南亚热带米老排人工林皆伐迹地天然更新研究

2018-03-17唐继新贾宏炎李忠国庞圣江

中南林业科技大学学报 2018年3期

唐继新，贾宏炎，曾冀，李忠国，庞圣江，郝建，赵总

（1.中国林业科学研究院热带林业实验中心，广西凭祥 532600；2.中国林业科学研究院资源信息研究所，北京 100091）

依靠自然力而实现森林再生的天然更新林，具有生物多样性高、育林成本低、更新过程地表水土流失少、森林群落结构稳定等优点[1-3]；然而，森林天然更新的顺利完成并非易事，尤其是种子更新的障碍更为突出，从种子的产生、扩散、萌发，到幼苗的定居，及幼树的建成等阶段，每一阶段都面临着自然因素和人为活动的干扰，且任何环节的干扰都能致使其更新发生障碍[4]。因此，天然更新一直是森林经营、森林生态系统研究的热点内容[5-6]，然而以往对森林天然更新的研究，主要集中在天然林方面，对人工林天然更新的研究相对较少[7-8]，还未能满足我国人工林可持续经营的需要。因此，对促进和利用人工林的天然更新进行研究，具有重要的理论和实践意义。

米老排Mytilaria laosensis又名壳菜果、三角枫、山桐油，为金缕梅科壳菜果属常绿阔叶乔木，天然分布于我国广东、广西和云南省区以及越南和老挝等地，是我国南亚热带区域适生范围广的用材树种，具有速生、干形通直圆满、材质优良、改良土壤、萌生力强、落种于林缘及空旷地宜萌发等特性[9-14]。广西和广东是米老排人工林的主要经营种植区,经营面积已达2 500 hm2[10]，目前不少林分已进入可主伐利用的成熟期，基于米老排树种的生物学特性，如何实现米老排树种伐后迹地的高效更新？对米老排人工林的可持续经营具有重要的理论及现实意义。自上世纪80年代起，国内不少研究机构及学者对米老排树种进行了系统研究，已基本摸清了其生物形态、生长、材性、制浆性能等，并解决了其采种育苗、造林选地、初植密度和林分经营等技术问题[11]，然而有关“米老排人工林采伐迹地的天然更新研究”，目前还尚未见报道。本研究的实施旨在探索米老排人工林采伐迹地天然更新幼树的树种、起源、数量、分布和树高结构规律，为促进、保护和利用米老排人工林迹地的天然更新的经营提供理论依据。

1 研究区概况及研究方法

1.1 研究区概况

研究区位于广西凭祥市的中国林业科学研究院热带林业实验中心（下文简称热林中心）哨平实验场 39 林班（22°5′10″N，106°53′14″E），属南亚热带季风气候区，干湿季明显，太阳总辐射强，全年日照时数1 500～1 600 h，年均气温21.0 ℃，≥10 ℃积温7 000～7 500 ℃，最热月平均气温27.5 ℃，最冷月平均气温13.0 ℃，极端最低气温-1.0 ℃，年均降雨量1 380 mm，年蒸发量1 370 mm。海拔230 m，属低山丘陵；土壤为花岗岩发育而成的赤红壤，土层较厚。更新迹地前茬林为米老排人工纯林，造林时间1984年春，造林苗木为裸根实生苗，造林密度2 500株/hm2；前茬林皆伐前经过1次卫生伐及1次抚育间伐（株数间伐强度20%～30%），皆伐时间为2011年底（林分皆伐后，人工清理采伐剩余物，未炼山），伐前林分的平均胸径20.2 cm、平均树高18.7 m和郁闭度为0.9；皆伐前，林分枯落物层厚度5～10 cm，林下灌木主要有山苍子Litsea cubeba、香港大沙叶Pavetta hongkongensis和三桠苦Evodia lepta等，草本主要有粽叶芦Thysanolaena maxima、五节芒Miscanthus fl oridulus、山姜Alpinia japonica等。

