蒙古栎林间伐抚育龄级及种群变化规律的研究

孙德权

(凤城市宝山林场,辽宁丹东118123)

蒙古栎林间伐抚育龄级及种群变化规律的研究

孙德权

(凤城市宝山林场,辽宁丹东118123)

从蒙古栎林的径阶结构、林龄和分布株数出发,研究了不同间伐强度对种群密度、蓄积量、灌草生物量的影响。结果表明:受保留植株的限制,与对照相比,弱度间伐蓄积量有所提高,中度间伐蓄积量提高最为显著,重度间伐出现总蓄积量显著降低,但灌木和草本生物量相对较高。不同试验处理中,中度间伐抚育强度大,径级株数最多,对蒙古栎种群龄级株数的影响显著。因此,推荐中度间伐抚育技术措施,兼顾蓄积量、立木材质及林下灌草生物量,以提高蒙古栎林的经济效益和生态效益。

蒙古栎;间伐抚育;龄级;种群变化规律

龄级结构是植物种群的重要属性和特征,它指示了林龄群体在空间和时间上的发展趋势,关系到一个优势种群个体在水平空间和垂直空间分布状态和相互作用关系。研究蒙古栎林的龄级结构和空间变化规律有助于分析种群演替动态规律,掌握群落内优势种群与环境因子之间的相互关联,继而对了解种群演替规律具有重要的意义[1,2]。

蒙古栎(Quercus mongolica)是长白植物区系和蒙古植物区系的重要建群种,是辽东山区典型的地带性优势树种。研究蒙古栎林间伐抚育及种群变化规律将对辽东地区森林生态、水源涵养、防止水土流失、维护区域生态平衡,提高林地经济发挥着重要作用。在辽东,蒙古栎林以萌生、自然下种繁殖方式成为次生林优势种群。蒙古栎这种繁衍方式不但能最大限度的承载生物多样性,而且还能提升整体林分的生态功能[3,4]。本研究以辽东山区蒙古栎15龄次生林间伐抚育为对象,从龄级结构、存活曲线和种群空间分布格局方面进行研究,目的是探索不同间伐强度对辽东蒙古栎的林龄结构和种群变化的影响。

1 研究区概况

试验区设在辽东丘陵凤城边沟林场,地理位置为124°04′—123°40′E,40°17′—40°26′N,海拔275 m,年降水量900～920 mm,年蒸发量1 000～1 100 mm,年均气温6.5℃,无霜期128 d。研究区域的植被属长白兼有蒙古植物区系。典型的土壤类型是山地棕壤,土层较薄,石质含量较高,土壤p H为6.4～6.9。

区域植被为蒙古栎(Quercus mongolica)、花曲柳(Fraxinus rhynchophylla)、色木槭(Acer mono)、紫椴(Tilia amurensis)、山杨(Populus davidiana)、白桦(Betula platyphylla)、风桦(Betula costata)、怀槐(Maackia amurensis)、忍冬(Lonicera japonica)、鸡树条荚蒾(Viburnum sargentii)、野花椒(Zanthoxylum simulans)、卫矛(Euonymus alatus)等[5,6]。

表1 蒙古栎间伐抚育样地基本情况

2 研究方法

2.1 试验样地布置与调查方法

于2011年3月,在12年生蒙古栎林内设9个20 m×20 m样地和对照试验区固定标准地,在参照“森林经营技术规程”(DB21/T 706-2013)基础上,强度间伐区向上减少15%、中度间伐为在标准基础上向上增加5%、弱度间伐区向下增加15%。样地基本情况见表1。在已设计的20 m×20 m固定标准地中,设计5 m×5 m灌木样方5个,2 m×2 m草本样方5个,用皮尺和米尺拉成横轴为x,竖轴为y,坐标点为(x,y),进行每木检尺,测定树高和胸径。

