唐繼新,雷淵才,曾 冀,李忠國(guó),李武志,農(nóng)良書,趙 總
(1.中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院 熱帶林業(yè)實(shí)驗(yàn)中心,廣西 憑祥532600;2.中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院 資源信息研究所,北京 100091)
基于森林近自然經(jīng)營(yíng)的理論和技術(shù),利用各種自然力,改善森林的結(jié)構(gòu)和功能,充分保護(hù)、促進(jìn)和利用林下的天然更新,減少森林經(jīng)營(yíng)的人力、物力和財(cái)力投入,是森林近自然化經(jīng)營(yíng)的重要原則,也是森林可持續(xù)經(jīng)營(yíng)的有效途徑[1-2]。受 “里約赫爾辛基進(jìn)程”森林認(rèn)證及森林近自然經(jīng)營(yíng)要求的影響,“利用天然更新實(shí)現(xiàn)林分皆伐跡地的下一代更新”已引起了廣泛的國(guó)際關(guān)注[3],相對(duì)于傳統(tǒng)人工造林更新,利用天然更新實(shí)現(xiàn)采伐跡地的更新,其更新及恢復(fù)的過程無需育苗、煉山、整地、挖坑和造林,具有物種和結(jié)構(gòu)多樣性高、更新成本低、更新過程地表水土流失少等優(yōu)點(diǎn)[3-10]。雖然天然更新具有如此多的優(yōu)點(diǎn),但國(guó)內(nèi)以往對(duì)森林天然更新的研究主要集中在天然林方面,有關(guān)人工林天然更新的研究報(bào)道較少[11],還未能滿足中國(guó)人工林健康可持續(xù)經(jīng)營(yíng)的需要。故對(duì)皆伐作業(yè)具有可有效天然更新的潛力樹種,運(yùn)用近自然森林經(jīng)營(yíng)的理論和技術(shù),研究制定科學(xué)的經(jīng)營(yíng)措施,促進(jìn)和利用其采伐跡地的天然更新,對(duì)豐富中國(guó)人工林健康可持續(xù)經(jīng)營(yíng)的理論和實(shí)踐具有重要意義。米老排Mytilaria laosensis又名殼菜果、三角楓、山桐油,為金縷梅科Hamamelidaceae殼菜果屬M(fèi)ytilaria常綠闊葉喬木,天然分布于中國(guó)廣東、廣西和云南省區(qū)以及越南和老撾等地,是中國(guó)南亞熱帶區(qū)域適生范圍廣的用材樹種,具有速生、干形通直圓滿、材質(zhì)優(yōu)良、改良土壤、萌生力強(qiáng)、落種于林緣及空曠地宜萌發(fā)等特性[12-15]。基于米老排樹種的天然更新特性,本研究旨在探索米老排人工林皆伐跡地種子天然更新幼林的生長(zhǎng)及其密度效應(yīng)規(guī)律,為米老排皆伐作業(yè)法天然更新的間苗撫育提供技術(shù)支撐。
研究區(qū)位于廣西壯族自治區(qū)憑祥市的中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院熱帶林業(yè)實(shí)驗(yàn)中心(熱林中心)哨平實(shí)驗(yàn)場(chǎng)39 林班 2 經(jīng)營(yíng)班(22°05′12″~22°05′22″N, 106°53′13″~106°53′33″E), 屬南亞熱帶季風(fēng)區(qū), 干濕季明顯;太陽(yáng)總輻射強(qiáng),全年日照時(shí)數(shù)為1 500~1 600 h,年均氣溫為21.0℃,≥10℃積溫為7 000~7 500℃,最熱月平均氣溫為27.5℃,最冷月平均氣溫為13.0℃,極端最低氣溫為-1.0℃;年均降水量為1 380 mm,年蒸發(fā)量為1 370 mm。海拔為230 m,屬低山丘陵;土壤為花崗巖發(fā)育而成的赤紅壤,土層較厚[16];有機(jī)質(zhì)在土壤A層、B層的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為3.71%和1.75%,全氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.17%,全磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.03%,pH 4.1~4.6。