全 锋，周超凡，段光爽,2，胡雪凡，张会儒＊，雷相东

(1. 中国林业科学研究院资源信息研究所，国家林业和草原局森林经营与生长模拟重点实验室，北京 100091；2. 信阳师范学院数学与统计学院，河南 信阳 464000)

抚育间伐作为森林中最主要的人为干扰之一[1-3]，已有很多学者证明其可以促进林分更快更好的发育[2,4-10]，实现多种功能的协同最大化。栎类天然次生林在东北林区有十分广泛的分布，其绝大多数为蒙古栎林（Quercus mongolicaFisch. ex Ledeb.）[10-12]，而大部分蒙古栎天然次生林密度很大，郁闭后完全依靠自然稀疏，造成大多数该类型林分生长状况差、林分蓄积量普遍偏低，缺乏大径级的优良木材，因此迫切需要对林分进行科学有效的抚育间伐[13]。

于长平等[13]曾对辽东山区蒙古栎进行了抚育间伐研究，并指出间伐可以提高林分断面积和蓄积总生长量、生长率，且随着间伐强度增加，各指标先升高后降低，中度间伐效果最好。尤文忠等[10]探讨了蒙古栎幼龄林和中龄林抚育间伐的最优间伐强度方案，得出在幼龄阶段采用轻度、中度、强度间伐均可，在中龄林时宜采用强度间伐（保留密度1 600 株·hm-2）。另外曲杭峰等[14]对大兴安岭蒙古栎天然次生林、高文韬等[15]、吕伟伟等[16]对吉林长白山区次生蒙古栎林都进行过不同改培措施研究，结果都说明抚育改造显著有利于林分的发育。但目前关于蒙古栎不同龄组对不同强度间伐响应的研究仍不够全面，对于吉林省次生蒙古栎林系统的抚育间伐研究更是少之甚少。

本研究以吉林省蒙古栎天然次生林为对象，研究不同抚育间伐强度对其生长的影响，通过探究不同龄组对各间伐强度在伐后各观测间隔的蓄积生长率的动态响应，对比未间伐样地的蓄积生长率动态，以探索吉林省不同龄组蒙古栎次生林各自适宜的抚育间伐方案。

1 研究方法

1.1 数据来源

样地数据来源于1994至2014年吉林省第5次至第9次（共5期）森林资源连续清查数据，样地布设采用全省范围内的系统抽样方法，抽样间距为6 km×8 km，样地面积均为0.06 hm2。

1.2 样地筛选

由于本研究的对象是蒙古栎天然次生林，因此首先需要筛选出起源是天然林，且优势树种为蒙古栎的林分。

考虑到天然林林分年龄比较难以确定，在本研究中以龄组来代替林分年龄。根据国家森林资源连续清查技术规定，天然蒙古栎林龄组划分如下：幼龄林年龄在40 a以下，中龄林年龄跨度为40～60 a，近熟林为60～80 a，成熟林为80～120 a，过熟林年龄大于120 a[17-18]。由于抚育间伐的研究对象一般为未成熟林，因此本研究的对象仅包括幼龄林、中龄林和近熟林。

由于5期数据两两的观测间隔有4种可能性：5、10、15和20 a，因此在筛选样地时，需要确定每期是否存在间伐，我们以当期间伐强度来判断：

其中，Ia为当期间伐强度，VC为在5年后的下期记录为间伐的当期林木的蓄积，VA为排除当期记录为间伐的剩余林木的当期总蓄积（即假设5年间隔期内记录的全部间伐都在5年前的当期完成）。

为了研究更长观测间隔（20 a）的样地生长率，仅保留1994年间伐过（当期间伐强度不为0），而后面都未间伐的样地，以研究这些样地在20 a内蓄积生长率的变化规律。部分间伐强度因为样地数少，适当放宽筛选条件，增加初期间伐后15 a或10 a内未间伐的样地。而未间伐样地则应保证1994年当年与之后20 a都未出现过间伐。

确定研究对象龄组及符合间伐规则的样地后，对样地进行进一步的筛选。即剔除各个龄组中林分初始状态（株数、蓄积量、单木蓄积和郁闭度）为异常值的样地。筛选后样地数量分布见表1，各龄组样地的平均伐前状态见表2。

1.3 数据处理

在筛选完样地后，需对间伐强度进行分级，由于过大的间伐强度类似于皆伐，不属于本研究范围，本研究仅分析间伐强度在50%以下的样地生长动态。为了便于分析不同间伐强度对生长的动态影响，划分5个间伐强度等级：强度1（间伐强度0～10%）、强度2（10%～20%）、强度3（20%～30%）、强度4（30%～40%）、强度5（40%～50%）。

