国外60年代、国内70年代便开始短伐期阔叶人工林的研究, 主要集中在杨树和桉树上(郭祥胜, 1988; 江波等, 1990)。中亚热带常绿阔叶林长期以来被认为生长慢、轮伐期长(黄清麟, 1998a), 近年来已有不少有关中亚热带次生阔叶林、人促阔叶林也能速生丰产的报道(黄清麟等, 1999; 黄清麟等, 1992), 但未见有关利用人工促进天然更新培育短伐期阔叶林的报道。本文通过连续7~8a的固定标准地调查, 证明利用人工促进天然更新可成功培育短伐期阔叶林, 并分别从群落学和测树学方面分析其特征, 旨在为及时更新、有效保护及合理利用天然阔叶林资源, 为中亚热带天然阔叶林可持续经营提供基础依据。

1 试验区概况

顺昌县位于福建省西北部, 东经117°30′~118°14′, 北纬26°39′~27°12′; 气候属中亚热带海洋性季风气候, 气候温暖, 雨量充沛; 年平均气温18.7℃, 日均气温≥10℃的积温在5388至5659℃之间, 年平均降雨量1568mm, 植被为中亚热带常绿阔叶林。短伐期闽粤栲林试验地地处顺昌县际会乡谢屯村境内, 面积 13hm²，海拔330～440m, 坡度在20°～ 35°之间, 大坡向为西南坡, 土壤为红壤, 立地类型为Ⅱ类; 伐前林分为天然阔叶林, 林下乔木幼树10300株/hm² (其中闽粤栲占36%); 皆伐后实行人工促进天然更新(简称人促更新)。短伐期米槠林试验林地处顺昌县郑坊乡榜山村境内, 面积36hm², 海拔620~700m, 坡度在12°~33°之间, 大坡向为西坡, 土壤为黄红壤, 立地类型为Ⅲ类地; 伐前林分为天然阔叶林, 林下乔木幼树28533株/hm² (其中米槠占47%) :皆伐后实行人促更新, 在第2年进行过一次抚育, 主要是劈除杂草、藤本、病株及过多萌条。短伐期丝栗栲林地处顺昌县郑坊乡榜山村境内, 面积12hm², 海拔670~715m, 坡度在25°~30°之间, 大坡向为东北, 土壤为黄红壤, 立地类型为Ⅲ类地, 伐前林分为天然阔叶林, 林下乔木幼树18750株/hm² (其中丝栗栲占40%); 皆伐后实行人促更新。

2 研究方法 2.1 群落学方法和测树学方法

采用样地法进行群落学调查, 短伐期闽粤栲、米槠及丝栗栲林样地总面积分别为1200m²、1200m²、1800m², 各样地再划分为5m×10m样方进行调查统计, 灌木层和草本层调查样方总面积100m²。采用J.T.Curtis和R.P.McIntosh提出的重要值概念进行重要值计算(王伯荪等, 1996)。结合群落学调查, 进行测树学的调查(北京林业大学, 1992)。

2.2 物种多样性测度

采用物种丰富度、物种多样性指数、物种均匀度及生态优势度指标综合测度物种多样性(王伯荪等, 1996)。物种丰富度(R)采用物种的数目, 即群落种的丰富度(S); 由于Shannon-Wiener指数对森林群落物种多样性的测定较为有效(彭少麟等, 1983), 因此采用Shannon-Wiener指数(SW)表示物种多样性; 物种均匀度(E)采用Shannon-Wiener均匀度; 生态优势度(ED)用Simpson生态优势度。各计算公式为:

式中:S为种数, n_i为第i个种的个体数, N为群落(样地)全部个体总数, P_i为第i个种的个体总数的百分数。

2.3 生物量测定

用分层切割法进行生物量测定, 应用平均容积密度法推算林分生物量(北京林业大学, 1992)。

3 结果与分析 3.1 群落学特征

各群落结构相近, 均可明显分为乔木层、灌木层及草本层, 还有少量的层间植物。乔木层仅一层, 林相较整齐, 高差不大; 灌木层中乔木幼树密度大, 短伐期闽粤栲林、米槠林及丝栗栲林分别为5960、14000、17000株/hm², 为其2代更新提供可靠保证; 灌木层中灌木密度大, 分别为4616、9000、13000株/hm²; 草本层植物主要有芒萁(Dicrsmopteris dichotomsa)、金毛狗脊(Woodwardia japonica)、油草(Triyrtis bakeri)及乔木幼苗。各群落乔木层树种按其重要值大小顺序列成表 1。3个群落均匀单优群落, 其优势树种的重要值分别为224.59、193.24及208.39, 组成树种均在12个以上, 且均有落叶阔叶树侵入。

3.2 物种多样性

基于草本层和层间植物层在整个群落中的作用及计数的困难, 仅统计样方中的种数, 3个群落的草本和层间植物种数分别为2、7及9种, 草本层中有许多乔木幼苗, 因其极不稳定, 其作用很难估测; 灌木层中乔木幼树对群落演替起重要作用, 各类型群落乔木幼树及灌木的物种多样性相当高; 各群落乔木层物种多样性略低计算结果如表 2所示。