更新跡地前茬林為米老排人工純林,造林時(shí)間1984年春,造林苗木為裸根實(shí)生苗,造林密度為2 500株·hm-2;皆伐前經(jīng)過1次透光伐及1次撫育間伐(株數(shù)間伐強(qiáng)度20%~30%),皆伐時(shí)間為2011年底(皆伐作業(yè)前當(dāng)年的米老排林分種子雨已基本散落;林分皆伐與集材后人工清理采伐剩余物,未煉山)。伐前林分平均胸徑為20.2 cm,平均樹高為22.2 m,立木密度為1 492株·hm-2,郁閉度為0.9,凋落物層厚度為5~10 cm,林下灌木主要有山蒼子Litsea cubeba,香港大沙葉Pavetta hongkongensis和三椏苦Evodia lepta等,草本主要有粽葉蘆Thysanolaena maxima,五節(jié)芒Miscanthus floridulus,山姜Alpinia japonica等。皆伐后,跡地種子天然更新苗木主要為次年更新,更新的樹種主要為米老排。
2013年春,經(jīng)對(duì)米老排皆伐跡地天然更新實(shí)地的踏查,選擇代表性地塊,按單因素隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)間苗撫育試驗(yàn),以不間苗作為對(duì)照組(ck),處理組間苗密度分別為1 650株·hm-2(TA),2 800株·hm-2(TB), 2 500 株·hm-2(TC),3 重復(fù)·組-1, 共 12 個(gè)面積為 400~600 m2·個(gè)-1矩形樣地。
跡地苗木間苗撫育定株方法:將固定樣地均勻劃分為5 m×5 m的樣格,選擇空間分布均勻、無蟲害、干形好和長(zhǎng)勢(shì)優(yōu)良的苗木為保留木。
本底數(shù)據(jù)調(diào)查方法:①間苗撫育林分,對(duì)保留木進(jìn)行編號(hào),并測(cè)量胸徑和樹高;②未間苗撫育林分,隨機(jī)抽取4~7個(gè)(400 m2抽4個(gè),600 m2抽7個(gè))樣格為固定觀測(cè)樣格,對(duì)固定觀測(cè)樣格內(nèi)所有高度大于0.3 m的林木進(jìn)行編號(hào),并測(cè)量胸徑和樹高。
跡地種子更新林間苗撫育和本底調(diào)查的完成時(shí)間分別為2013年6月和2013年7月。2014-2016年,連續(xù)3 a對(duì)固定樣地林木進(jìn)行定株生長(zhǎng)觀測(cè),記錄各年林分的生長(zhǎng)及密度狀況。胸徑、樹高、單株材積均為樣地林分統(tǒng)計(jì)的平均值,單株材積計(jì)算公式[17]:v=0.683 297×10-4d1.926256h0.8840614。其中:d表示林分平均胸徑,h表示林分平均樹高。
數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析及作圖分別采用DPS(V14.5)和EVIEWS 8.0軟件,方差分析采用最小顯著差法(LSD)多重比較法。
3.1.1 間苗對(duì)林分平均胸徑生長(zhǎng)的影響 表1為不同間苗密度下,米老排種子天然更新林平均生長(zhǎng)及方差分析結(jié)果。由表1可知:從第4年(間苗撫育后第2.5年)起,各處理林分平均胸徑的總生長(zhǎng)量與林分密度呈負(fù)相關(guān)。對(duì)平均胸徑生長(zhǎng)作圖(圖1)可知:TA處理平均胸徑連年生長(zhǎng)量的峰值在第4年,其峰值為各處理中的最高值;而其余處理的峰值在第2~3年。除TA處理外,所有處理林分的平均生長(zhǎng)量曲線與連年生長(zhǎng)量曲線均在前5 a相交,且林分密度越高,平均生長(zhǎng)量曲線與連年生長(zhǎng)量曲線相交越早,說明林分經(jīng)營(yíng)密度與林木胸徑的連年生長(zhǎng)量負(fù)相關(guān)。