廖德志，陳明皋，吳際友，程勇，張珉，魏志恒，劉欲曉，單志毅，吳哲

（1湖南省林業(yè)科學(xué)院，長(zhǎng)沙 410004；2攸縣林業(yè)局，湖南攸縣 412300；3攸縣黃豐橋國(guó)有林場(chǎng)，湖南攸縣 412307；4湖南匯智農(nóng)林工程咨詢(xún)?cè)O(shè)計(jì)有限公司，長(zhǎng)沙 410004）

0 引言

樟樹(shù)(Cinnamomum carnphora)樟科樟屬植物，為亞熱帶常綠闊葉林的代表樹(shù)種,同時(shí)也是重要的材用和特種經(jīng)濟(jì)樹(shù)種，廣泛分布于中國(guó)長(zhǎng)江流域以南各省市，在亞洲日本、越南等地亦有分布[1-2]。樟樹(shù)木材因其耐腐、防蟲(chóng)、致密、有香氣等特性，被廣泛用于家具制作和工藝品雕刻[3],同時(shí)樟樹(shù)具有較高的觀賞和生態(tài)應(yīng)用價(jià)值[4-6]，常用作行道樹(shù)或者綠化景觀樹(shù)種。目前營(yíng)造的樟樹(shù)人工林普遍存在林分生長(zhǎng)參差不齊、生長(zhǎng)速率較慢、出材率低等問(wèn)題[7-8]。如何進(jìn)行森林經(jīng)營(yíng)，改善林分結(jié)構(gòu)，提高林分生產(chǎn)力，培育直干型大徑材已經(jīng)成為樟樹(shù)人工林培育和改造的主要任務(wù)。

間伐是森林培育重要措施之一，科學(xué)合理的間伐可以調(diào)整林分密度，改善冠層營(yíng)養(yǎng)空間，減少林木間競(jìng)爭(zhēng)[9-11]，在促進(jìn)林木生長(zhǎng)、優(yōu)化林分結(jié)構(gòu)、改變土壤理化性質(zhì)等方面發(fā)揮著重要作用[12-15]。因此，間伐對(duì)森林經(jīng)營(yíng)具有重要的實(shí)踐意義，合理的間伐強(qiáng)度、間伐方式和間伐周期對(duì)實(shí)現(xiàn)森林可持續(xù)經(jīng)營(yíng)具有重要實(shí)踐和理論意義。目前對(duì)樟樹(shù)撫育間伐的研究大多集中在林分生長(zhǎng)、生產(chǎn)力以及土壤變化等方面，對(duì)林分結(jié)構(gòu)和林分生長(zhǎng)的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律研究較少。本研究以16 a 生的樟樹(shù)人工林為研究對(duì)象，設(shè)置強(qiáng)度間伐（間伐40%）、輕度間伐(20%)和對(duì)照組（不間伐）3 組試驗(yàn)并設(shè)立固定觀測(cè)樣地，同時(shí)伐取解析木分析研究樟樹(shù)人工林生長(zhǎng)過(guò)程，研究分析樟樹(shù)人工林間伐后林分結(jié)構(gòu)和林分生長(zhǎng)的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律，探討樟樹(shù)人工林合理的撫育間伐強(qiáng)度，為樟樹(shù)人工林科學(xué)經(jīng)營(yíng)提供理論依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

試驗(yàn)地位于湖南攸縣黃豐橋國(guó)有林場(chǎng)，地處113°34′—113°43′E，27°06′—27°04′N(xiāo)之間，屬于亞熱帶季風(fēng)濕潤(rùn)氣候區(qū)，以中低山和丘陵為主，海拔115～1270 m，坡度15～35°之間；年平均氣溫17.8℃，極端最低溫度-11.9℃，極端最高溫度40℃；年平均無(wú)霜期為292 d，年平均日照時(shí)間為1612 h；年平均降水量1410.8 mm，每年的4—9 月為林木生長(zhǎng)旺季。以2003人工栽培的香樟試驗(yàn)林為研究對(duì)象，試驗(yàn)林總面積達(dá)13.34 hm2，郁閉度為0.8，林木平均胸徑為16.8 cm，平均樹(shù)高為10.7 m，林冠下零星分布有東方金粟蘭(Chloranthus spicatus)、線蕨(Colysis elliptica)、烏毛蕨(Blechnum orientale)等植物。

