森林采伐是实现森林经营收获利用的一种手段，不可避免地对森林生态系统产生较大的影响。择伐始终被广泛应用在森林采伐收获中，由高强度径级择伐逐渐演变成低强度径级择伐，并在低强度择伐中，融进了森林的永续利用和可持续经营等先进思想，这种低强度择伐变成了一种有利于现在森林经营的森林生态采伐经营技术(简晓丹等，2006)，是调节森林结构、促进森林生长和健康发展的重要经营措施之一。

大多数研究表明适度择伐可加快林分生长(Makinen et al., 2004；Meadows et al., 2001；Scott et al., 2004；董希斌，2001；2002)，提高林分质量(Dai et al., 2003)。Darwin等(2005)对北美白松(Pinus strobus)混交林择伐后30年的恢复状况研究发现：林分生长加快，北美白松胸高断面积显著增加。择伐还能改善林木组成，调整林分结构(董希斌，2002)，并维持混交林的复层异龄林结构(Dai et al., 2003)；择伐后林分能较快地恢复合理的高度级和径级结构(汤景明，2007)。不同类型的林分，其最合适的择伐强度亦不同。天然云杉(Picea koraiensis)-冷杉(Abies nephrolepis)林采伐强度在60%以内、阔叶红松混交林采伐强度在30%左右、针阔混交林采伐强度在20%左右及落叶松人工林采伐强度在30%左右时林分蓄积年生长量较大(董希斌等，2003)。刘慎谔(1985)对小兴安岭的森林进行考察后认为：以红松、云杉和冷杉为主的针阔混交林应采取择伐(最好是弱度择伐)，能够保留其中的幼壮树木，缩短森林采伐的周期，使其迅速循环，保证国家对木材需要的供应。本研究以20块经过抚育的天然云冷杉林样地为研究对象，通过伐后23年间的复测数据，分析不同初始强度择伐(0，20%，30%和40%)后不同恢复时间(大多数样地从初始择伐后6年开始又进行了1~3次择伐)林分生长和结构的变化，探讨林分经营合理的择伐强度和周期，为森林的采伐作业和科学经营提供依据。

1 研究区概况

研究区位于吉林省汪清县境内东北部金沟岭林场，属长白山系老爷岭山脉雪岭支脉(129°56′—131°04′E，43°05′—43°40′N)。地貌属低山丘陵，海拔300~1 200 m，坡度5°~25°。该区属季风型气候，全年平均气温3.9 ℃，≥10 ℃年积温2 144 ℃；年降水量600~700 mm，年生长期120天左右。土壤以暗棕壤为主，平均厚度40 cm。

研究区林分主要为天然针阔混交过伐林，植被属长白山植物区系。主要树种有：云杉、冷杉、红松、椴树(Tilia amurensis)和枫桦(Betula costata)，伴生树种有：长白落叶松(Larix olgensis)、色木槭(Acer mono)、白桦(Betula platyphylla)、榆树(Ulmus pumila)、杨树(Populus ussuriensis)和水曲柳(Fraxinus mandshurica)等。

2 研究方法

本研究采用的20块样地均于1986年设置，面积最小的为0.12 hm²，最大的为0.21 hm²。样地分为5组，每组分别设置0(对照)，20%，30%和40%强度初始择伐样地各1块；初始择伐当年调查样地的林分因子(包括起源、海拔、坡度和林分密度等)，对胸径≥5 cm的所有林木进行每木检尺，记录林木的实测胸径和树高；记录主要树种幼苗幼树的高度、地径和株数；记录林下灌木和草本植物的种类、高度、株数和盖度。初始择伐当年样地概况见表 1，立地条件基本一致。以后基本每2年复测1次(初始择伐的样地均在1987年进行了第2次调查；第1组各样地1995年与第4和5组各样地2009年调查时间与上一次间隔1年)，记录所有林木的胸径，包括进界木，获得伐后23年间的数据资料。其中，大多数样地从伐后6年开始又进行了1~3次择伐，根据蓄积计算出各自的实际采伐强度(表 2)。

