米老排人工林皆伐迹地种子天然更新林密度调控效应

唐继新，雷渊才，曾 冀，李忠国，李武志，农良书，赵 总

（1.中国林业科学研究院 热带林业实验中心，广西 凭祥532600；2.中国林业科学研究院 资源信息研究所，北京 100091）

基于森林近自然经营的理论和技术，利用各种自然力，改善森林的结构和功能，充分保护、促进和利用林下的天然更新，减少森林经营的人力、物力和财力投入,是森林近自然化经营的重要原则，也是森林可持续经营的有效途径［1－2］。受 “里约赫尔辛基进程”森林认证及森林近自然经营要求的影响，“利用天然更新实现林分皆伐迹地的下一代更新”已引起了广泛的国际关注［3］，相对于传统人工造林更新，利用天然更新实现采伐迹地的更新，其更新及恢复的过程无需育苗、炼山、整地、挖坑和造林，具有物种和结构多样性高、更新成本低、更新过程地表水土流失少等优点［3-10］。虽然天然更新具有如此多的优点，但国内以往对森林天然更新的研究主要集中在天然林方面，有关人工林天然更新的研究报道较少［11］，还未能满足中国人工林健康可持续经营的需要。故对皆伐作业具有可有效天然更新的潜力树种，运用近自然森林经营的理论和技术，研究制定科学的经营措施，促进和利用其采伐迹地的天然更新，对丰富中国人工林健康可持续经营的理论和实践具有重要意义。米老排Mytilaria laosensis又名壳菜果、三角枫、山桐油，为金缕梅科Hamamelidaceae壳菜果属Mytilaria常绿阔叶乔木，天然分布于中国广东、广西和云南省区以及越南和老挝等地，是中国南亚热带区域适生范围广的用材树种，具有速生、干形通直圆满、材质优良、改良土壤、萌生力强、落种于林缘及空旷地宜萌发等特性［12－15］。基于米老排树种的天然更新特性，本研究旨在探索米老排人工林皆伐迹地种子天然更新幼林的生长及其密度效应规律，为米老排皆伐作业法天然更新的间苗抚育提供技术支撑。

1 研究区概况

研究区位于广西壮族自治区凭祥市的中国林业科学研究院热带林业实验中心（热林中心）哨平实验场39 林班 2 经营班（22°05′12″～22°05′22″N， 106°53′13″～106°53′33″E）， 属南亚热带季风区， 干湿季明显；太阳总辐射强，全年日照时数为1 500～1 600 h，年均气温为21.0℃，≥10℃积温为7 000～7 500℃，最热月平均气温为27.5℃，最冷月平均气温为13.0℃，极端最低气温为－1.0℃；年均降水量为1 380 mm，年蒸发量为1 370 mm。海拔为230 m，属低山丘陵；土壤为花岗岩发育而成的赤红壤，土层较厚［16］；有机质在土壤A层、B层的质量分数分别为3.71%和1.75%，全氮质量分数为0.17%，全磷质量分数为0.03%，pH 4.1～4.6。更新迹地前茬林为米老排人工纯林，造林时间1984年春，造林苗木为裸根实生苗，造林密度为2 500株·hm－2；皆伐前经过1次透光伐及1次抚育间伐（株数间伐强度20%～30%），皆伐时间为2011年底（皆伐作业前当年的米老排林分种子雨已基本散落；林分皆伐与集材后人工清理采伐剩余物，未炼山）。伐前林分平均胸径为20.2 cm，平均树高为22.2 m，立木密度为1 492株·hm－2，郁闭度为0.9，凋落物层厚度为5～10 cm，林下灌木主要有山苍子Litsea cubeba，香港大沙叶Pavetta hongkongensis和三桠苦Evodia lepta等，草本主要有粽叶芦Thysanolaena maxima，五节芒Miscanthus floridulus，山姜Alpinia japonica等。皆伐后，迹地种子天然更新苗木主要为次年更新，更新的树种主要为米老排。

2 研究方法

2.1 实验设计及样地调查方法

2013年春，经对米老排皆伐迹地天然更新实地的踏查，选择代表性地块，按单因素随机区组设计，设计间苗抚育试验，以不间苗作为对照组（ck），处理组间苗密度分别为1 650株·hm－2（TA），2 800株·hm－2（TB）， 2 500 株·hm－2（TC），3 重复·组－1， 共 12 个面积为 400～600 m2·个－1矩形样地。

迹地苗木间苗抚育定株方法：将固定样地均匀划分为5 m×5 m的样格，选择空间分布均匀、无虫害、干形好和长势优良的苗木为保留木。

本底数据调查方法：①间苗抚育林分，对保留木进行编号，并测量胸径和树高；②未间苗抚育林分，随机抽取4～7个（400 m2抽4个，600 m2抽7个）样格为固定观测样格，对固定观测样格内所有高度大于0.3 m的林木进行编号，并测量胸径和树高。

