抚育间伐对秦岭南坡油松中龄林生长的影响

武朋辉，白高平，党坤良，常 伟，李明雨

（1.西北农林科技大学 林学院，陕西 杨凌 712100；2.陕西省森林资源管理局 胶合板厂，陕西 西安 710082）

抚育间伐对秦岭南坡油松中龄林生长的影响

武朋辉1，白高平2，党坤良1，常 伟1，李明雨1

（1.西北农林科技大学 林学院，陕西 杨凌 712100；2.陕西省森林资源管理局 胶合板厂，陕西 西安 710082）

在陕西省宁陕县境内的平河梁自然保护区内油松典型分布地段，按不同立地条件、不同抚育间伐强度设置油松中龄林研究样地48块，对不同抚育间伐强度处理的单株木和林分平均胸径的生长以及林分生产力的变化进行测定。研究结果表明：在不同立地条件下抚育间伐后林木胸径生长量均随径级的增大而增加，较小的林木在间伐强度为25%的林分中胸径生长量最大，较大的林木在间伐强度为15%的林分中胸径生长量最大；在不同立地条件下抚育间伐均能在一定程度上提高林分平均胸径的生长量，间伐强度为15%的林分平均胸径生长量均最高；间伐强度为15%在不同立地条件下均能显著提高乔木层的生产力，间伐强度为25%能够显著提高高海拔阳坡乔木层生产力，间伐强度为5%能显著提高低海拔阳坡和阴坡乔木层生产力；不同立地条件下抚育间伐对乔木层生产力的促进作用存在差异，但在抚育间伐后3 a的较短时期内这些差异并不显著；在不同的立地条件下均以强度为15%的间伐对秦岭南坡油松中龄林的生长最为有利，在适宜的强度范围内，高海拔阳坡可采取较大的间伐强度，而低海拔阴坡则应该采取较小的间伐强度。

间伐强度；油松；林分生长量；立地条件

抚育间伐是森林生态系统经营地主要内容和重要手段。它的目的是通过有选择地采伐部分林木，改善林内环境，增加保留木的营养面积，提高森林的产量和质量[1]。林分生产力及林分因子一直是研究抚育间伐对森林生长影响的重点内容。已取得的研究成果表明，抚育间伐对单株直径和蓄积生长的影响主要表现为增加单株林木直径生长量，相应地也提高了单株断面积和材积生长量[2-5]，而对保留木高生长的提高则不显著[6-8]。然而不同立地条件下抚育间伐对森林生长的影响可能不同[5,9]，同一林分中，不同胸径的保留木其生长对抚育间伐的响应也可能不同[2,8]。

油松Pinus tabulaeformis林在秦岭林区分布较为广泛，常分布在海拔1 400～1 800 m区域的陡坡和山脊，是秦岭山地的顶极群落之一，也是典型的地带性群落[10]。针对抚育间伐对油松林的影响已有一些研究。赵匡记等[11]的研究表明，抚育间伐能够提高北京西山油松林的健康指数；孟庆军等[12]的研究表明，抚育间伐能够显著增加鲁中山区油松林保留木胸径和蓄积量生长。抚育间伐对秦岭油松林的影响则未见研究。长期以来，由于受传统森林经营思想的影响，秦岭林区的森林基本处于纯自然的生长发育过程之中，不仅管理粗放，而且很少进行科学的森林抚育经营，这不仅导致秦岭林区森林质量相对较差，而且森林所具有的各种生态功能和生产潜力没有得到充分发挥。本研究以秦岭南坡油松中龄林为研究对象，研究了不同抚育间伐强度下不同立地条件油松中龄林各径级保留木径向生长、林分平均胸径生长和乔木层生产力的响应规律，以期探索秦岭林区油松中龄林的合理间伐强度，为其进行科学经营和管理提供参考。