2 材料與方法

2.1 試驗(yàn)方法

在林齡為16 a 的樟樹(shù)人工林內(nèi)，選取3 組立地條件一致的樟樹(shù)林分設(shè)置間伐試驗(yàn)，按照伐密留勻、留優(yōu)去劣的原則，對(duì)樟樹(shù)人工林進(jìn)行間伐。每組試驗(yàn)設(shè)置40%的強(qiáng)度間伐、20%的輕度間伐及對(duì)照3種間伐強(qiáng)度處理，采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，樣地大小為20 m×30 m，重復(fù)3次，并設(shè)立固定觀測(cè)樣地，共計(jì)設(shè)立9個(gè)固定觀測(cè)樣地。間伐前樣地基本情況見(jiàn)表1。

表1 樟樹(shù)間伐試驗(yàn)林樣地信息表

2.2 樣地調(diào)查

（1）2018 年8 月對(duì)現(xiàn)有樟樹(shù)中齡林（16 年生）進(jìn)行間伐前每木檢尺，記錄收集間伐前樣地?cái)?shù)據(jù)，依照樣地?cái)?shù)據(jù)確定間伐樟樹(shù)個(gè)體。

（2）伐后再進(jìn)行每木檢尺，整理間伐后樣地?cái)?shù)據(jù)。

（3）間伐生長(zhǎng)1 年后（2019 年8 月）對(duì)間伐樣地進(jìn)行每木檢尺，收集整理樟樹(shù)生長(zhǎng)數(shù)據(jù)。

（4）間伐生長(zhǎng)2 年后（2020 年8 月）再次對(duì)樣地進(jìn)行每木檢尺，收集整理樟樹(shù)生長(zhǎng)數(shù)據(jù)。

2.3 樟樹(shù)解析木測(cè)定

對(duì)間伐試驗(yàn)樣地進(jìn)行每木檢尺后，每個(gè)樣地選出生長(zhǎng)正常，無(wú)病蟲(chóng)害能代表林分生長(zhǎng)水平的平均木2株作為標(biāo)準(zhǔn)木，共計(jì)6 株。用羅盤(pán)儀測(cè)定出解析木的根莖位置，確定胸徑及樹(shù)干南北方向，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)木在離地10 cm處進(jìn)行機(jī)械伐倒并截取圓盤(pán)（為0號(hào)圓盤(pán)），第二塊圓盤(pán)在1.3 m出截取（為1號(hào)圓盤(pán)），之后按2 m為區(qū)分段在全株鋸取圓盤(pán)（為2、3、4…號(hào)）直至梢頂。將圓盤(pán)用塑料薄膜密封帶回實(shí)驗(yàn)室，將工作面進(jìn)行拋光磨平，判別各個(gè)圓盤(pán)的年輪，并用直尺分別測(cè)定東西、南北方向的生長(zhǎng)輪寬度，根據(jù)樹(shù)木直徑生長(zhǎng)規(guī)律繪制樹(shù)高生長(zhǎng)曲線并得出各齡階樹(shù)高，利用區(qū)分段法計(jì)算各齡階去皮材積[16-18]。

2.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2003和SPSS 19.0 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與分析，采用單因素方差分析法和Duncan 多重比較法進(jìn)行分析。

將林木胸徑按照1 cm 一徑階進(jìn)行整化，采用Weibull 分布概率密度函數(shù)對(duì)3 組樣地全林分徑級(jí)結(jié)構(gòu)進(jìn)行擬合[19-21]，Weibull 分布概率密度函數(shù)見(jiàn)式。利用Origin 9.0 軟件對(duì)林分徑級(jí)結(jié)構(gòu)進(jìn)行參數(shù)擬合，采用卡方檢驗(yàn)法對(duì)擬合效果進(jìn)行檢驗(yàn)。

