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稳定的森林生态系统具有较高的树种多样性水平、丰富的林分结构、较高的生长活力和物质生产能力,是多功能森林经营追求的基本目标[1-3]。我国有大面积的人工针叶纯林,存在树种单一、结构简单、生长退化、稳定性差等问题。近自然改造是将这些人工纯林导向稳定森林生态系统的有效途径。近几年来,一些学者展开了对马尾松(Pinus massoniana Lamb.)人工纯林近自然化的研究。罗应华等[4]对马尾松人工林近自然化改造对植物自然更新及物种多样性的影响进行了探讨;何友均等[5]使用马尾松和杉木(Cunninghamia lanceolata (Lamb.) Hook.
)人工纯林早期改造数据,研究了马尾松和杉木人工针叶纯林近自然改造早期对群落特征和土壤性质的影响;明安刚等[6]研究了近自然化改造对马尾松和杉木人工林生物量及其分配的影响;李婷婷[7]根据马尾松近自然化改造的两期数据,对比了近自然化改造对森林结构、树种组成及生长量的影响;范歌[8]对马尾松-大叶栎(Quercus griffithii Hook. f. et Thoms. ex Miquel )异龄复层混交林生长及生态功能进行了研究;张可欣等[9]对马尾松3种不同经营方式所产生的经济效益进行了对比。从现有的研究来看,研究所使用的数据观测周期不够长,或研究只关注了近自然化改造对针叶纯林的某一方面的影响,缺乏对胸径30 cm以后林分生长动态和森林生态系统整体特征变化的综合分析。本研究以中国林科院热带林业实验中心马尾松人工林近自然化改造为例,提出马尾松人工纯林近自然化改造的技术要点,基于改造作业林分和对照林分在2007到2020年的13 a内的观测数据,对森林的树种组成和多样性、林分结构和稳定性、林木生长与收获等方面的状态和变化做了分析,提出近自然化改造的森林生长动态和经营改造效果。这些结果可为我国人工针叶纯林的近自然化改造和混交林经营提供参考依据。 -
表1是马尾松纯林近自然化改造13 a作业林分与对照林分乔木树种的变化情况。作业林分中马尾松是上层的保留树种,其重要值指数(IVI)值最大,为43.475; 人工补植的6个主要树种IVI值分别排在第2~6及第8位。大叶栎、灰木莲的IVI值较高,反应了其速生性和较强的林下竞争生长特性;作为高价值珍贵阔叶树种的红锥、格木IVI值分别为9.592和9.147,分别排在第3和第5位,表现出良好的林下竞争生长特性,这个结果对后续补植培育树种的选择是非常有价值的;铁力木13 a来在林下一直表现为生长缓慢和缺乏活力,尽管对其作为林下存活生长的特征还不能定论,但是在有其他选择的情况下不建议用其作为马尾松纯林混交化的补植树种。而作为天然更新出现,并生长进入起测径阶的树种目前有香梓楠、安息香、黄毛榕、假番石榴等,是由于抚育性采伐对林分空间结构的干扰带来的积极效果。从对照林分的情况来看,经过13 a的生长,马尾松IVI值为90.291,仍占绝对优势地位,其他有一些零星的乔木和灌木分布。
序号
No.作业林分 Operational forest 对照林分 Control stand 主要树种
Dominant speciesIVI 耐荫性
Shade
resistance速生性
Fast-growing珍贵性
Preciousness树种
SpeciesIVI 1. 马尾松 Pinus massoniana 43.475 4 1 n 马尾松 Pinus massoniana 90.291 2. 大叶栎 Quercus griffithii 11.662 3 1 n 三叉苦 Evodia lepta 1.301 3. 红锥 Castanopsis hystrix 9.592 2 2 p 星毛鸭脚木* Schefflera minutistellata 1.034 4. 灰木莲 Manglietia glauca 9.465 3 2 p 牛屎木 Alnus cremastogyme 0.668 5. 格木 Erythrophleum fordii 9.147 2 2 h 假番石榴 Psidium sp. 0.660 6. 香梓楠 Michelia hedyosperma 4.543 3 2 p 白背桐 Mallotus paniculatus 0.653 7. 安息香* Styrax tonkinensis 3.151 2~3 1 p 华润楠 Machilus chinensis 0.361 8. 铁力木 Mesua ferrea 1.834 2 3 h 安息香* Styrax tonkinensis 0.346 9. 黄毛榕* Ficus esquiroliana 1.228 1~2 2 n 火力楠 Michelia macclurei 0.336 10. 假番石榴 Psidium sp . 1.006 1 2 n 算盘子 Glochidion puberum 0.331 11. 华润楠 Machilus chinensis 0.876 2 1 n 漆树* Toxicodendron verniciflum 0.328 12. 星毛鸭脚木* Schefflera minutistellata 0.664 1 3 n 野牡丹 Melastoma candidum 0.325 13. 杉木 Cunninghamia lanceolata 0.415 3 2 n 油桐 Vernicia fordii 0.325 14. 