1.2 样地调查方法

2013年春，经过实地踏查，在皆伐天然更新迹地上，选择具有代表性的地块，布设2块矩形标准地：标准地i（面积：30 m×20 m；坡向：正西；坡度：25°；坡位：全坡），标准地ii（面积：30 m×20 m；坡向：西北；坡度：25°；坡位：全坡）。标准地调查采用相邻网格法，即先将标准样地划分为6个10 m×10 m的样方，再将10 m×10 m的样方划分4个为5 m×5 m的小样方，并以5 m×5 m小样方为调查单元，调查样方内所有树高（h）≥0.3 m天然更新的幼树，幼树调查指标：树种、起源、数量、树高、胸径（或地径）、坐标。

1.3 空间格局及更新频度分析方法

空间格局分析。本研究空间格局的分析全部采用空间点格局分析法，Ripley′s函数[15]的定义为：

式中，n为样方内植物个体数，r为距离尺度，dij是植物个体i和j之间的距离；A为样地面积，wij是以i为圆心，以j为半径的圆周长落在样地内的长度与该周长的比例的倒数，n为样地中个体总数，Ir(i,j) 当dij≤r时其取值为1，当dij＞r时取值为0[15-17]。

更新频度分析。结合热林中心营林实践，米老排的造林密度一般为2 m×2 m，为评价皆伐迹地米老排种子更新幼树相对传统人工造林的空间分布质量，基于标准地幼树的数量、生长和坐标等调查信息，在计算机上重新以2 m×2 m的小样方将标准样地进行分割，统计标准样地小样方（2 m×2 m）的更新频度，更新频度=有更新幼树的样方数量/标准地样方总数。

2 结果与分析

2.1 种子天然更新研究

2.1.1 更新分布研究

基于皆伐迹地种子更新幼树（h≥0.3 m）调查数据，及种群空间格局的计算式（公式1和2），可绘制标准样地种子更新幼树的分布图（见图1）和空间点格局分析结果图（见图2）。由图1和图2分析可知，米老排皆伐迹地种子更新幼树的密度较高，在0～10 m的研究尺度内，其更新种群显著偏离随机分布，并呈聚集分布（P＜0.01）。其中，标准样地i、ii的聚集强度分别为0.31和0.20，对应的聚集尺度r分别为5 m和2 m。

图1 米老排皆伐迹地种子更新幼树分布Fig. 1 Sapling distribution of natural seed regeneration on clearcut land of Mytilaria laosensis plantation

2.1.2 更新数量、频度和生长分析

为摸清采伐迹地种子更新幼树的数量、频度、生长等状况，及评价采伐迹地的种子更新幼树能否成林。由表1分析可知：标准地内树高(h)≥0.3 m种子更新幼树平均的更新密度、更新频度、更新高度分别为19 941.5株/hm2、96.0%和1.60 m，表明米老排皆伐迹地种子更新幼树的密度、分布和生长状况均较好，不仅高于国家森林天然更新数量的良级标准（10 000株/hm2）[18]，亦优于“李复春针对采伐迹地天然更新提出的数量和频度的良级标准”（有效更新株数＞3 000株/hm2，频度＞60%）[18]。此外，参照热林中心采伐迹地人工更新成林验收的主要标准（苗木保存率＞80%，幼林平均高大于1.5 m），及热林中心米老排不同密度育苗试验研究（见表2），标准地内树高（h）＞1.3 m更新幼树平均的更新密度、更新频度、更新高度和更新胸径分别为11 633.5株/hm2、90.7%、2.08 m和1.18 cm，表明迹地种子更新幼树的质量，不仅达到了采伐迹地人工更新成林的主要验收标准，亦优于苗圃其不同密度育苗处理同龄苗木的生长质量（苗圃苗木树高和地径的试验均值分别为1.58～1.80 m、1.22～1.52 cm）。

表1 米老排人工林皆伐迹地种子更新状况†Table 1 Natural seed regeneration condition of clearcut land of Mytilaria laosensis plantation

表2 不同密度育苗试验的米老排苗木生长状况†Table 2 Growth of Mytilaria laosensis seedlings with different densities on nursery