表 1 各龄组各间伐强度研究样地数量统计Table 1 Quantitative statistics of sampleplots for each thinning intensity in different age groups

表 2 研究样地各龄组各间伐强度平均伐前状态（均值 ± 标准误）Table 2 Average pre-cutting state of sample plots for each thinning intensity in different age groups（mean ± standard error）

间伐后不同时间间隔内的蓄积生长率计算公式采用以下公式[17]：

式中，n为观测间隔（年），Pn为n年间的蓄积生长率（后简称“生长率”）；ya、ya-n分别表示为a、a-n年的蓄积，其中ya应包含n年间所有间伐与枯死的蓄积。

为了探讨蒙古栎次生林的对不同间伐强度的生长率动态响应，区分龄组（幼龄林、中龄林和近熟林）与观测间隔（5、10、15和20 a），从各间伐强度与其对应生长率的散点及拟合曲线图，进行大体趋势上的判断；然后分别计算5个间伐强度级和未间伐的生长率均值，分析其随观测时间的变化趋势；最后对生长率均值进行多重方差分析，并计算不同间伐强度对生长率的提升效果以进一步定量的分析生长率对间伐的动态响应。

2 结果与分析

2.1 不同龄组对间伐强度的动态响应趋势分析

图 1 各龄组蓄积生长率与间伐强度的动态关系Fig. 1 Dynamic relationship between volume growth rate and thinning intensity in different age groups

由图1可知，对于幼龄林，各观测间隔的整体趋势基本一致，即随着间伐强度的增长，生长率出现了先持平，再快速上升，最后快速下降的趋势；峰值出现在间伐强度20%～35%之间，且随伐后时间的推移，峰度越来越小。对于中龄林，各观测间隔的生长率都呈现出先缓慢增长，最后快速下降的趋势；伐后5 a和10 a的峰值出现在间伐强度15%～35%之间，伐后15 a与20 a的峰值出现在间伐强度20%～40%之间，而随伐后时间的推移，峰度基本保持一致。对于近熟林，各观测间隔的趋势并不一致，伐后5 a与10 a，生长率出现了先快速增长，后快速下降直至平缓的趋势；伐后15 a与20 a，则呈现出先快速增长，后平缓下降的趋势；伐后5 a与10 a的峰值出现在间伐强度15%～25%之间，伐后15 a与20 a的峰值则在强度15%～35%之间，峰度同样随伐后时间的推移逐渐减少。

图2表示不同龄组对不同间伐强度在各观测间隔的蓄积生长率均值的动态响应，通过对比未间伐状态下的生长率均值，可以得知不同间伐强度对于生长率是提升效果还是降低效果。

对于幼龄林，随观测时间的推移，各间伐强度的生长率均在下降，其中强度3与强度4 下降较快，其他强度与未间伐则下降较缓。伐后5 a至20 a，强度3与强度4的生长率均值都明显高于其他强度，相互之间差距小；强度1与强度2都高于未间伐，但相差不大；强度5生长率均值在伐后5 a低于未间伐，而在10 a后高于未间伐，且与未间伐几乎相等。

图 2 各龄组蓄积生长率对不同间伐强度的时间动态响应Fig. 2 Time dynamic response of volume growth rate of different age groups to different thinning intensities

对于中龄林，随观测时间的推移，未间伐与强度1、强度2、强度3的生长率均值都快速下降并在15 a之后趋于平缓；而强度4则一直缓慢下降；强度5则缓慢提升。强度2、强度3和强度4均明显高于未间伐，且在前10 a，强度3生长率最高，而后10 a，强度4最高；强度1在各年均高于未间伐，且差距较小；强度5生长率虽在前10 a低于未间伐，但在10 a后开始高于未间伐，并在20 a与强度1持平。

对于近熟林，随观测时间的推移，未间伐与强度1的生长率均值都缓慢下降并在15 a后平缓；强度2与强度3则快速下降，同样在15 a后趋于平缓；强度4有缓慢下降趋势，而强度5则有缓慢上升的趋势。伐后5 a至20 a，强度2和强度3生长率均值明显高于未间伐，强度3最高，且随时间增加，强度2与强度3之间的差距越来越大；强度1则在各年均与未间伐保持持平；强度4生长率虽在前10 a低于未间伐，但在10 a后开始高于未间伐，在20 a间生长率基本持平；强度5在5 a时低于未间伐，但在5 a后开始高于未间伐，并在20 a上升至与强度2持平。

