張建華，張 寧，郭賓良 ，張春茹，凌繼華 ，黃永輝 ，谷建才，溫亞利

（1. 北京林業(yè)大學(xué)，北京 100083；2. 河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 林學(xué)院，河北 保定 071000；3. 保定市林木種苗管理站，河北 保定 071000；4.河北木蘭圍場國有林場管理局，河北 圍場 068450）

木蘭圍場落葉松四種典型林分的經(jīng)營模式初探

張建華1，張 寧2，郭賓良3，張春茹4，凌繼華4，黃永輝4，谷建才2，溫亞利1

（1. 北京林業(yè)大學(xué)，北京 100083；2. 河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 林學(xué)院，河北 保定 071000；3. 保定市林木種苗管理站，河北 保定 071000；4.河北木蘭圍場國有林場管理局，河北 圍場 068450）

為了探究四種落葉松林分的經(jīng)營模式，對冀北山地落葉松四種典型林分近自然分析，結(jié)果表明：四種林分的近自然度為林分D（0.284 3）＞林分B（0.256 2）＞林分C（0.253 8）＞林分A（0.241 4），林分D為最接近自然的林分，按照6%～15%擇伐強度及擇伐周期5a進行調(diào)整，就可以實現(xiàn)預(yù)期的目標結(jié)構(gòu)，并且四個林分都可以采取采伐與補植的方式轉(zhuǎn)化到目標林分的樹種組成，并進行近自然經(jīng)營。

落葉松；近自然度；經(jīng)營

河北省木蘭林管局屬于暖溫帶落葉闊葉林，兼有溫帶針葉林分布。清代后期，清政府開放圍場，募民墾荒，大肆砍伐樹木，加之戰(zhàn)亂和自然災(zāi)害，使該地區(qū)的在于原始森林植被遭到不同程度的破壞。天然林植被分布愈來愈少，主要因為早期大范圍的人為干擾破壞導(dǎo)致。河北省木蘭林管局所處的地理位置決定了其必然要擔負起護衛(wèi)京津生態(tài)安全的生態(tài)特區(qū)這一重任[1]。因其地處灤河上游，對下游地區(qū)的樹木生長和水源涵養(yǎng)影響甚重；又因其卡在渾善達克沙地和北京中間地帶，像一道天然的綠色屏障，阻擋著渾善達克沙地向北京進軍的風沙。在京津地區(qū)生態(tài)環(huán)境安全方面，河北省木蘭林管局起著重大的作用，因此對河北省木蘭林管局的森林植被進行恢復(fù)與保護勢在必行[2]。

該區(qū)域現(xiàn)有華北落葉松人工林主要是上世紀60年代以來營造的，約40%為人工純林，還有約30%為“引針入闊”，形成了形形色色的落-闊混交林。自上世紀九十年代以來，由于政策、規(guī)程等原因，天然林蓄積消耗受到諸多限制，各林場對這些混交林只采取了以封育為主的經(jīng)營措施，形成了高密度、高分化、低生產(chǎn)力的落樺混交林[3-5]。華北落葉松目的樹種嚴重被壓，乃至枯死，上層白樺、黑樺等闊葉樹林相殘破，大部分林木個體生長量下降，低效殘次林增加，林分生態(tài)效能低，嚴重影響了區(qū)域森林資源培育和可持續(xù)發(fā)展步伐[6]。

結(jié)合河北省木蘭林管局生態(tài)交錯帶森林現(xiàn)狀及存在問題，本研究以該地區(qū)落葉松純林、落樺混交林、落闊混交林、杉落針闊混交林為研究對象[7]。研究4種不同類型林分中生物多樣性及林分近自然度，然后確定幾種林分的經(jīng)營模式，合理的經(jīng)營林分，以期為河北省木蘭林管局主導(dǎo)樹種落葉松林的經(jīng)營提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐[8]。