間苗撫育后1.0~3.5 a內(nèi), 對(duì)照組平均胸徑的連年生長(zhǎng)量和總生長(zhǎng)量均明顯低于間苗處理對(duì)應(yīng)的生長(zhǎng)量,差異達(dá)到極顯著(P<0.01);TA與TC處理間胸徑總生長(zhǎng)量的差異僅在間苗后的第1年出現(xiàn),其差異隨間苗時(shí)間的推移而逐漸消除,這可能與間苗撫育經(jīng)營(yíng)引起的誤差有關(guān)。撫育間苗后的3.5 a內(nèi),隨著間苗時(shí)間的推移,TA處理與其他處理在胸徑連年生長(zhǎng)量的差異越來越顯著,如在撫育間苗后第2.5年,僅有TA與TC處理的差異顯著,而到間苗后第3.5年,TA處理與任何處理的連年生長(zhǎng)差異均達(dá)極顯著水平(P<0.01)。跡地林分撫育經(jīng)營(yíng)密度對(duì)胸徑的生長(zhǎng)影響極為顯著。此結(jié)果與前人研究結(jié)果[18]一致。
3.1.2 間苗對(duì)林分平均樹高生長(zhǎng)的影響 基于表1和圖1的分析可知:與對(duì)照相比,間苗撫育處理樹高的連年生長(zhǎng)量與平均生長(zhǎng)量均未相交(圖1)。對(duì)照組連年生長(zhǎng)量的峰值在第2年,TB處理首次連年生長(zhǎng)量的峰值在第3年(此后,連年生長(zhǎng)量先下降,隨后再上升);而TA和TC處理的連年生長(zhǎng)量在第5年仍未達(dá)峰值。除間苗后的第1年,TA與TC處理樹高生長(zhǎng)總量差異顯著外,觀測(cè)期內(nèi)間苗撫育處理間的生長(zhǎng)總量差異均不顯著(P>0.05)。與未間苗林分相比,間苗2.5 a后,林分平均樹高的總生長(zhǎng)量和連年生長(zhǎng)量的差異均達(dá)極顯著水平(P<0.01)。上述現(xiàn)象的產(chǎn)生,可能與對(duì)照林分密度過高,林木空間生長(zhǎng)競(jìng)爭(zhēng)異常激烈有關(guān);對(duì)間苗處理組而言,僅TA與TB處理在間苗撫育后第3.5年其樹高連年生長(zhǎng)量差異顯著(P<0.05)。
3.1.3 間苗對(duì)林分平均單株材積生長(zhǎng)的影響 由表1和圖1(圖1中第1年、第2年、第3年的生長(zhǎng)量數(shù)據(jù),根據(jù)表1數(shù)據(jù)內(nèi)插計(jì)算得到)可知:撫育間苗后1.0~3.5 a間,密度對(duì)不同處理林分平均單株材積總生長(zhǎng)量和連年生長(zhǎng)量的影響均極顯著(P<0.01),間苗處理的平均單株材積生長(zhǎng)量顯著高于對(duì)照。在間苗后第2.5年,間苗處理間平均單株材積總生長(zhǎng)量的差異不顯著;間苗后第3.5年,TA處理與TB處理的總生長(zhǎng)量差異顯著(P<0.05),TA與其余間苗處理間平均材積連年生長(zhǎng)量的差異均極顯著(P<0.01)。
表1 不同密度米老排種子天然更新林平均生長(zhǎng)及方差分析Table 1 Growth performance of young stands of Mytilaria laosensis seed natural regeneration with different densities
圖1 不同密度林分平均胸徑、平均樹高和平均單株材積生長(zhǎng)過程曲線Figure 1 Growth curves of average DBH,average tree height and average single volume of the stands with different densities
3.2.1 間苗對(duì)林分優(yōu)勢(shì)木徑向生長(zhǎng)的影響 由表2和圖2(圖2中第1年、第2年、第3年生長(zhǎng)量數(shù)據(jù)根據(jù)表1數(shù)據(jù)內(nèi)插計(jì)算得到)可知:各處理優(yōu)勢(shì)木胸徑連年生長(zhǎng)量及平均生長(zhǎng)量的峰值出現(xiàn)在第2~4年,此后生長(zhǎng)速度趨緩。間苗撫育后的1.3~3.5 a,間苗處理優(yōu)勢(shì)木胸徑連年生長(zhǎng)量高于對(duì)照;在間苗后3.5 a內(nèi),間苗密度對(duì)優(yōu)勢(shì)木胸徑的生長(zhǎng)有一定影響,但各密度處理間胸徑總生長(zhǎng)量的差異不顯著。所有處理林分優(yōu)勢(shì)木胸徑的平均生長(zhǎng)量與連年生長(zhǎng)量均在前5 a相交,基本表現(xiàn)為林分密度越高,平均生長(zhǎng)量與連年生長(zhǎng)量相交越早,與林分平均胸徑的生長(zhǎng)規(guī)律類似。
