林业科学  2014, Vol. 50 Issue (5): 90-100   PDF    
DOI: 10.11707/j.1001-7488.20140512
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文章信息

李婷婷, 陆元昌, 庞丽峰, 张显强, 王霞, 刘宪钊, 姜俊
Li Tingting, Lu Yuanchang, Pang Lifeng, Zhang Xianqiang, Wang Xia, Liu Xianzhao, Jiang Jun
杉木人工林近自然经营的初步效果
Initial Effect of Close-to-Nature Management of Chinese Fir Plantation
林业科学, 2014, 50(5): 90-100
Scientia Silvae Sinicae, 2014, 50(5): 90-100.
DOI: 10.11707/j.1001-7488.20140512

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收稿日期：2013-08-19
修回日期：2013-12-05

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李婷婷
陆元昌
庞丽峰
张显强
王霞
刘宪钊
姜俊

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李婷婷, 陆元昌, 庞丽峰, 张显强, 王霞, 刘宪钊, 姜俊. 2014. 杉木人工林近自然经营的初步效果[J]. 林业科学, 50(5): 90-100.
Li Tingting, Lu Yuanchang, Pang Lifeng, Zhang Xianqiang, Wang Xia, Liu Xianzhao, Jiang Jun. 2014. Initial Effect of Close-to-Nature Management of Chinese Fir Plantation. Scientia Silvae Sinicae, 50(5): 90-100.  DOI: 10.11707/j.1001-7488.20140512
杉木人工林近自然经营的初步效果
李婷婷1, 陆元昌1, 庞丽峰1, 张显强2, 王霞1, 3, 刘宪钊1, 3, 姜俊1    
1. 中国林业科学研究院资源信息研究所 北京 100091；
2. 中国林业科学研究院热带林业实验中心 凭祥 532600；
3. 北京林业大学 北京 100083
收稿日期：2013-08-19；修回日期：2013-12-05
基金项目：多功能森林抚育经营创新技术研究（CAFYBB2012013）；公益性科研院所基金多功能森林经营动态监测及数据集成技术（IFRIT201101）。
通讯作者：陆元昌
摘要：在热带林业实验中心杉木人工林中设置3种近自然改造作业样地：T1（间伐强度47%，林下补植6种阔叶树种）、T2（间伐强度61%，林下补植6种阔叶树种）、T0（对照样地，无作业），T1和T2林下补植树种相同。根据2008，2010年和2012年3次调查，比较分析近自然作业后4年各处理的林分蓄积生长量、单木生长量、林下更新树种、林分水平结构、林分垂直结构、树种多样性、树种重要值的动态变化。结果表明：作业样地T1，T2的年蓄积生长量均大于对照样地，分别为7.42，6.61和3.36 m3 ·hm-2，且单木水平的生长量T1>T2>T0，枯损木株数及枯损蓄积量均是T0>T2>T1，因此，对于研究区域的杉木纯林近自然改造，间伐强度不应大于60%。林下补植阔叶树种对天然更新幼苗具有保护作用，可增加物种多样性，改善林下环境，促进林下幼苗幼树的生长从而进入主林层；同时完善林分垂直结构，弥补林层缺失，尤其是林分下层及更新层的缺失，使森林短期内发生正向演替，缩短演替时间，形成目标林相，即多林层异龄混交林。人工补植树种中大叶栎、红锥、格木、灰木莲是与杉木混交生长较理想的树种，杉木林下天然更新树种主要是毛桤木、鸭脚木、木荷与乌桕，具有较高的重要值。本研究证明近自然改造作业的合理性与可行性，为全国人工纯林的近自然改造和经营提供案例参考与数据支持。
关键词： 杉木    近自然经营    生长动态    林分结构    
Initial Effect of Close-to-Nature Management of Chinese Fir Plantation
Li Tingting1, Lu Yuanchang1, Pang Lifeng1, Zhang Xianqiang2, Wang Xia1, 3, Liu Xianzhao1, 3, Jiang Jun1     
1. Research Institute of Forest Resources Information Techniques, CAF Beijing 100091;
2. Experimental Center of Tropical Forestry, CAF Pingxiang 532600;
3. Beijing Forestry University Beijing 100083
Abstract: Chinese fir(Cunninghamia lanceolata)is one major tree species in southern china plantation. Poor quality stems, decline in yield and soil fertility have been observed due to condensed planting, pure plantation and short rotation with the rapid increase of Chinese fir afforestation area. This is against the management targets of maximizing plantation's economic benefit, as well as ecological benefit. Close-to-nature forest management(CNFM)is regarded as the best way to equilibrize the ecological, social and economic function of forest utilizing forest natural process. Ten stands grouped three blocks by different treatments were established in experimental center of tropical forestry in Pingxiang, Guangxi Province. T1 with 47% intensity of thinning and six species at understory, T2 with 61% intensity of thinning and six species understory, T0 with no operation as control. Differences of forest characters were found among these three treatments after four years post-operation concerning stand and individual tree volume increment, regeneration species, stand horizontal structure, stand vertical structure, species diversity, importance value of species. the results showed that: stand volume per annual increment(PAI)of stands treated(T1 and T2)were greater than that of control plots(T0), were 7.42, 6.61, 3.36 m3 ·hm-2, respectively. The diameter at breast height(1.3 m)and volume increments at individual level from large to small were T1>T2>T0, well the order was reversed concerning stand mortality. Consequently, it was better that thinning intensity involved in close-to-nature stand improvement is less than 60%. Broad- leaved tree species replanted understory had protective effect on natural regeneration seedlings, increased stand biodiversity and improved growth condition, therefore facilitated the growth of understory trees to enter the main story. In addition, understory replantation could speed succession process up to reach target forest form-multi-strata, uneven age and mingled forest. The best species mixed in Chinese fir plantation were Quercus griffithii, Castanopsis hystrix, Erythrophleum fordii, and Manglietia glauca. Alnus lanata, Schefflera octophylla, Schima superba and Sapium sebiferum with higher importance value comparing with other natural regeneration species. This study proved the rationality and feasibility of transformation from pure plantation to close-to-nature forest which as final management target, and provided case reference for plantation improvement all over the country according to close-to-nature forest management theory.
Key words: Chinese fir    close-to-nature management    growth dynamic    forest structure    

