丹凤县油松飞播林间伐后胸径结构和蓄积变化初探

卢永民，寇瑛楠,赵栋梁，黄 维，李卫忠*

(1. 丹凤县国有流岭林场，陕西 丹凤 726000；2.商州市商州区城周绿化工作站，陕西 商州 726000;3. 西北农林科技大学 林学院，陕西 杨凌 712100)

飞播造林是我国三大造林方式之一，是利用森林天然下种更新原理，用飞机向适于播种的偏远地区撒播林木种子，借助适宜的自然环境生长发育，从而扩大森林面积的一种造林方式[1,2]。我国飞播造林至今已有60年的历史[3]。飞播造林不仅具有造林快、效率高、成本低、范围广，可有效节省人力物的优点，还具有能进入人工造林困难的沙漠地带、地势复杂的边远山区等优势。但同时也存在一些问题，如飞播造林地环境恶劣，林木存活率较低；树种单一，易发生病虫害；由于飞播造林地通常是人难以进入地区，后期的经营管理较难进行，林木生长状况较差等[4]。因此，采取有效的抚育经营措施对飞播林的可持续经营具有非常重要的意义。

间伐是飞播林抚育中极为关键的环节，通过间伐措施可以有效改善飞播林中林木生长过密的状况，减轻林木间的竞争，提高森林经济和生态效益[5,6]。同时，通过间伐还可以改善林冠层的透光状况，有利于其他树种的萌生和林下植被的生长，进而提高生物多样性[7-10]。为了取得理想的森林抚育效果，间伐强度的合理选择就显得尤为重要[11-13]。目前，很多学者在抚育间伐对林分生长的影响方面进行了研究，高云昌等[14]在陕西省黄龙山地区研究了油松人工林在15%、30%和45%的间伐强度下的抚育成效。李志辉[15]以湘南地区马尾松为研究对象，解释了不同间伐强度下生物量的变化情况。洪长福[16]通过对连生桉树间伐的研究，探讨了不同间伐强度、起始时间、间伐次数和间伐方法下，桉树树高、胸径、蓄积等的变化。

油松(pinustabulaeformis)对不同环境均显示出极强的适应能力[17-19]，且由于其种子相对较重，在飞播过程中受到风力的干扰更小，因此，被认为是极为重要的飞播造林树种。本研究以陕西省丹凤县流岭林场油松飞播林为研究对象，对不同间伐强度处理6年后的油松林进行了调查分析，旨在揭示该地区油松飞播林胸径和蓄积分布变化的规律，为当地开展科学经营提供理论基础，也为未来该地区油松飞播林质量精准提升提供新思路。

1 研究区概况

丹凤县位于陕西东南部，地处秦岭东段南麓的商洛地区，东与商南县接壤，西与商州区毗邻, 南与山阳县相连, 北与洛南县相接。地理位置北纬33°21′32″～33°57′4″、东经110°7′49″～110°49′33″。丹凤县属亚热带半湿润与季风暖温带过渡性气候区，年均气温约13.8 ℃，年平均降水量687.4 mm，无霜期217 d。年平均日照时数为2 056 h。森林植被具有明显的垂直分布规律，在河谷及山坡中下部的低海拔地段，植物群落主要为落叶阔叶树种和亚热带常绿阔叶树种共同组成的混交林，在山坡中、上部地段，主要为针阔混交林或落叶阔叶林，土壤以山地棕壤和山地黄棕壤为主。

2 研究方法与数据处理

2.1 样地设置与调查

本研究选择1975年飞播形成的油松飞播林，飞播前进行了炼山。由于飞播造林撒种密度大，研究区内林分密度大，树木之间生长竞争激烈，树木个体生长状况较差。本研究选取了地形、海拔、立地质量相似的林分并设置5块面积为20 m×25 m的样地。其中一块为对照样地，其余四块根据试验设计进行不同强度的间伐。

在各个样地内，林木胸径用围尺测量，起始径阶为6径阶，精确到0.1 cm；树高使用塔尺测量，精确到0.1 m；林木的竞争状况分为五级：I、优势木；Ⅱ、亚优势木；Ⅲ、中间木；IV、被压木；Ⅴ、濒死木与枯立木；林木的健康状况依据是否有病害、虫害、断梢等分别进行登记。

2.2 间伐梯度设置和采伐木的选取

2012年5月对样地内树木的胸径、树高、郁闭度、健康等级、竞争状况等调查后，依据林木的健康程度、竞争状况、生长状况等筛选采伐木，并对样地按株数强度设计5个梯度进行间伐作业。分别为：0(对照样地，CK)；20%(弱度间伐，N20)；30%(较弱间伐，N30)；40%(中度间伐，N40)和50%(较强间伐，N50)。并于间伐作业6年后(2018年7月)对样地进行复测。依据样地原始状况和复测结果，统计采伐前后样地内林木生长的变化情况(表1)。

表1 各样地基本信息表

2.3 数据处理

林木蓄积采用林木的实验形数计算得到，公式为：

V=g1.3(h+3)fα

其中g1.3为林木胸高断面积，h为树高，fα为林木的实验形数，V为林木蓄积。

蓄积变化率和单木材积变化率的计算依据采伐后和采伐6 a后的蓄积与采伐前的蓄积而得到，计算公式为：

调查所得的各项数据采用R软件(3.5.5版本)进行处理，胸径和蓄积的分布变化状况图采用originPro软件制作。

3 结果与分析

3.1 抚育间伐作业对油松飞播林胸径的影响

对研究区内油松飞播林2012-2018年的6 a胸径变化进行分析，可以得出：各间伐强度对油松飞播林的生长有显著的影响。从图1和表1中可以看出，相较于2012年，2018年复测调查所得CK样地中油松的胸径有所增长，平均胸径增加到13.3 cm，20径阶的林木比例极大增加，并开始出现一些大径木(28径阶以上)，胸径的最大值达到33 cm，而中小径阶木的比例有所下降，这是林木自然稀疏的结果。而在N20样地中，间伐后平均胸径有小幅度的增长，这是由于间伐过程中主要选择小径阶且生长不良的林木作为采伐木。由于该样地间伐强度较小，在采伐6 a后，虽然可以观察到林木的胸径分布向大径阶方向偏移，18和24径阶的林木在采伐6 a后有显著的增加，但这种偏移的趋势并不明显。

