陈俊华，牛 牧，龚固堂，周大松，朱志芳，黎燕琼，郑绍伟，谢天资，慕长龙*

(1.四川省林业科学研究院，四川 成都 610081；2.四川龙门山森林生态系统国家定位观测研究站，四川 平武 622553；3.北京林业大学，北京 100083)

【研究意义】柏木(Cupressusfunebris)人工林是川中丘陵区主要的防护林类型，在建成初期对该区域的生态环境和水土保持起到了改善和提升作用[1]。但随着时间的推移，原先密度过大、树种单一、后期经营管理等因素，大部分已成为典型的低产低效林分，林分系统功能得不到正常发挥，严重影响森林发挥其综合效益[2]。因此，亟需通过合理有效的手段提高其生态系统的服务功能[3-5]。【前人研究进展】基于川中丘陵区人工柏木林的改造，国内专家采用了人工开窗(补阔)[3]、抚育间伐[4]和带状间伐[5]等方法，并取得了一定成效。如黎燕琼等[5]研究了带状间伐+补阔对川中丘陵区人工柏木林分水土保持功能的影响。带状改造是目前应用较多、改造效果较好的一种模式。如宋启亮[6]研究了带状改造对大兴安岭阔叶混交低质林的生物多样性、枯落物持水、土壤理化性质、土壤呼吸等的影响进行了研究；刘明国等[7]、王成等[8]分别研究了带状采伐对油松人工林和赤松人工林天然的影响。但带状间伐+补阔对保留木的生长、林下灌草生物多样性、灌草盖度、新栽树种的生长等综合性影响研究未见报道。【本研究切入点】本文以四川省盐亭县林山乡柏木人工林作为研究对象，通过“带状采伐+补阔”改造，研究不同带宽的保留木、新栽物种和更新幼苗、幼树的生长状况，以及林下灌草层物种多样性的变化情况，分析柏木与其它树种组成的复层混交林林分的动态变化规律。【拟解决的关键问题】以期为柏木人工林可持续经营和森林质量精准提升提供技术支撑。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

研究区位于四川省盐亭县林山乡林园村(105°27′E, 31°16′N)，属中亚热带湿润季风气候区，年均气温17.5 ℃，年均降雨量826 mm，地貌类型为丘陵。本区岩层主要为紫色泥岩和砂页岩，易风化崩解破碎，土壤抗蚀力弱，土壤类型为紫色土。现有森林类型主要为柏木人工纯林，林下灌草盖度低，种类简单[4]。

1.2 研究方法

笔者于2010年在川中丘陵区防护林建设先进县—盐亭县林山乡选择林龄35～40年，郁闭度≥0.8，林下灌木盖度≤20 %，草本盖度≤40 %，天然更新差的柏木纯林，进行了带状采伐+补阔的林分改造。分别设置4、6、8和10 m共4种带宽以及1个20 m宽的对照带，每个带宽设置5个重复。采伐带与保留带呈相同带宽且纵向交替的分布方式。在采伐带内，分别补植桤木(Alnuscremastogyne)、台湾桤木(Alnusformosana)、喜树(Camptothecaacuminata)、香樟(Cinnamomumcamphora) 4种阔叶树，栽植株行距均为2 m × 3 m。采用近自然方式进行经营，并于2013年春季进行过1次抚育、施肥。从第2年开始直到2016年每年10月开展以下调查。

(1)新栽树种的成活(保存)率，地径、树高、冠幅的生长状况。

(2)对保留带和对照的柏木进行每木检尺，测定其胸径、树高生长情况。

(3)在不同带宽的四角及中间设置灌、草样方，共计5个，其中灌木样方大小为2 m×2 m，草本样方为1 m×1 m。调查灌木种类、高、株(丛)数、盖度，草本，种类、高、盖度，枯落物调查厚度，幼树、幼苗的株数、高等。

以上每个带宽重复5次。数据计算和处理在Microsoft Excel 2007中进行，采用SPSS 20.0软件进行方差分析、多重比较、差异性检验。 试验地初期的概况详见表1。