1 研究區(qū)概況

本次調(diào)查是在承德圍場縣的北溝林場進行，河北省圍場縣位于河北省最北部，地處灤河上游， 北 緯 41°47′～ 42°06′N， 東 經(jīng) 116°51′～117°45′E。東與內(nèi)蒙古赤峰市接壤，南及西南與隆化、豐寧兩縣連接，北與內(nèi)蒙古渾善達克沙地毗鄰。位于陰山山脈與大興安嶺山脈余脈的交匯處，是連接壩上高原和冀北山地的丘陵山地地帶。圍場縣所處的地理位置決定了其必然要擔負起護衛(wèi)京津生態(tài)安全的生態(tài)特區(qū)這一重任，因其地處灤河上游，對下游地區(qū)的樹木生長和水源涵養(yǎng)影響甚重；又因其卡在渾善達克沙地和北京中間地帶，像一道天然的綠色屏障，阻擋著渾善達克沙地向北京進軍的風沙。在京津地區(qū)生態(tài)環(huán)境安全方面，木蘭圍場起著重大的作用，因此對木蘭圍場的森林植被進行恢復(fù)與保護勢在必行。木蘭圍場林管局共有10個林場，北溝林場屬于其一，北溝林場自1956年開始建立，林場總經(jīng)營面積5 730 hm2，森林主要喬木樹種有白樺、山榆 、華北落葉松、山楊、蒙古櫟、五角楓、榆樹等；灌木種類較多，且量較大，豐富多樣，以繡線菊灌叢、照山白最為常見；林分類型主要包含：天然林，常見樹種有楊樹、樺樹、落葉松等；人工林，常見樹種有山榆、落葉松、楊樹等；針闊混交林，林分面積分別為1 485.6 hm2、1 180.5 hm2、1 560.9 hm2[9-10]?；盍⒛镜男罘e總量和森林覆蓋率達到 284 104 m3、88 %，年采伐蓄積5 000 m3左右，以下是4種林分的概況。

2 研究內(nèi)容和方法

2.1 研究目標

本研究設(shè)置的樣地為河北省木蘭圍場生態(tài)交錯帶最為常見的落葉松純林，選取落葉松純林、落樺混交林、落闊混交林、杉落針闊混交林這些具有代表性的林分，詳細的調(diào)查了不同林型林內(nèi)的情況，研究了林分的近自然度，提出合理的經(jīng)營模式，為實驗區(qū)落葉松的健康經(jīng)營提供了一定的理論依據(jù)[10-12]。

表1 樣地基本情況Table 1 Basic Status of quadrats of natural secondary forests

2.2 研究方法

2.2.1 樣地調(diào)查及布設(shè)

經(jīng)過全方位的勘察，在1994 a、2000 a和2009 a進行了三次采伐并從中獲取相關(guān)的數(shù)據(jù)，采伐的強度依次為30%、20%、20%，其要求必須嚴格遵守生長量大于采伐量，采伐方式具體為衛(wèi)生伐、生長伐、定向目標伐和大強度撫育，分別于2005 a、2013 a的夏天在河北省承德圍場縣的北溝林場實際調(diào)查標準地情況，并在西色樹溝陰坡設(shè)置天然落葉松的標準固定樣地，將樣地的左下角設(shè)置為起點，然后輔助設(shè)備（羅盤儀、全站儀）劃定樣地邊界，樣地邊界長為100 m，每隔20 m做一標記，將樣地劃分成了25個20 m×20 m的小樣方，用玻璃繩連接，逐次編號，最后將邊界用水泥樁和鐵絲網(wǎng)固定。調(diào)查內(nèi)容包括：每木檢尺，對每棵樹進行掛牌編號，測量喬木的胸徑、樹高、冠幅、樹干質(zhì)量、枝下高等。

2.2.2 主要研究方法

選取胸徑斷面積、幼苗Shannon-Wiener指數(shù)和Pielou均勻度指數(shù)、枯落物厚度、徑階指數(shù)、群落頂極適應(yīng)值、枯落物厚度等七項指標來計算林分近自然度[13-15]。

首先將上層林木（喬木層）依據(jù)胸徑大小劃分等級，用以計算徑階指數(shù)，每個徑階所占有的比例與其相應(yīng)賦值的乘積即為胸徑階指數(shù)。具體計算步驟如下：當胸徑為5 cm時作為起測點，然后按胸徑每增加5 cm增加一個等級，上限排除，照此方法依次類推，對于胸徑大于25 cm的樹木直接劃為第五等級。五個等級賦值分別為2、4、6、8、10。