2.1.3 更新群落树高结构分析

由图3分析可知：标准地内种子更新幼树树高（h）≥0.3 m的树高分布近似正偏山状的weibull密度函数[19]，标准地i和标准地ii树高分布函数的形状参数c值分别为2.263和2.231，尺度参数b值分别为1.66和1.94；标准样地种子更新幼树树高分布频率的规律：在一定范围内，树高的分布频率先随树高值增加而增加，随后再逐渐减少，其中标准地i与标准地ii树高分布频率增减的理论期望临界值分别为1.66 m、1.94 m（即对应标准样地树高分布函数的尺度参数值b）。标准样地树高分布频率的数据表明：在米老排人工林皆伐作业后1.5年时,其采伐迹地的种子更新幼树树高分布最高频率的区间为1.66～1.94 m，此时采伐迹地大部分的种子更新幼树树高已基本高出采伐迹地的杂灌草面，结合表1标准样地种子更新幼树树高（h）＞1.3 m的更新数量、更新频度、平均树高和平均胸径数值进行综合分析，故在采伐作业后1.5年左右对皆伐迹地的种子更新幼树进行间苗定株，是较为适合的。

图3 米老排皆伐迹地种子更新幼树树高概率分布Fig.3 Probability distribution of trees height of natural seedling on clearcut land of Mytilaria laosensis plantation

2.2 萌生更新分析

由表3分析可知：在林分皆伐作业后1.5年时，迹地米老排伐桩的萌发及萌条的生长状况极好，伐桩萌条的萌发率、平均高、平均胸径的均值分别为100%、2.94 m和2.10 cm，与表1相比，伐桩萌条的胸径和树高生长显著优于同期种子更新幼树的生长；有关研究表明，当伐桩萌条高在1.5～2.0 m间定株更有利[20]，若对采伐迹地实行短周期工业原料林的经营目标，为降低伐桩除萌的生产成本，及避免伐桩萌条过多不利于萌条的生长，故米老排伐桩的定株工作最好在1～1.5 a间。

2.3 天然更新林经济效益分析

相对传统人工造林，米老排皆伐迹地天然更新林的生长及分布状况良好，不需再对采伐迹地人工造林，可间接节省炼山、清山、挖坑、整地、定植、造林基肥和苗木培育等环节的造林成本。有研究表明米老排人工林传统的造林模式需5 435元/hm2[9]，且随着未来劳力的紧缺呈逐年高涨的趋势。因此，促进和利用米老排人工林迹地的天然更新，营林成本节省明显，经济效益提升显著。

表3 标准地米老排伐桩萌生更新状况†Table 3 Sprouting condition of Mytilaria laosensis stump on standard plots

3 讨论与结论

（1）在皆伐作业后1.5 a时，米老排皆伐迹地的主要天然更新树种为米老排树种，在0～10 m的尺度范围内，种子更新幼树的空间分布为聚集分布，且种子天然更新幼树的树高分布近似正偏山状的weibull密度函数。

（2）在皆伐作业后1.5 a时，皆伐迹地米老排种子的更新状况良好（样地树高（h）≥0.3 m更新幼树平均的更新密度和更新频度分别为19 941.5株/hm2、96.0%），符合到采伐迹地森林天然更新的良级标准，亦可达到采伐迹地人工更新成林的验收标准；米老排伐桩萌条（树高和胸径）的生长优于种子更新幼树的生长状况。若对采伐迹地实行大径材的培育目标，此时除萌及对种子更新幼树进行定株，是较为适宜的。因伐桩萌条的生长快于种子更新幼树的生长，过迟除萌伐桩萌条会对种子更新幼树的生长不利，而过早除萌则迹地杂草灌木会较多，亦不利于迹地种子的萌发及生长。

（3）相对传统人工更新的造林方式，充分利用米老排树种种子的成熟期、落种期、天然更新特性（落种在林缘及空旷地易萌发、伐桩易萌生）的生物学特性，对适宜皆伐的米老排人工商品林适时采用小面积皆伐、非炼山清理采伐迹地剩余物、保护和利用采伐迹地的天然更新幼树，可有效实现采伐迹地森林的更新。

（4）对米老排人工林皆伐迹地的天然更新幼林，实行大径材的经营模式还是短周期工业原料林的经营模式，每种经营模式的全周期经营参数（不同起源更新林适宜的密度及其生长过程、抚育间伐时间及强度、营林收益等）如何？此外，米老排皆伐迹地种子更新的机理（即影响米老排种子天然更新的关键因子）是什么？目前还尚不清楚，因此，本研究具有一定的局限性，这些问题还有待后续的进一步研究。

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