劉文　王敏增　蘭欣　溫靜　王奇峰

(北京市西山試驗林場，北京，100093)

?

撫育間伐強度對側(cè)柏林及林下植被生長的影響1)

劉文王敏增蘭欣溫靜王奇峰

(北京市西山試驗林場，北京，100093)

摘要以北京市西山試驗林場干旱陽坡側(cè)柏為研究對象，分析撫育間伐強度與側(cè)柏林生長、天然落種更新、林下植被生長及林下植物多樣性的變化特征，并對不同間伐強度進行森林健康等級評價。結(jié)果表明：撫育間伐對林木單株的直徑和高生長具有顯著的促進作用；天然更新的數(shù)量及其分布特征與撫育間伐強度關(guān)系較大，低強度間伐林分天然更新數(shù)量和種類較少，隨著間伐強度增大，更新數(shù)量和種類隨之增加，40%間伐強度為40%時，林內(nèi)中生樹種更新最多；撫育過程中林窗的分布情況是決定林下灌、草植物多樣性及其分布特征的主要因素；不同強度撫育后林下植物Simpson多樣性指數(shù)和Shannon-Wiener多樣性指數(shù)增大；從生產(chǎn)力、群落結(jié)構(gòu)功能、抵抗力(干擾)、效益等4個方面9個指標對林分健康等級進行評價，間伐強度為40%時，林分達到健康水平。

關(guān)鍵詞側(cè)柏林；間伐強度；林木生長；多樣性指數(shù)

撫育間伐是森林經(jīng)營作業(yè)的一項重要措施[1]，從森林經(jīng)營理論的發(fā)展歷史來看，撫育間伐的目標從單純地以收獲木材為主發(fā)展到以實現(xiàn)森林的多效益、多目標經(jīng)營為主。然而這些理論的共同點是強調(diào)森林經(jīng)營管理應(yīng)該將森林生態(tài)系統(tǒng)作為整體進行考慮，并以長期維持系統(tǒng)的穩(wěn)定性為前提[2]。國外對撫育間伐與森林生態(tài)系統(tǒng)的影響以及對林木材性的影響研究較多[3-5]，國內(nèi)的研究多集中在撫育間伐對林木個體生長、森林結(jié)構(gòu)及碳儲量變化的影響方面[6-8]，對于撫育間伐后，林木生長與林下植被生長的關(guān)系研究較少。本文以西山林場主要優(yōu)勢樹種側(cè)柏(Platycladus orientalis)人工林為研究對象。從不同間伐強度下林木及林下植被生長的差異化，探討撫育間伐對側(cè)柏林生長的影響。通過研究撫育間伐與側(cè)柏林生長及林下更新狀況的關(guān)系，既解決了西山林場現(xiàn)有的側(cè)柏林撫育技術(shù)難題，也可為北京低山區(qū)的側(cè)柏林的科學(xué)經(jīng)營和管理提供技術(shù)支持。

1研究區(qū)概況

西山試驗林場位于北京市近郊小西山，地跨海淀、石景山、門頭溝3區(qū)，是以經(jīng)營風景林為主的城市景觀生態(tài)公益型國有林場，總面積為5 949 hm2，森林覆蓋率為92.22%。西山林區(qū)是距北京市區(qū)最近的山林，與香山公園、臥佛寺、碧云寺、八大處等名勝古跡相鄰，構(gòu)成著名的西山風景旅游區(qū)。小西山屬太行山系的低海拔石質(zhì)山，山區(qū)海拔200～400 m，最高峰克勒峪海拔800 m，年降水量660 mm。小西山土層較薄，一般30～50 cm，土壤中石礫含量多，立地條件較差，不利于造林和樹木生長。小西山有維管束植物90科286屬517種。樹種主要有側(cè)柏(Platycladus orientalis)、油松(Pinus tabulaeformis)、栓皮櫟(Quercus variabilis)、刺槐(Robinia pseudoacacia)、山桃(Amygdalus davidiana)、黃櫨(Cotinus coggygria Scop.)、桑樹(Morus alba)、山杏(Prunus armeniaca)、元寶楓(Acer truncatum)、槲櫟(Quercus aliena)、臭椿(Ailanthus altissima)、榆樹(Ulmus pumila)、白蠟(Fraxinus chinensis)、蒙桑(Moru smongolica)、欒樹(Koelreuteriapaniculata)等。

