间伐对不同龄组华北落叶松人工林直径生长的影响

2022-07-18王倩程顺李永宁

林业与生态科学 2022年2期

王倩，程顺，李永宁

(1河北农业大学林学院，河北保定 071000；2河北省塞罕坝机械林场，河北围场 068466)

我国人工林面积居世界首位，但森林质量不高，单位面积蓄积量远低于世界平均水平。森林抚育间伐是优化林分结构、改善林分质量、提高森林生产力的有效措施，抚育间伐的效果评价一直是森林经营反馈调节的关键环节，可不断地优化间伐作业设计，进而实现森林的精准经营。

抚育间伐可以改善林冠层的营养空间，促进林下植被更新，提高林分水源涵养能力，进而影响林分生长[1-9]。间伐后，林分直径生长量显著增加[10-11]，但不同龄组的林分直径生长对间伐的响应不同，有研究表明，与幼龄林、近熟林相比，中龄林间伐后林木生长较好[12-13]。也有研究认为，幼龄林间伐后生长较近熟林好[14]。间伐在促进林分生长的同时，也会改变林分直径结构[15-16]。有研究表明，间伐后林木个体生长空间增大，林木间竞争减小，直径生长速度加快，林分内大中径阶林木比例增加，直径分布趋于左偏[17-19]，也有研究认为，间伐使直径分布更趋于对称分布，从而使林分更稳定[20]。目前，关于间伐对林分直径结构影响的研究多侧重于相近林龄林分的比较，还缺少对不同龄组林分直径结构影响研究。

塞罕坝是京津冀地区重要的生态支撑区，华北落叶松(Larixprincipis-rupprechtii)作为该区主要的造林树种，对防风固沙、水源涵养、水土保持等起着重要作用。为此，基于塞罕坝不同龄组的间伐和对照样地，通过间伐后不同时期的华北落叶松直径数据，分析间伐对直径生长的影响，以期为本地区华北落叶松人工林的林分结构调整和可持续经营提供科学依据。

1 研究区概况

研究区位于河北省最北部的塞罕坝机械林场，属冀北山地与蒙古高原交汇区，地理坐标为E 116°51′～117°39′，N 42°02′～42°36′。本地属寒温性大陆季风气候，春秋两季较短，冬季漫长寒冷，年均气温-1.3 ℃，极端最低气温-43.3 ℃，极端最高气温33.4 ℃，年均降水量460 mm，年均无霜期64 d。研究区主要以丘陵和曼甸为主，坡度较缓，土壤类型有风沙土、草甸土和棕壤土等。林场森林覆盖率为82.6%，人工林面积为5.43万hm2，天然林面积为2.05万hm2，其中人工林面积占乔木林的72.6%，优势树种以华北落叶松、樟子松、白桦为主。

2 研究方法

2.1 样地设置与调查

2014年10月，在塞罕坝机械林场选择立地条件较好、生长正常的幼龄林、中龄林、近熟林的华北落叶松人工纯林，每个龄组设置间伐和对照样地各3块，共18块，样地面积为20 m×30 m，坡度为3°～14°，海拔为1 400～1 700 m。2014年11月按照“采劣留优、采弱留壮、采密留稀”原则对间伐样地进行采伐，以促进保留木健康生长。调查各样地的立地因子，并进行每木检尺；2016年10月、2018年10月进行复测，样地基本信息如表1。

2.2 直径生长变化

采用SPSS 22.0中单因素方差分析对不同龄组华北落叶松间伐和对照样地间伐后前2年(2014-2016年)以及后2年(2016-2018年)的直径生长量进行分析，比较不同龄组林分直径生长量以及间伐后2期直径生长量的差异。

2.3 直径结构拟合与分析

三参数Weibull分布函数因其具有较强的灵活性和适应性，可以拟合不同偏度、峰度以及不同林分类型的直径分布，对各种直径分布拟合效果良好，本研究采用此方法进行各龄组林分的直径分布拟合。采用ForStat 2.2中的统计分布假设检验功能，分布类型选择Weibull分布，对各样地的直径分布进行拟合，并采用Kolmogorov-Smirnov(K-S)检验法对拟合结果进行检验[21]。三参数Weibull分布函数的表达式如下：

x>a,b>0,c>0

(1)

式中：a为位置参数(最小径阶下限值)，b为尺度参数(径阶分布范围)，c为形状参数，x为径阶中值。13.6时，直径分布由对称逐渐移向左偏。

采用不同时期的间伐和对照样地直径分布的参数和偏度、峰度变化，分析不同龄组林分间伐后前2年、后2年直径分布随时间变化规律。

3 结果与分析

3.1 间伐对不同龄组直径生长的影响

间伐促进了保留木生长，且有加快的趋势，间伐样地的直径生长量显著大于对照样地。不同龄组间伐和对照样地的直径生长量单因素方差分析结果见图1。

图1 不同龄组间伐与对照直径生长量比较Figure 1 Comparison of diameter growth increment between thinning and control of different age groups注：括号内不同字母表示同一年龄间伐与对照直径生长量的差异显著，括号外不同字母表示间伐、对照前后2年直径生长量的差异显著(P<0.05)。

由图1可知，间伐后，间伐样地前2年、后2年直径生长量均明显大于对照样地(P<0.05)，且间伐样地后2 年直径生长量明显大于前2年直径生长量(P<0.05)，而对照样地两期直径生长量差异不显著(P>0.05)。进行抚育间伐后，林分密度降低，保留木获得了充分的生长空间且快速生长；间伐后由于对林分的干扰影响以及林冠先期扩展生长，使得后2年的直径生长量明显大于前2年。

