林窗长轴。建议在林窗创建和维护方面着重考虑开阔度和林窗短轴2个因素。

2) 林窗特征的短轴、长轴、面积、开阔度与闽楠3年保存率、树高和地径生长方面均存在显著性的开口向下的二次抛物线方程的线性关系，且拟合效果较好。

3) 综合闽楠幼林保存率、树高和地径生长表现，林窗短轴的理想的取值范围为5.10～6.26 m，合理取值范围为1.23～10.13 m；林窗长轴的理想的取值范围为7.37～7.88 m，合理取值范围为3.44～11.81 m；林窗面积的理想的取值范围为15.0～35.6 m2，合理取值范围为0～88.38 m2；林窗开阔度的理想的取值范围为0.429～0.507， 合理取值范围为0.160～0.776。

4.2 讨 论

1) 进行针叶树人工林林下阔叶树种或珍贵树种更新层培育，并形成较稳定的复层林结构，改变针叶人工林结构单一、生态功能低下的现状，一直是林业发展趋势和研究热点之一。林窗作为针叶人工林中主要生境之一，直接影响着林下更新层的生长，进行林窗特征因子与更新层植物生长关系的研究具有现实意义。

2) 本研究采用数学方法进行林窗特征与闽楠生长效应研究，较好地建立了林窗主要特征因子与闽楠生长的林窗模型，反映了林窗闽楠生长的内在规律，可以为森林营造及优化管理提供科学的依据。今后，林窗模型研究的深入将成为研究林窗植物更新的重要内容。

3) 闽楠的保存率、地径、树高等性状的极值点在林窗短轴、长轴、面积及林窗开阔度等特征因子的不一致性，尤其是在林窗面积和林窗开阔度指标方面差异较大。本研究林窗特征因子理想取值范围采用3个性状极值点最大取值范围，即理想值范围为3个性状极值点的林窗特征因子的最大值与最小值之间，合理的取值范围按照理想的取值范围±1倍的标准差确定。这种方法可能导致闽楠经营中林窗特征因子取值范围过大，影响实际成效。如何科学精确取值将成为下一步研究的重点。

4) 本研究对象仅是对林窗下闽楠幼林生长表现进行，加上研究仅是围绕林窗长轴、林窗短轴、林窗面积与林窗开阔度4个林窗特征因子的线性关系开展，存在明显局限性，有关研究尚待深入。

[1] 彭建松,柴勇,孟广涛,等.云南金沙江流域云南松天然林林隙特征[J].浙江林学院学报,2005,22(1):50-55.

[2] 张远彬, 王开运. 针叶林林窗研究进展[J]. 世界科技研究与发展, 2004, 25(5): 69-74.

[3] 刘庆，吴彦．滇西北亚高山针叶林林窗大小与更新的初步分析[J]．应用与环境生物学报，2002，8(5)：453-459．

[4] 鲜骏仁，胡庭兴，王开运，等．川西亚高山针叶林林窗边界木特征的研究[J]．林业科学研究，2004，17(5)：636-640．

[5] 鲜骏仁，胡庭兴，王开运，等．川西亚高山针叶林林窗特征的研究[J]．生态学杂志，2004，23(3)：6-10．

[6] 徐嘉，费世民，何亚平，等．川西南山地云南松林窗更新特征[J]．林业科学，2008，44(9)：7-12．

[7] 胡蓉，林波，刘庆．林窗与凋落物对人工云杉林早期更新的影响[J]．林业科学，2011，47(6)：23-29．

[8] 张希彪，王瑞娟，周天林，等．黄土丘陵区油松天然次生林林窗特征与更新动态[J]．应用生态学报，2008，19(10)：2103-2108．

[9] 蔡小英，洪滔，范海兰，等．中国安曹下丰产杉木人工林林窗特征[J]．福建林学院学报，2007，27(2)：114-117．

[10] 北京林学院．树木学[M]．北京：中国林业出版社，1980．

[11] 郑万钧．中国树木志[M]．北京：中国林业出版社，1983．

[12] Zhu J, Matsuzaki T, Lee F, et al. Effect of gap size created by thinning on seedling emergency, survival and establishment in a coastal pine forest[J]. Forest Ecology and Management, 2003, 182(1): 339-354.

(责任编辑 韩明跃)

Research on the Relationship Between Gap Characteristics ofCunninghamialanceolataPlantations and the Growth of Gap RegenerationPhoebebourneiSeedlings

OU Jian-de

(Fujian Mingxi Forestry Bureau, Mingxi Fujian 365200, China)

16 canopy gaps inCunninghamialanceolataplantations forest and preserving rate, ground diameter, and tree height of 3-year oldPhoebebournei. plantation in mingxi, Fujian Province was investigated, and analyzed the effects of gap characteristics on planting regeration. The results showed that, in the order of affect on preservation rate and height growth ofP.bournei. seedlings, the order of gap characteristics factors was canopy openness> gaps minor axis> gaps long axis > gap size. In order of affect on seedlings ground diameter, it was canopy openness> gaps minor axis> gap size > gaps long axis. There was a significant downward opening quadric parabolic relationship between canopy openness, gaps minor axis, gaps long axis, gap size and seedlings preservation rate, height， ground diameter. Comprehensive preservation rate, tree height and diameter growth performance, ideal gaps minor axis was range of 5.10 -6.26 m, reasonable ranges was of 1.23-10.13 m. Ideal gaps long axis was range of 7.37 -7.88 m, reasonable was range of 3.44 -11.81 m. Ideal gap size was range of 15.0 -35.6 m2, reasonable was range of 0 -88.38 m2. Ideal canopy openness was range of 0.429-0.507, reasonable was range of 0.160-0.776.

Phoebebournei;Cunninghamialanceolataplantations; gap characteristics; regeneration

2014-03-08

中央财政林业科技推广项目(2012 7号)资助。

欧建德(1970—)，男，高级工程师。研究方向：林木育种、资源培育、森林经营和保护。Email：smmxojd@163.com。

10.3969/j.issn.2095-1914.2014.06.010

S718.45

A

2095-1914(2014)06-0060-05