兴安落叶松过伐林结构优化及其效果分析

玉 宝

(国家林业局管理干部学院，北京 102600)

过伐林是原始林经过高强度采伐之后形成的，从受干扰的程度划分属于原始天然林和次生林之间的一种类型[1-3]，过伐林结构优化技术是一项十分复杂的系统。其中，选定间伐对象，设计间伐强度，促进更新，调控演替是难点和焦点。过去依据蓄积、最适株数、郁闭度等方法确定间伐强度，不能完全适合结构优化经营。间伐强度除了经营目标、林分生长指标以外，还与林龄、林分密度、树种组成、林木格局、演替阶段、林分更新、垂直结构等诸多林分结构因子有关。必须围绕林分结构因子，从经营与结构优化的需要设计间伐强度等技术措施。

目前过伐林的研究主要围绕生态恢复[4]、结构与功能、结构优化等方面，主要以理论研究居多，缺乏可操作性，仍然未具备能够指导林业生产的应用技术[5]。从林分整体空间出发，探讨结构优化和森林经营技术问题方面不够深入，尤其在垂直空间结构优化技术研究较少，需要深入系统研究。通过演替层的调控，能较快控制林分演替趋势。但要通过优化结构，调控林分演替，经营复层异龄林，必须从林分垂直各层入手调控各树种不同径级株数比例、合理高度、母树数量等，并持续地确保有更新层的存在[6]。传统目标树经营方法和思路不足以解决优化结构问题，目标树经营对森林群落结构和功能产生的影响还没有得到系统的研究[7]，而且实践探索主要以人工林为主[8]，现仍处在探索阶段。

本研究根据兴安落叶松 (Larixgmelinii) 过伐林结构特征，提出了相应的结构优化技术方法，设计了人工促进更新、诱导混交林、抚育间伐和局部抚育人工促进更新4种技术措施，分析了初步效果。为天然林结构优化及抚育经营提供参考。

1 研究区概况

研究区选择内蒙古大兴安岭森林生态系统国家野外科学观测研究站，位于东经121°30′～121°31′，北纬50°49′～50°51′，海拔 800～1 100 m。属寒温带湿润气候区，年平均气温-5.4 ℃，最低气温 -50.0 ℃，大于等于10 ℃积温为1 403 ℃；年降水量为450～550 mm，60%集中在7—8月；无霜期为80 d。林下土壤为棕色针叶林土，土层厚度为20～40 cm，基岩以花岗岩与玄武岩为主。森林为以兴安落叶松为建群种的寒温带针叶林。伴生树种有白桦 (Betulaplatyphylla)、山杨 (Populusdavidiana) 等。林下主要有杜鹃 (Rhododendronsimsii) 等灌木和红花鹿蹄草 (Pyrolaincarnate)、舞鹤草 (Maianthemumbifolium) 等草本植物。

研究区过伐林为20世纪80年代初主伐利用后形成的中幼龄天然林。1982—1986年当地林业部门对研究区林分进行了采伐作业，作业方式为100 m等带间隔皆伐， 间隔期为10 a，作业面积为150 hm2左右。伐前林龄为120～180 a，蓄积量80～120 m3/hm2，郁闭度0.2～0.4，上层母树群团状分布，更新密度为1 500～2 400株/hm2， 幼树年龄5～15 a， 幼树组成为5落5桦。20世纪90年代初开始转为抚育经营。

2 研究方法

2.1 标准地设置及调查

设置4块标准地，5落3白2杨的标准地为30 m × 30 m，其他树种组成的标准地为40 m × 40 m，基本情况见表1。对标准地的乔木进行每木检尺，测量胸径 (D)、树高、枝下高等指标；调查林下更新树种、密度。将标准地按5 m × 5 m进行网格化，划分为若干个样方。以标准地西南角作为坐标原点，用皮尺测量各样方内的林木在标准地内的相对坐标 (X,Y)。其中，X表示东西方向坐标，Y表示南北方向坐标。

