不同采伐强度对云冷杉天然林主要针叶树种生长的影响1)

周梦丽 张青 亢新刚 田猛 杨英军 王全军

(北京林业大学，北京，100083) (吉林省汪清林业局)

责任编辑:王广建。

森林采伐是人类为获得木材而进行的一种森林经营活动。然而，不合理的森林采伐作业会破坏森林生态系统的健康与稳定，使其结构和功能遭到严重的破坏，不能充分发挥森林的经济、生态和社会效益。因此，森林采伐一直是国内外学者关注和研究的热点问题［1－5］。伴随着森林可持续经营理念的进一步深入及人类在理论和实践中的不断探索，我国的森林采伐方式得到了进步和完善，“生态采伐”概念被提出并应用于东北天然林经营［6］。在诸多森林采伐方式中，择伐被普遍认为是能将森林采伐对生态系统危害降到最小，并能保证森林生态系统稳定的一种可持续采伐方式。

多数研究表明，择伐能促进林木和林分的生长，不需进行代价很高的造林，就能促进树种组成极为理想的天然更新［7－11］。但不同的择伐强度对林分的影响有所差异，且不同的林分类型，其采伐强度亦不同。董希斌［12］分析得出云冷杉林、阔叶红松混交林、针阔混交林、落叶松林等的择伐强度分别为60%、30%～50%、20%、40%时，林分年平均蓄积生长量较大;而云冷杉为主的林分、以落叶松为主的林分和红松针阔混交林择伐强度分别不超过25%、60%和24%～35%时，更新效果最佳［13］。30%的择伐强度即可发挥阔叶红松林的多种效益，提高森林生产力，又可保持生态系统的稳定性。Lei等［14］研究表明:不同择伐强度下，林分的总收获量和物种组成没有明显差异，但胸径、断面积和蓄积的定期连年生长量(PAD)与采伐强度正相关。Makinen等［15］通过研究择伐强度对欧洲赤松(Pinus sylvestris)的断面积、材积生长量、树干形态和树冠高的影响，发现断面积生长量随择伐强度增加而增加(0～42%)。戎建涛等［16］以5条天然阔叶米槠林样带为研究对象，研究了不同择伐强度对林分及不同林层的断面积生长率、蓄积生长率的影响。然而，关于不同采伐强度对天然云冷杉林的全林及各林层林木生长的影响很少有报道。

长白山天然云冷杉林是我国北部应对恶劣自然天气的天然屏障，又是保证我国北部地区人民生活的重要资源，发挥着不可估量的经济、生态和社会效益。本研究以长白山天然云冷杉速生丰产林的12块固定样地为研究对象，分析不同采伐强度对林分生长的影响，探讨合理的采伐强度，以期为天然云冷杉林可持续经营提供一定的参考价值。

1 研究区概况

研究地区位于我国东北部吉林省汪清林业局金沟岭林场，属于长白山系老爷岭山脉雪岭支脉，经营面积约为16 286 hm2。地貌属于低山丘陵，海拔在300～1 200 m，坡度为5°～25°。受海洋湿气团的影响，本区具有温带海洋季风气候的特点，全年平均气温3．9℃左右，≥10℃的积温为2 144℃;1月份气温最低，平均－32℃;7月份气温最高，平均22℃。年降水量600～700 mm，且多集中在7月份;无霜期为110～130 d，土壤为棕灰化土。本研究区的主要树种有白桦(Betula platyphylla)、山杨(Populus davidiana)、色木(Acer mono)、椴树(Tilia amurensis)、鱼鳞云杉(Picea jezoensis)、红皮云杉(Pinuskoraiensis)、臭冷杉(Abies nephrolepis)、红松等;林下灌木主要有忍冬(Lonicera japonica)、暴马丁香(Syringa amurensis)、毛榛子(Corylus mandshurica)等。主要的禾本科草类有珍珠梅(Sorbaria sorbifolia)、柳叶绣线菊(Spiraea salicifolia)等。

2 研究方法

2．1 样地的布设和调查

1986年在吉林省汪清林业局金沟岭林场33分区45林班16小班、35分区37林班5小班和32分区23林班1小班设置具有典型代表性的12块云冷杉林固定样地。各样地立地条件基本一致，采伐强度分别设置为弱度(20%)(样地编号5号、6号和11号)、中度(30%)(样地编号2号、3号和4号)、强度(40%)(样地编号7号、10号和12号)以及对照(不采伐)(样地编号1号、8号和9号)。其中，1～4号样地(30 m×70 m)于1995年进行采伐，5～8号样地(40 m×50 m)于1997年进行采伐，9～12号样地(40 m×50 m)于1999年进行采伐。

每块样地采伐当年，对样地内的胸径≥5 cm的所有林木进行编号，并测定其树种、胸径、树高、枝下高和冠幅(东西、南北)等。在采伐后2、6、9年时，分别对每块样地进行3次复测，并记录样地内的枯立木、风倒木、风折木的种名及树号等。

