2013, Vol. 49
文章信息
- 周建云, 李荣, 何景峰, 张文辉
- Zhou Jianyun, Li Rong, He Jingfeng, Zhang Wenhui
- 近自然经营对辽东栎林优势乔木更新的影响
- Regeneration of the Dominant Arbors after Close-to-Natural Management of Quercus wutaishanica Forest
- 林业科学, 2013, 49(8): 15-20
- Scientia Silvae Sinicae, 2013, 49(8): 15-20.
- DOI: 10.11707/j.1001-7488.20130803
-
文章历史
- 收稿日期：2012-06-05
- 修回日期：2013-06-28
-
作者相关文章
2. 石河子大学农学院 石河子 832000
2. Agriculture College of Shihezi University Shihezi 832000
辽东栎(Quercus wutaishanica)是中国暖温带落叶阔叶林和亚热带常绿落叶阔叶混交林的主要树种，对分布区水土保持、生态安全、碳汇储备等发挥着重要作用(康永祥等，2007)。由于多年来过度利用，大部分辽东栎林已经沦为残败次生林，1998年国家实施天然林保护工程后，严格的封育措施使辽东栎林得到快速恢复，生态效益得到进一步提高，随之出现了林木品质下降、林下更新幼苗匮乏等新的问题，严重影响了辽东栎林持续发育(李荣等，2011a)。如何科学合理经营天然辽东栎林，提高林木质量，促进天然更新，使其生态效益得到高效持续发挥，成为亟待解决的问题。森林近自然经营是以森林生态系统的稳定性、生物多样性和系统多功能的缓冲能力分析为基础，以整个森林的生命周期为时间设计单元，以目标树的标记与间伐和天然更新为主要技术特征，以永久性林分覆盖、多功能经营和高品质产品生产为目标的森林经营体系(Parrotta et al ., 1997; Olsthoorn et al ., 1999; 邵青还，2003)，满足了森林多种功能的持续发挥(如木材生产、林地更新、资源保护、物种和林地可持续发展等)，使天然林的社会、经济与生态功能同样重要，成为森林可持续发展的主要课题(陆元昌，2006)。国内有关近自然经营的报道主要侧重于理论研究(邵青还，2003; 陆元昌，2006)和对针叶纯林改造的研究(蔡年辉等，2006; 修勤绪等，2009)，对于阔叶林特别是辽东栎林近自然经营的研究鲜有报道。
阔叶树采伐后，林地光照增加，土壤水分与养分发生相应变化，可能造成先锋树种(非目的树种)和杂草入侵，影响林地原有优势种群的天然更新(张鼎华等，2001; Kreyer et al .,2006)。传统经营方式认为，如果采伐后不及时进行人工补植更新，可能导致林分成为效益低下的次生林(Wu et al .,2008)。面对当前人工工资日益增加而造成林业经营成本大幅提高的状况，如何降低人工补植成本支出成为森林经营者十分关注的问题。
本研究以黄土高原丘陵沟壑区辽东栎林为对象，设置未间伐(对照)、13. 4% 材积强度间伐后天然更新(弱度间伐)和30. 0% 材积强度间伐后人工补植油松(Pinus tabulaeformis)(强度间伐)对比试验，通过固定样地伐后持续7 年的监测，研究不同强度近自然经营间伐措施对辽东栎林立地环境、群落物种多样性和优势林木更新的影响，探讨近自然经营间伐技术和间伐强度指标，以期为我国黄土高原辽东栎天然次生林的间伐经营与伐后管理提供理论依据和技术指导。
1 研究区概况研究区位于陕北黄土高原南部的黄龙山林区(109°38'49″—110°12'47″E，35°28' 46″—36°02' 01″N)。海拔962. 6 ～ 1783. 5 m，属暖温带半湿润与半干旱气候的过渡地带，年平均气温8. 6 ℃，最高气温36. 7 ℃，最低气温－ 22. 5 ℃，全年无霜期126 ～ 186天，年均降水量611. 8 mm。土壤以褐土为主，pH 值7. 5 ～ 8. 0，地带性植被为暖温带落叶阔叶林，主要乔木树种有辽东栎、油松、茶条槭(Acer ginnala)和白桦(Betula platyphylla)等(李荣等，2011b)。