白锥 Castanopsis faberi 0.217 2 2 p 其他 Others 3.041 15. 油桐 Vernicia fordii 0.203 3~4 2 n 16. 火力楠 Michelia macclurei 0.198 2 2 p 17. 牛屎木 Alnus cremastogyme 0.196 2 1 n 18. 枫香 Liquidambar formosana 0.194 2~4 1 n 19. 苹果榕 Ficus oligodon 0.110 1 1 n 20. 潺槁树 Litsea glutinosa 0.107 3 3 p 21. 山油麻 Trema cannabina 0.099 1 1 n 22. 毛黄肉楠 Actinodaphne pilosa 0.098 1 1 n 23. 五月茶 Antidesma bunius 0.098 1 1 n 24. 水东哥 Saurauia tristyla 0.098 1 1 n 25. 漆树* Toxicodendron verniciflum 0.097 3 3 p 26. 海南蒲桃 Syzygium hainanense 0.097 3 2 p 27. 白背桐 Mallotus paniculatus 0.096 3~4 2 n 28. 其他 Others 0.910 1 1 n *:作业林分中天然更新生长进入起测径阶(5 cm)的乔木树种。
*: The natural regeneration of the operating forest stands into the arbor species of the scale (5 cm)
耐荫性:1-耐荫 2-早期耐荫 3-喜阳 4-强阳 Shade tolerance: 1 - shade resistance 2 - early shade tolerance 3 -heliophilous 4 - strong heliophil 速生性:1-速生2-中生3-慢生 Fast growth: 1 - fast growth, 2 - medium growth, 3 - slow growthw growth
珍贵性:h-高价值珍贵 p-珍贵 n-非珍贵 Preciousness: h - high value precious p - precious n - non preciousTable 1. Changes of tree species in working stand and control stand within 13 years
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图1表明,伏波分场的马尾松纯林在2007年近自然化改造作业后,部分林木生长迅速,径级和蓄积结构均有显著的变化。马尾松林分在改造前(13 a前)所有林木集中分布在胸径10~25 cm范围内,呈典型的单一树种单一林层的马尾松人工纯林结构(图1a为2007年作业处理前的林分径级结构图);经过近自然经营处理13 a后,作业林分中的林木从5 cm起测径阶开始到55 cm径阶范围内均有林木分布(图1c),呈现出经营措施促进下快速形成混交异龄林格局的发展动态;而未作处理的对照林分通过13 a生长,林木径级分布有所扩展,但最大径级只到45 cm,比经营处理的林木少了10 cm,依然呈同龄纯林的径级格局(图1b)。可见优势木抚育和林下补植经营作业显著地增加了林木生长速度并由此提高了林分结构丰富度。此外,图1同样展示出随着林分径级的增大,径级内的林木株数减少,但径级蓄积量提高。
Figure 1. Distribution of the number and accumulation of forest trees in the 13-year period of close-to-nature transformation of Pinus massoniana forest
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由表2可以看出,改造林分和对照林分蓄积生长量的明显特征,首先是经营作业林分的生长量达到19.72 m3·a−1·hm−2水平,比对照林分16.58 m3·a−1·hm−2,每hm2每年多了3.14 m3;其次,较大径阶的林木对全林生长的贡献也显著高于中小径阶,作业样地中大于30 cm径阶的林木为227株,仅占全部株数的22.66%,蓄积生长量10.94 m3·a−1·hm−2,占全林的55.48%,活立木蓄积量为211.98 m3·hm−2,占全林的70.96%。可见胸径30 cm后的少数大径级林木的生长对全林生长量和蓄积量的贡献率非常显著;中径级林木,例如15~20 cm径阶单株木对全林生长量的贡献率仅为0.12%;而45~50 cm径阶的单木生长量对全林生长量的贡献率为0.46%,达到前者的近4倍;50~55 cm径阶的生长量为0.35 m3·a−1·hm−2,占全林生长量的1.77%,单株木对全林生长量的贡献率达到0.59%。
径级
Diameter改造作业后2020年混交林
Mixed forest in 2020 after renovation work未作业对照2020年马尾松纯林
Unemployed control Pinus massoniana forest in 2020株数/
(株·hm−2)