图1 各样地采伐前后胸径分布变化趋势

此外，2018年的调查结果显示，该样地的林分平均胸径为16.6 cm，较2012年间伐后的平均胸径有显著的提高。大径木的比例也有增加，2018年样地中树木的最大胸径达到37 cm，比2012年采伐后增长6 cm。而低于12径阶的林木株数比例显著下降。在N30样地中，由于较多大量劣势木被伐，2012年采伐后，6、8、10径阶的林木比例显著降低。由图1可知，该样地中林木胸径的分布在两次观测中均呈现正态分布。就胸径分布的变化趋势而言，2018年的峰值出现在14径阶、平均值为14.78 cm，对比2012年伐前伐后的峰值和平均值(10径阶)均可以显著的观察到样地内林木胸径的增长。N40和N50样地中，大量小径阶的劣势被间伐，间伐前后胸径的生长量分别达到2.18 cm和2.30 cm，间伐后林分整体的胸径分布均向大径阶方向偏移。将大量劣势木间伐后，为保留木提供了较为充足的生长空间，保留木在6 a后，胸径增长显著，在N40和N50样地中，平均胸径的增长量分别达到了1.12 cm和1.59 cm。此外，在这两个采伐强度样地中，胸径最小值均在2018年出现了低于2012年采伐后胸径最小值的情况即新的实生苗出现，表明在这样的密度条件下，资源(光照、养分等)开始能够满足森林更新的需求[20,21]，人工飞播的油松开始能够完成自然更新并逐渐出现进界木。

3.2 抚育间伐作业对油松飞播林蓄积的影响

进行间伐作业前及6 a后，各个样地的总蓄积量如表2所示。间伐前及6 a后样地内的总蓄积变化率如图2所示。结果显示：CK外各个样地在采伐后蓄积变化的程度略小于株数变化程度，这是因为在间伐过程中，采伐木主要由生长竞争劣势树组成，而这些劣势树大都生长状况较差。样地内6 a后的蓄积增长率较2012年采伐后的蓄积增长率均有提高，其中N20增长幅度最大，达到28%，而N50的增长幅度最小，仅有24%，这是由于总蓄积的变化率受样地内株数影响强烈。此外，就密度而言，仅有N50样地没有达到样地采伐前的密度，这是由于过大的间伐强度导致蓄积的急剧减少，而6 a间恢复的蓄积低于间伐蓄积量。但就单木材积而言，N50中的平均单木材积变化率较2012年间伐后，增长率达到45%，显著高于CK样地中的单木材积变化率(25%)，这是因为大量的竞争劣势木被采伐后，保留木获得了更佳的生长条件。

图2 样地总蓄积变化曲线

表2 样地总蓄积

根据图3和表3，随着采伐强度的增加，2012年采伐后的单木材积显著增加，6 a后的各个样地的单木平均蓄积和单木平均蓄积变化率均大于CK样地，这表明，合适的间伐经营有利于该地区飞播油松林的生长。在N20样地中林木的单木蓄积量最大达到0.15 m3，高于其他三块采伐强度更高的样地，而变化率(图3)低于其他三块样地。这是因为N20样地中原始的株数密度较低，伐后株数密度相比于采伐强度更高的样地更少，故在6 a过程中，该样地树木间的竞争更小，单木所占有的生长空间更大，获得资源更多，故生长状况更好。在其余3块样地中，单木蓄积平均变化率和单木平均蓄积均为N50>N40>N30，与采伐强度显著相关关系。

图3 单木平均材积变化曲线

表3 采伐前后各样地单木平均材积变化

4 结论与讨论

本研究结果表明，随着间伐强度的增加，油松飞播林的胸径生长量表现为显著的增长趋势，与余碧云等在陕北地区对栓皮栎的研究[22]，赵麟萱等在大兴安岭对落叶松的研究[23]，黄鑫春在辽东地区对落叶松的研究结论相似[24]。这是因为油松飞播林在播种阶段的密度很大，而在种子发芽生长阶段，由于经营措施不健全和管理强度过低，导致林分密度过大，林分内部树木个体竞争激烈。间伐后林分密度降低，树木生长的空间得到显著改善。在较高间伐强度下，可以观察到进界木的出现，这与林分密度的降低有直接的关系，在过高密度下，更新幼树的生长受到竞争优势木的抑制，难以获取生长必须的营养与空间，故难以生长成为进界木，限制了林分的自我更新能力，不利于森林可持续发展[25,26]。

油松飞播林的蓄积变化受样地内株数密度的影响显著，在不同采伐样地与对照样地的对比中，发现高强度的间伐可以有效的提高油松飞播林的单木平均材积，这与李春明、孙德权、童书振、庄晨辉等学者在全国各地区的研究结论相似[27-30]。此外，单木材积及其变化率还受到样地初始株数密度的影响[31,32]。通过间伐可以有效的改善样地内树木间的竞争关系[33,34]，进而改善保留木的生长环境，提高飞播林林分质量。通过定期调查飞播林总蓄积的变化状况，可以对该地区油松飞播林最适密度进行评断，进而为科学合理经营油松飞播林提供理论依据[35,36]。