2 研究方法 2.1 样地设置2004 年8 月选择生境一致、辽东栎占80%以上的天然次生林为研究对象，林龄50 年左右，乔木层郁闭度0. 8 ～ 0. 9，林下有树木自然枯死现象。实施近自然经营目标树单株木作业，采伐干扰树和过密处生长不良的目标树种，间伐后林地郁闭度保持在0. 6 以上。设计近自然经营间伐材积强度为13. 4%和30. 0%，分别作业10. 0 hm2。为了将原来退化的辽东栎天然次生林培育成松栎混交林，第2 年春季在间伐30. 0% 林地中大于6 m2 的林窗内补植2 年生油松幼苗(高度≥15 cm，基径≥0. 3 cm)。补植时采用鱼鳞坑整地，穴距2 m ×2 m，每穴载植1 株。
综合考虑立地条件和辽东栎林优势种群的生长状况，设置50 m × 50 m 的固定样地12 块，其中未间伐区(对照)、13. 4% 间伐区和30. 0% 间伐区各4块。分别在每块样地的4 个角与中央设置5 m ×5 m灌木样方和2 m × 2 m 草本样方。
2.2 样地调查样地调查于2004—2011 年每年8 月连续进行。 伐前(2004 年)和间伐后(2005 年)样地特征见表1。调查内容包括: 1)生境地形地貌、海拔、坡 、坡度和坡位; 2)群落学特征物种的组成、高和盖度; 3)乔木调查根据高度将乔木划分为 年树(H ≥5. 0 m)和幼苗幼树(H ＜ 5. 0 m)，成年树进行每木检尺，记录物种名、高度、胸径和冠幅，在 木样方中调查幼苗幼树，调查内容包括物种名、数 、高度、基径、年龄和冠幅等; 4)灌木样方调查 物种测定各灌木和乔木幼苗幼树的多度、盖度、高和频度; 5)草本样方调查分物种调查草本物 的多度、盖度、高度和频度。
|
林地郁闭度用圆球定位仪(Model A，Forestry uppliers，Jackson，MS，USA)测定; 枯枝落叶物厚度用钢卷尺测定; 在每个灌木样方的右下角，除去表面林枝落叶，挖30 cm 深土壤剖面，用环力在15 m 深处取样，用塑料自封袋保存，在西北农林科技 学西部环境与生态教育部重点实验室(陕西杨凌)测定土壤含水量、pH 值、有机质含量、全N和全P含量。
2.3 物种多样性的测度方法物种多样性指数包括物种丰富度指数、物种多样性指数(Simpson 指数和Shannon 指数)和均匀度指数(Pielou 指数和Alatalo 指数)(马克平等，1995)。以各样地中物种重要值为基础，按生长型(乔木、灌木、草本)计算群落各层的物种多样性。测度群落总体多样性指数时，对不同生长型的多样性指数进行加权(包括乔木层 W 1、灌木层 W 2、草本层 W 3(王梅等，2009)。
2.4 数据分析所有数据均采用SPSS 11. 5 软件进行统计分 。采用单因素方差分析(One-way ANOVE)和uncan 方法进行多重比较，显著性水平 α = 0. 05。
3 结果与分析 3.1 间伐强度对林地环境因子的影响表 2 表明: 近自然经营7 年后(2011 年)，林地郁闭度在不同间伐强度之间具有显著差异(P ＜0. 001); 枯枝落叶层厚度、土壤湿度和土壤pH 值在 同间伐强度之间没有显著差异。土壤全N 含量 有机质含量在强度间伐样地最高，在对照样地最低，受间伐强度影响显著(分别为 P = 0. 007和P =0. 006); 土壤全N 含量和有机质含量在强度间伐与 度间伐之间和弱度间伐与对照之间没有显著差异。土壤全P 含量在间伐样地中略低于对照样地，但在不同间伐强度间没有显著差异(P = 0. 156)。
|
|