Weibull分布概率密度函數(shù)函數(shù)見(jiàn)式(1)。

式中，a為位置參數(shù)，b為尺度參數(shù)，c為形狀參數(shù)，x為林木胸徑頻度。

單株材積見(jiàn)式(2)。

式中，f3為實(shí)驗(yàn)形數(shù)值取0.4，V代表材積，g1.3表示胸高直徑處的橫截面積，h表示樹(shù)高。

林分蓄積：樣地所有立木單株材積之和。

3 結(jié)果分析

3.1 樟樹(shù)人工林生長(zhǎng)過(guò)程解析

通過(guò)對(duì)樟樹(shù)標(biāo)準(zhǔn)木的樹(shù)干解析和樟樹(shù)年輪數(shù)據(jù)，分別推算樟樹(shù)胸徑、樹(shù)高和材積的生長(zhǎng)過(guò)程，主要指標(biāo)包括單株樟樹(shù)胸徑、樹(shù)高、材積的連年生長(zhǎng)量和平均年生長(zhǎng)量，見(jiàn)圖1～3。

圖1 16年生樟樹(shù)人工林胸徑生長(zhǎng)規(guī)律

圖2 16年生樟樹(shù)人工林樹(shù)高生長(zhǎng)規(guī)律

圖3 16年生樟樹(shù)人工林單株材積生長(zhǎng)規(guī)律

由生長(zhǎng)曲線可知，樟樹(shù)人工林胸徑連年生長(zhǎng)量從6年生時(shí)開(kāi)始逐漸下降，到8年生時(shí)已低于平均年生長(zhǎng)量，并且往后持續(xù)下降，到16 年生時(shí)連年生長(zhǎng)量?jī)H為0.80 cm；樹(shù)高生長(zhǎng)量與胸徑生長(zhǎng)量趨勢(shì)基本一致，但在4 年生時(shí)樹(shù)高連年生長(zhǎng)量達(dá)到最高，6～12 年間平穩(wěn)增長(zhǎng)，12 年生后樹(shù)高生長(zhǎng)開(kāi)始迅速下降；單株材積連年生長(zhǎng)量在12 年生時(shí)達(dá)到最大，隨后開(kāi)始平緩下降，到16年時(shí)平均單株材積達(dá)到了0.254 m3。根據(jù)結(jié)果可以看出樟樹(shù)人工林到12 a 生時(shí)林分生長(zhǎng)受到影響，連年生長(zhǎng)量持續(xù)下降，需要通過(guò)撫育間伐等森林經(jīng)營(yíng)的方式改善林分結(jié)構(gòu)，恢復(fù)林分生長(zhǎng)勢(shì)。

3.2 不同間伐強(qiáng)度樟樹(shù)林分胸徑生長(zhǎng)差異

間伐試驗(yàn)后分別于2019年8月和2020年8月對(duì)間伐試驗(yàn)林進(jìn)行2 次調(diào)查，結(jié)果表明間伐后樟樹(shù)林分胸徑生長(zhǎng)量與對(duì)照樣地相比顯著增大；具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。間伐20%與間伐40%的樣地林分，間伐生長(zhǎng)2年后平均胸徑增長(zhǎng)分別增長(zhǎng)了2.36 cm、2.84 cm，對(duì)照樣地間伐生長(zhǎng)2 年后的林分平均胸徑增長(zhǎng)僅為1.36 cm。同時(shí)對(duì)比由2018 年樟樹(shù)解析木所得的樟樹(shù)生長(zhǎng)過(guò)程規(guī)律可見(jiàn)，15～16 a的連年生長(zhǎng)量在0.80 cm左右，與對(duì)照平均胸徑年增量基本一致，可見(jiàn)間伐在短期內(nèi)確實(shí)起到了恢復(fù)林分長(zhǎng)勢(shì)、促進(jìn)保留木生長(zhǎng)的作用。

