不同强度间伐对日本落叶松人工林生长及林下植物多样性的影响

汤景明，孙拥康，冯 骏 ，林孝培

（1.湖北省林业科学研究院，湖北 武汉 430075；2.建始县国有长岭岗林场，湖北 建始 445300）

湖北省于1957年开始引种日本落叶松Larix kaempferi，因其生长快，材质优良，在鄂西山区引种栽培12.9万hm2。鄂西山区已成为我国南方重要的日本落叶松速生丰产用材林产区。因日本落叶松林分密度偏大，抚育管理不到位，林分结构不合理，其生产功能和生态功能没有得到充分发挥。森林抚育间伐是森林可持续经营的一项关键性措施。科学合理的抚育间伐能改善林分结构，增加群落生物多样性，促进林木个体和林分生长[1-3]。关于日本落叶松人工林抚育间伐的研究已见文献报道[4-10]，但主要集中在抚育间伐对林分生长的影响及间伐技术等方面。关于日本落叶松林下植被的研究，已有文献涉及林下植被生态位特征[11]和林窗干扰对林下植物多样性的影响[12]等方面。抚育间伐对日本落叶松人工林林下植物多样性的影响鲜见报道。由于林分的抚育间伐效应受时间、强度和频度等多因素影响，需要对其进行更系统地试验研究和基础数据积累。本文研究不同间伐强度对日本落叶松林林分生长、林下植物多样性和生物量的影响，旨在为建立鄂西山区日本落叶松人工林经营技术体系提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

研究地位于建始县国有长岭岗林场。该林场地处北纬30°48′，东 经 110°03′，海拔 1 500 ～1 900 m。属北亚热带高山气候区，气候湿润，雨量充沛。年平均气温11.7 ℃，年平均降水量1 700 mm。土壤为山地黄壤，土层平均厚度80 cm，pH值5.6。日本落叶松林为研究地主要人工林类型。试验样地位于长岭岗林场倒车坝，海拔高度1 715 m，平均坡度22°，坡向为西北。1996年春造林，苗龄2 a。2008年7—8月，实施了清理雪灾木的卫生伐，强度为5% ～10%。林分郁闭度 0.80，林分密度平均为1 283株/hm2。林分乔木层以日本落叶松占绝对优势，林下层植物主要有箬竹Indocalamus tessellatus、绣线菊Spiraea salicifolia、荚蒾Viburnum dilatatum、悬钩子Rubus sp.、黄瓜香Cassia mimosoides、山胡椒Lindera glauca和鱼腥草Houttuynia cordata等。

1.2 研究方法

2012年7月，设置4种间伐强度的作业区：①对照(C)，不间伐或仅作轻度卫生伐；②弱度间伐(L)，保留密度1 150株/hm2；③中度间伐(M)，保留密度983株/hm2；④强度间伐(H)，保留密度833株/hm2。随机区组排列，3次重复。不同作业区间设置3 ～ 5行的保护带。采取下层间伐方式，伐去弱小及生长不良林木，同时使保留木均匀分布。2016年7—8月，在不同间伐强度的抚育作业区中，设置20 m×20 m样地。调查乔木树种的胸径、树高、枝下高和冠幅，并记录生长状况。在每块样地的中心和四个角各设5个2 m×2 m的灌木（含乔木树种的更新苗）样方，在每个灌木样方的一角各设1个1 m×1 m的草本样方，记录每个灌木样方内灌木及乔木更新苗的名称、高度、盖度，记录每个草本样方内各草本植物名称、高度、盖度。采用全挖收获法调查测定每个灌木样方林下植被生物量，并在80 ℃烘干至恒质量后称干质量。根据样地调查数据，计算各间伐强度林分的胸径、树高、冠幅、单株材积和蓄积量；计算林下各木本植物和草本植物的重要值，以物种重要值为指标，计测各样地林下木本植物和草本植物的物种丰富度指数R=S、Shannon-Wiener多样性指数、Simpson多样性指数和均匀度指数J=H/lnS。式中：S为物种数；Pi指第i个物种相对重要值的小数值[11]。采用SPSS 17.0软件进行单因素方差分析并进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 不同强度间伐对林分生长的影响