迹地种子更新林间苗抚育和本底调查的完成时间分别为2013年6月和2013年7月。2014－2016年，连续3 a对固定样地林木进行定株生长观测，记录各年林分的生长及密度状况。胸径、树高、单株材积均为样地林分统计的平均值，单株材积计算公式［17］：v=0.683 297×10－4d1.926256h0.8840614。其中：d表示林分平均胸径，h表示林分平均树高。

2.2 数据分析及方法

数据统计分析及作图分别采用DPS（V14.5）和EVIEWS 8.0软件，方差分析采用最小显著差法（LSD）多重比较法。

3 结果与分析

3.1 间苗对林分平均生长的影响

3.1.1 间苗对林分平均胸径生长的影响 表1为不同间苗密度下，米老排种子天然更新林平均生长及方差分析结果。由表1可知：从第4年（间苗抚育后第2.5年）起，各处理林分平均胸径的总生长量与林分密度呈负相关。对平均胸径生长作图（图1）可知：TA处理平均胸径连年生长量的峰值在第4年，其峰值为各处理中的最高值；而其余处理的峰值在第2～3年。除TA处理外，所有处理林分的平均生长量曲线与连年生长量曲线均在前5 a相交，且林分密度越高，平均生长量曲线与连年生长量曲线相交越早，说明林分经营密度与林木胸径的连年生长量负相关。间苗抚育后1.0～3.5 a内， 对照组平均胸径的连年生长量和总生长量均明显低于间苗处理对应的生长量，差异达到极显著（P＜0.01）；TA与TC处理间胸径总生长量的差异仅在间苗后的第1年出现，其差异随间苗时间的推移而逐渐消除，这可能与间苗抚育经营引起的误差有关。抚育间苗后的3.5 a内，随着间苗时间的推移，TA处理与其他处理在胸径连年生长量的差异越来越显著，如在抚育间苗后第2.5年，仅有TA与TC处理的差异显著，而到间苗后第3.5年，TA处理与任何处理的连年生长差异均达极显著水平（P＜0.01）。迹地林分抚育经营密度对胸径的生长影响极为显著。此结果与前人研究结果［18］一致。

3.1.2 间苗对林分平均树高生长的影响 基于表1和图1的分析可知：与对照相比，间苗抚育处理树高的连年生长量与平均生长量均未相交（图1）。对照组连年生长量的峰值在第2年，TB处理首次连年生长量的峰值在第3年（此后，连年生长量先下降，随后再上升）；而TA和TC处理的连年生长量在第5年仍未达峰值。除间苗后的第1年，TA与TC处理树高生长总量差异显著外，观测期内间苗抚育处理间的生长总量差异均不显著（P＞0.05）。与未间苗林分相比，间苗2.5 a后，林分平均树高的总生长量和连年生长量的差异均达极显著水平（P＜0.01）。上述现象的产生，可能与对照林分密度过高，林木空间生长竞争异常激烈有关；对间苗处理组而言，仅TA与TB处理在间苗抚育后第3.5年其树高连年生长量差异显著（P＜0.05）。

3.1.3 间苗对林分平均单株材积生长的影响 由表1和图1（图1中第1年、第2年、第3年的生长量数据，根据表1数据内插计算得到）可知：抚育间苗后1.0～3.5 a间，密度对不同处理林分平均单株材积总生长量和连年生长量的影响均极显著（P＜0.01），间苗处理的平均单株材积生长量显著高于对照。在间苗后第2.5年，间苗处理间平均单株材积总生长量的差异不显著；间苗后第3.5年，TA处理与TB处理的总生长量差异显著（P＜0.05），TA与其余间苗处理间平均材积连年生长量的差异均极显著（P＜0.01）。

表1 不同密度米老排种子天然更新林平均生长及方差分析Table 1 Growth performance of young stands of Mytilaria laosensis seed natural regeneration with different densities

图1 不同密度林分平均胸径、平均树高和平均单株材积生长过程曲线Figure 1 Growth curves of average DBH,average tree height and average single volume of the stands with different densities

3.2 间苗对林分优势木生长的影响

3.2.1 间苗对林分优势木径向生长的影响 由表2和图2（图2中第1年、第2年、第3年生长量数据根据表1数据内插计算得到）可知：各处理优势木胸径连年生长量及平均生长量的峰值出现在第2～4年，此后生长速度趋缓。间苗抚育后的1.3～3.5 a，间苗处理优势木胸径连年生长量高于对照；在间苗后3.5 a内，间苗密度对优势木胸径的生长有一定影响，但各密度处理间胸径总生长量的差异不显著。所有处理林分优势木胸径的平均生长量与连年生长量均在前5 a相交，基本表现为林分密度越高，平均生长量与连年生长量相交越早，与林分平均胸径的生长规律类似。