表2 不同密度米老排種子天然更新幼林優(yōu)勢(shì)木生長(zhǎng)及方差分析Table 2 Variance analysis and growth performance of dominant tree of young stands of Mytilaria laosensis seed natural regeneration with different densities
圖2 不同密度優(yōu)勢(shì)木胸徑、優(yōu)勢(shì)木樹高和優(yōu)勢(shì)木單株材積生長(zhǎng)過程曲線Figure 2 Growth curves of DBH,tree height and single volume of dominant tree with different densities
3.2.2 間苗對(duì)林分優(yōu)勢(shì)木高生長(zhǎng)的影響 在前5 a,各處理優(yōu)勢(shì)木樹高連年生長(zhǎng)量呈一定波動(dòng)性,但各年樹高連年生長(zhǎng)量均大于1.4 m,表明其高生長(zhǎng)仍處于旺盛期;所有處理優(yōu)勢(shì)木樹高的平均生長(zhǎng)量與連年生長(zhǎng)均在前5 a相交(圖2),間苗密度對(duì)林分優(yōu)勢(shì)高生長(zhǎng)的影響不顯著。
3.2.3 間苗對(duì)林分優(yōu)勢(shì)木單株材積生長(zhǎng)的影響 與林分優(yōu)勢(shì)木的胸徑、樹高生長(zhǎng)類似,在撫育間苗后1.0~3.5 a,各處理優(yōu)勢(shì)木單株材積的總生長(zhǎng)量雖有一定差異,但差異不顯著;在間苗1 a后,間苗處理單株材積的連年生長(zhǎng)量開始大于對(duì)照(圖2)。
3.2.4 間苗對(duì)林分優(yōu)勢(shì)木高徑比的影響 由表2可知:間苗后第1年,間苗與未間苗處理優(yōu)勢(shì)木的高徑比差異不顯著;至間苗后第2.5年時(shí),僅有TA處理與對(duì)照的高徑比差異顯著(P<0.05);而至間苗后的第3.5年,對(duì)照與任何間苗處理的高徑比差異都顯著(P<0.05),表明間苗撫育措施對(duì)降低林分優(yōu)勢(shì)木的高徑比作用明顯。
由表3分析可知:未間苗處理林分的徑階分布呈典型的倒J型分布,而間苗處理林分的徑階分布為近似正態(tài)分布。同一林齡不同密度下徑階分布的范圍不同,TB較其他處理徑階的分布范圍更廣,TA的徑階分布相對(duì)其他處理更集中。從間苗后第2.5年起,對(duì)照組徑階分布的極大值開始小于間苗處理,間苗撫育后第3.5年,對(duì)照組徑階分布的極大和極小值均小于間苗處理。間苗撫育后1.0~3.5 a,對(duì)照組林木60%以上的徑階分布在1~2 cm,表明未間苗處理林分林木的進(jìn)階極緩慢。在間苗撫育后第1年,間苗處理間徑階分布峰值的對(duì)應(yīng)徑階值無差異,但在間苗撫育后第3.5年,TA處理徑階分布峰值的徑階值開始高于TB與TC。同一林齡不同處理,林木胸徑的大小分化程度隨密度增大而提高,小密度林分的林木較均勻,且 “大徑木”比例相對(duì)較高。
表3 米老排種子天然更新林幼林徑階分配受密度的影響Table 3 The effect of densities to diameter distribution of young stands of Mytilaria laosensis young stands of seed natural regeneration