随着林业发展目标从木材生产转移到生态恢复建设(Lu et al.，2009)，森林经营，尤其是人工林经营在适应这一林业政策转变上面临着挑战。我国人工林面积居世界首位，根据第7次全国森林资源清查(2004—2008)，人工林面积达6 168万hm2，占全国森林面积的31.6%; 但资源质量不高，人工乔木林蓄积仅49.01 m3·hm-2(Li et al.，2000; Lei et al.，2007; 国家林业局森林资源管理司，2010)。人工林经营方面存在的问题主要是: 经营方式粗放; 生产力低下; 纯林面积大，林分结构单一，针叶化严重; 病虫害日益加剧; 地力衰退严重; 生物多样性下降; 森林火灾潜在危险大(彭舜磊等，2008)，并没有正常发挥所期望的经济效益与生态功能效益。因此，改变人工林传统经营模式是平衡人工林经济效益和生态效益的唯一途径。

杉木(Cunninghamia lanceolata)是典型亚热带树种，因其干形直、木材耐腐蚀，是重要的建筑和家具原料，是我国南方人工造林的主要树种，其种植面积也在迅速增长(Bi et al.，2007); 但目前在杉木人工林经营过程中，由于片面追求速生丰产，提倡密植、纯林、精耕细作、短轮伐期等，导致杉木人工林大面积的生产力下降、地力衰退(叶学华等，2001; Chen et al.，1990; Kang et al.，2006; Wang et al.，2010)。关于如何提高杉木人工纯林生产力和林分条件，如间伐作业、混交阔叶树种、延长轮伐期、减少人为干扰和增加林下植被等均是有效的途径(杨承栋等，1995; Yang et al.，1998; Bi et al.，2007; He et al.，2007; Huang et al.，2013)。