表2 樟樹(shù)間伐試驗(yàn)林胸徑增長(zhǎng)對(duì)照表

3.3 不同間伐強(qiáng)度樟樹(shù)林分樹(shù)高、冠幅生長(zhǎng)差異

2019 年8 月對(duì)間伐試驗(yàn)林進(jìn)行調(diào)查，間伐前后不同間伐強(qiáng)度樟樹(shù)林分樹(shù)高、冠幅生長(zhǎng)差異如表3、4 所示；結(jié)果表明，間伐后樟樹(shù)人工林樹(shù)高生長(zhǎng)量與對(duì)照組差異不顯著，與快速生長(zhǎng)階段相比都處在相對(duì)較低的增長(zhǎng)水平；而冠幅生長(zhǎng)則顯示出顯著的生長(zhǎng)差異，強(qiáng)度間伐后冠幅顯著增大，顯著大于輕度間伐和對(duì)照組，平均冠幅達(dá)3.8 m高出對(duì)照組31%。

表3 樟樹(shù)間伐試驗(yàn)林樹(shù)高增長(zhǎng)對(duì)照表

表4 樟樹(shù)間伐試驗(yàn)林冠幅增長(zhǎng)對(duì)照表

3.4 間伐后樟樹(shù)人工林徑級(jí)結(jié)構(gòu)變化

間伐采用去劣留優(yōu)的原則，伐除生長(zhǎng)差的被壓木，干形差的曲干木，有病蟲(chóng)害的病態(tài)木，通過(guò)對(duì)比間伐前、間伐后、間伐后1年和間伐后2年的林分徑階數(shù)據(jù)，采用Weibull 概率密度函數(shù)對(duì)3 組試驗(yàn)林分徑階結(jié)構(gòu)分布進(jìn)行擬合，擬合后的樟樹(shù)人工林徑階結(jié)構(gòu)分布變化情況如圖4、圖5和圖6所示。

圖4 間伐前后對(duì)照組徑階結(jié)構(gòu)變化

圖5 間伐前后輕度間伐組徑階結(jié)構(gòu)變化

圖6 間伐前后強(qiáng)度間伐組徑階結(jié)構(gòu)變化

結(jié)果表明，間伐前16 a 生樟樹(shù)人工林徑級(jí)為12～20 cm 的林木占到了林分的80%，間伐對(duì)照組在間伐試驗(yàn)實(shí)施后2 年Weibull 徑級(jí)分布曲線峰值位置基本不變，在17 cm 左右，峰值頻度有所下降，且整個(gè)曲線略微右移，上層林分頻度占比有所增加，表明上層林分仍然處在生長(zhǎng)之中，但下層林分徑階頻度基本沒(méi)變，生長(zhǎng)勢(shì)明顯不足，胸徑年增長(zhǎng)不足0.5 cm的林木約占樣地總立木的25%。

輕度間伐（間伐20%）樣地在完成間伐后當(dāng)年，下層林分頻度減少，上層林分頻度略微增加，Weibull 分布曲線峰值基本不變?cè)?6 cm左右。間伐生長(zhǎng)1 年后Weibull 徑級(jí)分布曲線整體向右移動(dòng)，且曲線走勢(shì)基本保持不變，表明間伐1 年后林分內(nèi)林木胸徑的整體增長(zhǎng)，下層林分也表現(xiàn)出較高的生長(zhǎng)勢(shì)。間伐生長(zhǎng)2 年后Weibull徑級(jí)分布曲線的峰值右移，且頻度下調(diào)，下層林分增長(zhǎng)有所下降，上層林分頻度略微增加。