本研究根据23年间调查记录的林木胸径分组统计各样地所有调查年份(共12或13次)的林分平均胸径和单位面积蓄积量(m³·hm^-2)。采用Huang(1992)提出的北方森林的生长季算法，即将1—4月，5月、6月、7月和8—12月分别定义为0，0.2，0.5，0.9和1个生长季，计算伐后不同时间林分平均胸径和蓄积的年生长率，分析第2次采伐前不同强度初始择伐对林分生长的影响以及初始择伐后不同时间林分生长的差异。

将各样地所有调查年份的实测胸径进行径阶整化，径阶距为2 cm。由于实地调查时，会人为漏测达到起测径阶的小树，为了减小误差，本研究统计所有调查年份8 cm径阶及以上各径阶林木株数，采用负指数分布进行拟合，分析林分径级结构的动态变化。由于各组样地初始择伐后调查的次数较多，且伐后6年开始分别在不同的时间又进行了不同强度的1~3次择伐，因此，分别统计所有样地调查期内林分各径阶林木株数，所选调查时间一般间隔6~10年(采伐年份必选)。负指数分布公式(孟宪宇，1996)为Y=Ke^-aX，式中：Y为每个径阶的林木株数；X为径阶；a和K均为直径分布特征的参数，a为林木株数在连续径阶中的减小速率，K为林分相对密度。a值大，说明林木株数随径阶的增加而迅速下降；a值和K值都大时，表明小树的密度较高。

林分径级分布可由关系式X_td = X_td-1/q表达(于政中，1993)。式中：X_td为t时刻径阶d的立木株数，X_td-1为t时刻径阶d相邻上一径阶的立木株数；q为某一径阶的株数与相邻较大径阶株数之比，q值是一个递减系数或常数，q值的序列和均值可以表达林分的径级株数分布状况。

林分蓄积结构通过不同径级林木的蓄积比重进行分析，根据我国森林资源状况，径阶6~12 cm为小径木，14~24 cm为中径木，26~36 cm为大径木，38 cm以上为特大径木。

采用广义线性模型(GLM)单因素方差分析研究第2次择伐前初始不同择伐强度对林分生长和结构的影响，并对差异显著的进行多重比较。本研究的统计分析和分布拟合均采用SPSS统计软件完成。

初始样地的林分概况和立地条件基本一致。经过不同强度初始择伐，伐后林分因子的差异见表 3。从表 3可以看出:不同强度择伐的林分胸高断面积和蓄积量有显著差异(α = 0.05)，而平均胸径、蓄积结构和径级结构基本一致。

3 结果与分析 3.1 林分平均胸径的生长变化

由于各组样地从伐后6年开始分别在不同时间进行了不同强度的1~3次择伐，故分别分析第2次择伐前及第2次择伐后不同时间的林分平均胸径生长变化。

从图 1可以看出:第2次择伐前，各组经过不同强度初始择伐后的样地林分平均胸径基本大于对照样地。样地设置时(1986年)：30%强度初始择伐后的1-3号林分平均胸径最大，为18.6 cm；第2，3和5组各样地则20%强度初始择伐后最大，分别为19.3，19.5和16.2 cm，且均随着时间延迟一直保持最大；第2和3组经30%强度初始择伐的样地与对照样地差异不大；第4组各样地间均差异不大，最大为18.4 cm(对照样地)。经过第2次择伐，林分平均胸径均有所减小，随后生长加快。第2次采伐强度过大(＞40%)的样地3-2，3-3，3-4，4-1和4-2伐后林分平均胸径迅速减小，但随着时间的增加生长相对较快，如样地3-2 2009年林分平均胸径最大，为26.3 cm。样地3-7在2005年进行了20.2%强度的第3次择伐(第2次强度为53.9%)，胸径远小于其他样地。样地2-2和2-4由于2次采伐强度均在20%左右，生长相对较快，2008年样地2-2林分平均胸径达25.1 cm；而样地2-3 2次采伐强度均小于10%，对生长影响不大，2008年林分的平均胸径低于对照样地。第5组各样地的林分平均胸径持续增长，但生长速度差异不大，与其他4组相比，由于未进行第2~4次择伐，胸径生长相对较小。

