盤石嶺林場(chǎng)火炬松退化林近自然修復(fù)成效調(diào)查分析

高濤 陳興國 陳明泉 吳金虎 周瑜 史帥 郭詩宇

摘 要 為了實(shí)現(xiàn)森林的可持續(xù)經(jīng)營，采用目標(biāo)樹經(jīng)營法對(duì)湖北省鐘祥市盤石嶺林場(chǎng)退化火炬松針葉純林進(jìn)行近自然修復(fù)，探索在森林連續(xù)覆蓋且不進(jìn)行人工植苗造林的情況下，實(shí)現(xiàn)針葉純林向闊葉混交林轉(zhuǎn)型的可行性。在1 hm2研究樣地（100 m×100 m）內(nèi)均勻設(shè)置100個(gè)5 m×5 m樣方，調(diào)查經(jīng)營前后林下天然更新情況。結(jié)果表明：1）目標(biāo)樹經(jīng)營1年后，林下天然更新效果良好，新增43個(gè)喬灌木樹種，其中喬木樹種26個(gè)，灌木樹種17個(gè)。2）新增天然更新總株數(shù)6 160株·hm-2，其中喬木樹種4 060株·hm-2，灌木樹種2 100株·hm-2。3）更新數(shù)量較多且在樣方中出現(xiàn)頻度較高的樹種為栓皮櫟、烏桕、黃檀、刺楸，均為生長初期較為耐陰的珍貴闊葉喬木樹種，這4個(gè)樹種的更新密度達(dá)到2 648株·hm-2。4）火炬松退化林可以通過目標(biāo)樹經(jīng)營法進(jìn)行近自然修復(fù)，最終形成以鄉(xiāng)土珍貴闊葉樹種為主組成的復(fù)層異齡混交林。

關(guān)鍵詞 退化林修復(fù)；近自然經(jīng)營；目標(biāo)樹經(jīng)營；天然更新；火炬松；盤石嶺林場(chǎng)

中圖分類號(hào)：S75 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2023.03.055

火炬松（Pinus taeda）原產(chǎn)于美國東南部，1947年引入我國，是一種速生豐產(chǎn)用材樹種。湖北省鐘祥市盤石嶺林場(chǎng)在早期引種火炬松成功的基礎(chǔ)上，2000—2005年進(jìn)行了大規(guī)模栽植，現(xiàn)保存面積2 300 hm2。盤石嶺林場(chǎng)的火炬松早期生長迅速、干形良好，但15年后開始衰退，主要表現(xiàn)是生長變慢、林下生物多樣性減退、應(yīng)對(duì)自然災(zāi)害的能力變差[1]。如何在不進(jìn)行大面積皆伐的前提下，通過森林經(jīng)營促進(jìn)林下天然更新[2]，漸進(jìn)式地實(shí)現(xiàn)從針葉純林向闊葉混交林的轉(zhuǎn)變，是一個(gè)值得認(rèn)真研究的課題。為此，盤石嶺林場(chǎng)結(jié)合實(shí)施中德財(cái)政合作森林可持續(xù)經(jīng)營項(xiàng)目，設(shè)置固定樣地進(jìn)行調(diào)查監(jiān)測(cè)，對(duì)退化針葉純林特別是非原生樹種針葉純林的修復(fù)問題進(jìn)行了初步探討。

1 ?調(diào)查方法

1.1 ?研究區(qū)概況

盤石嶺林場(chǎng)位于湖北省中部，地處東經(jīng)112°41′30″～112°45′32″，北緯31°07′56″～31°19′51″，總面積4 514.63 hm2。屬亞熱帶季風(fēng)氣候，四季分明、雨熱同期。年均氣溫15.9 ℃，年降水量1 000 mm，全年無霜期263 d。

研究樣地位于盤石嶺林場(chǎng)梅子鋪分場(chǎng)Ⅳ號(hào)林班580號(hào)小班，面積1 hm2（100 m×100 m），為2003年栽植的火炬松純林。研究樣地共有活立木1 723株，平均胸徑13.4 cm，平均樹高10.3 m，蓄積量148.9 m3；枯立木138株，平均胸徑11.2 cm，平均樹高8.6 m，蓄積量6.8 m3。土壤為黃棕壤，土層深厚，厚度在80～100 cm；微酸性，平均PH值為5.4；養(yǎng)分中等，據(jù)對(duì)125個(gè)樣點(diǎn)0～30 cm土壤取樣分析，土壤有機(jī)質(zhì)含量為54.3 g·kg-1，全氮5.8 g·kg-1，全磷1.1 g·kg-1，全鉀8.7 g·kg-1。林下植被稀少，只有少量雜灌和雜草。