幼苗更新主要有株數(shù)的更新和多樣性的更新兩部分，用shannon-Wiener多樣性指數(shù)表示，群落i的頂極適應(yīng)值=該群落內(nèi)各種群個體數(shù)所占比例(Ai) ×相應(yīng)頂極適應(yīng)值(Vi)。

Shannon-Wiener多樣性指數(shù)：

Pielou均勻度指數(shù)：

式中：S為物種種數(shù)，pi為物種i的相對重要值，H′為Shannon-Wiener指數(shù)，E為Pielou指數(shù)。

群落i的頂極適應(yīng)值

本研究群落頂極適應(yīng)值參考莊健榮等華北地區(qū)樹種頂極適應(yīng)值表，如表2所示。

表2 群落頂極適應(yīng)值Table 2 Competitive adaptation value of arbor species in natural secondary forests

出于對量綱差異的避免，對各參數(shù)進行標準化，根據(jù)標準化以后的結(jié)果計算自然度，以及各參數(shù)之間的關(guān)系。

上式ρ為分辨系數(shù)，取0.5。

本文利用寧金魁AHP方法來實現(xiàn)對權(quán)重數(shù)值的計算，該方法屬于層次分析法的一種，最后得出各測度指標的權(quán)重值分別為：0.081 3、0.204 7、0.09、0.053 3、0.183 2、0.137 2、0.250 3。公式如下：

3 結(jié)果與分析

3.1 林分近自然度分析

根據(jù)徑階指數(shù)、更新幼苗數(shù)、胸徑斷面積、幼苗樹種Shannon-Wiener指數(shù)、枯落物厚度、Pielou均勻度指數(shù)和群落頂極適應(yīng)值等七項指標按照公式計算樣地的近自然度，進一步分析各種不同優(yōu)勢樹種的近自然狀況。

把5 cm作為起測胸徑進行徑階劃分，根據(jù)胸徑數(shù)據(jù)，計算出徑階指數(shù)如表3。

幼苗是改變林分結(jié)構(gòu)和演替的主要動力，由表4可知，在4種林分中，作為優(yōu)勢樹種的華北落葉松更新比例則相對較小，說明優(yōu)勢種已經(jīng)到達穩(wěn)定階段，并逐步向下一個階段進行演替。

表3 落葉松典型林分的徑階指數(shù)Table 3 Larch stands typical diameter class index

表4 樣地幼苗更新情況Table 4 Seedling regeneration of each plot

近自然度描述的是林分接近自然穩(wěn)定狀態(tài)的程度。通過對7項森林近自然度指標的標準化計算，并根據(jù)層次分析法對各項指標權(quán)重賦值，得出每塊樣地的近自然度，如表5，4塊樣地中近自然度最高的是樣地D，為0.284 3，最低的為樣地A，近自然度為0.241 4。林分D是無論是從林分結(jié)構(gòu)、幼苗更新還是樹種頂極結(jié)構(gòu)等方面，都比前三者更接近自然穩(wěn)定的狀態(tài)。

3.2 主要林分結(jié)構(gòu)調(diào)整

通過近自然度分析，林分D是最優(yōu)良的，最適合進行近自然經(jīng)營的，因此在對林分A-C進行撫育采伐還要做好向林分D轉(zhuǎn)化的準備，因此除了擇伐外還要進行補植一些苗木來改善樹種組成，對林分結(jié)構(gòu)調(diào)整，主要是通過控制采伐強度與采伐周期兩個因子實現(xiàn)的，林分A-C的轉(zhuǎn)化調(diào)整以及樣地D結(jié)構(gòu)調(diào)整，都是通過制定合理的采伐強度與采伐周期來實現(xiàn)，針對林分A-D的情況，做了以下分析。

林分生長量的大小是由林分生長率和林分蓄積量來決定的，而林分生長率的大小與采伐強度、林木年齡以及林分狀況等因子有關(guān)。林分A-C的轉(zhuǎn)換和林分D目前現(xiàn)有林分的平均生長率為1.8%～4.3%，林分生長量為全部幼苗在調(diào)整期內(nèi)的材積生長量與伐后剩余林分的材積生長量之和。通過對各個林分結(jié)構(gòu)調(diào)整，采用合理采伐強度等措施可以進一步改變和提高林分A-D目前生長率。因此，本研究按照以確定的擇伐強度和擇伐周期預(yù)測結(jié)構(gòu)調(diào)整第一階段的采伐量與收獲量。