由图 2中样地林分平均胸径年生长率发现，随着时间的增加其总体趋势逐渐减小。经过2~4次择伐的样地(1，3和4组)胸径年生长率波动比较大，第2组样地由于每次采伐强度小于或接近20%，波动较小，而未经2次择伐的第5组样地相对较稳定(样地5-4由于2009年小树枯死较多，使得林分平均胸径增加较多)。第1，2，3和4组样地及时进行了第2次择伐，生长率开始上升；而经过第3次低强度择伐的样地2-3，3-1和3-4，伐后生长率相对其他样地较高，最后一次调查期内样地3-4平均胸径年生长率为2.1%，而未经3次择伐的样地3-2则减小至0.8%。由于3-1，3-2，3-3，3-4和4-2第2次择伐强度大于40%，伐后生长率急剧增加，样地3-3在1997至1999年间生长率最高，达2.8%，但伐后5年左右又开始减小。第4和5组各样地由于最后一次调查间隔时间为1年，故其生长率的变动较大。

以上分析表明：第2次择伐前，初始不同强度择伐后的林分平均胸径差异不大，但择伐后的样地林分平均胸径生长加快，年生长率高于对照；40%强度择伐的样地在伐后4年里林分生长加快，年生长率相对其他强度较高，样地1-4最高，为2.6%。由于强度择伐为保留木提供更多的生长空间，促进其生长。经过第2~4次择伐的样地胸径年生长率波动较大：初始择伐后所有样地年生长率基本随着时间延长逐渐减小，直至第2次择伐；第2次择伐后开始增加，5年左右以后又开始减小直至下次择伐，但其年生长率较未进行第2~4次择伐的样地高。

3.2 林分蓄积的生长变化

比较图 3中各组4个样地设置时(1986年)的蓄积发现：不同强度初始择伐后的样地林分蓄积较对照均有相应程度的减小，第3组20%强度择伐的样地林分蓄积大于对照，由于对照样地林分主要树种中针叶树所占比例小于其他3个样地，故林分蓄积相对较小。第2次择伐前，各组不同强度初始择伐的样地在伐后6年间林分蓄积生长加快，第1组差异不大；30%强度择伐的样地5-3增长最多，由初始的161.8 m³·hm^-2增加到1992年的250.2 m³·hm^-2。各组样地进行第2次择伐后，样地1-3，2-3和4-3的蓄积均大于本组其他样地；此3个样地的初始择伐强度均为30%，第2次为20%左右，强度适中，能很好地促进林木的生长。4-1，4-2和第3组样地由于第2次采伐强度在40%和60%之间，林分蓄积急剧减少，3-3减少最多，由第2次择伐前的197.6 m³·hm^-2减小至92.5 m³·hm^-2，但伐后蓄积生长显著加快。样地3-1和3-4均在2005年进行第3次择伐，蓄积量分别减少至147.2和137.0 m³·hm^-2，低于初始的185.7和156.4 m³·hm^-2；由于上次择伐强度过大，应让其恢复至原有蓄积水平再进行采伐，从而获得更多的收获量。未第2次采伐的样地2-1，4-4和第5组各样地的蓄积生长逐渐变缓，由于后期一直未进行采伐，2008年样地2-1林分蓄积量相对最大，为414.5 m³·hm^-2。

从图 4可以看出：调查时期内各样地的林分蓄积年增长率整体上呈减小趋势，期间经过1~3次择伐的样地在伐后有所增加，但随后又开始下降。第2次择伐前，初始择伐强度30%和40%的样地林分蓄积年增长率相对较大，初始择伐后2年样地2-3和5-3分别为8.7%和8.5%。样地3-1，3-2，3-3，3-4和4-2同样由于第2次择伐强度大于40%，伐后增长率急剧增加，样地3-3最高，为6.5%。未进行第2~4次择伐的第5组各样地，年增长率则一直减小且波动较小；初始择伐40%的样地5-4林分蓄积年增长率大于本组其他样地，且随着时间增加基本一直维持较大，2009年的增长率为2.3%。经过第2~4次择伐的其他各组样地2009年增长率最大的为4-2，为5.5%，4-4和3-4较小，分别为4.5%和4.2%。由于林分存在自然枯死和更新，小树较多枯死，对林分总蓄积影响较小，故相对于胸径生长率的变化，蓄积增长率波动较小，规律较明显。