研究中提出的林分结构优化技术措施旨在示范实践，故设置了具有典型特征并与优化技术相匹配的4块标准地来说明，未作重复处理。

表1 标准地基本情况Table 1 Basic situation of sample plots

注：“落” 代表兴安落叶松；“白” 代表白桦；“杨” 代表山杨。

2.2 林分结构优化技术选择

研究区森林经非经营性采伐后，在长期缺乏合理经营情况下，原有林分结构遭到破坏，失去自然规律性，林分更新、树种组成、林分演替规律等发生较大变化。需要人为采取经营措施，优化结构，促进林分自然更新水平和正向演替。林分结构优化目标是恢复过伐林自然规律，促进过伐林正向演替，将林木分布格局向随机分布调整，降低聚集系数，使结构更趋合理。调控林分演替，提高水平空间和垂直空间利用率，形成林木格局合理、垂直层次呈阶梯式分布的复层、异龄林，该林区天然林树种组成为8落2白或9落1白时能够形成稳定的群落结构。故将树种组成调控的目标是落叶松和白桦组成接近8∶2或9∶1。D≥ 10.0 cm中龄林木具有结实量大、丰产的可能性高[9]，故将D≥ 10.0 cm林木做母树来培育，调控母树格局，促进林分更新。为调控树种组成、林木格局，促进林分正向演替，提高林分天然更新能力，并将白桦纯林诱导成混交林，2012年采取人工促进更新、诱导混交林、抚育间伐、局部抚育人工促进更新4种技术措施进行抚育。

1) 人工促进更新：标准地1林分更新较差，为提高天然更新能力，采取人工辅助天然更新的技术措施。

2) 诱导混交林：对标准地2白桦纯林进行局部抚育、人工补植方法诱导成白桦落叶松混交林。

3) 抚育间伐：为调控标准地3树种组成、林木格局、林分演替，进行抚育间伐。

4) 局部抚育人工促进更新：对标准地4采取将抚育间伐和人工促进更新相结合的办法。

2.3 分析方法

应用方差/均值比率法[10]，求算林木聚集系数，检验林木空间格局。应用Excel软件进行数据处理及计算，运用SPSS Statistics 17.0软件进行数据统计分析。

3 结构优化技术

4块标准地的林分结构特征及对应的结构优化措施详见表2，林分结构优化前后树种组成及格局详见表3。

表2林分结构特征及优化技术措施
Table 2 Stand structure characteristics and optimizing technical measures

标准地更新密度/(株·hm-2)更新树种比例/%落叶松白桦山杨采伐强度/%蓄积 株数优化技术措施1125649.631.019.5--人工促进更新 2367520.776.62.714.446.3诱导混交林3292559.039.31.714.411.9抚育间伐4106914.172.912.95.115.0局部抚育人工促进更新

表3 林分结构优化前后标准地树种组成及格局Table 3 Species composition and distribution before and after optimization of stand structure in sample plots

3.1 人工促进更新

林下枯枝落叶层厚、母树数量少，分布不均，结实量不够是林分更新差的主要原因。同时，人为采伐干扰后林分光照、土壤温度、湿度等微生境发生变化，对林分更新有较大影响。标准地1树种组成为5落3白2杨，林分密度较小 (表1)。林分更新密度较低 (表2)，自然更新能力差。需要采用人工辅助天然更新技术，促进林分更新，提高林分空间利用率。在标准地内D≥ 10 cm落叶松有28株 (图1)。从枯枝落叶层较厚，林木种子难以接触土壤的地点，结合落叶松位置，挑选出14株落叶松作为母树 (图2)。以母树分布与潜在更新能力区域形成集中连片，能够将覆盖全标准地的原则，避开了具有潜在天然更新能力的位置、范围，避免出现重叠。在图2中，以小方框标注样方号为母树位置。在距母树10 m的位置 (黑色底纹样方)，设置1 m × 1 m的小样方，清除小样方内灌木和草本，抛开死地被物层，露出土壤表层，人工辅助更新 (图2)。

