基于抚育间伐的福建柏人工林生长效果评价

汪国彬,沈秋水,龚伟勇,李渊顺,尤金攀,荣俊冬

(1.福建省安溪丰田国有林场，福建 安溪 362411；2.福建农林大学，福建 福州 350012)

1 引言

森林抚育间伐是促进林木生长、提升林木和林分质量、实现森林多种效益最大化的有效措施，但长久以来我国广泛存在“重造轻抚”问题[1]。无论是从生态效益还是经济效益方面考虑，大面积营造纯林都是不符合可持续林业发展理念，营造混交林并进行抚育间伐，可以有效改善林内光照，减少病虫害发生，促进林木生长及林下植被发育，有利于培育中大径材，同时改善了林分结构，增添生物多样性，提升森林生态效益[2～4]。在抚育间伐对林木生长的影响方面，已有一些相关研究表明，抚育间伐促进了保留木直径、断面积和蓄积等的增长[5-7]。福建柏(Fokieniahodginsii)属柏科(Cupressaceae)福建柏属，是我国二级重点保护的单型属常绿濒危树种，具有树形优美、生长快、适应性强等特点，为优良的园林绿化和造林树种，主要分布在越南及中国西南部、南部至东部的海拔 350～700 m 的林地，在我国以福建省中部最多[8，9]。早前，我国已经在福建柏栽培技术方面进行了一定的研究及探索，也有少量的一些与福建柏人工林抚育间伐相关的研究[10，11]。肖永元[10]，凌云天[11]等对福建柏人工林进行抚育间伐效应试验研究，结果得出，适当的抚育间伐可有效改善林内环境，促进福建柏生长，显著提高林分生产力。然而，就目前福建省安溪丰田国有林场的福建柏抚育间伐人工林生长现状研究甚少。因此，本文以经过不同强度抚育间伐的福建柏人工林为研究对象，通过测定福建柏胸径、树高、枝下高、冠幅以及单株材积等指标综合评价抚育间伐措施对人工林的福建柏生长状况的影响，为林场进一步做好福建柏人工林经营管理提供科学的依据。

2 材料与方法

2.1 研究区概况

试验地位于福建省安溪丰田国有林场(25°16′～20′ N，118°1′～57′ E)，地处福建省东南沿海，厦、漳、泉闽南金三角西北部，属典型的亚热带季风气候。气候条件温和，雨量充沛，全年平均气温19.5 ℃，最高37 ℃，最低0 ℃；年平均降水量1800 mm，夏季降水较多，无霜期330 d。土壤为黄红壤，花岗岩成土母质，土层较厚，可达60 cm。林下主要植被有芒萁(Dicranopterisdichotoma)、淡竹叶(Lophatherumgracile)、沿阶草(Ophiopogonbodinieri)、杜茎山(Maesajaponica)、五节芒(Miscanthusfloridulus)、乌毛蕨(Blechnumorientale)、菝葜(Smilaxchina)等。

2.2 样地设置

2019年12月份在福建省安溪丰田国有林场选取地形因子和初始种植密度基本一致的已经过抚育间伐的7种福建柏人工林，分别记为：试验林1，试验林2，试验林3，试验林4，试验林5，试验林6，试验林7，具体林分情况见表1。每种试验林地内分别选取15 m×15 m乔木标准地3个，共计21个标准地。记录海拔、坡度、坡向、坡位等立地环境因子，样地基本情况见表1。

表1 样地基本情况

2.3 指标测定及方法

2019年12月份对选取的7种福建柏林分的标准地进行每木检尺，测量样地内福建柏的树高、胸径、冠幅、枝下高，起测福建柏胸径≥5 cm，胸径采用围径钢卷尺测量树体距地面1.3 m处的直径，树高采用测高器先测定几棵标准树高作为参照，再根据参照目测其他周围福建柏树高，冠幅采用钢卷尺测定东西、南北冠幅，在求其东西、南北冠幅平均值，枝下高同样采用塔尺测量活枝垂直高度。径阶分布以2 cm为一个径阶，采用上限排外法进行福建柏株数在各径阶的分布情况统计。