表2 不同密度米老排种子天然更新幼林优势木生长及方差分析Table 2 Variance analysis and growth performance of dominant tree of young stands of Mytilaria laosensis seed natural regeneration with different densities

图2 不同密度优势木胸径、优势木树高和优势木单株材积生长过程曲线Figure 2 Growth curves of DBH,tree height and single volume of dominant tree with different densities

3.2.2 间苗对林分优势木高生长的影响 在前5 a，各处理优势木树高连年生长量呈一定波动性，但各年树高连年生长量均大于1.4 m，表明其高生长仍处于旺盛期；所有处理优势木树高的平均生长量与连年生长均在前5 a相交（图2），间苗密度对林分优势高生长的影响不显著。

3.2.3 间苗对林分优势木单株材积生长的影响 与林分优势木的胸径、树高生长类似，在抚育间苗后1.0～3.5 a，各处理优势木单株材积的总生长量虽有一定差异，但差异不显著；在间苗1 a后，间苗处理单株材积的连年生长量开始大于对照（图2）。

3.2.4 间苗对林分优势木高径比的影响 由表2可知：间苗后第1年，间苗与未间苗处理优势木的高径比差异不显著；至间苗后第2.5年时，仅有TA处理与对照的高径比差异显著（P＜0.05）；而至间苗后的第3.5年，对照与任何间苗处理的高径比差异都显著（P＜0.05），表明间苗抚育措施对降低林分优势木的高径比作用明显。

3.3 间苗对林分径阶结构的影响

由表3分析可知：未间苗处理林分的径阶分布呈典型的倒J型分布，而间苗处理林分的径阶分布为近似正态分布。同一林龄不同密度下径阶分布的范围不同，TB较其他处理径阶的分布范围更广，TA的径阶分布相对其他处理更集中。从间苗后第2.5年起，对照组径阶分布的极大值开始小于间苗处理，间苗抚育后第3.5年，对照组径阶分布的极大和极小值均小于间苗处理。间苗抚育后1.0～3.5 a，对照组林木60%以上的径阶分布在1～2 cm，表明未间苗处理林分林木的进阶极缓慢。在间苗抚育后第1年，间苗处理间径阶分布峰值的对应径阶值无差异，但在间苗抚育后第3.5年，TA处理径阶分布峰值的径阶值开始高于TB与TC。同一林龄不同处理，林木胸径的大小分化程度随密度增大而提高，小密度林分的林木较均匀，且 “大径木”比例相对较高。

表3 米老排种子天然更新林幼林径阶分配受密度的影响Table 3 The effect of densities to diameter distribution of young stands of Mytilaria laosensis young stands of seed natural regeneration

4 结论与讨论

4.1 结论

与对照组相比，间苗处理对林分优势木胸径、树高和单株材积的总生长量影响不显著，对林分平均胸径、平均树高和平均单株材积的总生长量与连年生长量影响显著；间苗处理明显提高林分平均整体生长水平，减小林分径阶分化程度，提高 “大径木”百分比，减缓林分平均胸径和平均树高连年生长量的衰减速度。

米老排种子天然更新林平均胸径与其优势木胸径的连年生长量峰值均出现第2～4年，所有处理优势木胸径平均生长量与连年生长相交时间均在前5 a。此阶段为种子更新林径向生长的旺盛期，间苗抚育保留合理密度对林分的径向生长极为重要。

未间苗处理林分平均树高的连年生长量与平均生长量曲线在第2～3年相交，间苗处理平均树高的连年生长量与平均生长量曲线在第5年仍未相交；林分优势木前5 a的树高生长处于旺盛期。

间苗处理林分优势木树高平均生长量与连年生长量曲线的相交时间早于其林分平均树高对应曲线的相交时间。

未间苗处理林分径阶分布呈倒J型分布，间苗处理林分径阶分布近似正态分布，间苗处理相对 “大径木”比例较高。表明间苗处理在改变林分径阶分布的类型、峰值和分化程度上作用明显。

4.2 讨论

基于近自然森林经营的理论和技术，利用米老排人工林种子的成熟期、落种期和天然更新特性（在林内及林缘的裸露空旷地易于天然更新），择机对米老排人工林进行采伐及对其采伐更新迹地实施科学的间苗抚育，可实现采伐迹地种子的天然更新和种子更新林的高效生长；节省传统人工造林环节的挖坑、整地、植苗等人力及物力的投入，避免或减轻传统造林方式对森林环境（植被和土壤等）的破坏。由于本研究试验林分间苗抚育时间较短，而在采伐收获前，哪种间苗抚育措施林分更好，种子天然更新林的生长与传统人工更新林的生长孰优孰劣，仍需进一步研究。

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