抚育间伐对人工云杉林林分生长和林下环境的影响

秦新永，缑婵娟

（甘肃省白龙江林业生态监测和调查规划院，甘肃兰州 730000，甘肃白龙江阿夏省级自然保护区管护中心，甘肃舟曲 746300）

白龙江林区主要以青海云杉（picea crassifolia kom）、粗枝云杉（Picea asperata）、青杄（Picea wilsonii）等主要树种构成的人工林群落，目前已成为甘肃南部森林生态系统的重要组成部分，在区域水源涵养、水土保持、生物多样性保育方面发挥着不可替代的作用[1，2]。林区有人工云杉林5.41 万hm2，大多已郁闭成林，但由于树种单一、初植密度过大、正常抚育未及时开展，出现生产力下降、林下物种单一、地力衰退、病虫害猖獗、火灾隐患较多、生态系统功能减弱等问题[2，3]。

抚育间伐是管理和经营森林的重要措施，经研究表明，近自然林经营方式既能维持生物多样性，提升森林生态系统功能，又能产生经济效益[4-7]。因此，如何优化人工云杉林结构，提高其生态系统服务功能，从而最大限度发挥生态效益，是白龙江林区森林管理的重要任务。通过对比研究间伐强度对白龙江林区人工云杉林林分生长和林下微环境变化的影响，从而为白龙江林区森林管理提供理论依据。

1 研究区概述

研究区位于甘肃白龙江森林生态系统定位观测研究站的沙滩林场，属岷山山系、高山地貌，地势南高东低，海拔1790～4536m。为北温带高寒湿润气候，年均气温4.3 ℃，最热月7 月，平均气温20.8 ℃；最冷月1月，平均气温-13.3 ℃；年均无霜期96.7d，年均降水量951mm，多集中在7、8 月；蒸发量918.8mm，年平均气温4.3～5.7 ℃，空气相对湿度82%，年均日照时数1394.8h，日照率32%。土壤类型属于棕壤土、灰褐土[3]，植被类型主要以粗枝云衫、青海云杉、冷杉等亚高山针叶林为主，主要乔木树种有粗枝云杉、冷杉、桦木等；灌木有金露梅、悬钩子、忍冬等；草本植物主要有东方草莓、香薷、苔草、甘肃棘豆等。

粗枝云杉林成林过程，1976 年春季，采用人工植苗、单株单穴的方式，栽植4a 生云杉幼苗，初植密度440 株/667m2，株行距1m×1.5m。1989 年，成为密闭人工云杉林，分别于1989、1992 年抚育间伐，间伐后进行封山育林。

2 材料与方法

2.1 调查方法

2013 年，在阳坡地段的粗枝云杉林，随机选取3 块规格10cm×10cm，不同密度且有代表性的样地，依次标记为重度、中度、轻度间伐（HT、MT、LT），对应密度分别为＜425 株/hm2、625～800 株/hm2、1125～1300 株/hm2。同时，设置对照组（CK），密度为2000～2600 株/hm2。上述每个样地分别设置3 个重复，观测每个样方内乔木的个体数、树高、灌幅、胸径。调查中，幼树定义为DBH＜10cm、树高＞1.3m；幼苗定义为H≤1.3m，共计样方12 个。为了比较不同群落幼苗大小特征，将幼苗分为以下5 个等级（见表1），并在乔木样方的中心，测定林下光照和枯枝落叶厚度。

表1 幼苗大小结构标准

2.2 公式计算与数据处理

研究采用的林分生长指标主要有：平均胸径、树高、灌幅、林分株数、蓄积。数据采用Excel 和统计软件SPSS15.0 进行处理。

3 结果与分析

3.1 抚育间伐对人工云杉林分生长的影响

抚育间伐能促进保留木林分生长，增加胸径、冠幅、树木蓄积。沙滩林场人工云杉林抚育间伐试验地于1981 年建立，初建时林龄16a，密度379 株/667m2，平均胸径7.50cm。于1985 年、1996 年分别进行2 次抚育，（1）对照区平均胸径11.95cm，轻度、中度、重度间伐区平均胸径25.50cm、28.70cm、34.50cm，与对照相比，林木胸径分别增加46.89%、58.36%、65.36%。（2）对照区冠幅9.82cm，轻度、中度、重度间伐区分别为11.80cm、14.51cm、18.1cm，与对照相比，林木冠幅分别增加16.78%、32.32%、45.81%。（3）对照区树高24.12m，轻度、中度、重度间伐区的树高分别为24.21m、24.35m、25.32m，与对照相比，林木树高分别增加0.3%、0.8%、5%。（4）对照区的林木蓄积量3976m3/hm2，轻度、中度、重度间伐区林木蓄积分别为2765m3/hm2、2128m3/hm2、2012 m3/hm2，与对照相比，林木蓄积分别减小49%、46%、30%。