Number of trees断面积/
(m2·hm−2)
Basal area蓄积/
(m3·hm−2)
Volume生长量/
(m3·a−1·hm−2)
Growth株数/
(株·hm−2)
Number of trees断面积/
(m2·hm−2)
Basal area蓄积/
(m3·hm−2)
Volume生长量/
(m3·a−1·hm−2)
Growth< 5 170 0.16 0.44 0.08 55 0.06 0.16 0.02 5~10 224 1.10 5.44 0.87 63 0.25 1.05 0.37 10~15 208 2.44 16.55 2.06 31 0.42 2.73 0.13 15~20 72 1.67 14.03 1.72 163 4.07 30.14 0.50 20~25 34 1.37 12.66 1.02 331 13.27 104.61 2.64 25~30 67 4.12 37.62 3.03 306 17.98 148.72 7.03 30~35 106 8.67 78.09 4.45 94 7.45 63.93 2.89 35~40 85 9.39 84.64 4.03 44 4.69 41.68 1.83 40~45 27 3.58 32.77 1.57 19 2.55 23.23 1.17 45~50 6 1.05 9.82 0.54 0 0.00 0.00 0.00 50~55 3 0.69 6.66 0.35 0 0.00 0.00 0.00 小计 Subtotal 1 002 34.24 298.72 19.72 1 106 50.74 416.25 16.58 间伐量 Cutting volume 173.86 0 合计 Total 472.58 416.25 Table 2. Comparison of structure and growth of near-natural mixed transformation and control stands of Pinus massoniana forest
如表3所示,作业林分在获得结构稳定性、活力改善及生长量增加的同时,以活立木间伐量表示的直接收益是2007年为104.1 m3·hm−2,2016年为69.76 m3·hm−2,10年间的总抚育间伐收获量为173.86 m3·hm−2;按70%出材率、 950元·m−3的马尾松木材平均市场价格、 150元·m−3的抚育作业成本和15%综合管理税务费用等主要经济指标计算,在扣除所有成本后,作业林分通过抚育性采伐获得的纯收益为7 600元·a−1·hm−2。而对照样地由于没有抚育间伐,因此该项没有收益。当然,经济收益与市场价格、税收管理政策和劳动力成本等多变因素有关,所以7 600元·a−1·hm−2的纯收益是一个动态的数据,但是每年获得17.39 m3·hm−2的活立木收获量是可靠而稳定的,且是在林分水平上满足了收获量小于生长量(19.72 m3·a−1·hm−2)的可持续经营基本原则。
径阶
Diameter2007作业前
Before the 2007 operation2007间伐量
2007 cutting volume2016间伐量
2016 cutting volume2020年混交林状态
State of mixed forest in 2020株数/
(株·hm−2)
Number of
trees蓄积/
( m3·hm−2)
Volume株数/
(株·hm−2)
Number of
trees蓄积/
(m3·hm−2)
Volume株数/
(株·hm−2)
Number of
trees蓄积/
(m3·hm−2)
Volume株数/
(株·hm−2)
Number of
trees蓄积/
(m3·hm−2)
Volume生长量/
(m3·a−1·hm−2)
Amount of
growth< 5 170 0.44 0.08 5~10 224 5.44 0.87 10~15 260 24.43 250 23.49 208 16.55 2.06 15~20 925 145.14 575 80.61 72 14.03 1.72 20~25 150 38.84 125 40.47 34 12.66 1.02 25~30 75 29.29 67 37.62 3.03 30~35 106 78.09 4.45 35~40 85 84.64 4.03 40~45 27 32.77 1.57 45~50 6 9.82 0.54 50~55 3 6.66 0.35 合计 Total 1 335 208.41 825 104.1 200 69.76 1 002 298.72 19.72 Table 3. Dynamic table of thinning and accumulation growth of Pinus massoniana near naturalized transformation forest in13 years
Analysis on the Effect of Close-to-nature Transformation of Pinus massoniana Pure Forest Plantation
- Received Date: 2022-09-22
- Accepted Date: 2022-10-20
- Available Online: 2023-04-20
Abstract: