陳俊華, 楊梅, 劉一丁, 蔣川東, 李羽潔,3, 龔固堂, 廖清貴*

1. 四川省林業(yè)科學(xué)研究院/森林與濕地生態(tài)恢復(fù)與保育四川重點實驗室，四川 成都 610081；

2. 涼山州現(xiàn)代林業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展指導(dǎo)服務(wù)中心，四川 西昌 615000；

3. 成都理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，四川 成都 610059

森林的多功能經(jīng)營強(qiáng)調(diào)森林是一種多資源、多效益的綜合體，符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的需求[1]。森林具有多種功能是全世界的共識，《聯(lián)合國千年生態(tài)系統(tǒng)評估報告》將森林的功能分為4大類，即供給、調(diào)節(jié)、文化、支持。在林分層次上同時實現(xiàn)上述4類功能中的2個以上功能為經(jīng)營目標(biāo)的就被認(rèn)為是多功能森林經(jīng)營[2-4]。川中丘陵區(qū)地處亞熱帶地區(qū)，現(xiàn)存植被主要為上世紀(jì)80—90年代為改善生態(tài)環(huán)境和解決農(nóng)民薪材問題營造的人工柏木純林和由榿柏混交林退化而來的柏木純林[5]。由于密度過大，樹種單一，林下植被稀疏，林分的水土保持等生態(tài)功能不能充分發(fā)揮。針對該區(qū)域的人工柏木林，國內(nèi)專家進(jìn)行了大量的研究，主要集中在群落結(jié)構(gòu)和多樣性[6-7]、結(jié)構(gòu)調(diào)整[8-10]等方面。對于柏木林分的結(jié)構(gòu)調(diào)整，大多集中在單一方式研究，多種經(jīng)營模式的對比鮮見報道。本文以“生態(tài)疏伐”改造林分、“帶狀改造+補(bǔ)闊”林分、自然演替林分（對照，不改造）以及處理演替階段的天然次生櫟柏混交林4種林分作為研究對象，對植被構(gòu)成、結(jié)構(gòu)特征與生物多樣性的變化、林木生長、林下天然更新狀況等進(jìn)行對比分析，以期為該區(qū)域的人工柏木林多功能經(jīng)營提供科學(xué)依據(jù)，從而指導(dǎo)經(jīng)營單位對其進(jìn)行結(jié)構(gòu)調(diào)整和質(zhì)量精準(zhǔn)提升。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于四川盆地中部的鹽亭縣、劍閣縣、簡陽市、金堂縣、閬中市等地，地處亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候區(qū)，四季分明，降雨主要集中在每年的5～10月。年均雨量1 000 mm 以上，年均氣溫17℃ ，日照數(shù)1 300 h～1 400 h，無霜期 300 d 以上。土壤類型以紫色土和老沖積黃壤為主，少部分為姜石黃壤和灰白砂土[6]?，F(xiàn)存植被主要是上世紀(jì) 70～80 年代長江防護(hù)林建設(shè)工程營建的人工柏木純林和由人工榿柏混交林演變而來的柏木純林。另有少量松柏混交（Pine-Cypress）、櫟柏混交（Oak-Cypress）次生林[5]。

2 研究方法

2.1 樣地設(shè)置與調(diào)查

2.1.1 樣地設(shè)置

選擇了不同改造模式的林分（見表1）。其中，櫟柏混交林（I）樣地位于劍閣縣、鹽亭縣、金堂縣、簡陽市?！皫罡脑?補(bǔ)闊”改造（II）林分位于鹽亭縣林山鄉(xiāng)，于2010年改造，采伐帶與保留帶均為8m。補(bǔ)植的闊葉樹種為2年生榿木（Alnus cremastogyne）、香椿（Toona sinensis）、香樟（Cinnamomum camphora）、喜樹（Camptotheca acuminata），補(bǔ)植株行距均為2 m×3 m?！吧鷳B(tài)疏伐”改造（III）林分位于鹽亭縣、閬中市，于2012年改造，經(jīng)過兩次疏伐，疏伐強(qiáng)度分別為按蓄積25%～30%、15%～20%，疏伐后按自然狀態(tài)經(jīng)營。對照林分（CK，不改造）分別位于劍閣縣、金堂縣、簡陽市。同一類型林分的樣地設(shè)置時考慮坡度、海拔、坡向、土壤類型、土層深度等基本條件保持一致，并根據(jù)地形條件設(shè)置20 m×20 m、10 m×10 m、10 m×20 m、20 m×30 m 4種規(guī)格，共計39個樣地。在每個樣地的四角及中間各設(shè)置1個2 m×2 m的灌木樣方，在灌木樣方內(nèi)設(shè)置1 m×1 m的草本樣方。

