何學(xué)斌，袁慶偉，王良衍，邵澤濤

(天童國(guó)家森林公園，浙江 寧波 315114)

森林經(jīng)營(yíng)管理通常需要了解森林不同年齡時(shí)段的生長(zhǎng)量和種群變化信息，然而，由于較高海拔山地森林受復(fù)雜多變氣候和環(huán)境的影響，沒(méi)有規(guī)律或清晰的隨年齡時(shí)段的生長(zhǎng)和種群變化格局。因此，確定沿海較高海拔人工林生長(zhǎng)量和群落更替一直是個(gè)困難的問(wèn)題。而永久固定樣地觀察分析可揭示森林結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)變化信息[1-2]。

寧波市沿海較高海拔山地分布著較大面積的黑松(Pinusthunbergii)、馬尾松(P.massoniana)和黃山松(P.taiwanensis)林。然而，由于松林病蟲(chóng)害特別是松材線蟲(chóng)災(zāi)難性的干擾，寧波較高海拔山地的原始森林已所剩無(wú)幾，森林景觀格局發(fā)生了極大變化，目前植被類(lèi)型主要為次生林、次生人工林和灌木。受損松林在采伐清理后，林地光照增加，土壤水分與養(yǎng)分相應(yīng)變化，造成陽(yáng)性先鋒樹(shù)種和灌竹、雜草大量入侵，影響林地原有優(yōu)勢(shì)種群的天然更新。傳統(tǒng)經(jīng)營(yíng)方式通常在受害林分中進(jìn)行先采伐后整地補(bǔ)植和實(shí)施封育，由于森林生長(zhǎng)周期長(zhǎng)，恢復(fù)緩慢。不能界定植物群落構(gòu)建的物種功能，也難以診斷林木生長(zhǎng)和結(jié)構(gòu)，常錯(cuò)失時(shí)機(jī)，耽誤時(shí)間，消耗資源。面對(duì)當(dāng)前人工工資日益增長(zhǎng)而造成營(yíng)林成本提高的狀況，如何提前進(jìn)行退化森林的樹(shù)種更替改造，降低營(yíng)林成本，縮短培育期，成為森林經(jīng)營(yíng)者十分關(guān)注的問(wèn)題。本研究以寧波市鄞州區(qū)天童太白山黑松林為例，通過(guò)長(zhǎng)期的野外調(diào)查，以恢復(fù)森林在時(shí)空尺度上的人工林密度、徑級(jí)結(jié)構(gòu)和生長(zhǎng)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，分析討論了松林干擾和森林恢復(fù)的生態(tài)過(guò)程，探討在浙東沿海較嚴(yán)酷的生境中黑松和金錢(qián)松能否適應(yīng)特殊的立地成為林分建群種、長(zhǎng)勢(shì)如何，這些改造更替的樹(shù)種種群數(shù)量消長(zhǎng)變化和林分結(jié)構(gòu)，更替樹(shù)種能否培育較大徑木，以期為浙東沿海較高海拔山地低質(zhì)低效林改造和重建提供參考。

1 研究區(qū)概況

研究地位于寧波市鄞州區(qū)天童林場(chǎng)太白山西麓(29°48′N(xiāo)、121°47′E)，海拔520～600 m，氣候?yàn)闇嘏睗竦膩啛釒Ъ撅L(fēng)氣候，年均氣溫16.2 ℃，最熱月(7月)平均氣溫28.1 ℃；最冷月(1月)平均氣溫4.1 ℃；大于10 ℃的年積溫5166.2 ℃，Kira的溫暖指數(shù)為1386 mm，年相對(duì)濕度82%，年蒸發(fā)量1320.1 mm，年均降水量1386 mm。每年7—10月平均遭受2～3個(gè)熱帶風(fēng)暴侵襲[4]。土壤為山地紅壤，厚度70～90 cm，成土母質(zhì)主要是中生代沉積巖積部分酸性火成巖和花崗巖等，pH值為5左右。天童林場(chǎng)于1965年在較高海拔的山頂采用黑松營(yíng)造了大面積人工純林，由于黑松林遭受病蟲(chóng)危害，生長(zhǎng)緩慢，林相殘破。