从表1看出，间伐后4 a的日本落叶松的平均胸径、树高、冠幅、单株材积和林分蓄积量均随间伐强度的加大而增加，平均胸径、树高、冠幅和单株材积4指标差异显著（P＜0.05），蓄积量指标差异不显著（P＞0.05）。多重比较显示，不同间伐强度的平均胸径和平均树高差异显著，不同间伐强度的平均冠幅和单株材积表现出弱度间伐强度与对照、与中度间伐强度间差异不显著，中度间伐强度与对照、与强度间伐强度间差异显著。不同间伐强度的日本落叶松林分和对照的蓄积量差异不显著。由于间伐降低了林分密度，减少了各强度间伐的日本落叶松林木个体间的竞争，促进其迅速生长，林木的胸径、树高、冠幅、单株材积和蓄积量等各项指标都表现出强度间伐＞中度间伐＞弱度间伐＞对照，强度间伐后的林分生长最好，胸径、树高、冠幅、单株材积显著大于对照和中、弱度间伐林分。间伐4 a后林分蓄积量虽较对照有增加，但没有显著性差异。

表1 不同间伐强度下日本落叶松林分生长情况†Table 1 Growth status of Larix kaempferi plantation forest with different thinning intensties

2.2 不同强度间伐对林下植物多样性的影响

由表2可以看出， 与对照林分相比，3种间伐林分下的木本植物、草本植物的物种数差异显著（P＜0.05），木本植物的物种数明显表现出随间伐强度的加大而增加，草本植物则表现出一定的波动性。与对照相比，间伐林分下的木本植物、草本植物的Shannon-Wiener多样性指数和Simpson多样性指数差异显著（P＜0.05），木本植物的Shannon-Wiener多样性指数和Simpson多样性指数随间伐强度的加大而增加，中度与弱度间伐之间差异不显著，中弱度间伐与强度间伐差异显著。草本植物的Shannon-wiener多样性指数和Simpson多样性指数也表现出波动性，强度间伐林分最高，但在3种间伐强度间差异不显著。对照林分和间伐林分林下木本植物、草本植物的Pielou均匀度指数差异均不显著（P＞0.05），没有表现出规律性变化。从表2还可以看出，相同间伐强度下，林下草本植物多样性各指标高于木本植物。总体上看，间伐有利于增加林下植物的多样性，且强度间伐的效果最好。间伐后林分郁闭度降低、光照条件变好，在一定程度上改善了林下水分和光照条件，明显提高了林下植物的种类和数量[1，14]。

表2 不同间伐强度日本落叶松林下植被物种多样性†Table 2 Species diversity of undergrowth of Larix kaempferi plantation forest with different thinning intensities

2.3 不同强度间伐对林下植物生物量的影响

从表3看出，间伐后林分林下植物总生物量、木本植物总生物量及其地上、地下生物量差异均显著（P＜0.05），并都表现出随着间伐强度的增大而增加，其中，林下植物的总生物量、木本植物的生物量和木本植物地上生物量在对照及不同间伐强度间的差异显著，木本植物地下生物量在对照与弱度间伐间、弱度与中度间伐间差异显著，对照、弱度、中度间伐林分与强度 间伐林分间差异显著。林下草本植物总生物量及其地上、地下生物量在对照林分和不同间伐林分间差异均不显著（P＞0.05）。这说明，间伐可以增加日本落叶松林下植物的生物量，并随着间伐强度的增大而增加。这是因为间伐疏开了乔木树种日本落叶松的林冠，降低了林分郁闭度，改善了林地光照条件，促进了林下植物的更新与生长。林下植物的生长与生物量的积累，有利于林地土壤养分有效性和养分循环，改善林分立地质量，增强水土保持能力。