1 研究方法

1.1 研究区概况

研究地点位于秦岭南坡宁陕县境内的平河梁自然保护区。地理位置为108°22′30″～108°41′15″E，33°25′00″～ 33°37′30″N。年平均气温为12.3 ℃，极端最高气温为36.2 ℃，极端最低气温为-13.1 ℃；多年平均降水量为908 mm，最多为1 423 mm，最少为842.8 mm。区内森林植被主要是20世纪60—80年代经过度人为干扰后形成的天然次生林，林分年龄在40 a左右。常见森林植物群落类型有油松林、锐齿栎林、阔叶混交林、松栎混交林、华山松林、红桦林等。主要成林树种有锐齿栎Quercus alienavar.acuteserrata、油松、华山松Pinus armandii、红桦Betula albosinensis等，主要伴生树种有漆树Toxicodendron vernici fluum、青榨槭Acer davidii、灯台树Bothrocaryu controversum等。其土壤主要为以花岗岩、片麻岩为母质发育的山地棕色森林土，土层厚度50 cm左右。研究样地设置在林龄36 a左右的油松中龄林中，各样地的树种组成基本一致，其中油松占78%～85%，华山松占7%～12%，锐齿栎占3%～5%，其他阔叶树种占1%～3%（蓄积量）。

1.2 研究方法

1.2.1 研究样地的布设与调查

2010年，在林分生长状况可以代表区域内平均水平的油松中龄林中按照不同的立地条件和间伐强度，在尽可能保证其他地形因子和树种组成基本一致的情况下设置研究样地48块。按照高海拔阳坡（Ⅰ）、高海拔阴坡（Ⅱ）、低海拔阳坡（Ⅲ）、低海拔阴坡（Ⅳ）4个立地类型设置研究样地[13]，每个立地类型设置5%（T5）、15%（T15）、25%（T25）3个间伐强度及对照(CK)样地各3个，样地面积均为20 m×30 m（见表1）。 利用GPS确定每个样地的位置，并记录每个样地的海拔、坡度、坡位、坡向等立地因子。调查林分郁闭度，进行每木检尺，分别记录每个样地内每株乔木（胸径＞4 cm）的树种，用常规方法测量树高、胸径和冠幅并对其进行编号和标记。于2010年9月采用下层抚育的方法对研究样地进行抚育间伐，主要伐除林分平均胸径以下长势较差以及干形不良的林木个体，间伐木就地打枝，树干移出林地，剩余物均匀铺于林地表层。2011年至2013年于每年9月份对研究样地进行复测。

1.2.2 林木生长量和生产力的计算

为了研究间伐强度对不同大小的林木个体生长的影响，根据间伐前样地调查数据，将林木按径级分组（4 cm一个径级）。林木胸径历年生长量为当年胸径与前一年胸径的差值，单木年均生长量为抚育间伐后各年生长量的平均值。同一立地类型和间伐强度的各径级林木胸径年均生长量为各样地该径级林木个体胸径年均生长量的平均值。根据历年样地调查资料，利用研究区已有油松及主要伴生树种的生物量模型估算出单株木各年的生物量[14-15]，样地内所有林木生物量之和与样地面积的比值为样地乔木层历年的单位面积生物量Pi。根据每个样地林木径级分组以及各组林木个体数估算林分平均胸径和平均高。当年林分平均胸径Di与前一年林分平均胸径Di-1的差值为当年林分平均胸径的生长量Gi，其抚育间伐后的年平均生长量G为3 a的平均值。样地乔木层历年单位面积生物量之差为样地乔木层的生产力Ni，以抚育间伐后3 a内各样地历年单位面积生产力的平均值作为抚育间伐后的平均生产力N。

式中：D2011、D2012、D2013分别为2011、2012、2013年样地林分平均胸径的生长量；N2011、N2012、N2013分别为2011、2012、2013年样地乔木层单位面积生产力。

表1 研究样地概况Table 1 Survey of plot

1.3 数据处理

采用Excel2003和SPSS18.0软件进行实验数据的处理和分析。用单因素方差分析比较不同间伐处理的样地林分平均胸径生长量和乔木层生产力的差异，用Duncan方法进行差异显著性检验，以P＜0.05为有显著差异。用一般线性模型中的多变量（Multiple）方法分析间伐强度和立地条件对林分平均胸径生长及乔木层生产力的交互作用。