近自然经营(陆元昌，2006; 陆元昌等，2009)现已被广泛认为是能够满足森林可持续经营标准的最有前景的营林方法，其基本思想是利用森林自然演替进程平衡森林生态、社会和经济功能，促进森林的正向演替，缩短森林自然演替时间。自2000年提出了近自然林业的理论与技术框架(陆元昌，2006; 陆元昌等，2010; 2011; Lu et al.，2009)以来，人工林近自然改造包括森林演替发展阶段划分、森林发展类型(Larsen et al.，2007)设计和目标树林分作业体系设计。关于近自然森林经营技术体系详见参考文献(陆元昌，2006; 陆元昌等，2010; 2011; Lu et al.，2009)，在此不详细论述。

人工纯林的近自然经营目标是将单一树种的人工林通过近自然改造最终形成异龄、与乡土树种混交、多林层结构的森林。中国热带省份海南，亚热带云南、广西、四川，温带地区的山西和北京都建立了近自然经营试验林，尤其是在广西省凭祥市热带林业实验中心(简称"热林中心")建立的近自然经营试验林，效果得到国内外专家的一致好评，2009年《科学》以"护理中国状态不佳的森林回到健康——同时为村民和伐木人提供生计，又能恢复生态系统活力的森林经营实践"(Stone，2009)为题，以热林中心为例，对我国开展的森林多功能经营和近自然林业技术研究和实践发展情况进行评价。虽然近自然经营试验林越来越多，但关于近自然经营或改造对林分生长和结构影响的文章很少，国内已发表的研究成果主要有宁金魁等(2009)比较分析了北京西山油松(Pinus tabulaeformis)人工林近自然改造样地与对照样地之间的生物多样性、更新树种及其垂直结构和胸径生长量指标之间的不同; 林同龙(2012)通过杉木人工林的近自然改造，分析近自然经营后的林分树种组成、植被多样性和土壤肥力及林分生产力，结果与宁金魁等(2009)的研究一致。近自然经营林分的生产力、生物多样性和林下更新要优于未改造的人工纯林，但是这2个研究案例并没有给出林分层次结构、林分与单木水平上的蓄积生长、林下更新树种生长动态等方面的详细信息。

本研究的目标是: 1)研究近自然改造样地林分生长与结构动态变化; 2)通过比较所有林下更新树种包括人工补植与天然更新树种的生长表现，得知哪些树种生长优于其他树种; 3)利用分析结果，为林分后续近自然经营提供建设性的建议。

1 数据与方法 1.1 研究区概况和试验设计

试验地设在热带林业实验中心的伏波实验场(21°57'47″—22°19'27″N，106°39'50″—106°59'30″E)，地形地貌复杂，地貌类型有丘陵、台地、低山、中山和岩溶地貌，最高海拔为 1 045.9 m(北大青山)，最低海拔为130.0 m(平而河); 属于南亚热带季风气候，日照充足，雨量充沛，干湿季节明显，光、水、热资源丰富，年均气温20.5~21.7 ℃，极端高温40.3 ℃，极端低温-1.5 ℃; 年均降雨量1 200~1 500 mm，年蒸发量1 261~1 388 mm，日最大降水量为206.5 mm; 土壤以砖红性红壤、红壤为主，其次为紫色土，再次是黄壤及少量石灰土(蔡子良等，2008; 车腾腾等，2011)。热林中心主要树种有杉木、马尾松(Pinus massoniana)、湿地松(Pinus elliottii)、加勒比松(Pinus caribaea)、红锥(Castanopsis hystrix)、西桦(Betula alnoides)、米老排(Mytilaria laosensis)、云南石梓(Gmelina arborea)、八角(Illicium verum)、格木(Erythrophleum fordii)等，珍贵优良阔叶树种主要有柚木(Tectona gr and is)、红锥、西桦、山白兰(Michelia alba)、灰木莲(Manglietia glauca)、香梓楠(Michelia hedyosperma)和奥克榄(Aucoumea klaineana)等。