近自然经营后林地可利用养分增加，尤其是土壤全N 含量。原因在于近自然经营7 年后，林地郁闭度从对照的88%降到强度间伐的65%，上层林冠 度的改变造成环境条件的改变。表现为森林间伐 初期林地光照充足，地表温度升高，土壤微生物数 增加，酶活性增强，促进凋落物及间伐留下的枯枝讯速分解，提高了土壤养分循环速率(张鼎华等，2001)。另外，间伐后大部分枯枝落叶保留在原地，很好地保留了林地生态系统中的有机营养物质尤其 N 素(李荣等，2011b)。
3.2 间伐强度对群落物种多样性的影响间伐7 年后，丰富度指数和多样性指数在3 种 伐强度间的变化趋势均表现为强度间伐＞ 弱度间 ＞ 对照，说明间伐有利于物种丰富度和多样性提高(表 3)。但均匀度指数 J sw E a 现出弱度间伐＞ 度间伐＞ 对照的趋势，说明间伐措施对群落均匀度的影响比较复杂。总的来说，物种多样性指数在间伐样地均高于未间伐样地。
|
|
2010 年(间伐6 年后)，调查样方共记录12 种乔木树种幼苗。其中，优势种辽东栎、油松和茶条槭幼苗数量较多，在样方中占幼苗总数的75% ～ 90%。 势林木幼苗幼树密度表现为辽东栎＞ 油松＞ 茶条，且在不同处理之间差异较大(图 1)。建群种辽东栎幼苗幼树密度最大，强度间伐与弱度间伐之间 弱度间伐与对照之间没有显著差异，但强度间伐 对照之间存在显著差异(图 1)，说明间伐措施对辽东栎幼苗幼树密度有显著影响。
|
图1 2011 年不同间伐强度群落优势乔木幼苗幼树密度 Fig.1 Density of dominant tree saplings under three thinning intensities in 2011 |
油松幼苗幼树密度在不同处理间具有显著差异(P = 0. 002)，其中，在对照与弱度间伐之间无显著差异，强度间伐(含补植)油松幼苗幼树密度显著高于其他样地(图 1)。实际调查发现，天然更新(不含 植)的幼苗幼树在强度间伐区密度为 0. 146 0 ± 0. 011 9)株·m － 2，在不同处理间无显著差异(P = 0. 082)，这说明间伐措施对自然更新的油松幼苗幼树密度没有显著影响，人工栽植是提高天然辽东栎林油松密度的有效手段。
伴生树种茶条槭幼苗幼树密度在不同间伐措施间无显著差异(P = 0. 353)，这说明间伐措施不影响茶条槭幼苗幼树的密度。
3.4 间伐强度对优势乔木幼苗幼树存活率的影响2005 年共标记492 个乔木幼苗幼树个体，到2011 年，只保存有319 个个体(64. 84%)(表 4)。优势林木幼苗幼树存活率表现为茶条槭＞ 辽东栎＞油松，且不同处理间幼苗幼树存活率不同。随着间伐强度增加，油松和辽东栎幼苗幼树存活率增加;而茶条槭的幼苗幼树存活率不受间伐措施影响，在弱度间伐中最低。
|
|
优势乔木幼苗幼树每年高生长量表现出为油松＞茶条槭＞ 辽东栎(图 2)。调查期间，辽东栎幼苗幼树每年高生长量比较平稳，但生长量始终较低;油松幼苗幼树高度年生长量在前期(2005—2008年)较低，后期(2009—2011 年)较高; 茶条槭幼苗幼树高度年生长量变化波动较大，反映出不同物种之间高生长规律的差异性。
|
图2 不同强度间伐后优势乔木幼苗幼树的每年高生长量 Fig.2 Current annual height increment of dominant tree saplings under three thinning intensities |
以辽东栎幼苗幼树高生长为例，伐后第2 年(2005 年)，辽东栎幼苗幼树高生长量为(11. 23 ±1. 02)cm，不同强度间无显著差异(P = 0. 171); 随后3 ～ 5 年(2006—2009 年)分别为(35. 32 ± 1. 85)cm(P = 0. 058)、(47. 13 ± 1. 46)cm(P = 0. 003)和(60. 19 ± 2. 17)cm(P = 0. 073)，到6 ～ 7 年(2010—2011 年)，不同强度间每年高生长量存在显著差异，分别为(72. 68 ± 1. 09)和(84. 80 ± 1. 46)cm。不同间伐措施样地中，油松和茶条槭幼苗幼树高生长表现出与辽东栎幼苗幼树高生长一致的规律，始终表现为对照＜ 弱度间伐＜ 强度间伐(图 2)。过说明间伐措施对优势乔木幼苗幼树高度生长有重要影响，强度间伐极大程度上改善了林内通风透光条件，地表温度升高，凋落物及采伐留下的枯枝分解速度加快，土壤微生物数量增加，酶活性增强，导致土壤养分循环速率提高，土壤养分水平进一步改善，有利于幼苗幼树高生长(周莉等，2004; 李荣等，2011b)。