表5 近自然度判斷指標一覽表Table 5 Assessment indicators for close to natureness of nature secondary forest

表6 結(jié)構(gòu)調(diào)整第1階段蓄積量變化Table 6 Change of volume in the first stage during structural adjustment

表6可以看出，根據(jù)調(diào)查研究和相關(guān)規(guī)程，把第1階段大體分為4個階段，以生長量（1.8%/A～4.3%/A）選取擇伐強度為6%～15%和擇伐周期為5年。在4個調(diào)整擇伐周期內(nèi)，各個林分的蓄積變化如表7。

表7 4個周期蓄積變化量及結(jié)果Table 7 Change and results of volume in four cycle

從表7的預(yù)測結(jié)果可以看出，只要保持林分的生長量大于采伐量，按照6%～15%擇伐強度及擇伐周期5 a進行調(diào)整，就可以實現(xiàn)預(yù)期的目標結(jié)構(gòu)，進而體現(xiàn)試驗設(shè)計的擇伐強度及擇伐周期的科學(xué)性和合理性。

3.3 目標林型及近自然經(jīng)營

3.3.1 目標林型的構(gòu)建

根據(jù)所構(gòu)建的目標結(jié)構(gòu)，對現(xiàn)有林分向其轉(zhuǎn)化。由于樣地D更加接近目標結(jié)構(gòu)，因此，樹種組成以樣地D撫育以后的林分作為原型，其調(diào)查結(jié)果如表8：

采取疏伐的方式對林分D進行采伐，并進行幼苗在補植，最終形成的林分即是目標林分，其林分結(jié)構(gòu)如下：

3.3.2 樣地A的轉(zhuǎn)化

根據(jù)野外調(diào)查，樣地A的樹種組成狀況如下表：

由表可知，樣地A中落葉松占絕對優(yōu)勢，通過調(diào)查，郁閉度高達0.8，因此，此階段重點加強對落葉松的擇伐和衛(wèi)生伐，最終降低郁閉度到0.6，為引入云杉容器苗做準備。樣地內(nèi)的幼苗有一定的更新，如下表：

表8 樣地D杉落針闊混交林種群林木結(jié)構(gòu)特征Table 8 The forests structure characteristic of D plot

表9 目標林分結(jié)構(gòu)Table 9 Target stand structure

表10 樣地A落葉松種群林木結(jié)構(gòu)特征Table 10 The forests structure characteristic of A plot

表11 樣地A幼苗更新情況Table 11 The seedling updates of polt A

表12 樣地A引植幼苗數(shù)量Table 12 Number of replanting seedlings of plot A

要實現(xiàn)第一階段目標，需向樣地A內(nèi)引植云杉、五角楓、花楸等容器苗， 引植數(shù)量以樣地D中相應(yīng)樹種數(shù)量再加上15%，防止因自然等原因造成的成活率低現(xiàn)象。樣地D的主要樹種組成為：4落3云2樺1楊+楓+楸，因此只對上述主要樹種進行引植，具體數(shù)值如下表：

根據(jù)樣地D內(nèi)各樹種解析木的生長分析，在此階段內(nèi)，各引植苗以及天然更新幼苗的生長量由計算可以得出，如表13：在第一階段調(diào)整期（20 a）內(nèi)，林分中幼苗的材積生長量基本可達63.052 18 m3，在此基礎(chǔ)上確定擇伐強度和周期。

3.3.3 樣地B的轉(zhuǎn)化

根據(jù)野外調(diào)查，樣地B的樹種組成狀況如表14：

由表可知，樣地B中以白樺為主的闊葉樹種占有一定優(yōu)勢，與落葉松形成針闊混交林，并通過調(diào)查，得出樣地內(nèi)的幼苗更新情況如表15：

表13 樣地A引植及更新幼苗的生長量Table 13 Growth of replanting and updated seedling of plot A

表14 樣地B落樺種群林木結(jié)構(gòu)特征Table 14 The forests structure characteristic of B plot

