冀北山地油松人工林天然更新研究

刘铁岩 ，毕 君 ，王 超 ，许国民 ，王立方 ，尤海舟

（1.承德市滦平国有林场管理处，河北 滦平 068250；2.河北省林业科学研究院，河北 石家庄 050061；3. 河北小五台山森林生态系统定位研究站，河北 涿鹿 075600；4. 河北省林木良种工程技术研究中心，河北 石家庄 050061）

冀北山地油松人工林天然更新研究

刘铁岩1，毕 君2，3，王 超2，4，许国民1，王立方1，尤海舟2，3

（1.承德市滦平国有林场管理处，河北 滦平 068250；2.河北省林业科学研究院，河北 石家庄 050061；3. 河北小五台山森林生态系统定位研究站，河北 涿鹿 075600；4. 河北省林木良种工程技术研究中心，河北 石家庄 050061）

油松是易于天然更新的树种。对冀北山地油松人工林天然更新情况进行了调查，样方测定结果显示油松天然更新能力较强，更新幼树密度26～283株/100 m2，达到了常规造林的密度要求；更新幼树的树高结构呈左偏单峰形，年龄结构呈下降型种群；微地形对更新幼树的株数有明显影响，不平坦的地形相较于平地有利于更新；更新幼树的空间格局呈典型的聚集型分布状态。采用样带法测定油松母树种子传播距离主要在2倍树高以内，平均最远距离约2.8倍树高。建议今后应改变油松林皆伐再造林的生产模式，利用其天然更新能力对现有成熟龄、近熟龄人工林及疏林等进行人工促进更新；更新中适当采取人工措施如破土、疏伐、简易整地等辅助措施，保留带宽不超过4倍树高。

油松林；天然更新；森林演替；冀北山地

天然更新是森林生态系统自然繁衍与恢复的手段，是通过林下层植被的生长来改变森林主次林层结构的演替过程。天然更新有利于形成复层异龄林、提高树种多样性和林地的生产力，有利于实现结构稳定、功能优化的高质量森林[1-2]。油松Pinus tabuliformis是我国北方重要的成林树种，具有抗逆性强，分布范围广，材质优良等特性，经过50年来的林业建设，油松人工林目前已成为华北山地面积最大的森林类型之一。根据河北省第 八次森林资源调查数据，河北省约有油松人工林24.13万hm2，主要分布于太行山和燕山的山地丘陵区，在林业生态建设方面发挥着不可替代的作用。近年来，大面积的油松人工林已陆续进入成熟龄，生产上主要采取皆伐再造林的方式，其在生态和经济方面的弊端显而易见。国内已有调查研究表明油松是一种易于自然更新的树种[3-6]，本文调查了河北省北部、西北部山地油松人工林的天然更新情况，以期为实现油松人工林天然更新、培育优质森林提供技术参考。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

样地1位于河北省承德市滦平县，属冀北燕山山脉中段，地理位置北纬 40°39′21″～ 41°12′53″，东经 116°40′15″～ 117°46′03″ 。本区属中温带向暖温带过渡的半干旱半湿润大陆性季风型山地气候，年平均气温7.6 ℃，1月平均气温-10.8 ℃，无霜期149 d；多年平均降水552.6 mm，多集中在6～8月，占全年降水的70.5%；多年平均蒸发量1 679 mm。本区地形复杂，土壤以褐土和棕壤为主，海拔700 m以上山地大都为林地，土壤发育以棕壤为主，表层有机质含量丰富。本区植被区划属华北山地植被亚地区的冀北山地植被小区，主要植被类型有蒙古栎次生林、槲树次生林、白桦次生林、油松人工林、落叶松人工林、山杏灌丛等。