強(qiáng)度間伐（間伐40%）樣地間伐完后，Weibull徑級(jí)分布曲線峰值（18 cm 左右）位置不變，但峰值頻度顯著升高，峰值左端徑級(jí)頻度降低，表明下層木被伐后，林分徑級(jí)頻度更為集中，在間伐生長(zhǎng)1 年后林分Weibull徑級(jí)分布曲線峰值下降且位置右移，林分徑級(jí)峰值變?yōu)?1 cm，表明林分間伐后林分胸徑整體增長(zhǎng)，但樟樹(shù)個(gè)體間的生長(zhǎng)差異，使得單株徑級(jí)進(jìn)階快慢不一，使得原本較為集中的徑級(jí)分布出現(xiàn)分化。間伐生長(zhǎng)2 年后曲線峰值再次向右移動(dòng)，并且峰值頻度有所提高，與前1 年相比曲線形狀基本一致，胸徑大于20 cm 的樟樹(shù)強(qiáng)度間伐樣地中達(dá)到了420 株/hm2占比47.7%，輕度間伐為285株/hm2占比27.2%，而對(duì)照組僅為165 株/hm2占比11.9%。強(qiáng)度間伐林分相比于輕度間伐林分表現(xiàn)出更加強(qiáng)力的生長(zhǎng)勢(shì)，且第2 年沒(méi)有出現(xiàn)生長(zhǎng)勢(shì)下降的情況，表明間伐帶來(lái)的林分生長(zhǎng)勢(shì)恢復(fù)時(shí)效與間伐強(qiáng)度存在一定的相關(guān)性，不同間伐強(qiáng)度對(duì)樟樹(shù)人工林生長(zhǎng)勢(shì)恢復(fù)時(shí)效長(zhǎng)短需要進(jìn)一步觀測(cè)，這與董莉莉等[14]關(guān)于蒙古櫟撫育間伐的研究一致。

3.5 間伐后樟樹(shù)人工林蓄積量生長(zhǎng)變化

不同間伐強(qiáng)度樣地內(nèi)蓄積量變化動(dòng)態(tài)見(jiàn)圖7和圖8。由圖7 可知，開(kāi)展間伐之前3 組樣地的蓄積量在130 m3/hm2左右，間伐后當(dāng)年各間伐樣地蓄積量均有相應(yīng)程度的減小，在間伐后的2 年內(nèi)輕度間伐樣地和強(qiáng)度間伐樣的蓄積量都要小于間伐對(duì)照組，但間伐樣地的蓄積生長(zhǎng)量顯著高于對(duì)照組樣地。間伐生長(zhǎng)1年后輕度、強(qiáng)度間伐樣地蓄積增長(zhǎng)量分別為21.33 m3/hm2和20.10 m3/hm2，高出對(duì)照組蓄積增長(zhǎng)量15.32 m3/hm2的39.2%%和31.2%。間伐后第2年輕度間伐樣地的蓄積增長(zhǎng)量與第1 年基本一致，而強(qiáng)度間伐樣地蓄積生長(zhǎng)量相比第1年更高達(dá)到了25.50 m3/hm2，對(duì)照組蓄積量則增長(zhǎng)量為18.34 m3/hm2。間伐2年后3組樣地的蓄積量分別為強(qiáng)度間伐組140.15 m3/hm2，輕度間伐組143.39 m3/hm2，對(duì)照組159.91 m3/hm2，可見(jiàn)，間伐生長(zhǎng)兩年后輕度間伐和強(qiáng)度間伐即可恢復(fù)到了與間伐前相當(dāng)?shù)男罘e量。

圖7 不同間伐強(qiáng)度蓄積量變化動(dòng)態(tài)

圖8 不同間伐強(qiáng)度樣地蓄積年生長(zhǎng)量變化動(dòng)態(tài)

4 結(jié)論與討論

（1）間伐后的樟樹(shù)林分胸徑生長(zhǎng)量顯著高于不間伐的林分；同時(shí)強(qiáng)度間伐（間伐40%）和輕度間伐（間伐20%）的樟樹(shù)林，在間伐生長(zhǎng)1年后胸徑增長(zhǎng)量無(wú)顯著差異，但間伐后第2 年強(qiáng)度間伐胸徑增長(zhǎng)量開(kāi)始顯著高于輕度間伐和對(duì)照組，且胸徑大于20 cm 的樟樹(shù)強(qiáng)度間伐樣地中達(dá)到了420株/hm2占比47.7%，輕度間伐為285 株/hm2占比27.2%，而對(duì)照組僅為165 株/hm2占比11.9%。間伐對(duì)樟樹(shù)林分樹(shù)高的促進(jìn)作用較小，不同間伐強(qiáng)度下樟樹(shù)林分樹(shù)高生長(zhǎng)量無(wú)顯著差異，但間伐后林分冠幅顯著增大，強(qiáng)度間伐下的樟樹(shù)林分平均冠幅達(dá)到3.8 m要顯著高于自身間伐前和不間伐的林分,這與前人[14-15]的研究結(jié)論相一致。間伐后當(dāng)年各間伐樣地蓄積量均有相應(yīng)程度的減小，輕度間伐樣地和強(qiáng)度間伐樣地蓄積量分別比對(duì)照減少了18.5%和28.7%，但輕度、強(qiáng)度間伐樣地的蓄積年生長(zhǎng)量要顯著高于間伐對(duì)照組，與間伐對(duì)照組的蓄積量差在逐漸縮小。