3.3 林分生长过程及数量成熟龄

各林分生长过程如表 3所示。闽粤栲林生长最快, 10a生时达数量及生物量成熟, 此时的蓄积及树干生物量平均生长量分别高达20.52m³/ (hm²·a)及9.17t/ (hm²·a); 米槠林14a生时达数量及生物量成熟, 此时的平均生长量分别达15.99m³ (hm²·a)及7.88t/ (hm²·a); 丝栗栲林16a时达数量及生物量成熟此时的平均生长量分别为12. 17m³/(hm²·a)及6. 36t/(hm²·a)。

3.4 短伐期阔叶林分特征

短伐期阔叶林分最明显的特点是林分密度大、自然稀疏强烈, 高生长异常迅速、高径比大, 树枝树叶比例较小, 如表 4所示。从主要特征可以看出, 短伐期阔叶林由于伐前林分林下乔木幼树多, 林分皆伐后, 林下幼树中的阳性速生树种(如闽粤栲、米槠、丝栗栲)在充分的光照条件下迅速生长, 为争取充足的阳光及营养空间, 林木间产生激烈的竞争, 自然稀疏强烈, 于是遗传品质优良的个体在竞争中得以保持优势处于林冠上层, 竞争中的弱者渐渐处于弱光照的林冠下层, 一部分因营养不足而死亡, 一部分树木有强的耐阴性虽不能快速生长但仍得以保持在林冠下层。这种强烈的状态一直贯穿整个森林演替过程只是后期的竞争因个体数目的减少而表现得不那么强烈最终乔木层株数大致维持在株/hm²左右(其中最高亚层仅220株/hm²左右)。这种高密度、强稀疏的生长模式是天然阔叶林长期适应环境的结果。

3.5 短伐期阔叶林的轮伐期

对Ⅲ类地短伐期闽粤栲林各类经济成熟研究表明, 短伐期阔叶林数量成熟龄、重量成熟龄与各类经济成熟龄之间基本一致, 可用数量成熟龄来确定短伐期阔叶林的主伐年龄及轮伐期(黄清麟等, 1987)。需要考虑的是, 短伐期阔叶林采伐后的二代更新能否成功及地力维护问题。短伐期阔叶林的二代更新不外有2个途径:一是萌芽更新, 实行矮林作业, 实践证明闽粤栲林10年生前采伐可依靠萌芽更新成功更新二代人促林(黄清麟等, 1998b); 二是有性更新或根蘖更新。即使15年左右采伐的短伐期米槠及丝栗栲不能依靠萌芽更新, 但由于其林木乔木幼树密度可达14000~17000株/hm², 比人促更新要求的最低乔木幼树密度3000株/hm² (李元红, 1985)高得多, 因此, 无论何时采伐, 都将保证短伐期阔叶林二代更新的成功。地力的维护是短伐期阔叶林是否可持续经营的限制因素, 天然阔叶林与人工林对比评价中可以看出, 无论何类天然阔叶林都能有效维护地力, 保持伐前林分土壤理化性状¹⁾, 其主要原因有: (1)伐后林地暴露时间短或不暴露, 水土流失轻微或不流失; (2)未经火烧, 土壤及地被物有机成份不受破坏, 养份不挥发; (3)林内微生物种类及数量丰富, 枯枝落叶多且分解快、养份归还量大且速度快, 肥土能力强; (4)大部分阔叶树都有菌根(内生或外生菌根), 对固定空气中的氮素有利, 增加土壤肥力; (5)土壤中的微生物种类及数量丰富, 土壤活力强; (6)阔叶林内树种多样, 层次丰富, 阳性树种光合能力强处于林冠上层中性树种及阴性树种虽处林冠中下层但也能进行光合作用这种结构造成整个林分光合能力强、净同化率高, 林分活力强。(7)毕奥莱(Biolley Henry)提示了过去育林学著作的偏差, 认为夸大了土壤作为肥力因素的作用, 而忽视了大气的作用。木材含有的45%~48%的碳、42%的氧、6%~7%的氢、1%~2%的氮均来自大气, 而只有3%~5%的元素来自土壤, 大气供给树木的元素总量要比土壤所供给的大20~30倍(曹新孙, 1990)。因此, 可以短伐期阔叶林的数量成熟龄为其主伐年龄或轮伐期, 即短伐期闽粤栲林、短伐期米槠林及短伐期丝栗栲林的轮代期分别为10、14及16a。

1) 黄清麟 . 中亚热带天然阔叶林可持续经营技术研究 . 博士学位论文 , 1998

4 小结

利用人工促进天然更新可成功培育短伐期闽粤栲林、短伐期米槠林及短伐期丝栗栲林, 轮代期分别为10、14及16a, 达轮伐期时的蓄积平均生长量分别高达20.52、15.99及12.17m³/ (hm²·a); 短伐期林分密度大、自然稀疏强烈, 高生长异常迅速, 高径比大、树枝树叶比例较小, 生产力高; 短伐期林分均为多树种种组成的单优群落灌木层中的乔木幼树及灌木多样性高.