2.1.2 樣地調(diào)查

對樣地內(nèi)胸徑5 cm以上的喬木進(jìn)行每木檢尺，記錄種名、胸徑、樹高、冠幅等；灌木記錄種名、株（叢）數(shù)、平均高、蓋度等；草本記錄種名、平均高、蓋度等。對樣地內(nèi)胸徑小于5 cm，樹高小于2 m的記錄為幼苗，樹高大于2 m的記錄為幼樹，記錄全部幼樹、幼苗的種名、高、株數(shù)等。

2.2 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

將野外記錄的數(shù)據(jù)錄入WPS office 表格，建立數(shù)據(jù)文件，進(jìn)行統(tǒng)計分析。采用重要值作為測定多樣性的指標(biāo)。豐富度采用樣地內(nèi)的物種數(shù)，多樣性選用Shannon-Wiener指數(shù)，均勻度采用Pielou群落均勻度指數(shù)，優(yōu)勢度采用Simpson優(yōu)勢度指數(shù)。方差分析和多重比較（LSD檢驗）在IBM SPSS Statistics 20中進(jìn)行（α=0.05）。制圖選用WPS office軟件。各指數(shù)計算公式參見文獻(xiàn)[11-12]。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同林分物種組成及生物多樣性

調(diào)查結(jié)果表明，4種林分共收集到種子植物70科、103屬133種。其中喬木17科、20屬22種，灌木38科、46屬54種，草本29科、46屬57種。從喬木層看，樣地內(nèi)出現(xiàn)頻度較高的樹種有榿木、女貞（Ligustrum lucidum）、化香樹（Platycarya strobilacea）、黃連木（Pistacia chinensis）、麻櫟（Quercus acutissima）。灌木出現(xiàn)頻度較高的種有菝葜（Smilax china）、黃荊（Vitex negundo）、 鐵仔（Myrs-ine africana）、 野薔薇（Rosa multiflora）、煙管莢蒾（Viburnum utile）。草本出現(xiàn)頻度較高的種有鳳尾蕨（Pteris cretica）、金星蕨（Parathelypteris glanduligera）、栗褐苔草（Carex brunnea）、團(tuán)羽鐵線蕨（Adiantum capillus-junonis）。

表 1 樣地基本情況Tab. 1 Basic information of sample plots

不同林分的生物多樣性差異較大（見表2）。從喬木層來看，物種豐富度和多樣性由大到小排列為櫟柏混交林＞“帶狀采伐+補(bǔ)闊”改造林分＞“生態(tài)疏伐”改造林分＞對照。灌木層和草本則表現(xiàn)不同規(guī)律。從物種豐富度來說，灌木層：以櫟柏混交林最高，其次是“生態(tài)疏伐”改造林分，最低的是改造林分。從Shannon-Wiener指數(shù)來看，“生態(tài)疏伐”改造林分最高，其次是櫟柏混交林，最低的是對照林分；草本層：物種豐富度的規(guī)律與灌木層一致，Shannon-Wiener指數(shù)以櫟柏混交林最高，其次是“生態(tài)疏伐”改造林分。各林分喬、灌、草優(yōu)勢度按大小排列為“生態(tài)疏伐”改造林分＞對照＞櫟柏混交林＞“帶狀采伐+補(bǔ)闊”改造林分、“帶狀采伐+補(bǔ)闊”改造林分＞對照＞櫟柏混交林＞“生態(tài)疏伐”改造林分、“生態(tài)疏伐”改造林分＞對照＞“生態(tài)疏伐”改造林分＞櫟柏混交林。