间伐对幼龄林、中龄林、近熟林的直径生长量均有显著促进作用，但是不同龄组间存在明显差异。幼龄林、中龄林、近熟林的间伐样地直径生长量，前2年分别比对照样地高0.17 cm、0.23 cm、0.15 cm，后2年直径生长更快，分别比对照样地高0.21 cm、0.32 cm、0.17 cm。间伐对不同龄组样地直径生长量的促进作用表现为：中龄林>幼龄林>近熟林，即中龄林间伐后恢复最快。

3.2 不同龄组林分直径分布特征

不同龄组间伐和对照样地直径分布拟合检验结果见表2。

表2 不同龄组林分直径分布拟合检验P值Table 2 Fitting test P value of stand diameter distribution of different age groups

由表2可知，间伐样地中，无论是间伐前还是间伐后，幼龄林、中龄林、近熟林的林分直径分布均符合三参数Weibull分布，对照样地的直径分布也均符合三参数Weibull分布。间伐样地中P值在0.593～0.961之间，对照样地P值在0.549～0.825之间，各林分的拟合精度较高。不同龄组间伐样地的P值均大于对照样地，且随着时间增加，P值逐渐增大，说明间伐样地拟合效果较好；3个龄组的林分中，中龄林的P值最大，近熟林的P值最小，拟合效果表现为：中龄林>幼龄林>近熟林。

由不同龄组不同时期的直径分布拟合参数见表3。

表3 不同龄组林分直径分布拟合参数变化Table 3 Changes of fitting parameters of stand diameter distribution of different age groups

由表3可知，间伐样地直径分布拟合的位置参数a值较对照样地大，且均随时间的增加而逐渐增大；间伐样地的参数a值随林龄增大而增大，中龄林增长速度最快，近熟林增长速度最慢；对照样地的参数a值变化不大。对于尺度参数b值来说，间伐样地的b值均大于对照样地，且随时间增大而增大，但与林龄的关系不大。形状参数c值范围为2.621～4.352，间伐样地中，随时间的增加，幼龄林的c值逐渐增大，中龄林、近熟林的c值逐渐减小，最终均趋近于3.6；对照样地中，不同龄组林分的参数c值变化较小。

3.3 间伐对不同龄组直径结构的影响

不同龄组直径分布曲线变化见图2。

图2 不同龄组直径分布曲线变化Figure 2 Variation of stand diameter distribution curve of different age groups

由图2可知，不同龄组样地的Weibull分布曲线均表现为单峰山状分布，间伐样地的分布曲线随时间增加逐渐向右移动，且峰度逐渐降低，但均比对照样地高峰狭窄。2016-2018年间伐样地分布曲线峰值位置的移动距离均大于2014-2016年，前2年幼龄林、中龄林、近熟林分别移动1.51 cm、1.83 cm、1.32 cm，后2年分别移动1.76 cm、2.14 cm、1.41 cm；并且峰度降低程度也是后2年大于前2年，后2年幼龄林、中龄林、近熟林分别降低了3.53、4.31、3.24。对照样地的分布曲线峰值位置移动距离较间伐样地小，且表现为前2年略大于后2年，前2年分别移动0.78 cm、0.89 cm、0.56 cm，后2年分别移动0.47 cm、0.51 cm、0.36 cm；峰度也逐渐减小，但变化不明显。这说明间伐后林分生长速度加快，小径阶林木逐渐生长成为大径阶林木，直径分布曲线由陡峭变得平坦，且向右快速移动。

从曲线对称性来看，对于间伐样地，幼龄林的曲线c值由2.853增加到3.723，直径分布由右偏趋于对称，而中龄林、近熟林的曲线c值则由4.0左右降低到3.6附近，由左偏趋于对称的正态分布；对于对照样地，不同龄组的直径分布偏度变化不大，幼龄林的c值较小，均在2.7左右，呈右偏，而中龄林与近熟林的c值较大，均在4.0～4.3之间，呈左偏。

4 讨论

间伐显著促进了林分直径的生长，这与已有的多数研究结果一致[7-8,18,22]。在一定时期内，随着间伐时间增加，林分生长速度逐渐加快，本研究中间伐样地后2年林分直径生长量高于前2年，这与董莉莉等、胡云云等研究结果相一致[2,9]。但间伐对不同龄组林分直径生长的促进作用存在差异，有研究认为间伐对中龄林的抚育效果要高于幼龄林，也有研究认为中龄林的抚育效果明显高于近熟林，本研究认为间伐对直径生长的促进作用为中龄林>幼龄林>近熟林[12-13]。分析原因可能是中龄林处于直径的快速生长期，间伐后保留木获得了足够的生长空间，生长更快且促进作用更明显，而幼龄林处于径向生长的初期，近熟林处于径向生长的平缓期，直径生长速度较慢，抚育效果低于中龄林。

本研究中不同龄组的华北落叶松人工纯林直径结构均符合三参数Weibull分布，中龄林拟合效果最佳。林分密度是影响直径结构的重要因素[23]，合理的间伐可以促进林分结构发生改变[11,24-25]，致使直径分布向右移，峰度降低[26-27]，这与本研究结果一致。同时，本研究比较了间伐后不同龄组林分的直径动态变化，幼龄林表现为由右偏趋于对称，中龄林表现为由左偏趋于对称，与已有对幼龄林、中龄林的研究结果一致[16,18]。分析原因，可能是幼龄林间伐前密度较大，林分生长较慢，导致小径阶林木株数较多，直径分布呈右偏，实施间伐作业后，将被压木和长势较弱的林木伐除，保留木的光照和水分等营养条件充足，林木生长得到释放，从而大径阶林木逐渐增多。本研究还发现，间伐后近熟林的直径分布也由左偏趋于对称，与中龄林直径分布变化规律相似，表明在这两种林分中，中大径阶林木占比较大，但还保留有少量的较细林木，需要通过短周期、低频率的间伐不断完善林分结构。