改造对象为中龄杉木纯林，1993年造林，初植密度2 500株·hm-2。2000年进行了一次透光伐，2003年进行了一次强度为20%~30%的抚育性间伐，2007年开始近自然改造试验和经营。根据改造对象林分的发展阶段及树种生长特性和耐荫性制订林分发展类型，以目标林分优势树种组命名各经营模式。采取随机区组试验设计见表 1，小区数目为5个(B1~B5，分别代表不同试验经营模式)。2个重复代表不同上层林目标树数量和间伐后的林木保留密度，不同重复的林分上层目标树数量和保留木密度(林分郁闭度)不同。

表 1 杉木近自然林改造模式试验小区排列 Tab.1 Experimental stands arrangement of close-to-nature transformation models

根据试验设计，作业之前调查样地内每株树的胸径、树高，并根据单木生长竞争特征现地进行林木分类，林木分为4种类型: 目标树、特殊目标树、干扰树和一般木(Lu et al.，2009)，并进行标记。伐除干扰树，并在林下补植30~35株阔叶树种: 大叶栎、红锥、格木、灰木莲、铁力木(Mesua ferrea)和香梓楠。样地设置为半径11.28 m、面积400 m2的圆形样地，各样地概况及试验设计见表 2。为了研究内容描述的简洁与连贯，而且由于每个重复补植树种相同，所以根据间伐强度的不同将样地分为3组进行比较分析，T1对应试验的第I重复，T2对应试验的第Ⅱ重复，T0对应对照样地即无作业的杉木纯林。3个处理作业前后样地株数、蓄积与平均胸径变化如表 3所示。

表 2 近自然改造作业设计及样地概况① Tab.2 Plots location and respective operation
表 3 不同处理作业前后资源状况变化 Tab.3 Forest changes of three blocks post-operations
1.2 样地调查

2008年伐除干扰树和补植阔叶树种完成后，进行首次调查，记录所有胸径大于5 cm林木的树高、胸径(DBH)、干形、枝下高，冠幅; 胸径小于5 cm、树高大于1.5 m的记录树高、胸径; 树高小于1.5 m、大于30 cm的只记录树高，样圆内每120°设置一个样方，半径为1 m，记录样方内的灌木种类、株数或丛数、灌木平均高以及草本盖度和种类; 样地内所有树木都要挂牌进行长期跟踪，以后每2年进行1次调查，2010和2012年对上述所有的调查因子进行复测，每次调查都要对样地内新出现的天然更新的树种进行挂牌记录。

1.3 研究方法 1.3.1 林分水平的生长量

林分蓄积定期平均生长量PAI(periodic annual increment)计算公式如下:

$ PAI = \left( {{V_n} - {v_{n - a}}} \right)/a。 $ (1)

式中: Vn为期末所有胸径≥5 cm的林木的材积之和(m3·hm-2); Vn-a为期初所有胸径≥5cm的林木的材积之和(m3·hm-2); a 为间隔的年数。

立木材积计算采用以下公式(Lu，1999)计算:

$ V = g \times f \times h。 $ (2)

式中: h为全树高(m); g为胸高断面积(m2); f为平均试验形数(本研究杉木取0.48，其他树种取0.47)(孟宪宇，1996)。

1.3.2 单木生长

单木生长采用径阶年平均胸径生长量和材积生长量、各径阶单株林木的胸径和材积年平均生长量:

$ {I_i} = \frac{{{y_2} - {y_1}}}{{{n_i} \cdot a}}。 $ (3)

