Impacts of Thinning Intensities on Growth and Stand Structure of Schima superba-Sprouting Cuninghamia lanceolata Mixed Plantation

试验地位于中国林科院亚热带林业实验中心长埠实验林场(27 °33′N，114°35′E)，地处江西省分宜县境内，属亚热带湿润季风气候，年平均气温18.0℃，年平均降水量1 600 mm。造林地为低山丘陵地貌，平均坡度25°左右，土壤由页岩和砂页岩发育而成，中等肥力，土层厚度80~100 cm，海拔高度150 m左右。

试验地前茬为杉木纯林，1994年春季造林，营林时按照原杉木伐桩(2 m×2 m)各保留1根杉木萌芽条，水平带状整地，同时套种1年生木荷实生苗(与杉木萌芽林1:3混交)，混交林初植密度为3 330株·hm^-2，造林后前3 a按照常规营林措施进行抚育管理。为培育木荷大径材，增加林地收益，2010年进行抚育间伐试验，11月对混交林(16年生)进行间伐前本底调查，12月按株数比例进行弱度间伐(15%)、中度Ⅰ间伐(30%)、中度Ⅱ间伐(35 %)和强度间伐(60%)及对照(未间伐)5种强度抚育间伐，主要间伐被压木、有缺陷及过密的杉木和部分长势较差的木荷，使保留木均匀分布。2015年8月每种间伐强度选择基本相同立地条件各设置样地(20 m×20 m)3块，对样地进行全面调查。间伐前后情况见表 1。

间伐前和间伐6 a后，对样地分树种进行每木调查，测量胸径和树高等指标，并计算林分密度、单株材积和林分蓄积量等。将木荷和杉木的胸径采用2 cm径阶划分法分别统计各径阶株数及所占百分比。

杉木单株材积(V_杉)^[12]、木荷单株材积(V_荷)计算公式^[13]：

式中：D为胸径，H为树高。

树种蓄积量为样地该树种单株材积之和，然后换算成该树种每公顷蓄积量。林分每公顷蓄积量为林分中木荷和杉木蓄积量之和。相关生长指标定期生长量计算公式：

式中：y_t为相应生长指标间伐6 a后调查数据，y_t-n为相应生长指标间伐前调查数据，n为调查间隔时间。

采用直径分布曲线的性状统计量偏度(SK)、峰度(K)和变异系数(CV)研究林分中木荷与杉木直径分布的特征。其中偏度是直径分布偏斜程度的测度，反映直径分布曲线偏离正态分布的程度，SK＞0表示正偏或右偏，位于直径均值右边的株数比位于左边的少，SK＜0表示负偏或左偏，位于直径均值左边的株数比位于右边的少；峰度K是一个表征直径分布曲线尖峭程度的指标，反映了不同大小林木所占比例的均匀度，K＞0表示尖峭，林木直径的分布更集中，当K＜0时为扁平分布，林木直径的分布越分散；变异系数表示数据离散程度的相对统计量，CV值越大表示林木直径越离散，林分分化程度越大。三特征数学表达式见段爱国等^[14]研究论文。

采用Excel 2007软件进行数据基本处理及制图，运用SPSS19.0软件进行单因素方差分析(one-way ANOVA)和Duncan’s多重比较，以检验不同间伐强度下木荷和杉木胸径、树高、单株材积和蓄积量等指标的差异。

由表 2可知，间伐6 a后，各间伐处理木荷和杉木的平均胸径及胸径增长量均高于对照。弱度间伐、中度Ⅰ间伐、中度Ⅱ间伐和强度间伐木荷平均胸径分别较对照大8.1%、21.5%、28.5%和21.8%，胸径增长量分别较对照高30.6%、168.9%、243.9%和178.8%，方差分析表明，中度Ⅰ间伐、中度Ⅱ间伐和强度间伐木荷的两胸径指标与对照之间差异显著(P＜0.05)，但三者之间无显著差异；杉木平均胸径和胸径增长量随着间伐强度增大而增大，强度间伐时最高，分别显著高于对照的41.8%和408.2%。各间伐处理木荷和杉木的平均树高和树高增长量均较对照有一定程度的增加，但与对照之间无显著差异。除强度间伐时木荷的胸径增长量小于杉木外，其它各间伐处理木荷的胸径和树高生长指标均比杉木高。