表15 樣地B幼苗更新情況Table 15 The seedling updates of polt B

表16 樣地B引植幼苗數(shù)量Tab16 Number of replanting seedlings of plot B

與樣地D進行對比可知，需要引植的幼苗種類及數(shù)量如表16：

根據(jù)樣地B內(nèi)各樹種解析木的生長分析，在此階段內(nèi)，各引植苗以及更新幼苗的生長量由計算可以得出，如表17：

3.3.4 樣地C的轉(zhuǎn)化

根據(jù)野外調(diào)查，樣地C的樹種組成狀況如表18：

表17 樣地B引植及更新幼苗的生長量Table 17 Growth of replanting and updated seedling of plot B

表18 樣地C落闊混交林種群林木結(jié)構(gòu)特征Table 18 The forests structure characteristic of C plot

由表可知，樣地C中一定數(shù)量的以白樺、山楊等闊葉樹種與落葉松形成針闊混交林，并通過調(diào)查，得出樣地內(nèi)的幼苗更新情況如下表：

表19 樣地C幼苗更新情況Table 19 The seedling updates of polt C

與樣地D進行對比可知，需要引植的幼苗種類及數(shù)量如下表：

表20 樣地C引植幼苗數(shù)量Table 20 Number of replanting seedlings of plot C

根據(jù)樣地D內(nèi)各樹種解析木的生長分析，在此階段內(nèi)，各引植苗以及更新幼苗的生長量由計算可以得出，如下：

表21 樣地C引植以及更新幼苗的生長量Table 21 Growth of replanting and updated seedling of plot C

4 結(jié)論與討論

根據(jù)徑階指數(shù)、更新幼苗數(shù)、胸徑斷面積、幼苗樹種Shannon-Wiener指數(shù)、枯落物厚度、Pielou均勻度指數(shù)和群落頂極適應(yīng)值等七項指標的標準化計算，并根據(jù)層次分析法對各項指標權(quán)重賦值，得出各林分的近自然度，林分D（0.284 3）＞林分B（0.256 2）＞林分C（0.253 8）＞林分A（0.241 4），林分D為最接近自然的林分。并且四個林分都可以采取采伐與補植的方式轉(zhuǎn)化到目標林分，并進行近自然經(jīng)營。

出于各方面限制，所選樣地均位于陰坡、半陰坡，樹種組成結(jié)構(gòu)雖具典型性，但對陽坡、半陽坡的林分類型（如山榆、櫟類）不具代表性。

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Four typical stands manage operation mode of Mulan-Weichang

ZHANG Jian-hua1, ZHANG Ning2, GUO Bin-liang3, ZHANG Chun-ru4, LING Ji-hua4, HUANG Yong-hui4, GU Jian-cai1, WEN Ya-li1
(1. Beijing Forestry University, Beijing 100083, China; 2. Agricultural University of Hebei, Baoding 071000, Hebei, China; 3. Baoding Forest Seedling Management Station, Baoding 071000, Hebei, China; 4. Mulan-Weichang Forestry Administration of Hebei Province,Weichang 068450, Hebei, China)

In order to explore the four stands of larch business model, through the northern Hebei larch stands nearly four typical natural analysis, the results showed that: nearly four stands for naturalness stand D (0.284 3)＞ stand B ( 0.256 2)＞ stand C (0.253 8)＞ stand A (0.241 4), D stands for the closest natural stands, 6%～15% according to the intensity of selective cutting and selective cutting cycle 5a adjustments, you can achieve the desired target structure, and four stands can take harvesting and replanting way transformed into target tree species composition, and recent natural operations.

larch; close-to-nature; manage

S791.22

A

1673-923X(2016)02-0012-07

10.14067/j.cnki.1673-923x.2016.02.003

http: //qks.csuft.edu.cn

2014-08-09

河北省科技廳自然科學(xué)基金“河北省灤河流域水源林經(jīng)營關(guān)鍵技術(shù)研究與示范”（15227652D）；河北省科技廳軟科學(xué)項目“國有林場經(jīng)營管理機制存在問題及改革模式研究”（13457525）

張建華，高級工程師

溫亞利，教授；E-mail：wenyali2003@163.com

張建華，張 寧，郭賓良，等.木蘭圍場落葉松四種典型林分的經(jīng)營模式初探[J].中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報,2016,36(2):12-18.

[本文編校：吳 彬]