2研究方法

2.1樣地設(shè)置

選取具有代表性的低山陽坡側(cè)柏林為研究對象，立地類型為低陽薄堅型，樣地海拔為200～400 m，樣地內(nèi)側(cè)柏為20世紀50年代的人工造林，林齡60 a，于20世紀80年代統(tǒng)一進行過撫育間伐，樣地林分密度為2 400～2 650株/hm2。設(shè)置10塊固定樣地，對照樣地(A1、A2，間伐強度0%)、弱度(B1、B2，間伐強度10%)、中度(C1、C2，間伐強度25%)、強度(D1、D2，間伐強度40%)、重度(E1、E2，間伐強度55%)。為確保調(diào)查數(shù)據(jù)的準確性，每種強度間伐進行3次重復(fù)處理。樣地規(guī)格均為20 m×20 m，撫育間伐時間為2010年9月，間伐前，對各樣地的林木進行每木檢尺，3 a后對研究指標進行再次調(diào)查。

2.2調(diào)查計算

每木胸徑使用胸徑尺測量;樹高使用魚竿測量。

幼苗(直徑小于5 cm)更新調(diào)查：在樣地4角及中心共設(shè)置5個2 m×2 m的樣方，按照順時針對小樣方進行編號和分別量測記錄。調(diào)查幼苗的種類、株數(shù)。

灌木調(diào)查：在每個標準地內(nèi)均勻選取3個5 m×5 m的樣方，用測繩標出界線。調(diào)查灌木的種類、蓋度、數(shù)量等。

草本調(diào)查：在灌木調(diào)查樣方中心取1 m×1 m小樣方進行草本植物調(diào)查。調(diào)查草本的種類、蓋度等。

生物多樣性指標：選用了Simpson多樣性指數(shù)(D)和Shannon-Wiener多樣性指數(shù)(H)2個指標[9]。

2.3林分健康評價

采用Costanza的VOR模型為雛形，建立評價體系模型來進行健康評價。從生產(chǎn)力、群落結(jié)構(gòu)、抵抗力(干擾)等方面挑選包括平均胸徑、郁閉度、喬木層密度、幼苗更新密度、灌木物種多樣性Simpson指數(shù)、草本物種多樣性Simpson指數(shù)、病蟲危害比率、火險等級、有機質(zhì)含量在內(nèi)的9個健康評價指標(見表1)。

表1　人工林健康指標分級標準

在調(diào)查、計算并且分級之后，采用加權(quán)累計法進行評分[10]，對西山地區(qū)人工林健康狀況計算總分。Ui=∑(Uij×Wj)。式中:Ui為各樹種人工林健康的評價得分；Uij為各樹種人工林不同森林健康指標的等級得分；Wj為j指標的權(quán)重；i為各樹種；j(j=1、2、3、…、9)為人工林健康評價指標。采用評價指標分值法，對需要進行評價的林分以小班為單位，按評價指標逐項計算指標分值，Ⅰ級3分、Ⅱ級2分、Ⅲ級1分，表1中9個評價指標權(quán)重相同，均為1/9。

根據(jù)以上評價方法和指標體系，結(jié)合復(fù)合結(jié)構(gòu)功能指標法[11]，把森林健康的等級劃分為3個等級，將0≤Ui<1.8劃分為不健康等級、1.8≤Ui<2.4劃分為亞健康等級、2.4≤Ui≤3劃分為健康等級。

3結(jié)果與分析

3.1撫育間伐對側(cè)柏林生長的影響

撫育間伐是調(diào)控林分密度的有效措施[12]。從圖1、圖2可知，不同撫育間伐強度對保留木胸徑、樹高的生長有顯著影響。對低山陽坡的側(cè)柏來說，保留木平均胸徑生長量與撫育間伐強度呈現(xiàn)明顯的正相關(guān)；間伐強度越大，胸徑生長量越大，間伐強度在0～40%時，隨間伐強度的增加，平均胸徑生長量顯著增加；40%間伐強度處理時，平均胸徑生長量為1.2 cm，而55%強度處理時，平均胸徑生長量增加不顯著，說明40%強度處理下，側(cè)柏林分株間競爭已不明顯，其胸徑生長也達極限。隨間伐強度的增加，保留木平均樹高生長量呈現(xiàn)出先增降的變化趨勢，在10%間伐強度處理時，平均樹高生長量最大，在25%、40%、55%間伐強度處理下，平均樹高生長量逐漸降低，但和對照處理相比，仍有較大幅度的增加。這是由于西山林場現(xiàn)有側(cè)柏林仍處于中幼齡林階段，存在密度過大，樹木的生長停滯等現(xiàn)象[13]，對其進行10%間伐強度處理后，有效改善了林分光照環(huán)境，促進了側(cè)柏的高生長。間伐強度過大后，雖然林分光照環(huán)境有所改善，但與周圍林木不能形成有效競爭，故高生長也較為緩慢[14]。