與對(duì)照組相比,間苗處理對(duì)林分優(yōu)勢(shì)木胸徑、樹高和單株材積的總生長(zhǎng)量影響不顯著,對(duì)林分平均胸徑、平均樹高和平均單株材積的總生長(zhǎng)量與連年生長(zhǎng)量影響顯著;間苗處理明顯提高林分平均整體生長(zhǎng)水平,減小林分徑階分化程度,提高 “大徑木”百分比,減緩林分平均胸徑和平均樹高連年生長(zhǎng)量的衰減速度。
米老排種子天然更新林平均胸徑與其優(yōu)勢(shì)木胸徑的連年生長(zhǎng)量峰值均出現(xiàn)第2~4年,所有處理優(yōu)勢(shì)木胸徑平均生長(zhǎng)量與連年生長(zhǎng)相交時(shí)間均在前5 a。此階段為種子更新林徑向生長(zhǎng)的旺盛期,間苗撫育保留合理密度對(duì)林分的徑向生長(zhǎng)極為重要。
未間苗處理林分平均樹高的連年生長(zhǎng)量與平均生長(zhǎng)量曲線在第2~3年相交,間苗處理平均樹高的連年生長(zhǎng)量與平均生長(zhǎng)量曲線在第5年仍未相交;林分優(yōu)勢(shì)木前5 a的樹高生長(zhǎng)處于旺盛期。
間苗處理林分優(yōu)勢(shì)木樹高平均生長(zhǎng)量與連年生長(zhǎng)量曲線的相交時(shí)間早于其林分平均樹高對(duì)應(yīng)曲線的相交時(shí)間。
未間苗處理林分徑階分布呈倒J型分布,間苗處理林分徑階分布近似正態(tài)分布,間苗處理相對(duì) “大徑木”比例較高。表明間苗處理在改變林分徑階分布的類型、峰值和分化程度上作用明顯。
基于近自然森林經(jīng)營(yíng)的理論和技術(shù),利用米老排人工林種子的成熟期、落種期和天然更新特性(在林內(nèi)及林緣的裸露空曠地易于天然更新),擇機(jī)對(duì)米老排人工林進(jìn)行采伐及對(duì)其采伐更新跡地實(shí)施科學(xué)的間苗撫育,可實(shí)現(xiàn)采伐跡地種子的天然更新和種子更新林的高效生長(zhǎng);節(jié)省傳統(tǒng)人工造林環(huán)節(jié)的挖坑、整地、植苗等人力及物力的投入,避免或減輕傳統(tǒng)造林方式對(duì)森林環(huán)境(植被和土壤等)的破壞。由于本研究試驗(yàn)林分間苗撫育時(shí)間較短,而在采伐收獲前,哪種間苗撫育措施林分更好,種子天然更新林的生長(zhǎng)與傳統(tǒng)人工更新林的生長(zhǎng)孰優(yōu)孰劣,仍需進(jìn)一步研究。
[1]曾偉生.近自然森林經(jīng)營(yíng)是提高我國(guó)森林質(zhì)量的可行途徑[J].林業(yè)資源管理,2009(2):6-11.ZENG Weisheng.Close-to-nature forest management:a practical approach to improve the forest quality of China [J].For Res Manage,2009(2):6 - 11.
[2]陸元昌.近自然森林經(jīng)營(yíng)的理論與實(shí)踐[M].北京:科學(xué)出版社,2006.
[3]BARBOUR R J,BAILEY R E,COOK J E.Evaluation of relative density,diameter growth and stem form in a red spruce (Picea rubens) stand 15 years after precommercial thinning [J].Can J For Res,1992,22(2):229 - 238.
[4]POTHIER D.Twenty-year results of precommercial thinning in a balsam fir stand [J].For Ecol Manage,2002,168(1/3):177 - 186.
[5]RUHA T,VARMOLA M.Precommercial thinning in naturally regenerated scots pine stands in northern Finland [J].Silv Fenn,1997,31(4):401 - 415.