1.2 ?研究樣地設(shè)置

2020年10月，在梅子鋪分場(chǎng)Ⅳ號(hào)林班580號(hào)小班內(nèi)選擇立地條件、林分狀況相似的地塊，采用全站儀測(cè)量100 m×100 m方形研究樣地，四角用鋼樁固定，測(cè)量記錄地理坐標(biāo)，并用電線固定研究樣地邊界。在研究樣地內(nèi)均勻布設(shè)100個(gè)5 m×5 m樣方，四角用PVC管固定，并用電話線固定邊界。

1.3 ?本底調(diào)查

2020年11月上旬，對(duì)研究樣地進(jìn)行本底調(diào)查。對(duì)1 hm2研究樣地內(nèi)的所有胸徑5 cm以上的喬木進(jìn)行每木檢尺，記錄樹種名稱、胸徑、樹高、冠幅、枝下高、長勢(shì)等，并掛牌；對(duì)100個(gè)樣方內(nèi)的原有天然更新樹種，調(diào)查樹種名稱、高度、地徑、蓋度等。在本底調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，林下植物稀少，沒有喬木樹種天然更新，只有少量雜灌和雜草。

1.4 ?研究樣地施工

2020年11月下旬，組織熟練林業(yè)技術(shù)人員和專業(yè)施工隊(duì)，對(duì)研究樣地開展目標(biāo)樹經(jīng)營[3]施工作業(yè)。首先選擇目標(biāo)樹。在林分中選擇樹干粗壯、通直、無病蟲害、無機(jī)械損傷的火炬松作為目標(biāo)樹，并用紅油漆在1.6 m高的地方繞樹干一周標(biāo)記，長期保留。然后在目標(biāo)樹周圍，選擇與目標(biāo)樹樹冠相交的樹木作為干擾木，并扎玻璃繩標(biāo)記。一般1株目標(biāo)樹選擇2～3棵干擾木，將采伐強(qiáng)度控制在20%～25%。最后，對(duì)干擾木和枯死木進(jìn)行伐除并清理出林外。經(jīng)測(cè)算，樣地按株數(shù)計(jì)算的采伐強(qiáng)度為22.9%，按蓄積量計(jì)算的采伐強(qiáng)度為24.1%。在施工作業(yè)過程中，保護(hù)林地中已有的天然更新樹種和草本植物，維護(hù)生物多樣性。

1.5 ?研究樣地復(fù)測(cè)

2021年11月下旬，進(jìn)行樣地第一次復(fù)測(cè)。喬木每木檢尺同本底調(diào)查，并作好記錄；對(duì)100個(gè)樣方中新增的喬灌木樹種，調(diào)查樹種名稱、高度、地徑、蓋度等，掛牌并記錄。

2 ?結(jié)果分析

2.1 ?更新樹種多度及分析

更新樹種多度是指研究樣地中某個(gè)樹種天然更新的總株數(shù)。研究樣地中栓皮櫟（Quercus variabilis）更新株數(shù)最多，達(dá)1 008株·hm-2；其次是烏桕（Triadica sebifera）596株·hm-2；排在第三的是刺楸（Kalopanax septemlobus）572株·hm-2；排在第四的是黃檀（Dalbergia hupeana）472株·hm-2。這些樹種在當(dāng)?shù)囟加凶匀环植?，既是重要的生態(tài)樹種，也是重要的珍貴用材樹種，有的還是觀賞樹種。栓皮櫟在湖北省的一級(jí)古樹中比較常見，少數(shù)達(dá)1 000年以上，胸徑2 m以上，樹高在30 m以上。盤石嶺林場(chǎng)栓皮櫟一般與馬尾松形成針闊混交林，目前最大胸徑在30 cm以上、樹高在20 m以上，在研究樣地中栓皮櫟可以作為目的樹種進(jìn)行培育。烏桕材質(zhì)較好，籽可榨油，秋天葉片變?yōu)樽霞t色，為層林盡染貢獻(xiàn)一抹色彩。盤石嶺林場(chǎng)是荊門市和鐘祥市生態(tài)旅游的重要節(jié)點(diǎn)，也是國家森林康養(yǎng)[4]試點(diǎn)基地，該樹種在林中的點(diǎn)綴顯得尤其重要。刺楸也是重要珍貴用材樹種，且種籽含油量高達(dá)38%，可供制皂用。黃檀是重要的珍貴樹種，生長較為緩慢，但材質(zhì)極好。烏桕、刺楸和黃檀可以作為栓皮櫟的重要伴生樹種。