2 结果与分析

2.1 不同间伐强度对不同径级单株木胸径生长的影响

不同径级的林木其胸径平均生长量对抚育间伐强度的响应不同（见图1）。在不同立地条件下，经过不同抚育间伐处理的样地中单木平均胸径生长量均呈现随胸径的增大而增加的趋势，并且不同间伐强度的样地中各径级的林木胸径平均生长量均高于对照林分。在高海拔阳坡，胸径＜16 cm径级的林木胸径平均生长量随间伐强度的增大而增加，胸径≥16 cm径级的林木胸径平均生长量则主要表现为T15＞T25＞T5＞CK（见图1Ⅰ）；在高海拔阴坡以及低海拔阳坡和阴坡，胸径＜14 cm径级的林木胸径平均生长量随间伐强度的增大而增加，胸径≥14 cm径级的林木胸径平均生长量则主要表现为T15＞T25＞T5＞CK（见图1Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ）。可以看出不同大小的林木个体胸径生长量随间伐强度的变化规律不尽相同，T25间伐对较小的林木的径向生长最为有利，而T15间伐对较大林木的径向生长最为有利。这可能是由于强度为25%的抚育对林下光照条件的改善最为显著，从而提高了处于林冠下层小树的生长。

2.2 抚育间伐对林分平均胸径生长的影响

抚育间伐对林分平均胸径产生两方面的作用：一是伐除小于林分平均胸径的林木而使林分平均胸径变大；二是抚育间伐之后保留木胸径生长量的提高使得林分平均胸径增加 。在研究间伐强度对林分平均胸径生长的效应时以伐后胸径定期生长量增加值表示更确切[7]。本研究结果表明：在不同立地条件下不同抚育间伐处理的样地林分平均胸径的生长差异均显著，间伐强度对不同立地条件下的样地林分平均胸径生长的影响呈现相似的规律（见图2）。在不同立地条件下，T25间伐的样地林分平均胸径的生长量均显著高于CK样地，在高海拔阳坡、高海拔阴坡、低海拔阳坡、低海拔阴坡分别比对照样地高出47.99%、69.38%、61.70%和47.99%；T15间 伐的样地林分平均胸径生长量均显著高于CK和其他间伐强度的样地，在高海拔阳坡、高海拔阴坡、低海拔阳坡、低海拔阴坡分别比对照样地高出84.58%、111.35%、102.35%和78.38%；T5间伐的样地林分平均胸径的生长量均显著高于CK样地，而与T25间伐的样地没有显著差异，在高海拔阳坡、高海拔阴坡、低海拔阳坡、低海拔阴坡分别比CK样地高出31.24%、54.08%、37.44%和41.46%。在不同立地条件下均以T15间伐对林分平均胸径生长的促进作用最为明显。这可能是因为过小的抚育间伐强度所释放的生长空间和养分有限，对保留木生长的促进作用较小，而过大的抚育间伐强度使得林内环境急剧变化对保留木生长产生不利影响，同时林下植被的大量发育与保留木争夺养分使得抚育间伐对保留木生长的促进作用减小。

图1 不同间伐强度林分中各径级单木胸径生长量Fig.1 Increment of DBH for individual trees in different size after thinning with different intensity

图2 间伐强度对不同立地条件下油松林林分平均胸径生长的影响Fig.2 Effects of thinning intensity on stand average DBH at different site conditions

2.3 抚育间伐对油松林生产力的影响

本研究结果表明：在高海拔阳坡T25间伐的样地乔木层净生产力显著增加，高出对照样地的18.47%，高海拔阴坡、低海拔阳坡和低海拔阴坡T25间伐的样地乔木层净生产力虽有增加，但并不显著（见图3）。不同立地条件下T15间伐的样地乔木层净生产力均显著高于对照林分（见图3），在高海拔阳坡、高海拔阴坡、低海拔阳坡和低海拔阴坡中度间伐的样地分别高出对照样地的25.47%、25.43%、25.00%和47.33%。高海拔阳坡和高海拔阴坡T5间伐的样地乔木层净生产力均略高于CK样地，但均不显著，而低海拔阳坡和低海拔阴坡T5间伐的样地乔木层净生产力显著提高，分别高出对照样地13.97%和28.37%（见图3）。在高海拔阳坡T25间伐的林分平均胸径和单位面积生物量生长量高于T5间伐的林分，在低海拔阴坡T5间伐的林分单位面积生物量高于T25间伐的林分。可见不同间伐强度对油松中龄林乔木层生产力的影响在不同立地条件下不尽相同。高海拔阳坡和阴坡T5间伐对乔木层生产力的提高不明显的原因可能是其对林内环境的改变不明显以及良好的水分条件导致林下植被发育，从而减弱了间伐对乔木生长的促进作用。