2 结果与分析

2.1 不同带宽对保留木的影响

间伐后可以调节和分配林木本身的生长空间，对保留木的树高、胸径等林分因子有不同程度的影响。间伐5年后，4、6、8、10 m采伐带原有柏木树高年均生长量为0.84、0.81、0.88、0.96 m，分别比对照(0.62 m)提高了35.48 %、30.65 %、41.94 %、54.84 %；胸径年均生长量为0.73、0.84、0.95、1.01 cm，分别比对照(0.59 cm)提高了23.73 %、42.37 %、61.02 %、71.19 %。方差分析表明各采伐带柏木树高、胸径年均生长量与对照均有显著性差异(P<0.05)。柏木树高年均生长量4 m带与6 m带、8 m带间差异不显著(P>0.05)，与10 m差异显著(P<0.05)；6 m带与8 m带之间差异不显著(P>0.05)，与10 m带差异显著(P<0.05)；8 m带与10 m带之间差异显著(P<0.05)。胸径年均生长量则表现为：除8 m带与10 m间差异不显著外(P>0.05)，其余带之间均差异显著(P<0.05)。

表1 试验地初期概况(2010年)

注：Cf：柏木；Ac：桤木；Af：台湾桤木；Ca：喜树；Cc：香樟。

Note: 4MCI: Forest with 4 m cutting intensity; 6MCI: Forest with 6 m cutting intensity; 8MCI: Forest with 8 m cutting intensity; 10MCI: Forest with 10 m cutting intensity. Cf:Cupressusfunebris; Ac:Alnuscremastogyne; Af:Alnusformosana; Ca:Camptothecaacuminata; Cc:Cinnamomumcamphora.

图中同组字母为LSD比较结果，相同字母表示没有显著差异，不同字母表示有显著差异；方差分析无差异 再进行LSD检验图1 保留带柏木年均生长量Fig.1 Average annual growth of Cupressus funebris in remaining band

2.2 不同带宽对灌草丰富度和盖度的影响

经过带状间伐，林内灌木、草本种类和数量明显增加。2011年共收集到林下灌草46 个物种，其中灌木18种，草本28种；2016年共收集到物种50种，其中灌木24种，草本26种。在补阔的采伐带中，增加了胡枝子(LespedezabicolorTurcz.)、朴树(CeltissinensisPers.)、鼠李(RhamnusdavuricaPall)、柘[Cudraniatricuspidata(Carr.) Bur. ex Lavallee]等灌木物种，还增加了柏木、桤木幼苗；草本中，狗娃花[Heteropappushispidus(Thunb.) Less]、贯仲(CyrtomiumfortuneiJ.Smith.)等消失，增加了白花败酱(PatriniavillosaJuss)、地瓜藤(CaulisficiTikouae)、长柄山蚂蟥(PodocarpiumpodocarpumYang et Huang)等物种。

图2 不同带宽灌草盖度Fig.2 Effects of different bandwidth on the coverage of shrubs and herbs

带宽(m)Bandwidth样地号No. of sample plot2011年2016年灌木丰富度Shrub richness草本丰富度Herb richness灌木丰富度Shrub richness草本丰富度Herb richnessCbRbCbRbCbRbCbRb4172231614111372341613118983632111991010444141212101213562201715131012平均5.2A3.0A18.8A13.8A12.2A10.2A10.8A10.0A668117181514149775131614111312853141511912119631514121510131044161714101312平均6.0A3.2B15.0B16Aa13.2A11.8A12.4A11.4A81110914131815181412679111613121113861316121415131455111213101610157415916121511平均7.2A6.2B12.4B12.2Ab15.0A12.8Aa15.2B11.8A10161292119151114141710820161391310188518151112111219114161712815142068212014121411平均9.4A6.8b19.2B17.4Ab13.0A10.4Ab13.4B12.2ACK218911112258810236698平均6.3B7.7Ab9.3Ac9.7 B

注：同列字母相同表示差异显著(P<0.05)，Cb：采伐带，Rb: 保留带，下同。

Note: Different letters in the same column mean significant difference at 0.05 level, Cb: Cutting belt, Rb: Retain belt, the same as below.