式中: y2为i径阶期末所有树木的胸径(或材积)之和; y1为i径阶期初所有树木的胸径(或材积)之和; ni为i径阶林木株数; a为间隔期的年数。

1.3.3 林分结构

1)水平结构: 林分径阶分布、各径阶树种组成以及各径阶林木枯死数量与枯死蓄积。

2)垂直结构: 根据国际林联(IUFRO)的林分垂直分层标准，以林分的优势高为依据把森林划分为3(或4)个垂直层，上层林木为树高≥2/3优势高，中层为树高介于1/3~2/3优势高之间的林木，下层为≤1/3优势高之间的林木。林分优势高的确定，一般可取每公顷面积上50~100株最高的林木的树高平均值为林分的优势高，也可以取50~100株胸径最大林木的平均树高为优势高 (陆元昌，2006)。此研究采取第1种算法，取T1，T2样地16株树高最大林木的树高平均值为优势高，T0样地8株树高最大林木的树高平均值为优势高。

3)树种组成: 采用树种多样性(Shannon-Wiener指数)反映不同经营措施对林分多样性的影响; 树种重要值(importance value index，IVI)(Florian et al.，2006)分析不同经营模式下的林分各树种与杉木混交初期的综合表现，对后续经营措施有重要参考作用。重要值由各树种的相对频度、相对丰富度和相对优势度组成，重要值越高，说明该树种在林分中的综合生长表现较好。

$ H' = - \sum\limits_{i = 1}^s {{p_i}\ln {p_i};} $ (4)
$ IV{I_i} = \left( {{n_i}/\sum {{n_j} \times 100} } \right) + \left( {B{A_i}/\sum {B{A_j} \times 100} } \right) + \left( {{f_i}/\sum {{f_i} \times 100} } \right). $ (5)

式中: H'为树种多样性; Pi 为属于物种i的个体在全部个体中的比例; s为物种数; ni，BAi，fi分别为树种i的株数、胸高断面积和绝对频率; nj，BAj，fj分别为除树种i其他树种的总株数、总胸高断面积和总绝对频率。

2 结果与分析 2.1 蓄积生长量

表 4显示的是调查间隔期间林分蓄积生长与变化动态。从表 4可知: 1)每个调查间隔期，经过近自然改造的作业样地T1和T2的林分蓄积年生长量(PAI)均大于对照样地，经过4年的近自然经营，作业样地T1，T2的PAI相对于对照样地分别增加120%，96.7%，而T1大于T2说明林分蓄积生长量短期内并不是随着间伐强度的增加而增加; 2)作业样地年单位面积进界蓄积，即所有进入起测胸径5 cm林木的蓄积，均大于对照样地; 3)对照样地平均年枯损蓄积为4.37 m3·hm-2a-1，而T1，T2分别为0，0.75 m3·hm-2a-1。这主要是因为作业样地在近自然改造过程中，将一些生长势头不高、影响目标树生长的干扰树伐除，林木间生长竞争减少，生长空间增加，改善了林内水、光、热条件，促进林下补植和天然更新的幼苗幼树生长而逐渐进入主林层。但值得注意的是，T2作业样地由于采伐强度过大，林内光照较强，不利于耐荫幼苗幼树的生长，林下灌草生长旺盛，相对于T1作业样地，不利于林内单木生长，而且会造成小树的死亡。

表 4 不同间隔期林分蓄积动态① Tab.4 Volume dynamics on stand level of different investigation
2.2 单木生长量

经过近自然改造的样地，相同径阶林木的胸径生长量(图 1a)2008—2010年以及2010—2012年均大于对照造样地的林木，T1与T2单株林木的年平均胸径生长量相近，分别为0.55，0.54 cm，而对照样地内的单株林木平均胸径生长量为0.31 cm。T1各径阶单木胸径生长量大于T2相同径阶单木的生长量，说明 T1相对于T2处理，更有利于单木的生长，而且胸径生长量随着径阶的增大而增大。各径阶林木材积生长量与胸径生长量有相同的结果(图 1b)，均是T1处理样地单木生长最快，其次是T2处理。

