大强度抚育对油松人工林天然更新的影响

贾双竹,彭博,贾哲,郑建伟,谷建才

(1 河北农业大学 林学院， 河北 保定 071000 ； 2 河北农业大学 园林与旅游学院， 河北 保定 071000)

大强度抚育对油松人工林天然更新的影响

贾双竹1,彭博1,贾哲2,郑建伟1,谷建才1

(1 河北农业大学 林学院， 河北 保定 071000 ； 2 河北农业大学 园林与旅游学院， 河北 保定 071000)

以油松人工林为研究对象，在大强度抚育条件下，通过林分层次结构、各层次林木胸径结构、树高结构及其林木分布格局等指标研究林下天然更新状况，结果表明：油松人工林在22 a、32 a时分别进行株数强度50%和40%的下层抚育，后经20 a天然更新(林分年龄52 a)，林分形成明显层次结构，分为主林层、演替层及更新层，整个林分林木胸径、树高结构均呈多峰分布，其中主林层、演替层林木胸径和树高结构均呈单峰山状分布，更新层林木胸径和树高结构呈多峰分布，各林层平均胸径分别为23.2 cm、12.6 cm和3.1 cm，平均树高分别为18.4 m、14.5 m和2.8 m，而对照标准地胸径、树高结构均呈单峰分布，平均胸径、树高分别为18.6 cm及17.9 m；主林层、演替层各层林木空间分布呈均匀分布，密度分别为840株/hm2和1 125株/hm2，更新层林木空间分布呈聚集分布，密度为675株/hm2，对照样地林木空间分布偏向均匀分布，密度为1 605株/hm2。

人工油松林；天然更新；胸径结构；树高结构；空间分布格局

油松(PinustabulaeformisCarr.)，为中国特有树种，具有喜光、耐寒、抗旱、适应性强等特点[1]，是北方地区的主要造林树种之一，在涵养水源、保持水土、维持生态系统平衡等改善生态环境方面有着举足轻重的作用[2]。油松林天然更新状况一直是基层生产关注的工作。人工更新通常经济成本高、成活率差、生长缓慢[3]，天然更新又经常出现更新分布不均、更新数量严重不足等现象[4]。为了解决这一问题，拟以承德市隆化县北部山区油松人工林为研究对象，对油松林采取人工促进天然更新的抚育措施，在大强度抚育条件下，通过林分层次结构、各层次林木胸径结构、树高结构及其林木分布格局等指标研究林下天然更新状况，旨在揭示人工促进对油松林天然更新的影响，为今后油松林的可持续经营与保护提供理论基础。

1 研究区概况

研究区位于承德市隆化县北部地区，地理坐标为东经112°01′～113°40′、北纬35°50′～37°08′。该区处于温带半干旱区内，受季风的影响，冬季寒冷干燥，夏季高温多雨，1月份平均气温-11℃，7月平均气温23℃，无霜期约130 d。研究区土壤以棕黄色森林沙壤土为主，土层较深；主要树种有油松、杨树(Populusspp.)、桦树(Betulaspp.)等，有林地面积达29.17万hm2，林下灌木主要有山刺玫(RosadavuricaPall.)、华北忍冬(LoniceratatarinowiiMaxim.)、稠李[Padusracemosa(Lam.)Gilib.]等，草本层主要有早熟禾(PoaannuaL.)、披针叶苔草(CarexlanceolataBoott)、小红菊[Dendranthemachanetii(Lévl.) Shih]等；主要河流都由北向南平行分布[5]。

2 研究方法

2.1 标准地设置及调查方法

标准地设在20世纪50年代油松人工造林地内，选择立地条件基本一致、有代表性的52 a生标准地2块，其中1块为对照标准地，另1块为抚育标准地。在抚育标准地中，油松林22 a生时进行大强度下层抚育，抚育株数强度50%，10 a后再次进行下层抚育，抚育株数强度40%，后经20 a天然更新，对照为天然更新。标准地面积为50 m×50 m。

在标准地内，以10 m为间距分成25个10 m×10 m的正方形网格，将网格作为调查单元。对网格单元内的乔木(除枯死木外)以1 cm为起测胸径进行每木检尺，标记树号实测并记录每株树的胸径、树高、枝下高、四向冠幅，以及在该调查单元内对应的x、y坐标。基本情况见表1。

表1 标准地自然条件Table 1 Natural conditions of sample plots

2.2 数据处理

根据试验方案及研究方法，用Excel 、SPSS 21.0和ForStat 2.1统计软件进行数据处理及回归分析。

3 结果与分析

3.1 标准地林分结构

依据标准地调查结果，将标准地按不同林层统计分析其平均胸径、平均树高、密度等基本情况，详见表2。

表2 标准地不同林层基本情况Table 2 The basic situation of forest storey in the sample plots

由表2可知，抚育标准地可分为3层，分别为主林层、演替层和更新层。其中，主林层每公顷株数为840株，平均胸径为23.2 cm，平均树高为18.4 m；演替层每公顷株数为1 125株，平均胸径为12.6 cm，平均树高为14.5 m；更新层每公顷株数为675株，平均胸径为3.1 cm，平均树高为2.8 m；在抚育样地中，演替层林木株数所占比例高于主林层和更新层。对照标准地只有一个主林层，每公顷株数为1 605株，平均胸径为18.6 cm，平均树高为17.9 m。