從表1和表2中可以看到，更新的樹種總數(shù)達(dá)到43個(gè)，其中喬木樹種26個(gè)、灌木樹種17個(gè)。更新樹種的總株數(shù)達(dá)到6 160株·hm-2，其中喬木樹種株數(shù)達(dá)到4 060株·hm-2，不管是更新樹種的種數(shù)和更新總株數(shù)，都大大超出我們的預(yù)期。盤石嶺林場(chǎng)荒山造林或采伐跡地更新造林，一般采用2 m×3 m或2 m×2 m株行距，造林密度為1 667～2 500株·hm-2。在研究樣地中，喬木樹種更新總株數(shù)達(dá)到了4 060株，已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過人工造林的栽植密度，且這些樹種都是前期較為耐蔭的鄉(xiāng)土珍貴闊葉樹種。因此，從更新樹種的密度來講，不需要重新人工植苗造林。

2.2 ?更新樹種頻度及分析

更新樹種的頻度是指研究樣地中某個(gè)樹種在樣方中出現(xiàn)的頻率。如在100個(gè)樣方中，某個(gè)樹種在n個(gè)樣方中出現(xiàn)，不管出現(xiàn)多少株，頻度都是n。頻度可以反映某個(gè)樹種在研究樣地中分布的廣度或均勻程度。栓皮櫟在所有更新樹種中頻度最高，100個(gè)樣方中出現(xiàn)61次。如果以1 hm2計(jì)算，可劃分為400個(gè)5 m×5 m樣方，那栓皮櫟可能會(huì)在244個(gè)樣方中出現(xiàn)。在以栓皮櫟為主的中齡林中，栓皮櫟目標(biāo)樹的密度為100～150株·hm-2，在研究樣地1 hm2劃分的400個(gè)5 m×5 m方格中，有244個(gè)方格出現(xiàn)栓皮櫟，每個(gè)方格選1株作為目標(biāo)樹，將可選出244株目標(biāo)樹，因此研究樣地中栓皮櫟目標(biāo)樹不僅數(shù)量足夠，而且分布也較為均勻。烏桕、黃檀、刺楸、柘（Maclura tricuspidata）、苦櫧（Castanopsis sclerophylla）、白檀（Symplocos tanakana），都能成為栓皮櫟較好的伴生樹種。灌木樹種如山胡椒（Lindera glauca）、鹽膚木（Rhus chinensis）、白馬骨（Serissa serissoides）、算盤子（Glochidion puberum）等，可以進(jìn)一步豐富森林的物種多樣性。因此，從更新樹種分布的廣度來講，也不需要重新人工植苗造林。

2.3 ?更新樹種特征及分析

從表1和表2可知，天然更新的樹種有以下特點(diǎn)：1）以喬木樹種為主。在固定樣地中，共有43個(gè)樹種的天然更新苗木出現(xiàn)，其中喬木樹種26種，占60.5%；灌木樹種17種，占39.5%。天然更新以喬木為主的特點(diǎn)，是決定火炬松退化林是否成功轉(zhuǎn)型為闊葉混交林的關(guān)鍵。2）以闊葉樹種為主。在43個(gè)更新樹種中，有42個(gè)樹種為闊葉樹，只有馬尾松1個(gè)針葉樹種，這也就決定了下一代林分既不是針葉純林，也不是針闊混交林，而是闊葉混交林。3）以落葉樹種為主。在43個(gè)更新樹種中，有落葉樹種31種，占72.1%；有常綠樹種12種，占27.9%。更新較多的落葉樹種有栓皮櫟、烏桕、刺楸、黃檀，更新較多的常綠樹有樟樹（Cinnamomum camphora）、冬青（Ilex chinensis）等，但常綠樹種的相對(duì)多度和相對(duì)頻度遠(yuǎn)不如落葉樹種。以落葉樹種為主的特點(diǎn)，決定了最終形成的闊葉林為落葉闊葉常綠闊葉混交林。