3.2 各林分柏木生長狀況

不同林分柏木的生長情況見圖1?？梢钥闯觯骄鶚涓咭浴吧鷳B(tài)疏伐”改造林分最大，對照林分最小，但4個林分差異不大。方差分析和多重比較（LSD）表明，櫟柏混交林柏木高生長僅與“生態(tài)疏伐”改造林分差異顯著（P＜0.05），“帶狀采伐+補(bǔ)闊”改造林分與其他3種林分均差異不顯著（P＞0.05），“生態(tài)疏伐”改造林分與櫟柏混交林和對照林分差異顯著（P＜0.05）。柏木平均胸徑以櫟柏混交林占較大優(yōu)勢，分別比“帶狀采伐+補(bǔ)闊”改造林分、“生態(tài)疏伐”改造林分、對照林分多9.98%、12.53%、15.10%。方差分析和多重比較（LSD）表明，櫟柏混交林柏木平均胸徑與“帶狀采伐+補(bǔ)闊”改造林分差異不顯著（P＞0.05），與“生態(tài)疏伐”改造林分、對照林分差異均顯著（P＜0.05）?！吧鷳B(tài)疏伐”改造林分、對照林分、“帶狀采伐+補(bǔ)闊”改造林分3種林分的柏木平均胸徑差異均不顯著（P＞0.05）。

3.3 各林分灌木、草本蓋度

不同林分林下灌、草蓋度見圖2。4種林分灌、草蓋度按大小排列均表現(xiàn)為“帶狀采伐+補(bǔ)闊”改造林分＞櫟柏混交林＞“生態(tài)疏伐”改造林分＞對照林分。“帶狀采伐+補(bǔ)闊”改造林分的灌木和草蓋度分別比櫟柏混交林、“生態(tài)疏伐”改造林分、對照林分高24.32%、29.39%、152.41%和37.40%、39.31%、85.75%。方差分析和多重比較（LSD）表明，“帶狀采伐+補(bǔ)闊”改造林分的灌、草蓋度與其他3種林分均存在顯著差異（P＜0.05）。櫟柏混交林的灌木、草本蓋度與“生態(tài)疏伐”改造林分差異不顯著（P＞0.05）?！吧鷳B(tài)疏伐”改造林分的灌木蓋度與對照林分差異顯著（P＜0.05），草蓋蓋度差異不顯著（P＞0.05）。

表 2 不同林分生物多樣性Tab. 2 Biodiversity of different stands

圖 1 不同林分柏木生長狀況Fig. 1 Growth status of cypress in different stands

圖 2 不同林分灌木、草本蓋度Fig. 2 Coverage of shrubs and herbs in different stands

3.4 不同林分天然更新狀況

林下幼苗更新成功與否直接影響或制約著群落物種組成和生態(tài)系統(tǒng)平衡與穩(wěn)定[13]。適宜的林分郁閉度能改善林內(nèi)光照、溫濕條件，增加環(huán)境異質(zhì)性[12],有利于新物種的進(jìn)入。調(diào)查表明（見圖3），林下更新幼（樹）苗數(shù)量以櫟柏混交林占絕對優(yōu)勢，達(dá)到了1 328株·hm-2，分別是“帶狀采伐+補(bǔ)闊”改造林分、“生態(tài)疏伐”改造林分、對照林分的1.64倍、1.66倍、7.03倍?！皫畈煞?補(bǔ)闊”改造林分林下更新幼（樹）苗狀況與“生態(tài)疏伐”改造林分差異不大，但遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于對照林分，前者是后者的4.29倍?！吧鷳B(tài)疏伐”改造林分的林下更新幼（樹）苗是對照林分的4.23倍。從高度級分布來看，櫟柏混交林的林下更新幼（樹）苗主要集中在30～100 cm，占全部更新幼（樹）苗的50%以上；“帶狀采伐+補(bǔ)闊”改造林分和對照林分的林下更新幼（樹）苗高度主要集中在200 cm以上，特分別占全部更新幼（樹）苗的80.49%、92.10%；“生態(tài)疏伐”改造林分的林下更新幼（樹）苗高度以100～200 cm為主。

圖 3 不同林分天然更新情況Fig. 3 Natural regeneration of different stands

不同林分林下更新幼（樹）苗的種類有所不同（見表3），種類數(shù)量表現(xiàn)為櫟柏混交林＞“生態(tài)疏伐”改造林分＞“帶狀采伐+補(bǔ)闊”改造林分＞對照。從主要更新幼（樹）苗的種類來看，低郁閉度的林分，由于林隙增多，林下光熱條件得以改善，因此一些陽性樹種進(jìn)入。如“帶狀采伐+補(bǔ)闊”改造林分增加了強(qiáng)陽性樹種—構(gòu)樹（Broussonetia papyrifera），而“生態(tài)疏伐”改造林分則除了構(gòu)樹外，還有黃連木（Pistacia chinensis）、桑樹（Morus alba）等陽性樹種，也進(jìn)入了像麻櫟（Quercus acutissima）此類的中性樹種。郁閉度高的對照林分，由于密度過大，更新幼（樹）苗主要是麻櫟、女貞（Ligustrum lucidum）等中性樹種或耐陰性樹種。