3.2 林分树高结构

分别将2块标准地林木树高分布以1 m分组进行统计，各标准地株数分布结果如图1、图2所示。

图1 抚育标准地树高株数分布Fig.1 Height distribution of thinning sample plot

图2 对照标准地树高株数分布Fig.2 Height distribution of control sample plot

由图1可知，经过2次大强度下层抚育的标准地，经过多年天然更新后，树高株数呈多峰分布，峰值分别在树高级3 m、14 m和18 m处；分布也具有明显的层次性，分为2～8 m、10～15 m和17～26 m等3层；标准地内株数共计660株，各层株数所占比例分别为31.8%、42.6%和25.6%。

由图2可知，对照标准地树高株数呈单峰分布，峰值出现在树高级18 m处，树高株数在10～26 m处均有分布。由此可见，油松人工林经过大强度抚育后，林分树高结构出现明显的分层现象，分为上层主林层、中层演替层和下层更新层，层间树高级出现了断档现象。

将2块标准地林木树高级株数分布进行分布曲线拟合，结果见表3。

表3 各标准地树高级株数分布曲线统计量Table 3 Height distribution statistics of each sample plot

从表3可知，抚育标准地林木株数随树高的分布，整体符合威布尔分布，各层次株数随树高分布规律有所不同，上层主林层、中层演替层符合正态分布，属于单峰分布类型，下层更新层符合威布尔分布，属于多峰分布；对照标准地正态分布拟合效果较好。

3.3 林分直径结构

依据每木检尺数据，将各标准地内林木株数以2 cm为径阶进行统计，则各样地林木径阶株数分布如图3和图4所示。

图3 抚育标准地径阶分布与拟合曲线

Fig.3 Diameter distribution and simulation curve of thinning sample plot

图4 对照标准地径阶分布与拟合曲线Fig.4 Diameter distribution and simulation curve of control sample plot

由图3可知，大强度抚育油松林直径分布呈多峰山状曲线。林木在径阶2～30 cm均有分布，且最小径阶4 cm株数最多，达到第1次峰值，在径阶12 cm处株数达到第2次峰值，在径阶24 cm处株数达到第3次峰值。

从图4可知，油松林对照样地林木径阶分布呈单峰山状曲线。随着径阶的增大，林木株数呈上升趋势，在直径到达17～19 cm时，林木株数达到峰值，之后随着径阶的逐渐增大林木株数总体呈下降趋势。大强度抚育样地林分整体胸径结构呈多峰型；主林层、演替层呈单峰型，符合正态分布；更新层呈多峰型的倒J型分布。胸径结构是连续的，没有断档现象。

对2块标准地林分直径分布选取正态和威布尔2种分布函数进行拟合，结果见表4。

表4 各标准地直径分布曲线统计量Table 4 Diameter distribution statistic of each sample plot

从表4可知，大强度抚育标准地中，主林层、演替层正态分布的判别指数P分别为0.883和0.859，均高于威布尔分布函数，表明主林层、演替层符合正态分布；更新层判别指数与威布尔函数拟合效果更好，P为0.834；整个林分中拟合后判别指数P值最大为0.725，表明大强度抚育样地林分整体直径分布与威布尔函数拟合效果更好。对照样地，拟合后判别指数P最大为0.901，表明该样地林分直径与正态函数拟合效果较好。

3.4 林木分布格局

空间分布格局作为物种对其生长环境适应和选择等综合作用的结果，反映了种群个体在水平分布上的变化情况，是种群个体在特定生存空间内相对静止的一种分布状态[6]。林分空间分布格局影响树木间的竞争及空间生态位，也在很大程度上决定了林分的发展性、稳定性及经营空间大小[7]。

依据标准地调查材料，采用方差/均值(V/m)的t检验法、聚块性指标(m*/m)、扩散型指数(Iδ)和负二项参数K值指标对林木分布格局和聚集强度进行了分析，结果见表5。

表5 不同样地林分空间分布格局指数Table 5 Spatial distribution pattern of each sample plot

由表5可以看出，抚育标准地整体林木空间分布的方差/均值、聚块性指数、扩散型指数、负二项参数均大于1，说明抚育标准地整体林木空间分布呈聚集分布，且林分空间分布格局4项指标中上层、中层均小于1，下层大于1，说明林木上层、中层空间分布格局偏向均匀分布，下层偏向聚集分布，且上、中、下3层的株数密度分别为840株/hm2、1 125株/hm2和675株/hm2。对照标准地林木空间分布的方差/均值、聚块性指数、扩散型指数较小，分别为0.872、0.914和0.857，负二项参数K为4.87，说明其林木空间分布格局偏向均匀分布，株数密度为1 605株/hm2。

通过对抚育标准地主林层、演替层和更新层林木分布规律进行分析，发现更新层林木分布呈现聚集分布，而主林层、演替层总体呈现均匀分布，说明油松林采取大强度抚育措施后，林木更新格局是从聚集分布向均匀分布变化。这种现象可能与林木竞争有关，竞争压力小时多呈现聚集分布，而竞争压力大时，则偏向均匀分布。