福建柏平均胸径计算公式为：

(1)

式(1)中：N为样地内福建柏总株数；di为第i株林木的胸径；福建柏二元材积计算公式[12]：

V=0.00005685D1.629996H1.261954

(2)

一元材积计算公式为：

V=0.00009133D2.6423

(3)

2.4 数据处理与分析

利用Microsoft Excel 2010和SPSS 17.0软件进行数据统计分析，采用单因素方差分析进行显著性检验(P<0.05),同时采用LSD-最小显著差法进行多重比较，综合评价利用统计学软件进行主成分分析。

3 结果与分析

3.1 基于抚育间伐的不同福建柏林分生长差异性分析

基于抚育间伐的7种不同福建柏林分中福建柏胸径、树高、冠幅、枝下高和单株材积差异均极显著(表2)。试验林5的福建柏胸径在所有林分中最大，为17.20 cm，与其他林分间差异均显著；试验林1的福建柏胸径在所有林分中最小，为9.51 cm，总体上与其他林分间差异达到显著水平；7种林分的福建柏胸径大小依次为：试验林5>试验林3>试验林4>试验林6>试验林7>试验林2>试验林1。试验林5的福建柏树高在所有林分中相对较大，为12.14 m，两种林分与其他林分间差异显著；试验林7的福建柏树高则最小，为8.39 m，总体上与其他林分间差异显著；7种林分的福建柏树高依次为：试验林5>试验林4>试验林3>试验林2>试验林1>试验林6>试验林7。试验林1的福建柏枝下高在所有林分中最高，为6.05 m，与其他林分间差异均显著，而其他林分间差异均不显著，说明除了试验林外，其他林分福建柏枝下高无明显差异，均在1.79～2.51 m范围内。

试验林5的福建柏冠幅在所有林分中最大，为2.86 m，且与试验林4、试验林5和试验林3之间差异不显著，与试验林7、试验林2和试验林1之间存在显著差异；试验林2的福建柏冠幅在所有林分中最小，为2.10 m，且与其他林分间差异显著；7种林分的福建柏冠幅大小依次为：试验林6>试验林5>试验林3>试验林4>试验林7>试验林1>试验林2，所有林分冠幅均在2.10～2.86 m。试验林5的单株材积在所有林分中最大，为0.1381 m3，与其他林分间差异达到显著水平；试验林1的单株材积在所有林分中最小，为0.0429 m3，与试验林7和试验林2之间无显著差异，与试验林4、试验林5、试验林3和试验林6间差异显著；7种林分的福建柏单株材积大小依次为：试验林5>试验林3>试验林4>试验林6>试验林7>试验林2>试验林1。

表2 基于抚育间伐的不同福建柏林分生长差异性

3.2 不同福建柏林分抚育间伐后生长量分析

由表3分析可知，试验林1～7经过抚育间伐后，福建柏胸径、树高、单株材积生长量都很大程度提高了，胸径分别生长了3.41 cm，3.71 cm，5.27 cm，2.24 cm，7.40 cm，3.01 cm，2.66 cm，树高分别生长了3.44 cm，3.52 cm，4.34 cm，3.14 cm，6.44 cm，3.89 cm，3.69 cm，材积分别生长了0.0354 m3，0.0357 m3，0.0729 m3，0.0469 m3，0.1170 m3，0.0459 m3，0.0389 m3。其中，试验林1～7的福建柏材积增长率分别为70.86%、70.14%、73.56%、51.71%、84.72%、64.11%、61.65%。因此，间伐强度35%处理后的福建柏胸径、树高、单株材积生长最快，其它强度抚育间伐也促进了福建柏林分的生长。