2 研究方法

2.1 改造方法

1978年選擇生境大致相同的人工黑松純林為研究對(duì)象，林齡15 a，林分郁閉度為0.6，由于受松毛蟲(chóng)和馬尾松干蚧等森林蟲(chóng)害影響，松林自然枯死嚴(yán)重，林分蓄積生長(zhǎng)滯緩。為了將原來(lái)的退化黑松林培育成健康的針葉混交林，1978年春季間伐清理風(fēng)倒、病腐木、彎曲木和衰弱木；將伐除的枝葉殘?bào)w以水平帶寬1.2 m堆放、在間隔帶寬2.2 m實(shí)施整地，墾穴規(guī)格為0.5 m×0.5 m×0.3 m，密度2700穴·hm-2，補(bǔ)植金錢(qián)松(Pseudolarixamabilis(Nelson) Rehd) 2年生裸根苗，補(bǔ)植后當(dāng)年5、9月分別除草撫育各1次，連續(xù)撫育4 a。林分成為黑松、金錢(qián)松人工混交林。1995年黑松遭受松材線蟲(chóng)病危害大量枯死，使林分演變?yōu)榻疱X(qián)松林。

2.2 研究方法

1968年選擇代表性地塊上設(shè)立2個(gè)投影面積20 m×20 m的樣地；1978年衛(wèi)生伐后，對(duì)樣地上所有樹(shù)高2 m的植株進(jìn)行編號(hào)標(biāo)簽，測(cè)定每株樹(shù)的胸徑、樹(shù)高和生長(zhǎng)狀況(除扣倒伏木)。1984年在原有2個(gè)樣地面積的基礎(chǔ)上，分別將2個(gè)樣地面積擴(kuò)展為28.28 m×28.28 m，分別在每塊樣地的4角設(shè)置2 m×2 m灌木和草木樣方，并設(shè)立1個(gè)20 m×20 m未補(bǔ)植的對(duì)照樣地。1989年、2003年和2018年分別對(duì)樣地進(jìn)行復(fù)查，調(diào)查胸徑≥1 cm喬木樹(shù)種的生長(zhǎng)和群落演替情況。

蓄積量測(cè)定采用浙江省林業(yè)勘察設(shè)計(jì)院的計(jì)算公式：V=G·(H+3)·f，式中：V為蓄積量；G為胸高斷面積；H為平均樹(shù)高；f為形數(shù)，松木和紅楠(Machilusthunbergii)的形數(shù)分別為0.39和0.38計(jì)算。重要值計(jì)算公式：重要值(IV)=[相對(duì)多度(RA)+相對(duì)頻度(RF)+相對(duì)顯著度(RD)]/3。

選擇優(yōu)勢(shì)木的標(biāo)準(zhǔn)為健康、生命力強(qiáng)、樹(shù)干通直、圓滿(mǎn)、胸徑≥22 cm、頂端優(yōu)勢(shì)明顯和無(wú)病蟲(chóng)害的優(yōu)良個(gè)體。

3 結(jié)果與分析

3.1 松林主要樹(shù)種數(shù)量特征的動(dòng)態(tài)變化

松林喬木層中各種樹(shù)種在4次調(diào)查中表現(xiàn)出不同的變化趨勢(shì)(表1)。改造樣地中胸徑≥5 cm的成樹(shù)總密度在4次調(diào)查中呈遞減趨勢(shì)，由1978年的6160株·hm-2減少到1989年的1562株·hm-2、2003年的1413株·hm-2、2018年的1237株·hm-2，說(shuō)明樣地總體密度下降。主要是黑松病蟲(chóng)害危害而消失，以及金錢(qián)松植株的分化、死亡導(dǎo)致。

松林的胸高斷面積呈先降后增的趨勢(shì)，主要是黑松大量死亡導(dǎo)致胸高斷面積下降，之后隨著金錢(qián)松存活個(gè)體的胸徑生長(zhǎng)，在第3次、4次調(diào)查中呈持續(xù)上升的趨勢(shì)。這說(shuō)明樣地中總體胸高斷面積的增加主要是金錢(qián)松存活個(gè)體的生長(zhǎng)所致。松林的林分蓄積量也呈現(xiàn)先降后升的趨勢(shì)，主要是黑松大量死亡之后，金錢(qián)松的蓄積量逐年增加。在后3次調(diào)查中，金錢(qián)松蓄積量不僅在林分中比重大，而且其蓄積生長(zhǎng)量明顯加速遞增，而其它林木蓄積量所占比例極低。整個(gè)改造林分活立木蓄積量達(dá)187.5 m3·hm-2，然而，對(duì)照區(qū)樣地黑松種群密度也呈遞減趨勢(shì)，由1978年的3910株·hm-2，下降到1989年的37株·hm-2、1995年的0株·hm-2。主要原因是黑松遭受松材線蟲(chóng)病等病蟲(chóng)危害，林地被大量的箬竹(Indocalamustessellatus)、化香(Platycaryastrobilacea)等占據(jù)，林分荒蕪。說(shuō)明合理的更新干擾能有效促進(jìn)了林木的蓄積生長(zhǎng)。