2.2 分析及设定方法

用树高(含幼树)及胸径(径级)替代树龄结构分析种群龄级变化动态。根据树高将乔木划分为成树(H≥5.0 m)和幼树(H≤5.0 m)2档,龄级分为4个生长阶段:Ⅰ级幼苗、Ⅱ～Ⅲ级幼树和Ⅳ～Ⅶ级小树和Ⅷ～Ⅹ级大树。幼苗和幼树龄级可分为3个等级,Ⅰ级(高度H≤50 cm)、Ⅱ级(50 cm＜H≤100 cm)、Ⅲ级(H＞100 cm,DBH＜4 cm);依据树木胸高直径,以4 cm为基础,胸高直径每增加4 cm为一个径级,即分为Ⅳ～Ⅹ个级别,Ⅳ级(4 cm≤DBH＜8 cm)、Ⅴ级(8 cm≤DBH＜12 cm)、Ⅵ级(12 cm≤DBH＜16 cm)、Ⅶ级(16 cm≤DBH＜20 cm)、Ⅷ级(20 cm≤DBH＜24 cm)、Ⅸ级(24 cm≤DBH＜28 cm)和Ⅹ级(DBH≥28 cm)。按龄级从小到大进行顺序,可看作是与时间相关的龄级关系,由此数据可得到蒙古栎不同间伐抚育强度龄级存活数量分布曲线。

3 结果与分析

3.1 样地的本底情况分析

由表1调查结果看出,在设定的对照、弱度、中度和强度间伐试验中,蒙古栎的树高、胸径和郁闭度等生长参数基本相同,没有明显差异,可以满足试验的代表性。

3.2 不同间伐抚育强度龄级存活数量分布

图1 不同间伐抚育强度蒙古栎不同龄级分布曲线

由图1看出,间伐抚育强度影响龄级分布株数,总体趋势是在低龄级阶段分布的株数较多,随着龄级的增大,单位面积分布的株数变小,这符合生物增长曲线的变化规律。随着龄级的变大,树体占有的营养面积增大,单位面积内的活立木株数降低。从不同间伐抚育强度龄级存活数量分布曲线中还可看出,强度间伐在幼龄阶段分布的株数最多,随着龄级的变大,存活的株数与其他处理降至同一个水平。中度间伐抚育龄级存活数量分布处在一个中间水平阶段,即在幼龄至成龄树阶段,分布的株数较之弱度和对照较高,在成龄树阶段较之强度采伐高,说明无论从胸径径阶分布还是从自然更新的种子库和萌发强度上均表现出较高水平。间伐强度的大小影响了单位面积的不同龄级的活立木的株数,间伐强度变大,林地透光条件得到改善,林地内的光照利用率得到提高,利用萌生和土壤中的种子库会提高单位面积内的幼龄树更新株数。从图1可看出强度间伐抚育林地内的株数大于弱度间伐,而弱度间伐又大于试验对照。因此,对于老龄枯萎残次林,适宜进行间伐抚育,提高林地树种的更新能力,可利用萌生和土壤种子库更新改变老龄林的生产力较低的状况。

3.3 不同间伐强度对蒙古栎种群的更新密度的影响

由表2看出试验所设的对照、弱度和强度间伐抚育种群的更新变化情况,总的变化趋势是间伐抚育强度越大,保留株数越少,不同试验处理在幼树和成树株数水平上达到了极显著水平。

表2 不同间伐强度蒙古栎林种群更新密度效果

3.4 不同间伐抚育强度蒙古栎林蓄积、灌和草生物量

表3 不同伐抚育强度蒙古栎林植被蓄积和生物量的变化

从表3看出,不同间伐抚育强度下立木蓄积和生物量呈显著的变化,试验结果显示,不同试验处理间差异达到了极显著水平,其中,对照呈单独一个显著水平,与其他试验处理构成了极显著差异,说明不间伐的试验对照由于单位面积株数太多,降低了立木蓄积,弱度间伐和强度间伐在立木蓄积量上同属于一显著水平,差异不显著,说明弱度间伐由于保留株相对较多,强度间伐保留株数太少,均影响了立木蓄积量。从不同试验处理的立木蓄积高低排序上看,中度间伐强度＞弱度间伐强度＞强度间伐强度＞对照。中度间伐强度立木蓄积量最高,说明适度间伐有利于提高立木蓄积量,从保留株数数量上看,中度间伐强度为937±56株,折合保留870～990株hm-2,从提高立木角度上看,中度间伐是辽东山区蒙古栎林抚育间伐较为合理的保留株数。弱度间伐和对照立木蓄积量差异不显著,说明保留株数太多,立木蓄积量较低,应进一步加大间伐抚育量。从灌木生物量上看,对照和强度间伐分别各自属于不同显著水平,弱度和中度间伐同属一个显著水平。可以看出,对照保留株数太多,密度大,上层冠层截留了大部分的阳光,下层灌木得不到阳光,灌木生物量最低,与其他试验处理均构成了显著的差异。从中还可看出,强度间伐的灌木和杂草生物量最高,由于保留株数少,上部冠层透射到下层的阳光较多,灌草生物量最高。上述研究结果表明,适度间伐抚育能够引起立木蓄积的显著变化,其中,中度间伐立木蓄积量最高,强度间伐灌草生物量最高。从公益林和水源涵养林角度上考虑,应兼顾立木蓄积与复层林灌草的生物量,在固持水土、水源涵养、生物多样性及森林多功能利用等诸多关切的问题找到平衡点,从这一点出发中度间伐抚育是值得应用的。