（2）經(jīng)解析木分析，在快速生長(zhǎng)過(guò)后樟樹(shù)生長(zhǎng)量呈現(xiàn)出持續(xù)下降的趨勢(shì)，其中胸徑生長(zhǎng)量在8 年生時(shí)開(kāi)始逐年下降，到16年時(shí)連年增長(zhǎng)量?jī)H為0.80 cm，這與對(duì)照林分（不間伐林分）平均胸徑連年增長(zhǎng)量0.68 cm基本一致。強(qiáng)度間伐林分（間伐40%）和輕度間伐林分（間伐20%）在間伐1年后胸徑連年生長(zhǎng)量分別達(dá)到了1.44 cm 和1.31 cm，表明樟樹(shù)林分生長(zhǎng)量與其生長(zhǎng)空間密切相關(guān)，通過(guò)間伐優(yōu)化林分生長(zhǎng)空間可以逆轉(zhuǎn)這一下降趨勢(shì)，但是否能維持高速生長(zhǎng)或能維持多長(zhǎng)時(shí)間需要進(jìn)一步觀測(cè)。

（3）對(duì)試驗(yàn)林分徑級(jí)結(jié)構(gòu)研究分析，樟樹(shù)人工林下層木生長(zhǎng)勢(shì)明顯不足，分析對(duì)照組（不間伐林分）生長(zhǎng)2 年后林分徑級(jí)結(jié)構(gòu)可以發(fā)現(xiàn)，下層木（胸徑小于12 cm 的徑級(jí)）頻率基本沒(méi)變，胸徑年增長(zhǎng)量小于0.5 cm 的約占林分總立木的25%。強(qiáng)度間伐樣地（間伐40%）林分徑級(jí)結(jié)構(gòu)變化情況則極其顯著，通過(guò)對(duì)下層木的間伐之后，徑級(jí)變得更為集中，峰值（中間徑級(jí)17～19 cm）頻度大幅增加，在間伐生長(zhǎng)2 年后，峰值頻度降低，優(yōu)勢(shì)木（徑級(jí)18～26 cm）頻度增加，曲線整體右移，實(shí)現(xiàn)了林分整體徑級(jí)增長(zhǎng)。輕度間伐林分與強(qiáng)度間伐林分規(guī)律表現(xiàn)一致，但變化幅度要明顯小于強(qiáng)度間伐林分，同時(shí)間伐后第2 年生長(zhǎng)量相比第一年有所下降。試驗(yàn)結(jié)果表明樟樹(shù)進(jìn)入中齡后，林分相對(duì)密度逐漸提高，林分內(nèi)養(yǎng)分競(jìng)爭(zhēng)增強(qiáng)，下層木不僅自身生長(zhǎng)受限更會(huì)影響林分整體的生長(zhǎng)，這與姜鵬[22]關(guān)于杉木人工林間伐前后林內(nèi)競(jìng)爭(zhēng)和空間分別格局相一致；間伐在一定程度上減少了林木間的競(jìng)爭(zhēng)，增加林內(nèi)光照，改善了林分養(yǎng)分分配，為保留木創(chuàng)造了更多的養(yǎng)分和生長(zhǎng)空間，從而促進(jìn)了林分的生長(zhǎng)。但間伐所帶生長(zhǎng)勢(shì)恢復(fù)時(shí)效以及間伐頻率有待進(jìn)一步研究。