4 结论与讨论近自然经营间伐后，上层林冠盖度的改变造成环境条件的改变，群落物种丰富度和多样性均有所提高，这与吴涛等(2006)和蔡年辉等(2006)的结论相类似。辽东栎林经采伐后，物种组成、结构和功能等方面发生改变，从而决定了不同采伐强度在物种多样性(丰富度、多样性和均匀度)特征上的差异。其原因一方面是由于实施近自然经营间伐后，许多喜光的物种从种子库中迅速萌发，如短寿命的先锋树种白桦和山杨(Populus davidiana)，一些阳性草本，尤其是1 年生禾本科植物，在间伐样地中出现并大量繁殖，导致间伐样地的物种多样性高于对照(Kreyer et al .,2006; 李荣等，2011a); 另一方面，采伐干扰导致林隙内微生境改度，资源可利用性增大，有利于树种的生长和繁殖，为更多树种进入创造了条件(宋新章等，2007)。
无论在未间伐样地还是在间伐样地均有建群种辽东栎幼苗发生，随着间伐强度增加，辽东栎幼苗幼树数量增加，且存活率和年生长量也随之提高，说明近自然经营措施可以促进辽东栎幼苗幼树的定居和生长，辽东栎在当地实现自我更新没有困难。这是由于栎类具有很强的萌蘖能力与种子扩散能力，幼苗幼树具有较强的耐荫性，对环境条件适应性较广，能够实现天然更新(王中磊等，2005; 卢彦昌等，2006)。
近自然经营7 年后，天然更新(不含补植)的油松幼苗幼树在不同强度间无显著差异，说明仅靠间伐措施并不能有效促进油松天然更新。研究发现，未间伐样地中10 年左右的油松幼树个体数量极少，这与其他松类(Pinus sp．)研究中认为松类天然更新幼苗很难成大树的报道类似(Barkker et al .,2007)。强度间伐后种植2 年生油松幼苗，经过整地、除草、修建鱼鳞坑等人工措施后，油松幼树成活率很高，强度间伐7 年后样地中油松幼苗幼树密度(包含补植)显著高于其他样地，说明间伐后人工栽植油松幼苗幼树是弥补油松幼树因前期生长缓慢、存活率低而造成幼苗幼树匮乏的有效手段，也是培育松栎混交林的关键措施(李荣等，2011a)。
主要伴生树种茶条槭，具有适应性强、耐寒、弱阳性、半耐荫、深根性和萌蘖性强等特点(李雷鹏等，2007)，幼苗幼树在样地中数量虽然较少，但其种源丰富、容易繁殖、生长快、存活率较高，其天然更新没有困难。
| [1] |
蔡年辉, 李根前, 陆元昌. 2006. 云南松纯林近自然化改造的探讨. 西北林学院学报, 21(4): 85-88.( 2)
|
| [2] |
李雷鹏, 马晓倩, 孙 亮, 等. 2007. 茶条械在东北地区的研究现状及展望. 东北林业大学学报, 35(10): 81-82.(1)
|
| [3] |
李荣, 何景峰, 张文辉,等. 2011a. 近自然经营间伐对辽东栎林植物组成及林木更新的影响. 西北农林科技大学学报: 自然科学版, 39 (8): 83-91.(3)
|
| [4] |
李荣, 张文辉, 何景峰, 等. 2011b. 不同间伐强度对辽东栎林群落稳定性的影响. 应用生态学报, 22 (1): 14-20.(3)
|
| [5] |
卢彦昌, 张文辉, 陆元昌. 2006. 黄龙山林区不同培育措施对辽东栎种群结构与动态的影响. 西北植物学报, 26(7): 1407-1413.(1)
|
| [6] |
陆元昌. 2006. 近自然森林经营的理论与实践. 北京: 科学出版社, 63-66.(1)
|
| [7] |
康永祥, 岳军伟, 张巧明. 2007. 黄龙山林区辽东栎群落类型划分及其生物多样性研究. 西北林学院学报, 22 (3): 7-10.(1)