图 1 2008—2012各径阶单木胸径年生长量(a)和材积年生长量(b) Fig. 1 Per annual diameter increments and annual volume increments of individual stem in each diameter classes from 2008 to 2012
2.3 林下树种高生长动态

图 2、图 3和图 4给出了各处理林下每公顷树种的树高分布。T1和T2样地2008年林下树木主要是补植的6个树种: 大叶栎、红锥、格木、灰木莲、香梓楠、铁力木，总株数分别为719和650株·hm-2，树高均在2 m以内。至2012年，T1样地林下树种增至14种，共844株，其中h<2 m的树木占19.3%，2≤h<4的树木占34.8%，4≤h<6占31.9%，6≤h<8 占11.1%，8≤h<10占2.3%，10≤h<12占0.7%; T2样地林下树种2012年增至17种，共731株，其中h<2 m的树木占12.0%，2≤h<4的树木占37.7%，4≤h<6占30.0%，6≤h<8 占14.5%，8≤h<10占4.2%，10≤h<12占0.8%; 而对照样地林下树种由2008年1种增至2012年3种，株数由25增加到51株·hm-2，其中2≤h<4的树木有13株，4≤h<6有38株，远小于T1和T2。

图 2 T1 作业样地2期(2008年, 2012年)调查林下更新树种及垂直结构变化 Fig. 2 Tree species and stem vertical distribution of understorey regeneration from 2008 to 2012 of T1 block
图 3 T2 作业样地两期(2008年, 2012年)调查林下更新树种及垂直结构变化 Fig. 3 Tree species and stem vertical distribution of understory regeneration from 2008 to 2012 of T2 block
图 4 T0(对照样地)样地2期调查林下更新树种及垂直结构变化 Fig. 4 Tree species and stem vertical distribution of understorey regeneration from 2008 to 2012 of T0 block(control plots)
2.4 林分结构 2.4.1 水平结构

图 5、图 6和图 7显示: 由于2008年林下补植树种树高均小于1.5 m，不测胸径，所以所有样地2008年小径阶(0~6 cm)的林木数量为0。近自然改造后2年，T2处理样地的幼苗(0~2 cm)明显多于T1处理，但至2012年，T1的幼苗数量多于T2处理，且2012年T1，T2处理2~4 cm幼树数目都大约为200株·hm-2。由此说明，T2强度间伐早期不利于耐荫树种的生长，造成林下灌草生长旺盛，从而造成幼苗幼树的死亡。

图 5 T1作业样地径阶分布变化 Fig. 5 The diameter classes and mortality distribution of T1 block based on data of each investigation
图 6 T2作业样地径阶分布变化 Fig. 6 The diameter classes and mortality distribution of T2 block based on data of each investigation
图 7 T0样地径阶分布变化 Fig. 7 The diameter classes and mortality distribution of T0 block based on data of each investigation

T1样地与T2样地作业后4年，小径阶林木(0~6 cm)与大径阶(20~24 cm)林木数量增加，径阶分布曲线逐渐向"倒J"形曲线发展，而对照样地径阶分布曲线变化不大，且小径阶林木(0~6 cm)共25株，远小于T1和T2样地的200和175株。

T1，T2样地2008—2012年枯死木主要是0~6 cm的树木，枯死木株数分别为每公顷50株和88株。对照样地T0枯死木主要是0~4 cm和10~16 cm范围内的树木，每公顷枯死株数138株。这是因为T1，T2样地通过间伐林隙光照增加，有利于林下补植和天然更新树种的生长，上层林木间的竞争减小，降低枯死风险，但T2由于间伐强度比T1大，林下灌草生长旺盛，且光照强，造成部分幼苗幼树的死亡。而未间伐的对照样地小径阶的林木在林下长期被压，上层木由于生长竞争而出现较多枯死木。