[6]ULVCRONA K A,CLAESSON S,SAHLéN K,et al.The effects of timing of pre-commercial thinning and stand density on stem form and branch characteristics of Pinus sylvestris [J].Forestry,2007,80(3):323 - 325.
[7]STOKES V,KERR G.Long-term growth and yield effects of respacing natural regeneration of Sitka spruce in Britain[J].Eur J For Res,2013,132(2):351 - 362.
[8]王娜,郝清玉.森林天然更新影響因子研究進(jìn)展[J].廣東農(nóng)業(yè)科學(xué),2012(6):68-70.WANG Na,HAO Qingyu.Research progress on influence factors of forest natural regeneration [J].J Guangdong Agric Sci,2012(6):68 - 70.
[9]田曉萍.杉木萌芽更新的研究[D].福州:福建農(nóng)林大學(xué),2008.TIAN Xiaoping.Sprouting Regeneration of Chinese Fir [D].Fuzhou:Fujian Agriculture and Forestry University,2008.
[10]李喜霞,劉明國(guó),李海春.朝陽(yáng)地區(qū)人工采伐帶內(nèi)油松天然更新研究[J].沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2003,34(1):35-39.LI Xixia,LIU Mingguo,LI Haichun.Analysis of factors which affect natural regeneration of Chinese pine in cutting belt of Chaoyang [J].J Shenyang Agric Univ,2003,34(1):35 - 39.
[11]連相汝,魯法典,劉成杰,等.我國(guó)人工林天然更新研究進(jìn)展[J].世界林業(yè)研究,2013,26(6):52-58.LIAN Xiangru,LU Fadian,LIU Chengjie,et al.Research progress of natural regeneration of forest plantation in China [J].World For Res,2013,26(6):52 - 58.
[12]白靈海,唐繼新,明安剛,等.廣西大青山米老排人工林經(jīng)濟(jì)效益分析[J].林業(yè)科學(xué)研究,2011,24(6):784-787.BAI Linghai,TANG Jixin,MING Angang,et al.Economic benefit analysis of 28-year-old Mytilaria laosensis plantations in Daqingshan,Guangxi of China [J].For Res,2011,24(6):784 - 787.
[13]袁潔.8個(gè)米老排天然群體的遺傳多樣性研究[D].北京:中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院,2014.YUAN Jie.Study on Genetic Diversity of Eight Natural Populations of Mytilaria laosensis [D].Beijing:Chinese A-cademy of Forestry,2014.
[14]郭文福,蔡道雄,賈宏炎,等.米老排人工林生長(zhǎng)規(guī)律的研究[J].林業(yè)科學(xué)研究,2006,19(5):585-589.GUO Wenfu,CAI Daoxiong,JIA Hongyan,et al.Growth laws of Mytilaria laosensis plantation [J].For Res,2006,19(5):585 - 589.
[15]王克建,蔡子良.熱帶樹種栽培技術(shù)[M].南寧:廣西科學(xué)技術(shù)出版社,2008.
[16]汪炳根,盧立華.廣西大青山實(shí)驗(yàn)基地森林立地評(píng)價(jià)與適地適樹研究[J].林業(yè)科學(xué)研究,1998,11(1):78-85.WANG Binggen,LU Lihua.Study on forest site quality evaluation and appropriate choice of tree species for sites of Daqingshan experimental base in Guangxi[J].For Res,1998,11(1):78 - 85.
[17]陳永富,郭文福,黃鏡光.米老排立木材積表及地位指數(shù)的編制[J].林業(yè)科學(xué)研究,1991,4(增刊):116-119.CHEN Yongfu,GUO Wenfu,HUANG Jingguang.Establishment of volume table and site index table of Mytilaria laosensis plantation [J].For Res,1991,4(suppl):116 - 119.
[18]李炎香,譚天泳,黃鏡光,等.米老排造林密度試驗(yàn)初報(bào)[J].林業(yè)科學(xué)研究,1988,1(2):206-212.LI Yanxiang,TAN Tianyong,HUANG Jingguang,et al.A preliminary report on the densities of Mytilaria laosensis plantation [J].For Res,1988,1(2):206 - 212.