样地2位于河北小五台山国家级自然保护区，位于河北省张家口市蔚县、涿鹿两县境内，地处太行山、燕山和恒山交汇地带，地理位置东经 114°47′～ 115°30′，北纬 39°50′～ 40°07′，海拔890～2 882 m。本区属暖温带大陆季风型山地气候，年平均气温6.4 ℃，1月平均气温-12.3 ℃（小五台山顶可达-38.0 ℃），7月平均气温22.1 ℃；降水量400～700 mm，其中7、8月占全年降水的49.0%以上。由于海拔高度的变化，海拔1 000～1 300 m的低山丘陵区属暖温气候带，海拔1 300～1 800 m的中山下部属低温气候带，海拔1 800～2 500 m的中山上部属冷温气候带，海拔2 500 m以上的亚高山属高寒湿润气温带。本区土壤主要分为亚高山草甸土，山地棕壤和褐土3大类型；本区植被区划隶属华北山地植被亚地区的冀北山地植被小区，主要植被类型有油松林、华北落叶松林、蒙古栎林、辽东栎林、白桦林、红桦林、绣线菊灌丛和亚高山草甸等。

1.2 研究材料

样地1位于滦平县境内的拉海岭林场，海拔650 m，半阴坡山地，平均坡度15°～20°，淋溶褐土，土层厚度30～50 cm。调查林班为皆伐后天然更新形成的油松林，林龄25 a，主林层由采伐剩余的油松组成，林木密度150～300株/hm2，郁闭度0.3，平均胸径15.9 cm，平均树高7.2 m，林下自然生长有较多油松幼树；主要灌草种类有荆条Vitex negundo、苔草Carex lanceolata等，灌木层盖度不超过20%，草本层盖度约40%。

样地2位于小五台山自然保护区山涧口管理站，海拔1 300 m，阴坡山地，平均坡度15°，淋溶褐土，土层厚度不低于50 cm。本林班乔木层为稀疏生长的油松，呈小团簇状分布，林龄约30 a，林木密度约50株/hm2，郁闭度0.10，平均胸径23.0 cm，平均树高7.7 m，林下自然生长有较多油松幼树；灌木层植被生长茂密，主要由虎榛Ostryopsis davidiana构成，盖度约90%，高度90 cm；草本层由细叶苔草Carex rigescens和菊科杂类草组成，层盖度约50%，高度约15 cm。

1.3 调查与研究方法

样地1调查采用样方法，在样地内随机设置10 m×10 m矩形样方15个，详细调查样方内每株油松幼树的地径、树高、树龄和具体位置，统计各样方幼树数量的变化，绘制树高、树龄结构图和油松幼树空间格局分配图。在样地内根据微地形（坑、沟和平地）的变化设置2 m×2 m小样方45个，测定样方内幼树数量，分析微地形对幼树数量和生长的影响。

样地2调查采用样带法，在林缘选取种子传播和其它油松大树重合较少的孤立母树，测定树高和胸径；以树干为中心点，分别向林缘外方向沿垂直线两侧3 m宽样带内调查油松幼树的分布数量和树高，分析距母树不同距离油松幼树的数量变化情况，共获取东西南北4个方向12个调查样带。在样地内选取油松幼苗分布相对集中的区域，采用2 m×2 m小样方测定油松幼树的数量。

2 结果与分析

2.1 天然更新油松幼树的数量

样地1主林层油松母树株数较多，分布也相对均匀。对样地内油松幼树的调查结果显示，油松林下更新幼树数量较多，株数密度变化为27～57株/100 m2，平均值（43.3±10.4）株/100 m2，完全能够达到通常每公顷目的树种幼树不少于3 000 株或者幼苗不少于 6 000 株的标准[7]。样地2主林层油松母树数量较少，且分布不均匀，所萌生的油松幼树以母树为中心向周边扩散，对油松幼树分布相对集中区域的样方统计结果显示变化为26～283株/100 m2，平均值（107.2±74.5）株/100 m2，也远超普通造林的标准。可见，在条件合适的情况下，油松自然更新能力很强，天然落种更新能够达到常规造林的密度要求。