图 8、图 9和图 10显示: 2012年T1作业样地进界木(DBH≥5 cm)每公顷196株，树种为大叶栎、枫香、格木、木荷、红锥、毛桤木、漆树、杉木、香梓楠、鸭脚木，其中属于天然更新树种占进界木总株数的54.7%; T2作业样地进界木每公顷168株，树种是大叶栎、格木、红锥、灰木莲、杉木、香梓楠、漆树和其他阔叶树种，其中天然更新占21.0%; 对照样地每公顷由天然更新的进界木为毛桤木13株。由此说明近自然改造在很大程度上改善了林下生长环境，林下补植的珍贵阔叶树种逐渐进入主林层，而且林下补植的幼苗对天然更新的种子也有一定的保护作用，同时也可能由于干扰树的伐除，使得原来处于压抑状态的天然更新得到发展，并逐步进行主林层。

图 8 T1 处理样地2012年各径阶树种组成 Fig. 8 Tree species composition of each diameter class based on data of T1 block investigation at 2012
图 9 T2样地2012年各径阶树种组成 Fig. 9 Tree species composition of each diameter class based on data of T2 block investigation at 2012
图 10 T0 对照样地2012年各径阶树种组成 Fig. 10 Tree species composition of each DBH class based on data of T0 block investigation at 2012
2.4.2 垂直结构

根据样地调查数据和分层标准，杉木林的垂直分层指标如表 5 所示。由表 6可知，近自然改造样地与对照样地在作业完成当年(2008)没有林下层，T1和T2作业样地的更新层是人工补植苗高1.5 m以下的幼苗，随着时间推移，这些幼苗逐渐进入林下层或林中层，林上层的林木也明显增加，作业样地保证了林层的完整性; 虽然对照样地T0上层林木也有所增加，但林下层林木株数至2010年增加至51株·hm-2，2012年又减少至19株·hm-2，远小于T1林下层688和T2林下层538株·hm-2，这是由于T0林下层林木生长长期受到抑制而枯死或光照不足天然更新较少造成的。

表 5 根据国际林联(IUFRO)分层标准提出的杉木林垂直分层指标 Tab.5 Division of the investigated Chinese fir- dominated forest into canopy layers according to IUFRO classification
表 6 各林层株数、胸高断面积和蓄积 Tab.6 Stem number, basal area and volume distribution on the vertical layers based on data of each investigation
表 7 不同处理2008—2012年林分树种多样性指数变化 Tab.7 Species diversity index change of three blocks from 2008 year to 2012 year

T1样地上层林木株数占林分总株数比例从2008，2010和2012年分别为9.1%，12.4%，20.3%，所对应的蓄积占林分总蓄积比例为32.3%，46.6%，61.8%; T2样地上层林木株数比例为9.5%， 15.8%，19.1%，相应蓄积比例为51.4%，53.6%，57.8%，而T0上层林木株数比例分别为24.7%，30.4%，37.9%，蓄积比例为42.8%，52.4%，61.6%。作业样地约占总株数20%的林木却提供了约60%的蓄积，相对于对照样地，经过近自然改造的作业样地更有利于培育出大径材。

2.4.3 树种组成

2008年由于作业样地林下人工补植6个树种，使得树种多样性大于对照样地(表 7)。 2008—2012年调查期间，林分没有受到人为干扰也没有进行额外的经营措施，由于天然更新树种，作业样地T1，T2的树种多样性分别由1.60增加至1.92，1.32增至2.03，T2多样性指数稍大于T1，是因为T2由于较强的间伐强度，使得林下灌木或小乔木如山油麻(Abelmoschus moschatus)、水东哥、野漆(Toxicodendron succedaneum)等树种的出现，对照样地多样性由0.11增加到0.24，主要是由于林下出现少量的灌木种。