从2011和2016年对不同改造强度林下灌草物种数2次调查结果显示，改造后林下灌草物种数均高于对照(表2)，但在不同改造强度下，灌草物种数表现有差异。如2016年，灌木物种数8 m带收集到最多(采伐带15种、保留带13种)，6 m带次之，4 m最少(12、10种)；草本层以8 m带最多，其次是10 m带，最少的是4带。

对柏木纯林进行带状采伐改造后，不仅增加了林下灌木、草本的物种数，也增加了林下灌木、草本的盖度。从林下灌草盖度变化图可以看出(图2)，各改造强度下林分灌草盖度都显著性高于对照(P<0.05)。从2011和2016年灌草盖度在不同改造强度和采伐带与保留带中变化趋势有较大差异。

2011调查结果显示，灌木盖度以4 m采伐带最大，达30.80 %； 4 和6 m采伐带高于保留带。2016年，6 m采伐带内灌木盖度最大，达到50.3 %；各个改造强度内采伐带灌木盖度相对2011年均呈显著上升趋势；同样保留带在各个改造强度下，灌木盖度均增加。草本盖度在2011年表现为采伐带高于或等于保留带，其中10 m改造强度下最高，4 m最低。2016年，各改造强度采伐带、保留带内，草本盖度均呈明显下降趋势，但均在30 %以上。

2.3 新栽阔叶树成活率、保存率

采伐带内新栽阔叶树的成活率和保存率表现有所差异(图3)。从1年的成活率来看，桤木的成活率最高(95.2 %)，其次是香樟(94.3 %)，成活率最低的是台湾桤木(88.9 %)。5年后的保存率来看，保存率按由大到小的顺序排列为桤木(91.7 %)>香樟(89.7 %)>喜树(88.4 %)>台湾桤木(86.7 %)。

2.4 不同带宽对新栽物种生长的影响

2.4.1 新栽物种的树高、地径、冠幅生长曲线 根据从2011-2016年每年调查采伐带内新栽阔叶树的树高、地径、冠幅生长情况，绘制生长曲线图(图4)。可以看出，桤木、台湾桤木、喜树、香樟在前2年(2010-2012年)生长较为缓慢，而到了2013-2015年，则生长较为迅速。以桤木为例，2012与2011年相比，不同带宽树高、地径、冠幅的年平均生长量为0.41 m、0.34 cm、0.15 m；而2014与2013年相比，不同带宽树高、地径、冠幅的年平均生长量则分别达到了1.65 m、1.82 cm、0.90 m。这是因为，新栽树种在前2年(2011-2012年)由于苗木幼小，加上川中丘陵区常遭受干旱，导致生长缓慢；而在2013年进行了1次抚育和施肥[9]，因此2014与2013年相比，苗木的生长明显增快。2011-2016年间，各新栽阔叶树种表现也不尽一致。喜树在抚育、施肥后，其高增生长明显高于桤木、台湾桤木和香樟，但在2015、2016年间，其树高、地径以及冠幅年均生长明显低于其它3个树种。

图3 新栽物种成活率(1年后)、保存率(5年后)Fig.3 Survival rate and retention rate of newly planted species

2.4.2 不同带宽对新栽物种生长的影响 对同一新栽树阔叶树在不同带宽内的树高、地径、冠幅年均生长量用SPSS 20.0作方差分析和LSD多重比较，其结果如表3～6。可以看出，4个阔叶树的生长在不同带宽表现不同，无论树高、地径还是冠幅，其年均生长量大体呈现如下规律：10 m采伐带年均生长量>8 m采伐带年均生长量>6 m采伐带年均生长量>4 m采伐带年均生长量。

方差分析和LSD多重比较表明：桤木：4 m采伐带内，树高、地径年均生长量与6 m带均表现为差异不显著(P>0.5)，与8 m带、10 m带差异显著(P<0.5)，而冠幅年均生长量与6 m带、8 m带、10 m带差异均不显著(P>0.5)；6 m采伐带内，仅树高与10 m带差异显著(P<0.5)，其余差异均不显著(P>0.5)；8 m采伐带内，树高、地径年均生长量与4 m带、10 m带差异显著(P<0.5)，其余差异不显著(P>0.5，表3)。

台湾桤木：4 m采伐带内，其树高、地径、冠幅年均生长量除地径与6 m带差异不显著外(P>0.5)，其余差异均显著(P<0.5)；6 m采伐带内，除地径年均生长量与4 m带、8 m带差异不显著外(P>0.5)，其余差异均显著(P<0.5)；8 m采伐带内，树高、地径年均生长量与10 m带差异显著(P<0.5)，冠幅年均生长量与10 m带差异不显著(P>0.5，表4)。