3 ?結(jié)論與討論

3.1 ?結(jié)論

近自然經(jīng)營是實(shí)現(xiàn)火炬松退化林向闊葉混交林轉(zhuǎn)型的重要路徑，目標(biāo)樹經(jīng)營法在其中起到了重要作用。研究證據(jù)表明，對(duì)17年生火炬松退化林開展目標(biāo)樹經(jīng)營1年后，林下新增43個(gè)樹種天然更新，其中喬木樹種26個(gè)，灌木樹種17個(gè)。在所有更新樹種中，排名前四的栓皮櫟、烏桕、刺楸、黃檀均是鄉(xiāng)土珍貴闊葉喬木樹種，更新株數(shù)占所有喬灌木樹種更新總數(shù)的43%。栓皮櫟作為最主要的更新樹種，頻度達(dá)到61%，更新株數(shù)占喬木樹種更新總株數(shù)的24.8%。因此，今后可以栓皮櫟作為目的樹種，以烏桕、刺楸、黃檀等25種喬木樹種作為伴生樹種，形成闊葉混交林，最后經(jīng)過2～3代目標(biāo)樹經(jīng)營，形成多樹種組成的復(fù)層異齡混交林。

3.2 ?討論

3.2.1 ?后續(xù)經(jīng)營方面

天然更新出現(xiàn)大量闊葉樹種，只是為針葉純林向闊葉混交林轉(zhuǎn)變奠定了一個(gè)良好的基礎(chǔ)，要想真正實(shí)現(xiàn)順利過渡，必須加強(qiáng)后續(xù)經(jīng)營。1）定點(diǎn)除雜。從表2可以看出，灌木樹種的苗高平均為43.2 cm，而喬木樹種的苗高平均為41.6 cm，如不及時(shí)進(jìn)行撫育，灌木樹種將抑制喬木樹種的生長。為此，必須從間伐后的第3年開始連續(xù)3～5年，每年對(duì)天然更新的喬木樹種幼苗幼樹進(jìn)行定點(diǎn)除雜。具體做法是，以更新喬木樹種幼苗幼樹為中心，在0.2～0.5 m半徑范圍內(nèi)，對(duì)雜灌和雜草進(jìn)行剪除，每年4—5月和9—10月各進(jìn)行一次。之所以從第3年開始定點(diǎn)除雜，主要是前兩年利用自然力對(duì)弱苗進(jìn)行自然淘汰讓其競(jìng)爭(zhēng)凋亡。2）后續(xù)間伐。在第一次間伐后的第5年、10年，再各進(jìn)行一次干擾木間伐，間伐強(qiáng)度保持在20%～25%；第15年時(shí)，采伐除目標(biāo)樹以外的其他火炬松，最終保留的火炬松株數(shù)為本底調(diào)查時(shí)喬木株數(shù)的5%～10%，以維護(hù)森林物種多樣性。3）開展新一代目標(biāo)樹經(jīng)營。在進(jìn)行最后一次火炬松間伐時(shí)，最早更新的喬木樹種已經(jīng)經(jīng)過了15年的生長，此時(shí)可選擇新一代目標(biāo)樹。目標(biāo)樹按照高價(jià)值、高質(zhì)量、高活力的標(biāo)準(zhǔn)，在珍貴闊葉喬木樹種中選擇，并用油漆進(jìn)行標(biāo)注。對(duì)影響新一代目標(biāo)樹生長的干擾木，按照20%左右的間伐強(qiáng)度進(jìn)行采伐，每隔5年進(jìn)行一次，經(jīng)過2～3代目標(biāo)樹經(jīng)營，直至形成多樹種組成的復(fù)層異齡闊葉混交林。