表1 1978—2018年人工松林樣地主要樹(shù)種種群數(shù)量特征的變化

3.2 種群結(jié)構(gòu)特征的動(dòng)態(tài)變化

種群的年齡結(jié)構(gòu)可以深入了解其生長(zhǎng)和更新動(dòng)態(tài)。由表2可知，較高海拔山地從1965年?duì)I造黑松后至1978年、1989年種群密度逐步減少，至2003年調(diào)查時(shí)已全部消失，且生長(zhǎng)有限；而改造更新的金錢(qián)松種群由1978年初植密度2700株·hm-2，隨著林木生長(zhǎng)密度也有所減少，但徑生長(zhǎng)迅速，40年生林分平均胸徑已達(dá)20 cm，說(shuō)明樹(shù)種更替改造成效良好。其中金錢(qián)松種群的徑級(jí)分布結(jié)構(gòu)都是連續(xù)的單峰型，隨著年齡生長(zhǎng)其徑級(jí)結(jié)構(gòu)分布由集中至擴(kuò)散的趨勢(shì)(圖1)。

表2 1978—2018年松林主要樹(shù)種種群徑級(jí)(≥5 cm)結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)變化

3.3 種群優(yōu)勢(shì)木生長(zhǎng)

由表3可知，改造40 a后，金錢(qián)松胸徑≥22 cm的優(yōu)勢(shì)木已有438株·hm-2，平均胸徑23.9 cm、樹(shù)高10.5 m、蓄積量達(dá)103.5 m3·hm-2，占總株數(shù)1/3左右的優(yōu)勢(shì)木在林分中提供了1/2以上的蓄積量，說(shuō)明優(yōu)勢(shì)木比平均木蓄積量顯著增大。同時(shí)，優(yōu)勢(shì)木在群落學(xué)地位提升顯著，不僅立木蓄積高，而且優(yōu)勢(shì)木樹(shù)高比林分平均樹(shù)高增高1.5～2 m，說(shuō)明優(yōu)勢(shì)木良好的生長(zhǎng)優(yōu)勢(shì)和富有競(jìng)爭(zhēng)力的種群年齡結(jié)構(gòu)已經(jīng)形成。

圖1 1978—2018年松林主要樹(shù)種種群徑級(jí)(≥5 cm)結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)變化

總株數(shù)/(株·hm-2)平均胸徑/cm樹(shù)高/m蓄積量/(m3·hm-2)胸徑≥22 cm的優(yōu)勢(shì)木總株數(shù)/(株·hm-2)平均胸徑/cm樹(shù)高/m蓄積量/(m3·hm-2)占總株數(shù)/%占總蓄積量/%122520.49.0187.543823.910.5103.535.855.2

4 討論與建議

天童林場(chǎng)為盡快綠化較高海拔荒山，建場(chǎng)初期營(yíng)造了大片黑松和馬尾松純林，在自然災(zāi)害和森林病蟲(chóng)害的嚴(yán)重影響下群落建群樹(shù)種受害嚴(yán)重，林木結(jié)構(gòu)和功能幾乎崩潰。40年?duì)I林史表明，在浙東沿海較高海拔山地雖然營(yíng)造后早期黑松人工林能夠郁閉成林，但由于其抗逆性較差，不適宜作為沿海較高海拔抗風(fēng)雪冰凍防護(hù)林的建群樹(shù)種。