圖1　撫育間伐對平均胸徑生長量的影響

圖2　撫育間伐對平均樹高生長量的影響

3.2撫育間伐對林下植被生長的影響

3.2.1撫育間伐對林下天然更新的影響

由圖3可知，不同撫育間伐強度處理下，側(cè)柏人工林林下天然更新數(shù)量有較大變化，側(cè)柏林下天然更新樹種較多。依據(jù)樹木生長特性，依據(jù)調(diào)查結(jié)果，將山桃、山杏、臭椿、桑樹歸為先鋒樹種，將元寶楓、君遷子(Diospyros lotus)、欒樹、栓皮櫟歸為鄉(xiāng)土耐蔭樹種。隨著間伐強度的增大，天然更新先鋒樹種數(shù)量隨之增多，間伐強度55%處理樣地中，先鋒樹種數(shù)量最多(24株)。在間伐強度40%的處理樣地中，鄉(xiāng)土耐蔭樹種數(shù)量最多(17株)；在間伐強度55%處理樣地中，鄉(xiāng)土耐蔭樹種卻相對減少(14株)。說明隨著間伐強度增大，林內(nèi)光照空間的增多，先鋒樹種具有較強的生長能力而迅速增多，林窗面積越大，先鋒樹種數(shù)量就越多，鄉(xiāng)土耐蔭樹種并沒有隨著林窗面積增大而一直增加。因為過大的林窗對鄉(xiāng)土耐蔭樹種不能形成有效的庇蔭，反而使陽性先鋒樹種占據(jù)絕大生長空間。在撫育間伐中，為使天然更新的鄉(xiāng)土耐蔭樹種更好生長，應(yīng)采取適當?shù)拈g伐強度，既讓鄉(xiāng)土耐蔭樹種得到充足的光照，又不讓先鋒樹種迅速擴散而影響其生長。當然，對鄉(xiāng)土耐蔭樹種更新來說，最佳的撫育間伐強度還需要我們進一步研究確定。

圖3　撫育間伐對天然更新種數(shù)量的影響

3.2.2撫育間伐對林下植物種類的影響

林下天然更新樹種與林內(nèi)光照條件有密切關(guān)系[15]。由表2可知，山桃、山杏、君遷子、元寶楓、栓皮櫟等樹種數(shù)量隨著間伐強度的增加呈現(xiàn)先增后減的趨勢，山桃、君遷子、元寶楓、栓皮櫟等均在40%間伐強度下數(shù)量最多(分別為12、8、8、14株)，山杏數(shù)量在25%間伐強度下數(shù)量最多(13株)。臭椿、桑樹、欒樹等數(shù)量則隨著撫育間伐強度增大而增多。這說明撫育間伐確實能明顯增加林內(nèi)天然更新數(shù)量，而40%間伐強度下，林內(nèi)環(huán)境最適宜鄉(xiāng)土耐蔭樹種栓皮櫟和元寶楓的生長，欒樹則在55%間伐強度下數(shù)量最多(9株)，這和欒樹喜歡光照，對生長空間要求較高的特性有關(guān)。山杏數(shù)量在40%、55%的間伐強度下反而減少，或與調(diào)查樣地周邊山杏種源分布有關(guān)。分類統(tǒng)計表明，先鋒種數(shù)量隨著光照空間的增加直線增加，而鄉(xiāng)土耐蔭樹種樹種則在撫育間伐強度40%處理下數(shù)量最多，過多的光照反而對鄉(xiāng)土耐蔭樹種的更新有抑制作用，這與鄉(xiāng)土耐蔭樹種幼年喜歡庇蔭環(huán)境的特性有關(guān)。