表3 不同强度间伐日本落叶松林下植物生物量Table 3 Biomass of undergrowth of Larix kaempferi plantation forest with different thinning intensities kg/hm2

3 结论与讨论

（1）抚育间伐调整了林分密度，为保留木的生长创造了良好的生长环境，促进了林分生长。随着间伐强度的增加，林分平均胸径、平均树高和单株材积等显著增加，而林分蓄积量没有表现出显著性差异。这与董金伟等[5]对山东药乡林场和谭雨亭等[8]对鄂西北风垭林场日本落叶松人工林间伐后林分生长状况的结论基本一致。杨年友等[6]对本试验区其它林分的试验表明，间伐后林分平均胸径增加，林分蓄积量在较小间伐强度（20% ～33%）增加，在较大间伐强度（50%）下降。本研究是在经过卫生伐的基础上进一步的试验，两次间伐的总株数强度基本上在35%以下，本试验与杨年友等[6]的试验结果也基本一致。根据本试验结果并综合杨年友等[6]的研究，日本落叶松人工林间伐后，林分蓄积量在较小间伐强度（＜35%）增加，在较大间伐强度（＞50%）下降。在总间伐强度不变的情况下，分次间伐，逐步调控林分密度，更有利于林分生长。同时，也有利于防止一次较大强度的间伐降低林分对冰雪灾害的抵抗力[15]。林分蓄积量取决于单株材积和林分密度。间伐促进了单株材积的生长，但降低了林分密度。不同间伐林分的蓄积量，随着时间的推移，最终会趋向未间伐的对照林分，符合“最终产量恒定定律”[2]。这说明，不能单纯通过间伐提高林分生产力，但通过间伐等合理的密度调控措施，可以提高材种规格和木材质量，以获取最佳的经济效益。

（2）抚育间伐可以增加林下植物的多样性和林下植物的生物量，且强度间伐的效果最好。这与马履一等[1]对北京山区油松人工林间伐试验的结论一致。由于间伐后的时间只有4 a，森林生长发育周期长，间伐后4 a对林分生长和林下植物多样性的影响是短期的，特别是间伐对林下植被的影响不具有长期性，受到一定的时间和空间尺度限制[1，14]。随着时间的推移和林分郁闭度的恢复，林地环境发生新的变化，林下不同生活型植物对变化的林地环境作出新的不同的响应，林下植物的种类组成、物种多样性和生物量必将发生变化。

（3）本研究对日本落叶松中龄林不同强度间伐后4 a的林分生长及其林下植物多样性的影响进行了分析，间伐对林分生长及林下植物多样性的影响与时间尺度有关。对于森林生长进程而言，4 a对林分生长及林下植物多样性的影响是短期的。该研究反映了间伐对林分生长及其林下植物多样性的短期影响。随着时间的推移，林分生长和林下植物多样性受间伐方式、强度和频度等多种因素的综合影响，要想清楚了解林分生长以及林下植物种类、数量和生物量变化的动态过程，需要对不同间伐强度的林分生长和林下植被的动态变化设置固定样地进行长期定位观测，全面掌握抚育间伐后林分的变化，掌握其长时间尺度的动态变化规律，控制不同生长阶段林分的密度，促进林分结构优化和物种多样性维持。

（4）日本落叶松人工林是鄂西山区重要人工林类型，初始密度较大，大多数林分结构单一，林下植被发育差，生产力低下。确定适度的间伐强度，及时进行抚育间伐，是当前日本落叶松人工林经营迫切需要解决的问题。该试验和现有林的调查结果表明，抚育间伐对日本落叶松人工林林分生长和林下植被有显著的影响。在人工林经营实践中，应对间伐后的林分补植优良阔叶树种，丰富林下木本植物的多样性。

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