人工林樹(shù)種更替改造的干擾引起有效資源的空間異質(zhì)性，導(dǎo)致森林環(huán)境中的光、溫、養(yǎng)分和水分等環(huán)境條件發(fā)生變化，使主要樹(shù)種組成和演替進(jìn)程受到不同程度的影響。改造區(qū)經(jīng)過(guò)40 a的生長(zhǎng)和恢復(fù)，金錢(qián)松早期建群、郁閉階段生長(zhǎng)緩慢，改造11 a幼林蓄積量?jī)H36 m3·hm-2，改造26 a進(jìn)入干材生長(zhǎng)期，林分蓄積生長(zhǎng)加速，蓄積達(dá)到109.3 m3·hm-2；40年生林分干材生長(zhǎng)迅速上升到蓄積量187.5 m3·hm-2，說(shuō)明金錢(qián)松林早期生長(zhǎng)緩慢，后期蓄積生長(zhǎng)加速。同時(shí)，40年生的金錢(qián)松林已形成了樹(shù)高11～13 m，蓋度30%的喬木主林層和高8～9 m，蓋度65%的亞林層，其重要值達(dá)99%。說(shuō)明金錢(qián)松不僅在較嚴(yán)酷的生境中生長(zhǎng)良好，立木蓄積量較高，而且已形成有適宜較高海拔山地群落復(fù)層結(jié)構(gòu)的健康森林。然而，對(duì)照樣地調(diào)查結(jié)果顯示，人工黑松純林，在1980年后林分密度銳減，1995年黑松全部死亡消失，之后林地主要種類(lèi)物種由箬竹、化香等陽(yáng)性闊葉樹(shù)種占據(jù)，隨著時(shí)間的增加，對(duì)照區(qū)的林分成為一個(gè)高密度箬竹的灌叢，箬竹密度達(dá)16萬(wàn)株·hm-2，高達(dá)1.8m，林分結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，陽(yáng)性貶值物種多，林木質(zhì)量差，群落恢復(fù)緩慢。這說(shuō)明及時(shí)進(jìn)行退化人工林樹(shù)種更替改造，不僅能改善林分的結(jié)構(gòu)，而且能夠有效促進(jìn)林木生長(zhǎng)和增加立木蓄積量。

森林恢復(fù)過(guò)程不僅在樹(shù)種密度、結(jié)構(gòu)分布上發(fā)生變化，而且林分優(yōu)勢(shì)木生長(zhǎng)在林分中存在明顯的作用和貢獻(xiàn)。改造40 a后，林分中胸徑≥22 cm的優(yōu)勢(shì)木達(dá)438株·hm-2，占總株數(shù)1/3的較大徑木優(yōu)勢(shì)木，已提供了55.2%的蓄積量，說(shuō)明森林經(jīng)營(yíng)物質(zhì)收獲的主體是由少數(shù)優(yōu)勢(shì)木來(lái)完成的。同時(shí)，在金錢(qián)松林中已有胸徑28 cm的優(yōu)秀個(gè)體出現(xiàn)，即其年平均胸徑生長(zhǎng)量達(dá)0.7 cm，可見(jiàn)現(xiàn)有林分的胸徑生長(zhǎng)還有較大的空間。另?yè)?jù)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，寧波鄞州區(qū)茅鑊村山坡現(xiàn)存金錢(qián)松胸徑96～133 cm，樹(shù)高35 m的過(guò)熟齡松木5株，最小單株材積達(dá)8 m3[5]，說(shuō)明金錢(qián)松生長(zhǎng)和工藝成熟期長(zhǎng)。目前傳統(tǒng)林業(yè)經(jīng)營(yíng)采取簡(jiǎn)單的林木數(shù)量成熟、工藝尚未完全成熟指標(biāo)作為森林收獲的方法，存在諸多不足，忽視了金錢(qián)松干材蓄積生長(zhǎng)“黃金”期的數(shù)量和質(zhì)量，應(yīng)采用優(yōu)勢(shì)木單木蓄積經(jīng)營(yíng)培育，適當(dāng)延長(zhǎng)采伐收獲期，從而提高林木的價(jià)值和收獲量。

從改造樣地調(diào)查顯示，在整個(gè)金錢(qián)松林恢復(fù)過(guò)程中進(jìn)入喬木層的其它樹(shù)種很少，只有密度和空間格局發(fā)生變化。然而，在灌木層中大量箬竹入侵和少量的紅楠、化香更新。這表明天童山較高海拔金錢(qián)松更替黑松的人工林群落演替過(guò)程的物種更新與天然森林群落存在明顯的差異[6]，建議對(duì)該林分實(shí)施成林撫育，清除箬竹和陽(yáng)性貶值物種，促進(jìn)灌木層闊葉樹(shù)種自然更新，盡量采用多種樹(shù)種，營(yíng)建異齡復(fù)層混交和穩(wěn)定的群落結(jié)構(gòu)，從而增強(qiáng)群落的穩(wěn)定性。