3.2.3撫育間伐對林下植被生長的影響

調(diào)查發(fā)現(xiàn)，低山陽坡側(cè)柏林下灌木優(yōu)勢種以馬鞭草科-荊條為主，草本層以莎草科-披針葉苔草、禾本科-中華隱子草等為主，這些植物的生長也反應(yīng)出西山林場土壤貧瘠的特性。由表3可知，草本和灌木均勻度指數(shù)均呈現(xiàn)出先升降的規(guī)律，40%間伐強度處理下，勻度指數(shù)最大，草本均勻度指數(shù)為0.258，灌木均勻度指數(shù)為0.534；55%間伐強度處理下，勻度指數(shù)略有下降，草本和灌木均勻度指數(shù)分別為0.246、0.453。但相比對照而言，勻度指數(shù)還是有較大的增長幅度，說明撫育間伐增加了林窗面積，從而促進了林下草本、灌木植物的不均勻分布。Shannon-wiener指數(shù)則隨著間伐強度的增大直線增加，55%強度處理時，該指數(shù)達到最大值(草本和灌木分別為1.936和9.82)，說明撫育間伐措施不僅增加了喬木層的生長，同時也促進了林下植被的生長更新。

表2　撫育間伐對林下更新種分布的影響

間伐強度較小時，林分郁閉速度快，林內(nèi)光照相對較弱[16]，光照不足必然會阻滯林下植物的生長發(fā)育。此時，開展適度合理的撫育間伐作業(yè)，能改善林內(nèi)的生境條件，促進林下植物的生長和繁衍。

表3　間伐強度對林下植物多樣性的影響

3.3撫育間伐對側(cè)柏林健康等級的影響

采取撫育間伐后，側(cè)柏林森林健康等級有了較明顯的改善。對照樣地和撫育間伐強度為10%的樣地健康評為1.3分，仍處于不健康水平，撫育間伐強度為25%、55%處理樣地，健康評分分別為1.9、2.3，林分整體達到亞健康水平，而40%強度處理下，側(cè)柏林分得分2.5，達到了健康水平。由此表明，撫育間伐是改善林分狀況高效而有力的方法。所以，應(yīng)該通過林場主導(dǎo)功能定位及森林培育方向，有針對性地確定側(cè)柏林分適當?shù)膿嵊g伐強度，40%間伐強度處理對側(cè)柏林分整體狀況均有很大的改觀，是可以試驗推廣的理想間伐強度。

4結(jié)論

通過分析不同撫育間伐強度后側(cè)柏林木生長和林下更新種類、數(shù)量變化情況可以得出以下結(jié)論：

西山林場現(xiàn)有大面積側(cè)柏林健康水平為不健康。普遍存在長勢弱、密度偏大、林種單一、林下更新種類和數(shù)量少等問題。開展撫育間伐能有效促進林木生長，增加林下生物多樣性，尤其有利于鄉(xiāng)土闊葉樹種的更新生長，對維持側(cè)柏林分生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性和森林健康水平有積極的作用。

定量地確定側(cè)柏林的撫育間伐強度，要結(jié)合林分培育目標進行。以側(cè)柏林木個體高生長為目標時，要采取低強度撫育間伐；以改善林分結(jié)構(gòu)為目的時，要采取較大強度的撫育間伐。但是，過大強度的撫育間伐反而會引起林分逆向演替，具體表現(xiàn)為先鋒樹種、灌木草本生長旺盛，但更新種類減少，多樣性水平下降。

撫育間伐強度與林下天然更新種的數(shù)量及其分布有密切關(guān)系。低間伐強度下，天然更新種類和數(shù)量較少；40%強度間伐時，林內(nèi)天然更新狀況良好，且鄉(xiāng)土耐蔭樹種占據(jù)優(yōu)勢，但過大的間伐強度導(dǎo)致先鋒樹種泛濫，反而影響了鄉(xiāng)土耐蔭樹種的生長。

對林分進行適度的撫育，能夠改善林內(nèi)的生境條件，促進林下植物的生長和繁衍。撫育過程中，林窗的分布情況是決定林下灌、草植物多樣性及其分布特征的主要因素，林窗面積越大，林下植被生長越旺盛，但植被均勻度越差。

此外，在培育側(cè)柏林的過程中，需要充分考慮林分生態(tài)、景觀等綜合效益的發(fā)揮。由于樣地設(shè)置時間仍然較短，本文調(diào)查的各項指標還需進一步跟蹤研究。

參考文獻

[1]杜紀山，唐守正.撫育間伐對林分生長的效應(yīng)及其模型研究[J].北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報，1996，18(1):79-83.

[2]陳守常．森林健康理論與實踐[J]．四川林業(yè)科技，2005，26(6)：14-16.