总的来说，调查时期内各样地的林分蓄积年增长率整体上呈减小趋势。第2次择伐前不同强度初始择伐后的林分蓄积增长差异不明显，随着伐后时间的增加，经过择伐的样地蓄积年生长率基本高于对照样地。各组样地经过第2~4次择伐，伐后增长率开始增加，但伐后4~6年又逐渐减小；初始择伐强度大的样地蓄积年增长率仍高于低强度和未采伐的样地。初始强度为30%，第2次为20%左右的择伐，由于采伐强度适中，能稳定地促进林木生长。

3.3 林分径级结构的变化

所有样地不同调查时间内的林分径级分布变化情况见图 5，负指数分布拟合结果表明:相关系数R基本在0.8以上，最高可达0.97，参数结果见表 4。

从图 5可看出：第2次择伐后大部分样地的径级结构比较合理，呈反“J”型分布；第2次采伐强度过大(>40%)的样地，如3-1，3-2，3-3，3-4，4-1和4-2，经过10年左右的恢复，林分径级结构仍不理想，中小径级林木株数相差不大，也没有大径级林木增加。未进行第2~4次择伐样地经过8年左右，林分的径级结构变化很大，各径阶的林木株数相差不大，形成多峰曲线的径级分布。因此，控制合理的采伐周期和强度，可以很好地调整林分的径级结构。

由图 5发现：随着时间推移，各样地林分小径级林木逐渐减少，直径分布由反“J”型向不对称的单峰或多峰山状曲线变化，因此采用负指数分布模型进行拟合的效果较差，如表 4中样地2-2，2-4，3-2和3-4，1994年及以后的径级分布负指数拟合的参数K值均小于100。K值表示林分的相对密度，由于多次短间隔期或强度采伐导致林分的相对密度减小。从表 4可以看出：随着时间增加，各样地的K值和a值基本呈减小趋势，K值在37.1和1378.4之间，a值在0.01和0.15之间，最小值出现在2次强度择伐后的样地3-4，最大值出现在未进行2次择伐的样地5-1。由于采伐和自然枯死，加之更新较少，K值越来越小；a值越来越小说明林木株数在连续径阶中缓慢减小，导致各径阶林木株数差异不大，分布逐渐偏离反“J”型。根据表 4可以得出，不同强度择伐后样地的林分径级结构呈理想反“J”型分布的K值和a值分布范围为：对照样地K∈[238.5, 1 378.4], a∈[0.07, 0.15]；20%强度K∈[243.0, 496.3], a∈[0.08, 0.12]；30%强度K∈[138.7, 1 333.7], a∈[0.06, 0.14]；40%强度K∈[235.5, 814.5], a∈[0.08, 0.15]。

3.4 第2次采伐前林分生长和结构的变化

由于本研究所采用的样地在初始择伐6年后开始进行第2次择伐，采伐时间不同，且采伐强度未进行统一设计，无法系统分析6年以后初始择伐强度对林分生长和结构的影响，因此本研究对初始择伐后6年的林分生长和结构进行分析，结果见表 5和6。

从表 5可以看出：不同强度初始择伐后6年，林分的平均胸径、断面积和蓄积均增大，平均胸径差异不大，但断面积和蓄积则有明显差异。20%和30%强度择伐样地与对照样地林分平均胸径年生长率无显著差异，但40%强度择伐样地林分平均胸径年生长率显著增加，6年后达到2.46%。择伐样地与对照样地蓄积年生长率也有显著差异，但不同强度择伐之间差异不显著，30%强度择伐后6年样地林分蓄积年生长率最大，为5.94%。