4 试验结论

4.1 在没有人为干扰的情形下,同一个立地条件下的树种成龄阶段的树高、密度、胸径和郁闭度是相近的,这是由于群体竞争,在龄级由初级到高级阶段数量上变化总是由多至少,最后趋向于较为稳定的一个基数,这是立地条件制约林地所受的承载量所致,能量的载入和支出总会趋向于一个平衡。

4.2 在试验区,不同间伐抚育强度与龄级分布水平总是受数量的波动影响,强度间伐抚育受目的树种保留植株的控制,与中度、弱度和对照相比总蓄积量降低,但灌木和草本生物量相对最高,这是能量平衡的反映,增加的生物量以补充间伐带走的生物量,并且以种群数量增加的特征得以充分体现。

4.3 间伐抚育强度对蒙古栎种群龄级存活数量是极其显著的,即间伐强度越大,林地接受阳光的能量越多,引起蒙古栎林的新生株数越多。从中得到的启示是老龄林的更新应加大间伐抚育强度,利用根桩萌生更新和土壤中种子库复壮老龄林。推荐中度间伐抚育技术,兼顾蓄积量及林下灌、草生物量,使其提高蒙古栎林在辽东山区发挥更大的经济效益、生态效益和社会效益。

[1]苏芳莉,刘明国,谭学仁,等.辽东山区天然次生林间伐强度研究[J].西北林学院学报,2007,22(4):106-109

[2]周建云,李荣,张文辉,等.不同间伐强度下辽东栎种群结构特征与空间分布格局[J].林业科学,2012,48(4):149-155

[3]黄丹,惠晓萍,韩玉洁,等.不同强度间伐对奉贤区水源涵养林及其林下植物多样性的影响[J].上海交通大学学报:农业科学版, 2012,30(6):41-46

[4]邓磊,张文辉,何景峰,等.不同采伐强度对辽东栎林幼苗更新的影响[J].西北林学院学报,2011,26(2):160-166

[5]王书凯,王忠彬,雷庆锋.落叶树木实用图鉴[M].北京:中国林业出版社,2014

[6]李延生.辽宁树木志[M].北京:中国林业出版社,1990

Variation Regularity of Population and Age Class of Tending Thinning in Quercus mongolica Plantation

Sun Dequan
(Baoshan Forest Farm,Fengcheng City,Dandong 118123,China)

From the diameter class structure,stand age and distribution of the number of trees for Quercus mongolica,effects of different thinning intensities on the population density,the stock volume,shrub and grass biomass were discussed.Result shows that the strength thinning was restricted by reserved number of trees;compared with the CK,stock volume increased by adopting weak thinning;stock volume increased significantly by adopting moderate thinning;severe thinning showed significant decrease.Shrubs and herb have higher biomass.Among different experiments,moderate thinning have great tending strength,number of diameter class are the maximum;it is significant for tending thinning to numbers in age class of the populations for Quercus mongolica.Taking into account the stock volume,material of live tree&biomass understory shrub and grass,so as to improve the economic and ecological benefits of Quercus mongolica forests.

Quercus mongolica;tending thinning;age class;variation regularity of population

S792.186

:A

10.13601/j.issn.1005-5215.2015.11.018

1005-5215(2015)11-0048-03

2015-06-18

孙德权(1970-),男,辽宁凤城人,大学,工程师,从事林业管理工作.