图 1显示，间伐6 a后，木荷平均单株材积大小表现为：中度Ⅱ间伐＞强度间伐＞中度Ⅰ间伐＞弱度间伐＞对照，其中中度Ⅱ间伐、强度间伐与中度Ⅰ间伐分别显著高于对照78.2%、47.8%和45.9%，中度Ⅱ间伐与中度Ⅰ间伐、强度间伐之间差异显著。杉木平均单株材积强度间伐时最大，其次为中度Ⅱ间伐，分别比对照高106.1%和40.5%，但均低于同等间伐强度木荷的相应指标。

Figure 1.  Effect of thinning intensity on individual volume increment of S. superb and C. lanceolata

木荷与杉木单株材积增长量同单株材积变化规律类似，弱度间伐、中度Ⅰ间伐、中度Ⅱ间伐、强度间伐木荷单株材积增长量均与对照间差异达到显著水平，分别较对照大97.0%、167.2%、326.7%和178.1%，说明间伐对木荷单株材积生长有显著的促进作用，可有效地加速其个体生长，以缩短成材年限。强度间伐杉木单株材积增长最快，与对照差异显著，其它处理间无显著差异。与木荷相比，杉木单株材积增长量仅在强度间伐时略高于木荷，表明间伐对木荷材积生长的促进作用大于杉木。

间伐后林分蓄积量较对照林分减小，间伐强度由大到小各林分蓄积量分别为对照的66.5%、102.8%、80.2%和97.2%，但弱度间伐、中度Ⅰ间伐和中度Ⅱ间伐林分蓄积量与对照间无显著差异，强度间伐最小，显著低于其它间伐处理。按树种分析，以对照林分中木荷蓄积量(87.2 m³·hm^-2)为100%，强度间伐、中度Ⅱ间伐、中度Ⅰ间伐和弱度间伐木荷蓄积量分别为65.6%、132.3%、112.5%和139.8%，而杉木以对照蓄积量(135.5 m³·hm^-2)为100%，强度间伐、中度Ⅱ间伐、中度Ⅰ间伐和弱度间伐分别为70.0%、59.4%、83.9%和67.1%，可见间伐后杉木蓄积量下降。而由于中度Ⅱ间伐、中度Ⅰ间伐、弱度间伐木荷蓄积量不降反增，使得这3种强度林分蓄积量与对照差异不显著(表 3)。

进一步分析林分蓄积增长量可知，除强度间伐林分蓄积增长量为负值外(-7.05 m³·hm^-2)，其它处理蓄积增长量均为正值，弱度间伐、中度Ⅰ间伐、中度Ⅱ间伐3种强度间伐处理林分蓄积增长量分别为对照的91.1%、79.2%和109.4%。每公顷林分中木荷的蓄积增长量顺序为弱度间伐＞中度Ⅱ间伐＞中度Ⅰ间伐＞对照＞强度间伐，分别为61.0、54.5、37.2、26.3 m³和-3.37 m³；每公顷林分中杉木蓄积增长量顺序则为对照＞中度Ⅱ间伐＞弱度间伐＞强度间伐＞中度Ⅰ间伐，分别为41.3、19.5、0.57、-3.3 m³和-13.7 m³。除对照外，无论林分还是木荷与杉木的蓄积增长量，都以中度Ⅱ间伐最高。虽然中度Ⅱ间伐木荷与杉木株数分别比对照少21.5%和35.3%，但林分蓄积量与对照相当，表明此间伐强度对保留木的生长具有明显促进作用。