喜树：4 m采伐带内，其树高、地径、冠幅年均生长量除树高与6 m带差异不显著外(P>0.5)，其余差异均显著(P<0.5)；6 m采伐带内，树高、地径年均生长量与8 m带差异不显著(P>0.5)，其余差异显著(P<0.5)；8 m采伐带内，树高、地径年均生长量与10 m带差异不显著(P>0.5)，冠幅年均生长量与10 m带差异显著(P<0.5，表5)。

香樟：4 m采伐带内，其树高、地径、冠幅年均生长量除地径与6 m带差异不显著外(P>0.5)，其余差异均显著(P<0.5)；6 m采伐带内，除树高年均生长量、地径年均生长量分别与8 m带、4 m带差异不显著外(P>0.5)，其余差异显著(P<0.5)；8 m采伐带内，树高年均生长量与10 m带差异不显著(P>0.5)，其余差异显著(P<0.5，表6)。

图4 新栽物种的生长曲线Fig.4 Growth curve of newly planted species

2.5 不同带宽对更新幼苗的影响

带状间伐增加了林内空隙，改善了林内光照、水分条件，促进了林下灌草的生长发育，有利于天然更新，促进林下幼苗的生长。改造初期(2011年)和改造6年后(2016年)收集到的幼苗株数情况见图5。可以看出，不同改造强度林内幼苗主要集中分配在一级幼苗(树高<10 cm)中，且不同带宽的采伐带内的幼苗株数明显多于保留带，同时远远高于对照。如2016年，4、6、8、10 m采伐带内的幼苗株数分别为36 000、38 000、45 000、51 000株·hm-2，分别是对照的(4000株·hm-2)12.00、12.67、15.00和17.00倍；保留带内更新幼苗株数分别为16 000、18 000、21 000、29 000株·hm-2，分别是对照的5.33、6.00、7.00和9.67倍。

表3 桤木不同带宽LSD多重比较

表4 台湾桤木不同带宽LSD多重比较

表5 喜树不同带宽LSD多重比较

表6 香樟不同带宽LSD多重比较

方差分析和多重比较表明(表7)：无论2011年还是2016年，不同带宽采伐带、保留带内的天然更新幼苗株数与对照均表现为差异极其显著(P<0.1)。

2011年，4 m采伐带与6、8、10 m采伐带差异显著(P<0.5)，而保留带内则全部表现为差异极其显著(P<0.1)；6 m采伐带与8、10 m采伐带差异显著(P<0.5)，保留内与8 m差异不显著(P>0.5)，与10 m带差异显著(P<0.5)；8 m采伐带与10 m差异显著(P<0.5)，保留带与10 m差异不显著(P>0.5)。

2016年，4 m采伐带与6 m采伐带差异不显著(P>0.5)，与8、10 m差异极其显著(P<0.1)。保留带与6 m差异显著(P<0.5)，与8、10 m差异极其显著(P<0.1)；6 m采伐带与8、10 m采伐带差异极显著(P<0.1)，保留内与8、10 m差异极显著(P<0.1)；8 m无论是采伐带还是保留带均与10 m带差异极显著(P<0.1)。

图5 不同带宽天然更新幼苗数量Fig.5 Quantities of natural regeneration seedling with different bandwidth

BW2011年2016年采伐带Cb保留带Rb采伐带Cb保留带Rb6 m8 m10 m6 m8 m10 mCK6 m8 m10 m6 m8 m10 mCK4 m-7.40∗-12.00∗-22.40∗-2.00∗-2.80∗∗3.20∗∗3.20∗∗-0.20-8.60∗∗-15.20∗∗-2.40∗-5.20∗∗-13.40∗∗11.80∗∗6 m-4.60∗-15.00∗-0.80-2.40∗5.20∗∗-8.40∗∗-15.00∗∗-2.80∗∗-11.00∗∗14.20∗∗8 m-10.40∗-1.606.00∗∗-6.60∗∗-8.20∗∗17.00∗∗10 m7.60∗∗25.20∗∗

注：BW：带宽。

Note: BW: Bandwidth.