2.2 不同龄组对间伐强度的动态响应定量分析

表3为未间伐及各间伐强度下生长率的均值水平。由表3可知，对于幼龄林，在观测间隔5～20 a间，未间伐与强度3、强度4的生长率均值都具有显著差异，而未间伐与强度1、强度2、强度5的生长率均值则不存在显著差异。除此以外，在5 a时，强度5与强度3、强度4之间差异显著；而在15 a时，强度1、强度5与强度3、强度4相互之间差异显著。

对于中龄林，在观测间隔5～20 a间，未间伐与强度2、强度3、强度4的生长率均值都具有显著差异，而未间伐与强度1、强度5的生长率均值则不存在显著差异。除此以外，在5 a与10 a时，强度5与强度2、强度3、强度4之间差异显著，强度1与强度3之间差异显著。

对于近熟林，在观测间隔5～15 a间，未间伐与强度2、强度3的生长率均值都具有显著差异，而未间伐与强度1、强度4、强度5的生长率均值则不存在显著差异；在观测间隔20 a，未间伐与强度2、强度3、强度5的生长率均值都具有显著差异，而未间伐与强度1、强度4的生长率均值则不存在显著差异。除此以外，在5 a时，强度1、强度4、强度5与强度2、强度3相互之间差异显著；在10 a时，强度1、强度4与强度2、强度3相互之间差异显著；而在15 a时，强度1与强度2、强度3之间差异显著；发育至20 a时，强度1与强度3存在显著性差异。

表 3 各龄组不同间伐强度间蓄积生长率均值差异分析（均值 ± 标准误）Table 3 Analysis of mean difference of volume growth rate among different thinning intensities of different age groups（mean ± standard error）

由表4可知不同龄组各观测间隔不同间伐强度相对于未间伐对蓄积生长率的提升效果。对于幼龄林，随着伐后时间的增加，各强度的提升效果基本都在下降；对于中龄林，随着伐后时间的增加，各强度的提升效果基本都在上升；而对于近熟林，随着伐后时间的增加，强度1、强度2和强度3的提升效果先下降后提升，强度4和强度5的提升效果则一直提升。各龄组内不同间伐强度平均提升效果排序，幼龄林为强度4 ＞强度3 ＞强度2 ＞强度1 ＞强度5；中龄林为强度3 ＞强度4 ＞强度2 ＞强度1 ＞强度5；近熟林为强度3 ＞强度2 ＞强度5 ＞强度4 ＞强度1。从生长率提升效果最大与最小之间的极差来看，各龄组随着伐后时间的增加，差距是越来越小的，且差距的变化幅度幼龄林＞中龄林＞近熟林。

3 讨论

通过对不同龄组在各间伐强度下蓄积生长率的动态响应的研究分析，对于幼龄林阶段，生长率峰值出现在间伐强度20%～35%之间，与未间伐相比，显著提升生长率的是强度3与强度4，Zachara[18]对于欧洲赤松（Pinus sylvestrisLinn.）幼龄林的研究同样指出20%～30%的强度对改善林分的结构和树木生长效果较好；而中龄林峰值由伐后5 a至10 a的15%～35%之间变为15 a至20 a的20%～40%之间，生长率提升显著的则是强度2、强度3和强度4，最优由短期的强度3转变为长期的强度4，这与尤文忠等人[10]得出的辽东蒙古栎林中龄林最优间伐强度的结果相似，孔令斌等[19]和于长平等[13]也同样指出对于次生蒙古栎中龄林最优间伐强度应在中等强度（30%左右）；对于近熟林，峰值由伐后 5 a至 10 a的 10%～30%之间变为 15 a至 20 a的15%～30%之间，生长率提升显著的则是强度2与强度3，最优为强度3。随着龄组的增大，最优生长率出现的采伐强度逐渐变小。对于幼龄林，林分密度较大，且郁闭度较小，大多数蒙古栎都为高度聚集分布的萌生幼树[20]，这些幼树萌发于相同的根部，占据着相同的生态位，其对于营养、水分和光照的竞争较为激烈，因此需要较大的采伐强度，以改善较大的竞争态势[10]，同时也可以给实生苗等更新提供可能生存的空间[2]；而对于中龄林，时间的推移淘汰掉了一部分立木，使得蒙古栎的高度聚集得到一部分的改善，但林木之间仍然存在较大的竞争，仍然需要对聚集分布的蒙古栎进行适当的间伐，但这个强度比幼龄林小，这相当于一部分的间伐强度由时间带来的林分自疏过程所替代；到了近熟林阶段，郁闭度基本都为1，即完全郁闭状态，林分中的水平空间已经被瓜分完全，竞争会随着林木的胸径增长而越来越大，生长量也会越来越小，因此需要伐除那些长势较差，不能成为优良木材的林木，给剩余的优势木以充足的空间与营养以长成大径材[16,21]，而这个阶段的间伐类似于目标树经营的伐除干扰树措施，因此强度并不需要很大，只需适当释放目标树的树冠即可[22]。