图1标准地1D≥10cm落叶松位置
Fig.1 Position ofL.gmeliniiD≥ 10 cm in plots 1

图2标准地1辅助更新样方位置
Fig.2 Quadrat position of artificial forcing regeneration in plots 1

在母树数量和位置合理的前提下，对林分更新仍然差的林分，采取调节营养生长和生殖生长关系的技术措施，促进林木开花结实。根据营养生长和生殖生长不同表现，采取环剥等物理方法或应用生长调节剂赤霉素、乙烯等[11]化学措施。

3.2 诱导混交林

林分采伐后落叶松更新不及时，而先锋树种白桦更新较好，逐渐将形成白桦纯林。需要人工补植、间伐、促进更新等措施诱导混交林。标准地2为白桦纯林，林木稀疏，林分密度低 (表1)。更新密度虽然较高，但更新株数的76.6%为白桦 (表2)，需要采取诱导混交林技术。林分中丛生白桦较多，D≥ 10 cm白桦对兴安落叶松的更新有抑制作用[9]。白桦萌生枝条影响了落叶松更新，需要清除丛生白桦及萌生枝条，促进落叶松自然更新能力。通过间伐部分白桦，人工补植落叶松，提高落叶松比例，逐步形成混交林 (表2)。共间伐348株。其中，D≥ 5 cm林木17株，D< 5 cm林木331株。采伐山杨等非目的树种、丛生白桦 (含萌生条) (图3)。间伐蓄积强度14.4%，株数强度46.3%。

在标准地林木空隙内，参照D≥ 10 cm林木位置和格局，选择难以自然更新的地点，以见缝插针方式栽植2年生落叶松1级苗。共栽植398株，栽植密度为2 490株/hm2(图3)。人工补植的位置是非常重要，把天然更新和人工补植有机结合，可以节省成本。

图3标准地2抚育间伐和人工补植后林木格局
Fig.3 Distribution after thinning and enrichment planting in plots 2

3.3 抚育间伐

标准地3树种组成为5落5白-杨。更新密度较高，在更新幼树中落叶松、白桦和山杨株数比例分别为：59.0%、39.3%、1.7% (表1～2)。从林分垂直层次看，未来林分演替趋势将落叶松占优势，但目前主林层中白桦占优势，在演替层中白桦的比重仍然占4成 (表3)。需要采取抚育间伐技术，控制白桦优势，间伐白桦，从林分垂直分布中控制白桦演替趋势，减弱演替层中白桦成数，提高落叶松比例，减小林木聚集系数，将逐渐形成落叶松白桦混交林 (表2)。

根据D≥ 10 cm林木格局，从中选出落叶松23株，白桦21株作为母树来培育 (图4)，共间伐99株。其中，D≥ 5 cm林木21株，D< 5 cm林木78株。采伐山杨、丛生白桦 (含萌生条)、极少数落叶松。间伐蓄积强度14.4%，株数强度11.9%。

图4标准地3作为母树的林木位置
Fig.4 Seed tree position of plots 3

3.4 局部抚育人工促进更新

标准地4树种组成7落3白+杨。更新密度较低，在更新幼树中落叶松比例偏低，白桦比例较高，分别为：14.1%、72.9% (表1～2)。从林分垂直层次看，更新层白桦占优势，未来林分演替趋势具有白桦占优势的可能性 (表3)。需要采取局部抚育间伐，并结合人工辅助天然更新技术，优化林分结构，促进林分正向演替，增加落叶松更新株数，促进落叶松自然更新能力，提高林分空间利用率 (表2)。控制白桦优势，从林分垂直分布中控制白桦演替趋势，减弱更新层中白桦成数，提高落叶松比例，减小林木聚集系数，将逐渐形成落叶松白桦混交林 (表2)。