2．2 内业处理

在根据国家林业局相关规程和研究区相关研究成果［17］，将树高划分为3个层次:第Ⅰ林层树高≥18 m，第Ⅱ林层树高＞10～18 m，第Ⅲ林层树高≤10 m。

伐后不同时间林分内主要针叶树种(红松、云杉、冷杉)的断面积和蓄积的年生长率的计算采用普雷斯特公式。即:pn=［(ya－ya－n)÷(ya+ya－n)］×200÷n。式中:pn为n年间的断面积(蓄积)平均生长率;ya、ya－n分别表示为a、a－n年的断面积(蓄积)。

采用SPSS 19．0中的单因素方差分析，对不同采伐强度的样地主要针叶树种的全林及各林层的断面积和蓄积生长率进行差异性分析，并对差异显著的数据进行多重比较(p＜0．05，LSD，t检验)。

3 结果与分析

3．1 伐前林分状况及其因子分析

伐前的林分特征状况见表1。由表1可知，第Ⅰ林层的单位面积蓄积在全林蓄积比例中所占比例最大(55%～61%)，第Ⅱ林层的单位面积蓄积量占全林蓄积比例为37%～43%，第Ⅲ林层蓄积量在全林单位面积蓄积量中所占的比例最小(1%～2%)。

对伐前各样地林分的测树因子进行方差分析及多重比较后，结果表明，各样地的林分胸径、平均树高、单位面积株数、全林单位面积蓄积量、第Ⅰ林层单位面积蓄积量、第Ⅱ林层单位面积蓄积量及第Ⅲ林层单位面积蓄积量，均没有显著性差异(见表2)。

3．2 采伐后各测树因子方差分析

不同采伐强度样地的采伐木各测树因子状况见表3。由表3可知，从伐去林木林层蓄积比例来看，采伐强度为20%的样地，采伐林木主要分布在第Ⅱ林层，占伐去总蓄积的66%;采伐强度为30%、40%样地的采伐林木主要分布在第Ⅰ林层，分别占各自伐去总蓄积的92%和74%。但从总体来看，采伐林木主要集中在第Ⅰ林层，占伐去总蓄积的70%。

表1 伐前林分特征

表2 伐前林分因子方差分析

表3 伐后林木各测树因子方差分析

3．3 采伐对林分生长的影响

为了消除除采伐外其他因素的影响，首先对采伐后的各样地的枯立木、风倒木、风折木等进行胸径、树高的反演。然后计算伐后各时期的林分生长率。伐后2、6、9 a林分生长率见表4。采伐后，采伐强度为20%、30%、40%的样地的主要针叶树种(红松、云杉、冷杉)的全林及各林层的断面积和蓄积生长率均大于对照样地。全林及第Ⅰ林层和第Ⅱ林层生长率(断面积和蓄积生长率)随着采伐强度的增加而增加，但当采伐强度达到一定值时，其值会降低;第Ⅲ林层的生长率与采伐强度呈正相关关系。在各样地中，各林层与全林生长率排序为第Ⅲ林层＞第Ⅱ林层＞全林＞第Ⅰ林层。

对伐后2、6、9 a全林及各林层的断面积及蓄积生长率分别进行方差分析得出，在伐后2 a，全林及第Ⅰ、Ⅱ林层的生长率没有显著性差异，第Ⅲ林层的生长率呈显著差异;在伐后6、9 a，全林及第Ⅱ、Ⅲ林层的生长率差异性显著，而第Ⅰ林层的生长率差异性不显著。

在对各个时期及各不同采伐强度全林及各林层生长率进行多重比较后，可以看出，伐后2 a，30%与对照样地全林及第Ⅱ林层生长率差异性显著;采伐强度40%的样地与对照、采伐强度20%样地的第Ⅲ林层生长率差异性均显著。伐后6 a，采伐强度30%的样地与对照、采伐强度20%的样地全林、Ⅱ、Ⅲ林层生长率均差异显著;采伐强度40%的样地与对照、采伐强度20%样地的第Ⅲ林层生长率具有显著差异，且采伐强度40%的样地与对照的全林断面积生长率差异显著。伐后9 a，采伐强度30%的样地与对照、采伐强度20%样地的全林、Ⅱ、Ⅲ林层的生长率均差异显著;采伐强度40%的样地与对照、采伐强度20%样地的第Ⅲ林层生长率均有显著性差异。

伐后不同时期，从生长率的总体变化及其方差分析结果看，对照及采伐强度20%样地的全林及各林层生长率呈现下降趋势，采伐强度30%、40%样地的全林及各林层生长率随年份的增加先增加后减少。各采伐强度的不同年份之间断面积和蓄积生长率的差异性不显著。伐后2、6、9年，采伐强度为30%的样地的全林断面积和蓄积生长率最大，断面积生长率分别为3．68%、3．95%、3．76%，蓄积生长率分别为4．43%、4．73%、4．49%。