2.2 天然更新油松幼树的树高和树龄结构

对样地1样方内油松幼树的树高进行统计，绘制树高结构图详见图1，结果显示树高呈左偏单峰结构，处于1.0＜h≤1.5 m和0.5＜h≤1.0 m的株数最多，约占总株数的60%；而树高h≤0.5 m的株数仅占16.67%，树高h≥1.5 m约占24%。更新幼树的树龄结构也表示出类似情形（图3），5＜a≤10 a的幼树约占2/3，而a≤5 a的幼树仅占11%，树龄结构为下降型。样地2油松幼树的树高同样呈左偏型（样地2），树高处于0.2＜h≤0.5 m的幼树最多，占比为56%；其次为树高0.5＜h≤1.0 m的幼树占比为32%；而树高h≤0.2 m和h≥1.0的幼树仅占11%。

图1 样地1油松更新幼树树高结构Fig. 1 The sapling height structure in the fi rst sample plot

图2 样地2油松林更新幼树树高结构Fig.2 The sapling height structure in the second sample plot

图3 样地1油松林更新幼树树龄结构Fig. 3 The sapling age structure in the fi rst sample plot

2.3 微地形对更新幼树数量影响

微地形对土壤的肥力和水分的再分配有一定程度影响，同时地形也会对落地种子进入土壤的机率产生影响，这会使不同微地形条件下油松种子的萌发和保存数量产生差异。表1是对不同微地形分布的油松更新幼树数量的调查结果，可见不同微地形间存在显著差异（P＜0.05），沟、坑和坡所分布的油松幼苗数量多于平地，说明起伏的地形相较平坦的地形更有利于幼树萌发和生长。

表1 不同微地形油松更新幼树数量Table 1 The amount of Pinus tabuliformis sapling in each microtopography

2.4 油松天然更新幼树的分布格局

图4是样地1油松更新幼树的空间分布格局，油松幼树的分布呈相对集中的状态。图4中幼树分布形成4个分布相对集中的区域（＞5株），包含了样方内76.19%的幼树，株间平均距离仅为0.4～1.12 m；另外有16.67%的幼树呈小团簇状分布（2～3株），仅有7.14%的幼树呈孤立单株分布。因此油松更新幼树的空间格局总体表现为聚集型分布状态。

图4 样地1油松更新幼树空间格局Fig.4 The spatial pattern of sapling in the fi rst sample plot

2.5 母树落种传播距离

对样地2距母树不同距离油松幼树的分布情况进行统计，结果见表2。以母树的树高为标准，分析不同方向上油松种子传播距离，母树种子传播距离2.38～3.35倍树高，平均距离2.8倍树高。油松种子东向方向上传播距离最远，西向方向上最近，南向和北向上没有明显差异。母树种子传播主要分布在1倍和2倍树高范围内，超过2倍树高所分布的种子相对较少，超过3倍树高所分布的种子数量已很少。

表2 油松母树种子传播距离†Table 2 The propagation distance of seed-tree

3 结论与讨论

3.1 结 论

油松天然更新能力较强，条件合适时，天然落种更新的幼树数量能够达到常规造林密度标准，可满足林分天然更新的需求，因此今后应改变油松林皆伐再造林的生产模式，利用其天然更新能力对现有成熟龄、近熟龄的油松人工林及疏林等进行人工促进更新。

天然更新的油松林树高结构呈左偏单峰状，年龄结构呈下降型种群，空间分布呈团簇状，这种结构利于部分个体获得较为有利的生长空间而生长迅速，有利于形成异龄、复层林。

微地形对天然更新幼树有明显影响，不平坦的地形如坑、沟相较于平地有利于更新；微地形可对林地的土壤养分和水分形成再分配过程，更新幼树由此可获得较好的生长环境条件。更新幼树空间格局呈明显的聚集型分布状态，团聚状分布的更新幼树有利于抵御外界的不良气候条件及在种间竟争的情况下实现优胜劣汰。

油松母树种子传播距离主要在2倍树高以内，平均距离约2.8倍树高，最远可达3.35倍树高。

3.2 讨 论

油松虽然易于天然更新，但天然更新幼树的树高和年龄结构表明更新幼树中个体（或树龄）最小段的幼树所占比例明显低于较大的幼树，表明某个条件较好的年份所萌发或保存的幼苗数量较多，说明其对于更新条件仍然有着较为严格的要求。更新数量较多的年份显然条件有利，这可能来自气候条件，也可能来自外界干扰因素，有待深入研究。徐化成等的研究表明5 a以下油松幼苗易受各种灾害而自然保存率偏低[5]，郭泉水等的研究表明油松幼苗易受放牧的牛羊啃食[8]，王梅等的研究表明油松种子萌发过程中水分是重要的限制性因子[9]。