根据D≥ 10 cm林木格局，从枯枝落叶层较厚，自然更新难度大的地点，选出落叶松24株，白桦26株作为母树来培育 (图5)。在距母树10 m的位置，设置1 m × 1 m的小样方，清除小样方内灌木和草本，抛开死地被物层，露出土壤表层，人工辅助更新。

图5标准地4作为母树的林木位置
Fig.5 Seed tree position of plots 4

共间伐60株。其中，D≥ 5 cm林木6株，D< 5 cm林木54株。主要采伐山杨、丛生白桦 (含萌生条)。间伐蓄积强度5.1%，株数强度15.0% (表2)。

4 优化效果

林分结构特征是决定优化措施的主要依据。对4种类型的林分进行结构优化，能够调整林分密度、林木分布格局、促进林分更新，使林分空间得到合理的填充；调整了种间、种内关系和林木竞争；能够调整树种组成，按照经营目标调控林分演替趋势。如标准地2通过间伐、人工补植，林木聚集系数由4.56降低为2.71 (表3)。如标准地3经间伐，林木聚集系数由3.43变为3.08，聚集程度有所下降 (表3)；树种组成由5落5白-杨调整为6落4白，落叶松成数有所提高，其优势更加明显 (表1、3)；调整了垂直层树种组成，主林层、演替层和更新层树种组成由伐前的6白4落-杨、6落4白-杨、8落2白-杨调整为5落5白、5落5白、8落2白 (表3)，主林层落叶松优势更加明显。如标准地4经间伐，林木聚集系数由1.61变为1.12，聚集程度有所下降 (表2～3)；树种组成由7落3白 + 杨调整为7落3白，树种组成结构更趋合理 (表2～3)；调整了垂直层树种组成，主林层、演替层和更新层树种组成由伐前的7落3白 + 杨、9落1白 + 杨、5白3落2杨调整为7落3白、9落1白、6白4落 (表3)，保持主林层和演替层落叶松优势，同时增加了更新层落叶松成数。

更新层是决定未来林分结构的重要因子，也是林分可持续循环的决定性因子[6]。在林分各个生长阶段保持复层异龄林，必须持续地保留有一定比例的更新层，更新层物种的演替是森林群落结构发生变化的主导驱动因子[12]。因此在林分不同生长阶段合理调整林分密度和林木分布格局，确保生境异质性和自然更新能力[13]。胸径D≥ 10 cm林木对更新位置和格局有显著影响[9]。对自然更新能力差的林分，通过在自然更新难的区域中培育母树 (D≥ 10 cm) 促进天然更新。母树数量和分布格局将影响更新效果，母树分布与潜在更新能力区域，能够互补形成集中连片。对白桦纯林通过间伐丛生白桦 (每丛保留1株)、山杨等非目的树种，人工补植落叶松的方法，诱导成白桦落叶松混交林。

针对不同结构特征的林分，依据经营目标，兼顾林木个体大小、林木格局、林分垂直结构、树种组成和林分演替等林分结构因子，确定间伐对象和间伐强度。兴安落叶松过伐林适合综合抚育法。根据在林分垂直层中落叶松优势程度，未来林分演替趋势，调控主林层、演替层和更新层树种组成。间伐不同位置的林木，对促进林木生长，调解种内、种间关系和林木竞争，优化林木格局，促进林下更新与植被生长等将产生较不同的影响。对遭受不同程度干扰的过伐林，应采取与其结构特征相适应的优化技术措施。

经过抚育间伐、人工补植、人工促进更新等措施，林分结构发生了变化。调整了林木株数和格局，提高林分空间利用率，缓解了林木竞争，林木聚集系数变小 (聚集程度有所下降)，调整了主林层、演替层和更新层等垂直层树种组成，促进了林分正向演替。文中设定了优化目标、原则及结构优化理论技术措施。适用经过非经营性采伐而形成的过伐林的结构优化经营，在森林经营实践中，应依据现有林分更新情况、树种组成、林木格局、林分未来演替趋势等状况，结合经营目标灵活采用优化技术措施，力求取得更好的优化效果。

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