表 4 各龄组不同间伐强度对生长率的提升效果（相对于未间伐）Table 4 Increasing effect of thinning intensity on growth rate of different age groups（relative to non-thinning）

对于各个龄组，强度1间伐的生长率虽都高于未间伐，但却很小，说明小强度间伐的效果可能仅在出现采伐的局部区域内显现，而在林分水平，效果可能不容易显现，相当于林分自疏的效果，Zachara[18]在研究择伐对欧洲赤松影响时同样指出小强度间伐（10%左右）对林分结构没有大的影响，仅在局部产生促进效应。因此在未来的研究中可以剔除此强度，仅研究更大强度对生长率的影响。各个龄组中，强度5的生长率在5 a会低于未间伐，而在10 a至15 a超越未间伐，甚至在20 a与强度1或强度2相当，说明高强度的间伐伐去了较多的个体，生长率在短期内难以超越未间伐，但会随着时间的推移显示出一定的促进生长效果，但仅在近熟林内显著。因此，在林分未成熟之前，不应采取高强度的间伐措施。

随着时间的推移，各个龄组各间伐强度与未间伐的生长率之间的差异逐渐减少，但仍然存在显著差异，说明间伐在20 a内都是有较好的效果的，但这种效果会随着时间，被林分自疏的过程所消减，这也反映出间伐其实就是模仿自然稀疏过程的人为加强措施，可以在短时间促进林分更快更好的生长。尤文忠等[10]对辽东蒙古栎林的研究结果说明在伐后2 a与4 a，蓄积定期生长量与未间伐间并无显著差异，而6 a后，差异才显著，这一结论同马履一等[23]对北京山区油松林（Pinus tabuliformisCarr.）间伐的研究结果一致。从林分生长而言，间伐产生两种效应，一种是伐后因保留林木生长空间的扩大而出现的林分增长效应，另一种是间伐去掉了一些林木而对林分生长的失去效应[24]，在间伐初期，第二种效应是大于第一种的，只有经过多年的恢复，才能出现显著的增长效应，因此结合本研究和前人的研究结论，对于蒙古栎林，相对于未间伐，采用最优间伐强度在5 a时即可对蓄积产生显著的增长效果。

本研究基于吉林省5期连清数据，探究不同龄组对不同间伐强度的动态响应，研究结果与前人结果有部分相似，鉴于对于蒙古栎林间伐的研究较少，无法进行不同龄组、不同强度及在各观测间隔的精细的结果比较，且由于在20 a间存在不同程度间伐的样地数量较多，将其剔除后，符合较长观测间隔（15 a与20 a）的样地数量大量减少，这可能会对结果产生一定的影响，所以这也需要在新一期调查数据更新后，对扩充后的样地进行进一步验证分析，或者也可以使用邻近的黑龙江省和辽宁省森林连续清查数据进行对比研究。由于森林拥有多种功能，仅以蓄积生长率对间伐的动态响应判断最优间伐强度在一定程度上也具有一定局限性，未来可加入对林分因子、林下植被与更新、林地土壤气候和经济效益等指标[24]，综合评估间伐对林分的影响效果。本研究中的森林资源连续清查数据由于其特殊性，无法判断各个样地的间伐方式，因此假设了所有样地的间伐都是随机进行的，不存在间伐方式的区别，但间伐方式对林分生长发育的影响较大[14,25]，未来可加入间伐方式因素进一步研究。

4 结论

通过对不同龄组蒙古栎林在不同间伐强度下的生长率在观测间隔5～20 a的动态变化的分析，兼顾发展趋势与生长率均值差异的显著性分析，得出以下结论：对于蒙古栎天然次生林，幼龄林宜采用25%～35%的间伐强度；中龄林宜采用20%～35%的间伐强度；近熟林宜采用15%～30%的间伐强度。本研究结果可以给吉林省蒙古栎天然次生林的抚育间伐提供一定的参考。