表3 不同福建柏林分抚育间伐前后生长量

3.3 基于抚育间伐的福建柏一元和二元材积方程计算的材积比较

通过查阅大量文献可知，当前用于计算福建柏材积的常用公式有二元材积计算公式[10]：V=0.00005685D1.629996H1.261954；一元材积计算公式为：V=0.00009133D2.6423。将福建柏胸径值和对应的树高值代入两个方程中，可得基于抚育间伐的福建柏林分单株材积，见表4。分析可知，只用胸径值计算的单株材积均大于胸径、树高值计算的单株材积，试验林1～7的二元材积方程计算结果比一元材积计算结果分别低0.0099 m3、0.0137 m3、0.0261 m3、0.0099 m3、0.0320 m3、0.0090 m3、0.0176 m3。

表4 福建柏一元和二元材积方程计算的材积比较

3.4 基于抚育间伐的不同福建柏林分生长特性综合评价

通过对5个福建柏生长指标进行主成分分析，由表5可提取1个综合指标，代表5个单项指标的绝大部分信息，把这个综合评价指标定义为第1主成分，其特征值为3.904，其方差贡献率为78.072%，累积方差贡献率78.072%。由表5～表7分析可知，综合指标值F1=0.246ZX1+0.255ZX2+0.130ZX3+0.228ZX4+0.246ZX5，其中，ZX1、ZX2、ZX3、ZX4、ZX5分别为胸径、树高、枝下高、冠幅、单株材积的数据标准化后的变量。以主成分对应特征值的方差贡献率作为权重建立综合评价模型，其表达式为F=0.7807F1，由此表达式可计算基于抚育间伐的7种福建柏林分生长状况的综合得分值，并得出排名。根据综合得分，7种林分福建柏生长性状由优到劣为：试验林5、试验林4、试验林3、试验林6、试验林7、试验林2、试验林1。

表5 主成分特征值、方差贡献率及累积贡献率

表5 主成分系数

表6 基于抚育间伐的福建柏生长特性主成分因子得分值及排名

4 结论与讨论

本研究中，基于抚育间伐的7种福建柏林分中福建柏胸径、树高、冠幅、枝下高和单株材积差异性达到极显著水平。试验林5的福建柏胸径、树高、单株材积均在不同强度间伐的福建柏林分中最大。适宜的抚育间伐强度可最大程度提高林分生长效率，提高林分整体质量，促进树体及林分可持续健康发育[13～18]。而试验林1和试验林2的福建柏胸径、树高、冠幅、单株材积均在不同强度间伐的福建柏林分中较小，这可能是由于这两种林分的密度较大，导致福建柏生长状况比其他林分更差一些。所有林分中福建柏冠幅均在2.10～2.86 m，这可能是由于在采取抚育间伐措施处理下，福建柏生长更偏向于高径生长，以维持正常形态和生长稳定性[19]。试验林1～7经过抚育间伐后，福建柏胸径、树高、单株材积生长量都很大程度得到了提高，其中，间伐强度35%处理后的福建柏胸径、树高、单株材积生长最快，其它强度抚育间伐也最大程度促进了福建柏林分的生长。

采用二元材积计算公式：V=0.00005685D1.629996H1.261954，一元材积计算公式为：V=0.00009133D2.6423，计算的单株材积比较结果显示，只用胸径值计算的试验林1～7单株材积均大于胸径、树高值计算的单株材积。由于抚育间伐措施能够明显改善林分结构，改善林内光照、温度、适度等条件，进而促进林分生长，尤其是单株林木生长效果比较显著[20～23]，因此采用一元材积方程和二元材积方程计算的立木材积差异性，可能受抚育间伐因素的影响，并且是不可忽视的影响因素。

树体形态指标是评判林木生长状况最有效的指标，胸径、树高、枝下高、冠幅、单株材积可有效地反映林木生长状况，利用主成分分析法，根据综合评价值高低，得出基于抚育间伐的7种林分福建柏生长性状由优到劣为：试验林5、试验林4、试验林3、试验林6、试验林7、试验林2、试验林1。因此，在所有试验林中，试验林5、试验林4的生长效果相对最好。