对木荷和杉木径阶株数分布分析表明，随着间伐强度的增加，两个树种的径阶分布峰值所在的径阶依次向高径阶方向递进，间伐强度越大，递进的幅度越大(图 2)。对照处理木荷径阶分布峰值所在径阶为18 cm，而弱度间伐、中度Ⅰ间伐、中度Ⅱ间伐、强度间伐分别为20、22、22、24 cm，中度Ⅱ间伐时径阶大于18 cm株数占66.2%，显著地高于对照(23.5%)，并且出现了32 cm以上的径阶；杉木各间伐强度林分径阶分布峰值在10~16 cm，强度间伐(35.0%)和中度Ⅱ间伐(12.2%)中胸径18 cm以上林木径阶株数百分比高于其它间伐处理。可见，间伐提高了林分中木荷中、大径级的株数比例，同时增加了杉木相对大的径级株数比例。

Figure 2.  Distribution of S. superb and C. lanceolata diameter class under different thinning intensity

由图 3-A可以看出，对照林分木荷直径分布偏度值＞0，呈右偏，表示木荷小径级的植株较多；经过间伐后，不同间伐强度木荷直径分布偏度值下降，且均＜0，表明间伐后木荷直径结构发生了明显的变化，直径分布由右偏变为左偏，径级大的木荷增多。各处理杉木偏度值始终＞0，直径分布右偏，说明各林分中小径级的杉木占多数。

Figure 3.  Diameter skewness、kurtosis and variation changes under different thinning intensities

各间伐处理木荷和杉木的直径分布峰度变化不同(图 3-B)。中度Ⅱ间伐时木荷峰度为正值，其林分直径分布曲线较正态分布尖峭，其它3个间伐强度则较为平坦。杉木各间伐处理林分峰度值分散在横坐标轴两侧，其值有正有负，表明萌芽杉木林分直径分布曲线尖峭平坦程度不一。

不同间伐强度木荷与杉木直径分布的变异系数皆在0.22~0.28的小范围内波动，趋于一个稳定值^[15-16]。木荷直径分布变异系数随着间伐强度的增大，先降低后升高；杉木直径分布变异系数曲线比较平滑，除强度间伐外，其它间伐处理杉木的变异系数值大于木荷(图 3-C)。

林木个体对生活资源的激烈竞争在中龄林阶段表现得为突出^[17]，间伐伐除了部分小径级树木，提高保留木的遗传品质，促进了林木胸径和单株材积增长^[18-19]。本试验林分伐前为16年生中龄林，间伐6a后不同强度处理木荷与杉木的平均胸径、单株材积及其增长量均高于对照林分，但两个树种的生长规律不同。木荷平均胸径、单株材积及其增长量随着间伐强度增加呈先增大后减少趋势，这可能是木荷属阴性^[11]，与杉木适当比例的混交林分生境条件得到改善，明显促进木荷的胸径和材积生长^[9]，本研究中度Ⅱ间伐改变了荷杉比例(由1：3变为1：2)，木荷以上指标均达到最高，平均胸径和胸径增长量分别高于对照28.5%和243.9%，单株材积和单株材积增长量比对照高78.2%和326.7%。同为中等立地条件，楚秀丽等^[11]研究的29年生木荷纯林平均胸径为19.83 cm，单株材积为0.199 m³，而本研究木荷仅22年生，中度Ⅱ间伐木荷的平均胸径和单株材积已分别达到19.80 cm和0.195 m³，表明中度Ⅱ间伐能加速木荷生长，缩短成材年限，有利于大径材的培育。相比木荷，杉木胸径和单株材积生长缓慢，这可能与本试验树种生物学特性有关，萌芽杉木前期生长较快，中后期生长缓慢，而木荷速生期长，29、40甚至46年生木荷人工林平均胸径生长仍较快^{[11, 20]}，可见，间伐有利于加快大径级木荷的培育，而对萌芽杉木生长有一定促进作用，但不及木荷。林木树高生长取决于种苗的遗传品质和立地质量及其相互作用，与密度关系较小^{[5, 18]}，因此各间伐处理木荷和杉木的平均树高均较对照有一定程度的增加，但各处理间差异不显著。