3.2.2 ?間伐強(qiáng)度方面

從經(jīng)營效果看，我們認(rèn)為本研究采用的20%～25%的間伐強(qiáng)度是合適的。如果采伐強(qiáng)度過大，陽性灌木會(huì)迅速占領(lǐng)林地，抑制喬木樹種的天然更新。王金池等對(duì)馬尾松皆伐跡地天然更新進(jìn)行了研究，皆伐1年后出現(xiàn)了71個(gè)闊葉樹種，但落葉灌木山蒼子一個(gè)樹種的更新株數(shù)即達(dá)到了所有樹種更新總株數(shù)的72%且相對(duì)優(yōu)勢(shì)度達(dá)到73.41%，雖然也有檫木、泡桐、南酸棗等喬木樹種，但更新株數(shù)遠(yuǎn)不如山蒼子，如不采取措施這些喬木樹種將無法成為主要樹種[5]。如果采伐強(qiáng)度過小，將達(dá)不到間伐的效果。李榮等對(duì)遼東櫟近自然經(jīng)營下的天然更新進(jìn)行了研究，結(jié)果顯示30%的間伐強(qiáng)度有利于遼東櫟的天然更新，但13.4%的間伐強(qiáng)度更有利于遼東櫟實(shí)生苗的生長[6]。一般來講，間伐強(qiáng)度達(dá)到20%～25%，可以采取4～5次間伐，每次間伐間隔期5年，從而實(shí)現(xiàn)針葉純林向闊葉混交林的轉(zhuǎn)變；如果間伐強(qiáng)度降低，則需要縮短間伐間隔期，增加間伐次數(shù)。至于火炬松退化林采取多大的強(qiáng)度進(jìn)行間伐效果最佳，需要設(shè)立固定樣地進(jìn)行長期研究。

3.2.3 ?種子來源方面

火炬松純林是盤石嶺林場(chǎng)面積最大的林分，研究樣地是火炬松純林，周邊林分也是火炬松純林，在1 km外有馬尾松、栓皮櫟、冬青組成的針闊混交林。但像固定樣地天然更新這樣，在1 hm2的林分中有26個(gè)喬木樹種，在現(xiàn)有林分中尚未見到。那么，樣地天然更新的種子來源于何處呢？我們分析，雖然有風(fēng)傳播、鳥類傳播、陸生動(dòng)物搬運(yùn)等的可能性，但更大的可能性來源于土壤持久種子庫，也就是來源于火炬松林營造前林地土壤中已經(jīng)形成的種子庫[7]。張洋洋等對(duì)臨近的湖北省太子山林管局石龍林場(chǎng)馬尾松（Pinus massoniana）林土壤種子庫進(jìn)行過初步研究，取得了一些初步成果[8-9]。盤石嶺林場(chǎng)土壤持久種子庫究竟如何，有待于課題組今后進(jìn)一步研究。

參考文獻(xiàn)：

[1] ? 陳興國，陳明泉，陳興紅，等.基于樹冠連續(xù)覆蓋的火炬松林更新改造探討[J].南方農(nóng)業(yè)，2021，15（22）：130-132.

[2] ? 程中倩，吳水榮，劉世榮.我國森林天然更新及人工促進(jìn)天然更新的現(xiàn)狀與展望[J].山西農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2018，38（10）：71-76.

[3] ? 郭詩宇，胡伯特·福斯特，陳幸良.目標(biāo)樹經(jīng)營：德國經(jīng)驗(yàn)與湖北實(shí)踐[J].世界林業(yè)研究，2021，34（2）：14-20.

[4] ? 郭詩宇，汪遠(yuǎn)洋，陳興國，等.森林康養(yǎng)與康養(yǎng)森林建設(shè)研究進(jìn)展[J].世界林業(yè)研究，2022，35（02）：28-33.

[5] ? 王金池，黃如楚，黃清麟，等.馬尾松人工林皆伐1年后新增天然闊葉幼樹初報(bào)[J].林業(yè)資源管理，2019（6）：115-120.

[6] ? 李榮，張文輝，何景峰，等.不同間伐措施對(duì)遼東櫟幼苗自然更新及生長狀況的影響[J].西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2011，39（01）：52-60，68.

[7] ? 李國旗，李淑君，蒙靜，等.土壤種子庫研究方法評(píng)述[J].生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào)，2013，22（10）：1721-1726.

[8] ? 張洋洋，周清慧，許驕陽，等.林分密度對(duì)馬尾松林下植物與土壤種子庫多樣性的影響[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2021，32（7）：2355-2362.

[9] ? 張洋洋，周清慧，許驕陽，等.林齡對(duì)馬尾松人工林林下植物與土壤種子庫多樣性的影響[J].生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào)，2021，30（11）：2121-2129.

（責(zé)任編輯：敬廷桃）