由图1 可知，抚育间伐明显增加了林木胸径、冠幅，与对照组相比，重度间伐的胸径和冠幅增加最为明显；抚育间伐对树高影响不明显，重度间伐仅增加了5%；抚育间伐减小了林木蓄积量，且重度间伐林木蓄积量减小最为显著。

图1 不同间伐强度对林分生长的影响

3.2 抚育间伐对林下幼苗、幼树的影响

抚育间伐能丰富幼苗、幼树生长及林下植物的多样性，增加林下幼苗和幼树的平均密度、高度。由图2 可知，随着间伐强度的增加，轻度、中度、重度间伐区的幼苗、幼树平均密度分别为1560 株/hm2、2558 株/hm2、5870 株/hm2，与对照相比，幼苗、幼树平均密度分别增加58%、123%、280%。轻度、中度、重度间伐区幼苗高度分别为30cm、42cm、48cm，与对照相比，幼苗、幼树平均高度分别增加22%、34%、59%。由此可知，间伐可增加幼苗、幼树数量和高度，加快幼苗、幼树生长速度，促进人工云杉林的更新。

图2 不同间伐强度对幼苗、幼树生长的影响

3.3 抚育间伐对光照和林下枯枝落叶厚度的影响

抚育间伐对林下微气候环境也会产生重要影响。由图3 可知，随着间伐强度的增加，林下光照显著增加，分别为6250Lux、8769Lux、28650Lux，与对照相比，分别增加245%、357%、956%，其中，重度间伐效果最为明显。随着间伐强度的增加，林下枯枝落叶层厚度减小，分别为3.7cm、2.7cm、2.3cm，与对照相比，分别减小16%、28%、53%，其中，重度间伐效果最为显著。由此可见，间伐有利于林下植被的生长和森林更新，不同强度的间伐影响也不同，重度间伐对林下光照和枯枝落叶厚度的影响最大。

图3 不同间伐强度对林下环境变化的影响

4 结论与讨论

抚育间伐是影响人工林健康生长的重要影响影子，研究间伐强度对人工云杉林林分生长及林下环境的影响，对于人工林生态系统健康可持续发展具有重要意义。抚育间伐的作用，首先，能显著加快人工云杉林保留木快速生长，随着间伐强度的增加，间伐样地的保留木生长也显著增加，间伐样地生长速度显著大于对照样地。其次，能显著增加林冠开阔度，较好地改善林分结构和林下微环境[8-10]。由于林冠开阔，植物光合作用加强，植物生长加快，因而保留木的胸径、树高、冠幅均得到增加。最后，光照的增加、林冠的开阔，更容易形成动物栖息地，提升动物对物种种子的传播几率，可促进种子的萌发及森林更新[11-12]。

如果林地光照水平较弱、土壤温度较低、种间竞争较强，会严重限制土壤种子库的发展及种子的萌发和生长[12]。通过本研究可知，重度间伐的林木平均胸径、冠幅、树高均明显大于对照样地。其中，以重度间伐影响最为明显，可显著减少林木郁闭度，改善林内光照及林下微气候条件，幼苗密度显著高于中度、轻度间伐样地、对照样地。

由表2 可知，林内光照条件是决定幼苗生长的主要因素，枯枝落叶层厚度也对幼苗密度具有抑制作用。有研究表明，亚高山针叶林林下枯枝落叶层厚度对其土壤种子库的生长及萌发具有严重的物理阻碍作用[12-13]。由于松针分解十分缓慢，一方面减缓了养分循环，另一方面较厚的枯枝落叶层会严重阻碍幼苗萌发[12，14]。因此，针对白龙江林区人工云杉林经营管理，应在不伤害植被生长的同时，去除部分枯枝落叶层。随着间伐强度的增加，重度间伐样地幼苗密度和幼树高度均显著高于对照样地，从间伐强度来说，重度间伐较为适宜。白龙江林区大部分人工林存在密度过高的情况，有必要对其云杉林进行多次间伐。

表2 不同间伐强度下幼苗密度与林下环境条件的关系

5 结语

综上所述，抚育间伐可明显增加林木胸径、冠幅、树高、林下光照及生物多样性，减小枯枝落叶层厚度和林分蓄积量，提高森林生产力和生态系统功能，同时，促进森林更新，降低森林病虫害和森林火灾发生几率。随着近年来人工林经营理念由用材林转为生态公益林，为了更好地实现白龙江林区人工云杉林的成功转型，必须对其进行抚育间伐，间伐强度应根据初植密度而定。

在本研究中，初植密度6500 株/hm2的云杉中龄林，选择400～425 株/hm2的间伐强度，17a 后林下乔木生长状况最佳，幼苗生长较好。由此表明，适宜强度的间伐对人工云杉林林分生长及林下微环境的改善是非常有必要的，其既是实现白龙江林区人工云杉林最大生态效益的重要途径之一，又是保持林区可持续经营的重要措施。