不平坦的微地形相较于平地更有利更新，表明其为种子萌发创造了相对较好的局部环境条件，可能的原因是不平坦的地表有利于种子进入土壤和汇集水分，因此对地表枯落物和表层土壤适度的干扰有利于更新。刘明国，李喜霞等的研究结果表现微地形对幼树树量影响显著，侵蚀沟或经过整地的林地出苗量明显增加[4,10]。油松幼树呈聚集状分布也间接证明这一点，也有研究报道油松易于出现1个球果种子形成群丛状幼树的现象[9]，这些均应是较好局部微环境所起作用。因此为了促进天然更新，更新时应在林下适当采取人工破土、简易整地等辅助措施。

油松种子传播媒介主要是重力和风力，也有少量动物传播[11]。油松母树种子传播距离主要集中在2倍树高的范围内，东向方向上母树种子传播最远，主要是受本区西北向的主风向影响。南向和北向间种子传播距离基本无差异，表明风向对种子传播距离影响相对较小。建议人工促进更新时，保留母树的间距不能大于4倍树高，同时应适当考虑主风向的影响。刘明国，李喜霞等对带状更新油松的研究提出适宜的采伐带宽10～20 m[4,10,12]，刘明忠等指出母树周围的幼树主要分布在距林缘20 m范围内[11]，分析上述研究材料的树高条件，以上结论和本次研究结果基本符合。

本次调查发现，本区油松人工林天然更新幼树仍以油松为主，其它树种出现极少，这同油松次生林天然更新的树种丰富度有很大差异[13-14]，最可能的原因是种源缺乏，因此为了培育混交、稳定的森林生态系统，对油松人工林的天然更新过程中应根据立地条件适当补植补播适宜的阔叶树种如栎、桦、椴、杨等，抚育时也应注意保留其它树种的母树。

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Study on the natural regeneration of Pinus tabuliformis plantation in the northern mountain of Hebei province

LIU Tieyan1, BI Jun2,3, WANG Chao2,4, XU Guomin1, WANG Lifang1, YOU Haizhou2,3
(1.Luanping State-owend Forest Farm Management of Chengde City, Luanping 068250, Hebei, China; 2.Hebei Academy of Forestry Science, Shijiazhuang 050061, Hebei, China; 3.Hebei Xiaowutai Forestry Ecosystem Research Station, Zhuolu 075600, Hebei,China; 4.Hebei Engineering Research Center for Trees Varieties, Shijiazhuang 050061,Hebei, China)

The Natural Regeneration of Pinus tabuliformis plantation was investigated in the northern mountain of Hebei Province.The result of quadrat investigation are showed that Pinus tabuliformis plantation has strong ability of natural regeneration, the sapling density is range 26 to 283 per hundred square meters.It can meet the requirement of normal afforestation. The sapling height structure is unimodal and left-avertence curve. The age structure showed that it is a diminishing population. The microtopography have a signi fi cant impact to amount of sapling, and the uneven microtopography is better. The spatial pattern of sapling is typical aggregated distribution.The propagation distance of seed-tree is mostly less than double tree height, the average farthest distance is 2.8 times.

Pinus tabuliformis plantation；natural regeneration；forest succession；the northern mountain of Hebei province

S754.1

A

1673-923X(2017)07-0055-04

10.14067/j.cnki.1673-923x.2017.07.008

2016-03-14

河北省科技支撑计划项目（11240615D）；河北省林业科技计划项目（1713496）

刘铁岩，高级工程师

毕 君，教授级高级工程师；E-mail：biijun2003@sohu.com

刘铁岩，毕 君，王 超，等.冀北山地油松人工林天然更新研究[J].中南林业科技大学学报，2017, 37(7): 55-58, 65.

[本文编校：吴 毅]