由表 6可以发现：不同强度初始择伐后6年林分的蓄积结构和径级结构没有显著差异，而所有样地林分大径级林木的蓄积比重增加，中小径级的减小。林分的q值和负指数分布参数a在不同强度择伐间差异不大。由于伐后6年的时间较短，林分结构变化较小。相对于对照样地，择伐促进林木加快生长，30%以上强度择伐后生长相对较快，但林分生长恢复至原有水平的时间亦较长。20%强度择伐后林分的蓄积生长率与30%和40%差异不大，因此，可采用低强度多次择伐的经营措施，既能维持林分结构，又能加快林木的生长。

4 结论与讨论

择伐促进林木加快生长，30%以上强度的择伐后生长相对较快，林分平均胸径和蓄积的年生长率最高分别达2.6%和8.7%，但林分生长恢复的时间亦较长。择伐后样地林分平均胸径和蓄积的年生长率基本随着时间的增加呈减小趋势直至下次择伐，采伐后又开始增加，4~6年以后减小直至下次采伐。初始20%强度择伐后6年林分的蓄积年生长率与30%和40%差异不大。董希斌等(2003)研究认为针阔混交林择伐强度在60%以内，林分蓄积年生长量较大，因此，考虑林分伐后恢复状况和所需时间，20%~30%强度的择伐即可促进林分的生长，当生长率减小时可进行下一次择伐。2009年经过2次择伐后的样地4-2林分平均胸径和蓄积的年生长率最大，分别为3.6%和5.5%；未进行2次或3次择伐的样地林分蓄积年生长率较小，最低为1.3%，最高达4.5%(初始择伐强度为40%的样地)。

各样地初期，不同强度择伐后的林分径级结构均呈明显的反“J”型，随着时间的推移，各样地林分小径级林木逐渐减少，直径分布由反“J”型向不对称的单峰或多峰山状曲线变化。对于经2次或3次择伐的样地，只要控制合理的采伐周期(8年左右)和强度(20%左右)，即可保持较好的径级结构。董希斌(2002)也认为择伐能调整林分结构。通过负指数分布拟合发现，随着调查时间的增加，各样地的K值和a值基本呈减小趋势，与亢新刚等(2003)对该地区天然云冷杉林的直径分布拟合结果相同。本研究还得出不同强度择伐后的林分理想径级结构状态的K值和a值分布范围亦有所不同：对照样地K∈[238.5, 1 378.4], a∈[0.07, 0.15]；20%强度K∈[243.0, 496.3], a∈[0.08, 0.12]；30%强度K∈[138.7, 1 333.7], a∈[0.06, 0.14]；40%强度K∈[235.5, 814.5], a∈[0.08, 0.15]。

林分经营管理时应选择合适的采伐强度和采伐周期，可采用低强度多次择伐的方式，既能维持林分结构，又能加快林木生长。择伐强度则应根据林分的生长状况，通过蓄积年增长率来确定，本研究得出20%左右即可。于政中等(1996)的研究也证明，该地区天然云冷杉林择伐强度不宜超过20%，最好在15%左右，经理期为5年可以达到永续利用。本研究得出初始择伐后6年不同强度择伐之间林分生长和结构无显著差异，林分平均胸径和蓄积的年生长率在每次择伐后4~6年开始减小，未进行第2~4次择伐的林分经过8年左右，林分的径级结构变化很大，因此，综合林分生长和结构2方面，在林分经营中，可采用20%左右的强度，6年左右为1个周期进行采伐，并根据林分生长状况，可适当进行强度择伐，加快林分生长，间隔周期应相对较长，实现林分的可持续经营。

本研究从胸径和蓄积的生长及径级和蓄积结构方面研究不同强度择伐(包括多次择伐)对林分生长和结构的影响，以后的研究还可分析树高、胸高断面积、天然更新、空间结构、种群分布格局和种间联结等的变化。由于本研究所用的样地在第2~4次择伐时，采伐时间和强度不完全一致，导致样本较少，2次采伐后无法进行统计分析，采伐影响规律不太明显，因此，以后的采伐设计应根据林分采伐前状态的异同设置相应的采伐时间和强度等级，增强样地间的可比性，增加不同采伐强度样地的重复数，减小变动。