4 结论

以油松人工林为对象，在分阶段大强度抚育条件下，通过林分层次结构研究林下天然更新状况，结果表明：大强度抚育措施能够促进油松林天然更新，林下天然更新良好。抚育30 a后林分出现了明显的层次结构，分为主林层、演替层和更新层，演替层从数量上、分布上完全能够满足生产要求。这说明对油松人工林采取适当措施，完全可以促进天然更新。

通过研究各层次林木胸径、树高结构发现，林分树高结构出现明显的分层现象，分为上层主林层、中层演替层和下层更新层，层间树高级出现了断档现象。这与通常耐阴树种形成的复层异龄林树高结构有所不同。出现这种现象可能与采取的抚育措施或环境因子对林木生长的影响有关，具体原因有待进一步研究。而胸径结构是连续的，没有断档现象；整个林分林木胸径、树高结构均呈多峰分布，主林层、演替层林木胸径、树高结构均呈单峰山状分布，更新层林木胸径、树高结构呈多峰分布。

对标准地林木空间分布格局研究可知，大强度抚育标准地主林层、演替层各层林木空间分布呈均匀分布，密度分别为840株/hm2和1 125株/hm2，更新层林木空间分布呈聚集分布，密度为675株/hm2，而对照样地林木空间分布偏向均匀分布，密度为1 605株/hm2；抚育标准地主林层、演替层和更新层平均胸径分别为23.2 cm、12.6 cm和3.1 cm，平均树高分别为18.4 m、14.5 m和2.8 m， 而对照标准地平均胸径、平均树高分别为18.6 cm及17.9 m。

[1]苏薇,岳永杰,余新晓. 北京山区油松天然林的空间结构分析[J]. 灌溉排水学报,2009,9(1):113-117.

[2]陈光彩,郝士成,李怡，等. 麻池背油松天然林林分生长结构的研究[J]. 山西林业科技,2004(4):10-13.

[3]于守龙. 辽西地区人工促进森林天然更新的探讨[J]. 辽宁林业科技,2015(6):62-63.

[4]张笑菁,赵秀海,康峰峰,等. 太岳山油松天然林林木的空间格局[J]. 生态学报,2010(18):4821-4827.

[5]赵娜. 冀北山地华北落叶松人工林与油松天然次生林群落稳定性研究[D].保定：河北农业大学,2011.

[6]林笑雨. 闽楠天然林林分结构分析[D].福州：福建农林大学,2016:48-58.

[7]唐万鹏,潘磊,崔鸿侠，等. 三峡库区马尾松天然林林分结构特征分析[J]. 林业科学研究,2015(5):681-685.

(编辑 刘彦琴)

Effects of high intensity thinning on natural regeneration ofPinustabulaeformis

JIA Shuangzhu1，PENG Bo1，JIA Zhe2，ZHENG Jianwei1，GU Jiancai1

(1CollegeofForestry,HebeiAgriculturalUniversity,Baoding071000,China；2CollegeofLandscapeandTorism,HebeiAgriculturalUniversity,Baoding071000,China)

Pinus tabulaeformisplantationwasthestudyobjectofthisarticle.Foreststoreystructure,DBH,heightanddistributionstructureineachstoreyweretheaspectsofthecompreensiveanalysisforeffectsoftendingonnaturalregeneration.Theresultsshowedthat:thestructureoftheforeststoreywasobviousaftertwicethinning,foronein22a(thenumberintensityas50%)andtheotherin32a(thenumberintensityas40%).Thediameterandheightdistributionappearedtobemountain-likecurveatmainstoreyandsuccessionstorey,andregenerationstorey,whichappearedtobemultiple-peakeddistribution.TheaverageDBHofeachstoreywere23.2cm, 12.6cmand3.1cmrespectively,andtheaverageheightwere18.4m, 14.5mand2.8mrespectively.Thediameterandheightoftreesatthesampleplotsappearedtobesingle-peakeddistribution,theaverageofDBHandheightofwhichwere18.6mand17.9mrespectively.Themainstoreyandsuccessionstoreyshowedtobetheuniformdistribution,thedesityofwhichwere840trees/hm2and1 125trees/hm2,while the regeneration storey showed the aggregated distribution, the desity of which was 675 trees/hm2. The stand appeared to be a uniform distribution at the control sample plot, and the density was 1 605 trees/hm2.

Pinustabulaeformisplantation；natural regeneration；diameter structure；height structure；spatial distribution pattern

1007-4961(2017)01-0011-06

10.13320/j.cnki.hjfor.2017.0003

2016-11-04；

2016-12-15

国家重点研发计划课题“坝上高原及华北北部山地沙化土地治理与沙产业技术研发及示范”(2016YFC0500802)。

贾双竹(1993-)，女，河北辛集人，在读硕士研究生，研究方向：森林经理学。

郑建伟(1978-)，男，河北南和人，硕士，林业工程师，主要研究方向：森林经理学。

S 754.5

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