表4 不同采伐强度不同时期全林及林层生长率

4 结论与讨论

通过对12块云冷杉天然林的固定样地上的主要针叶树种(红松、云杉和冷杉)在采伐后的生长率变化情况的研究分析，在伐后2 a，不同采伐强度下主要针叶树种的断面积和蓄积生长率之间的差异性不明显，伐后的6、9 a，断面积和蓄积生长率的差异性显著，主要树种的断面积和蓄积生长率随采伐强度的增加而呈先增加后减少的趋势，而究其减少的原因可能在于，云、冷杉为耐荫树种，红松为弱阳性树种，过大强度的采伐，致使林内光照强度急剧增加，林下的温湿度也随之发生了很大变化，红松、云杉、冷杉难以适应林内光照、湿度、温度的骤变，所以其断面积和蓄积生长率会减少。从总体上看，采伐强度为30%的样地全林及各林层的断面积和蓄积生长率最高，且与其它采伐强度的样地的差异性显著。故认为云冷杉天然林较佳的采伐强度为30%。

云冷杉天然林是具有明显垂直结构的异龄混交林，其生态、社会价值远远高于经济价值。采伐作业可以促进林分的更新和生长，节约更新造林成本，而且对涵养水源、保持水土、调节气候、保护环境，实现生态的良性循环起到持续稳定的作用［18］。本文的创新点在于通过采用云冷杉天然林主要树种生长率这一指标研究采伐经营对云冷杉天然林的影响，试图为云冷杉天然林的经营提供依据。随着采伐强度的增大，林地释放的生长空间会随之加大，而林地上的活立木的单位面积株数会随之减少，但是林分总收获量是否会随着采伐强度的增大而有所增加，林分的整体的空间结构是否会随着采伐强度的增加而有所优化，林分的固碳作用以及对土壤肥力的调控作用等的能力是否会随着采伐强度的变化而有所改变，这些都需要作进一步研究分析。因此，在后期研究中，期望通过研究采伐对云冷杉天然林收获量及其空间结构的影响，进而为云冷杉天然林的经营管理提供更好的依据。

［1］Crow T R，Buckley D S，Nauertz E A，et al．Effects of management on the composition and structure of Northern hardwood forests in upper Michigan［J］．Forest Science，2002，48(1):129－145．

［2］Lahde E，Laiho O，Nororpi，et al．Development of Norway spruce dominated stands after single-tree selection and low thinning［J］．Canadian Journal Forest Research，2002，32:1577－1584．

［3］Parrotta J A，Francis J K，Knowles O H．Harvesting intensity affects forest structure and composition in an upland Amazonian forest［J］．Forest Ecology and Management，2002，169(3):243－255．

［4］唐守正，杜纪山．利用树冠竞争因子确定同龄间伐林分的断面积生长过程［J］．林业科学，1999，35(6):35－41．

［5］董希斌，李耀祥，姜立春．间伐对兴安落叶松人工林林分结构的影响［J］．东北林业大学学报，2001，28(1):16－18．

［6］张会儒，汤孟平，舒清态．森林生态采伐的理论与实践［M］．北京:中国林业出版社，2006:1－8．

［7］Dai L M，Shao G F，Chen G，et al．Forest cutting and regeneration methodology on Changbai Mountain［J］．Journal of Forestry Research，2003，14(1):56－60．

［8］韩景军，肖文发，罗菊春．不同采伐方式对云冷杉林更新与生境的影响［J］．林业科学，2000b，36(专刊1):90．

［9］董希斌，朱玉杰，胡建伟，等．森林采伐与森林生态关系的研究［J］．森林工程，1997，13(1):7－9．

［10］黄新峰，亢新刚．我国天然云冷杉针阔混交林更新研究进展［J］．世界林业研究，2004，17(5):34－38．

［11］邱仁辉，周新年．不同强度的择伐作业后对保留木与幼树幼苗的影响［J］．森林工程，1997，13(3):5－7

［12］董希斌．采伐强度对林分蓄积生长量的影响［J］．东北林业大学学报，2001，29(2):35－37．

［13］董希斌，朱玉杰，韩玉华，等．森林采伐与局部森林生态系统稳定性的研究［J］．东北林业大学学报，1997，25(6):30－33．

［14］Lei X D，Lu Y C，PengC H，et al．Growth and structure development of semi-natural larch-spruce-fir(Larixolgensis-Picea jezoensis-Abies nephrolepis)forests in northeast China:12-year results after thinning［J］．Forest Ecology and Management，2007，40(1/3):165－177．

［15］Makinen H，Isomaki A．Thinning intensity and long-term changes in increment and stem form of Scots pine trees［J］．Forest Ecology and Management，2004，203(1/3):21－34．

［16］戎建涛，黄清麟，张晓红．择伐经营对天然阔叶米槠林生长的影响［J］．中南林业科技大学学报，2014，34(3):43－48．

［17］刘春起．基于林分空间格局的森林采伐树木确定方案研究［D］．哈尔滨:东北林业大学，2007:18－21．

［18］董希斌．森林择伐对林分的影响［J］．东北林业大学学报，2002，30(5):15－18．