图6 天然更新幼苗种类Fig.6 Species of seedlings from natural regeneration

3 结论与讨论

林分间伐后，由于调节和分配了林木本身的生长空间，因此，可明显促进保留木的树高、胸径等林分因子的生长[10-12]。本试验研究表明，间伐5年后，各保留带原有柏木树高年均生长量为0.81～0.96 cm，比对照高30.65 %～54.84 %，胸径年均生长量为0.73～1.01 cm，这与骆宗诗等在四川盆地低山丘陵区对柏木林进行间伐改造+补植灌木(黄荆、木豆)的研究结果[13]相近，但明显高于龚固堂等在相同区域所做的不同间伐强度保留柏木的树高、胸长年均生长量[4]。各保留带柏木树高和胸径年均生长量按大小排列为10 m>8 m>4 m>6 m和10 m>8 m>6 m>4 m。

间伐后，改善了林下生长空间，因此采伐带和保留带的灌木和草本盖度明显高于对照[14-15]。2016年，不同采伐带内灌木物种数是对照的1.3～1.6倍，草本物种数是对照的1.1～1.6倍，同样与本区域的研究结果相似[4,13]。改造初期(2010-2011年)，各采伐带内草本盖度均高于94.0 %，远远高于灌木盖度(27.98±2.67) %。但随着时间的转移，灌木生长迅速，加上新的灌木进入，导致下层空间受限，有些草本消失或长势变弱。到2016年，灌木盖度逐渐增大，达到(46.97±3.46) %，而草本盖度呈下降趋势，平均为(57.21±5.58) %。

国内专家研究表明，带状间伐后，能调节林分郁闭度，改善林内光环境，为种子发芽、幼苗成活和幼树生长提供有利条件，从而促进天然更新[4,7-8,16]。本试验研究表明，2011年，采伐带内的幼苗株数为11 000～35 000株·hm-2，保留带内的幼苗株数为6000～11 000株·hm-2；2016年，采伐带内的幼苗株数为36 000～51 000株·hm-2，保留带内的幼苗株数为16 000～29 000株·hm-2。均远远高于2个年份的对照(3000和4000株·hm-2)，且带宽越大，里面的幼苗越多，这与龚固堂等[4]所做的不同间伐强度下天然更新幼苗数量的规律是一致的，但本研究的天然更新幼苗数量明显要多些。从天然更新的幼苗(树)种类来看(图6)，最多的柏木，占了一半以上，其次是香樟，占16 %，女贞(Ligustrumlucidum)和小果冬青(IlexmicrococcaMaxim.)分别占10 %和8 %，乌桕[Sapiumsebiferum(L.) Roxb.]和苦楝(Meliaazedarach)占6 %，其它类占2 %。由此可见，间伐后，由于增加了林下光环境，除柏木以外，其它喜光阔叶树，如香樟、女贞、乌桕、苦楝等相继进入，加速了形成针阔混交、复层林分的演替进度[7]。

从补植的4种阔叶树种的表现来看，1年后成活率按大小排列为桤木>香樟>喜树>台湾桤木，5年后的保存率同样表现为这个规律。从不同带宽各阔叶树的生长状况来看，年均生长量大体呈现如下规律：10 m带>8 m带>6 m带>4 m带。喜树在进行抚育施肥后年均生长量明显大于其它3个阔叶树，但在后期，却表现为长势不如桤木和香樟。这与喜树的生态学习性有关，喜树对土壤的水肥条件要求较好，喜欢温暖湿润、土壤肥沃的环境。

综合上述分析，适宜在川中丘陵区柏木人工林进行带状采伐的适宜宽度为6～8 m，即林分密度不超过2600株·hm-2，这与黎燕琼等[5]的研究结果也是相吻合的。桤木、台湾桤木、香樟、喜树均适宜在林间空隙地进行补植。但喜树适宜补植在坡的下部和沟谷等水分条件较好，土层较厚的区域，香樟适宜补植在坡的中部以下区域水分条件相对好的区域，桤木和台湾桤木则在各区域均可进行补植。由于川中丘陵区常遇干旱，因此在补植幼树的前3年，应进行幼林的抚育和施肥。