图3 间伐强度对不同立地条件下油松中龄林乔木层生产力的影响Fig.3 Effects of thinning intensity on net primary productivity(NPP) of tree layer at different geocentric factors

2.4 间伐强度和立地条件对油松林生长的交互作用

多元方差分析结果表明，间伐强度对林分平均胸径生长量（F3,32=74.585 ，P＜0.01）和生物量的生长量（F3,32=33.413，P＜0.05）均具有显著影响，立地类型对林分平均胸径生长量（F3,32=30.931，P＜0.01）和生物量的生长量（F3,32=74.600 ，P＜0.01）同样具有显著影响，然而间伐强度和立地条件对两者的交互作用则均不显著（P＞0.05）。油松喜温凉气候，耐寒能力较强，同时具有较强的喜光特性，在秦岭南坡由于阳坡具有较好的光照条件，适生海拔内随着海拔升高降雨量增加，因此秦岭南坡油松林的生长状况在不同的立地条件下存在差异[16]。从不同立地条件下不同间伐强度的样地林分乔木层生产力的变化来看，不同立地条件下采取不同抚育间伐强度对秦岭油松中龄林生长的影响可能存在差异。然而在本研究中抚育间伐后3 a的较短时期内这些差异并不显著，这可能是因为间伐时间较短，间伐强度和立地条件的交互作用尚不明显。

表2 不同立地条件和间伐强度下林分平均胸径生长量及乔木层生产力方差分析†Table 2 Analysis of between-subjects effects of DBH growth and tree layer NPP on different geocentric factors with different thinning intensity

3 结论与讨论

研究结果表明，不同立地条件下经过不同强度抚育间伐的林分3 a内林木胸径的生长量均随林木胸径的增大而增加，这可能是由于较大的林木个体对抚育间伐所释放的营养空间的竞争能力较强，从而限制了小树的生长。这与宋庆安等[8]对马尾松次生林的研究结果相同，Mäkinen等[2]和Ruha等[17]对芬兰欧洲赤松不同间伐强度下胸高断面积增长量的研究结果也与之类似。然而，也有研究得到相反的结果，胸径较小的林木个体在抚育间伐后生长量最高，大径级的林木生长量则没有显著增加[18]。Pukkala等[19]的研究结果则显示中等大小的林木个体在抚育间伐中获益最多，这可能是由于抚育间伐起始时期、间伐方式以及间伐强度的差异使得不同大小的林木个体对抚育间伐的响应不同。

本研究结果表明，在不同立地条件下林分平均胸径的生长量均以中等间伐强度（15%蓄积量）的林分最高，这与张彦芳等[20]对华北落叶松人工林的研究结果一致。张水松等[7]、潘辉等[6]的研究结果则显示林分平均胸径的生长量随抚育间伐强度的增大而增加。抚育间伐对森林生态系统的作用并不是单向的，而是一个复杂的过程。如陈雪等[21]总结间伐对森林土壤的影响，发现抚育间伐可能对森林土壤产生不同的甚至是相反的作用。李国雷等[22]对不同间伐强度下油松叶凋落物养分归还的研究发现单位重量的叶凋落物P、K、Mg等营养元素释放的峰值出现在不同的间伐强度下。抚育间伐通过调整林分密度，改善保留木的生长环境，从而促进保留木的生长。树种特性、年龄结构、立地条件以及气候等自然条件均会对林木的生长产生影响。因此，不同的林分对抚育间伐强度的响应不同，最适宜的间伐强度也不同，这可能是林分平均胸径随间伐强度的变化规律存在差异的一个重要原因。

不同的间伐强度能提高单株保留木的生产力，但因单位面积株数减少，故单位面积生物量并不随间伐强度任意加大而增加，反而会降低[23]。本研究结果表明：不同强度的抚育间伐会对林分的生产力产生显著的影响，不同立地条件下的林分抚育间伐后3 a内乔木层平均净生产力均以中等间伐强度（15%蓄积量）的林分最高。成向荣等[24]、明安刚等[25]、潘辉等[6]的研究结果均表明经过中度抚育间伐的林分单位面积生物量较高。这可能是因为过小的间伐强度对保留木生长的促进作用不明显，而过大的间伐强度由于林分密度过小生产力降低。