林分的蓄积量受单株材积和单位面积株数的双重控制。虽然各强度间伐木荷与杉木的单株材积都有所增加，但因间伐后保留木株数减少，短期(6 a)林分增长的蓄积还不足以抵消伐除木的蓄积量，造成林分蓄积量有所下降，杉木^[18]、欧洲赤松(Pinus sylvestris Linn.)^[21]、比利牛斯栎(Q. pyrenaica Willd.)^[22]等纯林、落叶松+云杉+臭冷杉混交林(Larix olgensis Henry.+Picea asperata Mast.+ Abies nephrolepis (Trautv.) Maxim.)^[23]和荷杉混交林^[24]等的抚育间伐试验也得出类似结论。与林分蓄积变化不同，弱度间伐、中度Ⅰ间伐和中度Ⅱ间伐木荷蓄积量和蓄积增长量均显著高于对照，且以中度Ⅱ间伐最高，再次表明中度Ⅱ间伐木荷生长较快。由于萌芽杉木生长较慢和间伐比例高，其蓄积量小于对照和木荷。中度Ⅱ间伐既保证了林分蓄积量不降低，又促进了木荷单株材积和蓄积量增长，同时获得较多的小径材林木，因此5种间伐处理中以中度Ⅱ间伐最佳。

随着林分密度的降低，林分的径阶分布向大径木的方向偏移，株数更多地分布在径阶较大的范围内，有利于中大径材的形成^{[14, 25]}。木荷与杉木径阶分布峰值所对应的径阶，随着间伐强度的增加依次向较高径阶方向移动，各处理木荷峰值在20~24 cm。比较木荷与杉木径阶分布，可以看出同种间伐强度木荷的径阶分布曲线峰值所处径阶大于杉木，说明间伐对木荷径阶增进效果大于杉木，有利于木荷向大径材方向发展。

除径阶分布规律外，常用偏度、峰度及变异系数表示林木直径分布特征。由于间伐后小径级树木株数减少，保留木的直径在短期内生长迅速，改变了林木直径分布^[12]。与对照相比，中度Ⅱ间伐木荷直径偏度值为负值，峰度为正值，即木荷胸径分布呈左偏单峰山形，较正态分布尖峭，表明中、大径阶木荷株数多且分布集中，能有效实现大径级材种的培育目标^[26]；各间伐处理杉木偏度值均为正值，直径分布右偏，说明中小径级的杉木仍占多数。由于木荷具有强生长竞争优势和萌芽杉木分化大，导致杉木直径分化程度大于木荷，表现为除强度间伐外，杉木的直径变异系数均大于木荷。低密度条件下，林木因个体生长差异导致不对称竞争^[27]，致使树木胸径出现较大变异^[11]。

木荷-杉木混交是我国南方常见的造林模式，本研究设置5种不同强度间伐试验，研究间伐6 a后林木生长状况及林分结构特征差异。结果表明间伐促进了木荷和杉木生长及林分结构的改变，强度间伐时不仅木荷平均胸径、单株材积和蓄积量最大，而且林分的蓄积量也达到最高(与对照差异不显著)。间伐强度的增大促进木荷和杉木的径阶峰值向高径阶方向移动，中度Ⅱ间伐木荷大中径阶株数多且分布集中。因此，对初植密度较大的木荷-萌芽杉木混交林适宜采用中度Ⅱ间伐措施，即间伐强度35%左右，林分密度1 780株·hm^-2(木荷与杉木株数比约为1：2)，在保持林分蓄积量不减少的情况下，有效促进木荷胸径、单株材积快速增长，以实现木荷大径材培育目标。