[3]EMMINGHM W M， RICK F， STEPHEN F， et al.Comparing tree and stand volume growth response to low and crown thinning in young natural Douglas-firstand[J].Western Journal of Applied Forestry，2007，22(2):124-133.

[4]SEAN C T, CHARLES B, HALPERN, et al.Plant diversity in managed forests: Understory responses to thinning and fertilization[J].Ecological Applications，1999，9(3):864-879.

[5]JESSICA K A， DEBORAH L M， GEORGE W T.Changes in understory vegetation and soil characteristics following silvicultural activities in a southeastern mixed pine forest[J].Journal of the Torrey Botanical Society，2007，134(4):489-504.

[6]明安剛,張治軍,諶紅輝,等.撫育間伐對馬尾松人工林生物量與碳貯量的影響[J].林業(yè)科學(xué),2013,49(10):1-6.

[7]李春明,杜紀山,張會儒.撫育間伐對森林生長的影響及其模型研究[J].林業(yè)科學(xué)研究,2003,16(5):636-641.

[8]尤文忠,趙剛,張慧東,等.撫育間伐對蒙古櫟次生林生長的影響[J].生態(tài)學(xué)報,2015,35(1):56-64.

[9]徐揚，劉勇，李國雷，等.間伐強度對油松中齡人工林林下植被多樣性的影響[J].南京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2008，32(3):135-138.

[10]彭道黎，張志華，靳云燕.北京市生態(tài)公益林經(jīng)營目標及指標體系的研究[J].林業(yè)調(diào)查規(guī)劃,2006,31(6):16-19.

[11]孔紅梅,趙金柱,姬蘭柱,等.生態(tài)系統(tǒng)健康評價方法初探[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報,2002,13(4)：486-490.

[12]謝華.杉木人工林撫育間伐效應(yīng)研究[D].合肥:安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)，2007.

[13]閻海平、譚笑、孫向陽，等，北京西山人工林群落物種多樣性的研究[J]，北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報，2001,23(2):16-19.

[14]史宇,余新曉,岳永杰，等.北京山區(qū)天然側(cè)柏林種內(nèi)競爭研究[J].北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報,2008,30(S2):36-40.

[15]任立忠，羅菊春，李新彬.撫育采伐對山楊次生林植物多樣性影響的研究[J].北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報，2000，22(4):14-17.

[16]熊有強，盛煒彤，曾滿生.不同間伐強度杉木林下植被發(fā)育及生物量研究[J].林業(yè)科學(xué)研究，1995，8(4):408-412.

第一作者簡介：劉文，女，1982年6月生，北京市西山試驗林場，工程師。E-mail：shading9316@qq.com。 通信作者：王奇峰，北京市西山試驗林場，高級工程師。E-mail：wqifg@163.com。

收稿日期：2015年12月14日。

分類號S718.5

Effects of Thinning Intensity on the Growth of Platycladus orientalis and Understory Vegetation//

Liu Wen, Wang Minzeng, Lan Xin, Wen Jing, Wang Qifeng(Beijing Xishan Experimental Forest Farm, Beijing 100093, P.R.China)//

Journal of Northeast Forestry University，2016,44(7)：4-7,18.

Taking Platycladus orientalis on arid sunny mountain slopes of Beijing xishan experimental forest farm as object of study, we studied the effect of tending thinning intensity on Platycladus orientalis forest growth, nature falling seed regeneration, undergrowth vegetation growth and change characteristics of plant diversity, and evaluated the different thinning intensity on forest health level.The tending thinning played a significant promoting role on the diameter and height of single tree.There is close connection between the quantity and distribution characteristics of natural regeneration and tending thinning intensity.Low intensity thinning forest stand leads to less natural regeneration and variety, with the increase of thinning intensity, the number and variety of natural regeneration increase accordingly.When thinning intensity reaches 40%, shade-tolerance tree species in forest area regenerate the greatest.The distribution of forest gap during tending process decides the diversity and distribution of undergrowth forests and grass plant.Under different intensities of tending, undergrowth Simpson and Shannon Wiener diversity index are increased.We evaluated forest health level based on productivity, community structure features, resistance (interference), benefits and nine indexes, and 40% thinning intensity can achieve healthy forest stand.

KeywordsPlatycladus orientalis; Thinning intensity; Tree growth; Diversity index

1)北京市森林資源固定樣地動態(tài)監(jiān)測項目。

責任編輯：王廣建。