段劼等[5]的研究结果表明不同立地条件下侧柏林的生长对抚育间伐强度的响应不同，立地条件越差越宜采用较小的间伐强度；唐效蓉等[26]的研究结果与之类似。这可能和不同立地条件森林生态系统的抗逆性有关。本研究结果表明抚育间伐对不同立地条件油松中龄林乔木层生产力的影响存在差异。在不同立地条件下间伐强度为15%的林分平均胸径生长量和乔木层净生产力均最高。5%间伐强度在高海拔阳坡和阴坡对乔木层生产力的促进作用并不显著。在高海拔阳坡间伐强度为25%的林分乔木层生产力高于间伐强度为15%的林分，在低海拔阴坡间伐强度为15%的林分乔木层生产力高于间伐强度为25%的林分。这可能是因为油松为喜光树种，在秦岭南坡水分条件较好的情况下，高海拔阳坡油松由于较好的光照条件对抚育间伐所释放的营养空间的利用能力较强，而林下植被的生长受到抑制；低海拔阴坡林分光照条件较差不利于油松的生长，并且抚育间伐强度过高的林分中林下光照和水分条件的改善使得林下植被生长茂盛，其对资源的竞争削弱了抚育间伐对保留木生长的促进作用。然而在本研究中抚育间伐后3 a的较短时期内立地因子与间伐强度的交互作用并不显著，这可能是因为间伐时间较短，间伐强度和立地条件的交互作用尚不明显，研究抚育间伐与立地因子的交互作用对森林的分类经营具有重要意义，其长期效应的揭示则有待于更多的长期定位研究。

从森林分类经营的角度来看，在不同的立地条件下均以强度为15%（蓄积量）的抚育间伐对秦岭南坡油松中龄林的生长最为有利，在适宜的强度范围内，高海拔阳坡可采取较大的间伐强度，而低海拔阴坡则应该采取较小的间伐强度。

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Thinning effects on growth ofPinus tabulaeformismiddle-age forest on southern slope of Qinling Mountains

WU Penghui1, BAI Gaoping2, DANG Kunliang1, CHANG Wei1, LI Mingyu1
(1. Collage of Forestry, Northwest Agriculture and Forestry University, Yanglin 712100, Shaanxi, China;2. Plywood Mill, Forest Resources Administration of Shaanxi Province, Xi’an 710082, Shaanxi, China)

In order to research thinning effects of different intensity on growthPinus tabulaeformismiddle-age forest, explore the suitable thinning intensity of it on the southern slope of the Qinling Mountains. 48 experimental plots were established at different site conditions inPinus tabulaeformismiddle aged stands on the southern slope of the Qinling Mountains. The experimental plots were investigated 3 years after thinned from below with different intensity. The thinning intensity were grouped according to the percentage of removed trees volume, i.e. CK (no thinning was conducted), 5% (T5), 15% (T15), 25% (T25). The effects of thinning on growth of diameter at breast height (DBH) of residual trees, stand average breast diameter and net primary productivity (NPP) of tree layer in unit area on different site conditions were analyzed. The results showed that with the increase of residual trees size the growth of DBH increased, little trees grew fastest in T25thinned stands but big trees grew fastest in T15thinned stands. All thinning intensity signi ficantly improved stand average DBH growth and T15thinned stands was the best on all site conditions. T15thinning improved NPP of tree layer signi ficantly on all site conditions, T25thinning improved NPP of tree layer signi ficantly in high elevation -sunny slop stands, T5thinning improved NPP of tree layer signi ficantly in low elevation-sunny slope and low elevation-shady slope stands. Thinning can improve the growth of DBH and biomass of middle-age Pinus tabulaeformis forest on the southern slope of the Qinling Mountains. Thinning intensity about 15% could be the best. The thinning intensity may be heavily in high elevation-sunny slope stands and lightly in low elevation-shady slop stands.

thinning intensity;Pinus tabulaeformis; stand growth; site conditions

S753.5；S791.254

A

1673-923X(2017)01-0020-07

10.14067/j.cnki.1673-923x.2017.01.004

2015-10-19

林业公益性行业专项项目“秦岭天然次生公益林抚育经营关键技术研究”（201204502）

武朋辉，硕士研究生 通讯作者：党坤良，副教授，硕士生导师；E-mail：Dangkl@126.com

武朋辉，白高平，党坤良，等. 抚育间伐对秦岭南坡油松中龄林生长的影响[J].中南林业科技大学学报，2017,37(1):20-26.

[本文编校：谢荣秀]