表 3 林下主要更新幼苗的種類及頻度Tab. 3 Species and frequency of main regeneration seedlings under the forest

4 結(jié)論及討論

提高人工商品林的質(zhì)量，提高木材供給率，保持和發(fā)揮森林的多種生態(tài)和環(huán)境服務(wù)功能，是人工林經(jīng)營中面臨的一個重要問題[14]。林分結(jié)構(gòu)在森林多功能經(jīng)營技術(shù)中占有很重要的分量。一般認(rèn)為，復(fù)層、混交、異齡的林分，由于其結(jié)構(gòu)更趨向于原始天然林的結(jié)構(gòu)，森林生態(tài)系統(tǒng)的豐富度越高，森林的多功能就能更好地發(fā)揮[15-17]。對于人工林的結(jié)構(gòu)調(diào)整，主要有撫育間伐、更替改造、調(diào)整改造等方法[18-20]。撫育間伐是林分空間結(jié)構(gòu)優(yōu)化經(jīng)營常用的手段。其實質(zhì)是對森林的人為干擾來調(diào)整林分結(jié)構(gòu)、降低林分密度，從而提高森林質(zhì)量、增強(qiáng)森林的穩(wěn)定性[19]?！皫畈煞?補(bǔ)闊”是改造針葉純林促進(jìn)其天然更新的重要手段[20]。針對不同區(qū)域、不同林分進(jìn)行撫育間伐改造的適宜強(qiáng)度和帶狀采伐改造的適宜寬度，得出了不同的研究成果[19-24]。本文選擇兩種改造模式作為研究對象，撫育間伐的強(qiáng)度首次是按蓄積25%～30%，第二次是15%～20%；“帶狀采伐+補(bǔ)闊”改造模式的采伐帶和保留帶的寬度均為8 m。

櫟柏混交林作為四川盆地丘陵區(qū)主要的天然次生林，是區(qū)域內(nèi)森林演替過程中重要階段的植被類型。有關(guān)研究已經(jīng)表明，其各種生態(tài)功能明顯優(yōu)于人工柏木純林[25-28]。本研究結(jié)論與之一致。櫟柏混交林喬灌草物種豐富度、多樣性指數(shù)、林下更新幼苗數(shù)量明顯高于未改造過的人工柏木純林，也基本上高于改造過的兩種林分。從兩種密度調(diào)控方式來看，與對照相比，物種豐富度、生物多樣性、保留喬木生長量、灌草蓋度、林下更新幼（樹）苗數(shù)量均明顯增加或提高，這與有關(guān)研究的結(jié)論是一致的[20-21,24]。但從本研究來看，“生態(tài)疏伐”和“帶狀采伐+補(bǔ)闊”對提升林分質(zhì)量的效果有所差別?！皫畈煞?補(bǔ)闊”改造方式由于在采伐帶內(nèi)補(bǔ)植了幾種闊葉樹，喬木層豐富度和多樣性指數(shù)明顯高于“生態(tài)疏伐”的，但由于采伐帶內(nèi)種植了喬木，林下空間變小，因而灌、草的豐富度和多樣性低于后者?！皫畈煞?補(bǔ)闊”改造方式林下灌、草蓋度顯著高于“生態(tài)疏伐”改造模式。促進(jìn)保留喬木生長和林下更新幼（樹）苗總數(shù)量情況來看二者之間差異均不顯著。以上說明這兩種方式均適合人工柏木林的結(jié)構(gòu)調(diào)整。但從森林多功能經(jīng)營來看，以增強(qiáng)林分水土保持功能、水源涵養(yǎng)功能、改善景觀功能為目的可采用“帶狀采伐+補(bǔ)闊”改造方式；以增強(qiáng)林分水土保持功能、林木蓄積量為目的可采用“生態(tài)疏伐”改造方式。經(jīng)營管理單位應(yīng)科學(xué)編制多功能森林經(jīng)營方案，評價森林資源，進(jìn)行森林功能區(qū)劃，制定森林經(jīng)營方針與目標(biāo)[1]，以更好地經(jīng)營、管理區(qū)域內(nèi)的森林資源。