根据树种重要值计算公式(5)，计算作业样地内所有胸径大于2 cm的乔木树种的重要值。由表 8(加黑着重显示了与杉木混交生长良好的树种即重要值相对较大的树种)可以看出，作业样地中大叶栎是仅次于杉木的第二优势树种，在人工补植树种中，大叶栎、红锥、格木具有较大的重要值，但需要注意的是灰木莲胸高断面积大于红锥和格木。天然更新树种中毛桤木、鸭脚木、木荷与乌桕具有相对较大的胸高断面积和重要值。

表 8 作业样地上所有胸径≥2 cm林木按树种列出的多度、胸高断面积、绝对频率和重要值指数(IVI) Tab.8 Abundance, basal area, absolute frequency and important value index(IVI) on species level for all trees of DBH ≥2 cm for treated samples
3 结论与讨论

T1与T2被改造后的前2年与后2年，蓄积年生长量和林分进界蓄积均大于对照样地，这是因为T1和T2样地内伐除了干扰树，保留了生长势头较好的林木，减少了林木竞争，改善了林内光、水、热条件，使保留木得到更多的生长资源，同时促进林下原来生长受到抑制的林木生长，成为进界木，增加了林分的蓄积。这与Lei等(2007)和Villegas等(2009)得出的采伐作业能够增加林分蓄积生长量的结论一致。但是间伐强度47%(T1)的林分蓄积生长量大于间伐强度61%(T2)的林分蓄积生长量，且单木水平的生长量由大到小依次是T1，T2和T0，因此，对于研究区域的杉木纯林近自然改造，间伐强度不应大于60%。这可能是因为强度间伐在满足林木生长所需的空间之后，降低了林木相互之间的生长激励效应，从而减缓了林木生长，而且强度间伐形成大面积林窗，林下光照较强，灌草生长旺盛，不利于耐荫幼苗幼树的生长。

对照样地由于株数密度大，其枯死率与枯死木蓄积均大于作业样地，这与Simarda等(2004)、Zhang等(2005)和Lei等(2007)研究得出高密度林地具有较高枯死率的结论相同; 但作业样地T2的枯死量大于作业样地T1，且枯死木主要是小径阶的林木(DBH < 6 cm)。这是因为T2样地61%的间伐强度造成林下强光照，林下灌草生长旺盛，不利于幼苗幼树的生长。

近自然林改造样地的林下补植树种及天然更新树种逐渐进入主林层，林下补植树种对天然更新幼苗具有保护作用，增加了物种多样性，改善了林下环境，促进了天然更新树种的生长，这与Bebbera等(2005)研究得出经间伐的林分林下更新幼苗幼树密度要大于未采伐的林分这一结论一致。另一方面，林下人工补植能够加快改善林分垂直结构，弥补林层缺失，尤其是林分下层及更新层的缺失，有利于大径材的培育，使森林短期内向正向方向演替，形成目标林相，即多林层异龄混交林。

通过各树种在高生长与胸径生长以及出现频度多方面的综合表现，人工补植树种中大叶栎、红锥、格木、灰木莲是与杉木混交生长较理想的树种，杉木林下天然更新的树种中主要是毛桤木、鸭脚木、木荷与乌桕生长较好。

由于本研究中的对照样地没有进行任何经营作业，而作业样地除了间伐还有林下人工补植阔叶树种幼苗，因此，对照样地与作业样地林分生长动态的不同表现是这2种作业措施的共同结果，但2种作业样地采取了不同的间伐强度，相同的补植作业，因此，作业样地之间的比较可以确定间伐强度对林分生长的作用，林下补植树种的作用还不能完全确定，但本文目的是分析近自然改造(多种同时作业措施)初期的林分生长动态变化，从而确定近自然改造作业的合理性与可行性，为推广人工林近自然改造提供案例参考，至于单独林下补植树种的具体作用，还需要进一步研究。

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