|
| [8] |
马克平, 黄建辉, 于顺利, 等. 1995. 北京东灵山地区植物群落多样性的研究Ⅱ: 丰富度、均匀度和物种多样性指数. 生态学报, 15(3): 268-277.(1)
|
| [9] |
邵青还. 2003. 对近自然林业理论的诠释和对我国林业建设的几项建议. 世界林业研究, 16(6): 1-5.(2)
|
| [10] |
宋新章, 李冬生, 肖文发, 等. 2007. 长白山区次生阔叶林采伐林隙更新研究. 林业科学研究, 20 (3): 302-306.(1)
|
| [11] |
王梅, 张文辉. 2009. 不同坡向人工油松林生长状况与林下物种多样性分析. 西北植物学报, 29(8): 1678-1683.(1)
|
| [12] |
王中磊, 高贤明. 2005. 锐齿槲栎林的天然更新——种子幼苗库和径级结构.生态学报, 25(5): 986-993.(1)
|
| [13] |
吴涛, 张文辉, 陆元昌, 等. 2006. 黄龙山林区不同培育措施对油松种群数量动态及物种多样性的影响. 西北植物学报, 26(5): 1007-1013.(1)
|
| [14] |
修勤绪, 陆元昌, 曹旭平, 等. 2009. 目标树林分作业对黄土高原油松人工林天然更新的影响. 西南林学院学报, 29(2): 13-19.(1)
|
| [15] |
张鼎华, 叶章发, 范必有, 等. 2001. 抚育间伐对人工林土壤肥力的影响. 应用生态学报, 12 (5): 672-676.(2)
|
| [16] |
周莉, 代力民, 谷会岩, 等. 2004. 长白山阔叶红松林采伐迹地土壤养分含量动态研究. 应用生态学报, 15 (10): 1771-1775.(1)
|
| [17] |
Barkker J D, Moore M M. 2007. Control on vegetation structure in southwestern ponderosa pine forests 1941-2004. Ecology, 88(9): 2305-2319.(1)
|
| [18] |
Kreyer D, Zerbe S.2006. Short-lived tree species and their role as indicators for plant diversity in the restoration of natural forests. Restoration Ecology,14(1): 137-147.(2)
|
| [19] |
Olsthoorn A F M, Bartelink H H, Gardiner J J, et al. 1999. Management of mixed—species forest: silviculture and economics. IBN Scientific Contributions,15: 381-384.(1)
|
| [20] |
Parrotta J A, Knowles O H, Wunderle J M. 1997. Development of floristic diversity in 10-year-old restoration forests on a bauxite mined site in Amazonia. For Ecol Manage, 99(1/2): 21-42.(1)
|
| [21] |
Wu L C, Shinzato T, Kudo T, et al. 2008. Characteristics of a 20-year-old evergreen broad-leaved forest restocked by natural regeneration after clearcut-burning. Ann For Sci,65(5): 505.(1)
|