李杰茹，党坤良*，王先初，强浪浪

(1.西北农林科技大学 林学院，陕西 杨陵 712100；2.陕西省石泉县林业局，陕西 石泉 725200)

秦岭是我国中部重要的生态屏障及南水北调工程的水源地，在保障我国中部地区生态安全和社会经济持续发展方面具有重要作用。秦岭林区地理位置特殊，地形复杂，森林群落类型多样，垂直带谱明显。锐齿栎(Quercusalienavar.acuteserrata)林作为秦岭山地森林群落主要构谱成分之一，其分布面积不仅较大，而且空间范围较广，在秦岭林区森林生态系和森林植被资源中具有重要位置。20世纪50年代，由于秦岭林区不合理的采伐作业方式，使得现有锐齿栎中幼龄次生林多数存在生产力低下和稳定性较差等问题[1,2]，因此，探寻秦岭林区锐齿栎天然次生林科学有效的经营措施具有重要意义。

抚育间伐是对森林生态系统进行科学经营的重要措施，是优化森林结构、提高森林生产力及质量的主要途径[3]。关于抚育间伐对森林组分和生态功能等各方面的影响研究成果较多[4-6]，其中M.Newtonetal[7]通过研究间伐对北美云杉(Piceasitchensis)和异叶铁杉(Tsugaheterophylla)生长的影响，认为抚育间伐有利于促进树木胸径和断面积的增长；徐金良等[8]研究了间伐对杉木(Cunninghamialanceolata)人工林生长的影响，认为间伐可以显著提高林木平均胸径和单株材积的增加；尤文忠等[9]通过研究间伐对蒙古栎(Q.mongolica)次生林的影响，认为间伐能显著提高林分蓄积定期生长量累计以及定期生长量。关于秦岭林区锐齿栎林的研究颇多，主要集中在抚育间伐对锐齿栎林光合特性的影响[10]、锐齿栎种群空间分布格局[11]、林木个体生长[12]、生态位特征[13]和碳密度[14]等方面，关于抚育间伐对锐齿栎林分生长方面的研究甚少。本研究以秦岭南坡锐齿栎林为对象，探讨抚育间伐对其林分胸径和蓄积的影响以及动态变化规律，为秦岭林区锐齿栎林的进行科学经营提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

试验样地设置在秦岭南坡锐齿栎林分布较广的陕西省宁东林业局沙沟林场，地理位置为33°43′-34°47′N ，108°33′-108°48′E。本区为山地温带气候类型，年平均气温6℃～10℃，年降水量920～1 230 mm，生长期6个月；土壤类型为山地棕色森林土，平均厚度约50 cm，成土母岩主要为花岗岩、片麻岩和变质砂岩；该区森林均为20世纪80年代人为采伐后通过天然更新形成的次生林；森林类型主要有锐齿栎林、油松林、华山松林、松栎混交林和松桦混交林等。主要成林树种有锐齿栎、油松(Pinustabuliformis)、华山松(P.armandii)、红桦(Betulaalbosinensis)等，伴生树种有山杨(Populusdavidiana)、漆树(Toxicodendronvernicifluum)、青榨槭(Acerdavidii)等。研究区概况见表1。

表1 样地基本概况Table 1 A survey of natural secondary forest sample plots of Quercus aliena var.acuteserrata in the Shagou Forest Farm

1.2 样地设置

2012年3-4月在陕西省宁东林业局沙沟林场选取立地条件和林分特点基本相同的地段，设置12块锐齿栎林研究固定样地，样地面积为20 m×30 m；在对样地立地和林分因子调查的基础上，按照蓄积强度0%(CK)、5%、10%、15%、20%和25%分别进行间伐处理，每个处理及对照(CK)样地重复2次，并设置界桩和标志牌，以便长期观测研究。

1.3 样品采集

2018年10月对各研究样地林木进行每木检尺，起测径阶为4 cm径阶，并以2 cm进行林木径阶划分；按照研究样地内林木各径阶的分布和数量，分别选取3～5株标准木，利用生长锥在标准木胸高处东西和南北2个方位分别获取木芯，在测量木芯长度后，将其放置于自制的纸筒内，并进行标记和编号，带回实验室，以便室内分析。

1.4 内业处理

将获取的木芯置于实验室，经常温风干2周后，对木芯进行处理并测量，计算样芯干湿长度比为0.969，误差较小。将木芯固定在特制木槽内，待晾干后用200目和1 000目的砂纸进行打磨；利用WinDENDRO年轮分析仪测定年轮宽度。

1.5 数据处理

1.5.1 林分平均胸径(Dg)

(1)

式中，G为林分总断面积/cm2，N为林分林木总株数。

1.5.2 试验期林分总生长量(胸高总断面积和蓄积)(Z) 为林分在试验期7 a间的总生长量，

Z=d2018-d2012伐后

(2)

式中，d2018为2018年时的测定量，d2012伐后为2012年间伐后的测定量。

1.5.3 试验期平均生长量θ

(3)

式中，Zt为试验期第t年时的林分生长量，nt为试验期第t年距2012年所间隔的年数。

1.5.4 试验期连年生长量 树木一年间的生长量。

Z=dt-dt-1

(4)

式中，dt为试验期第t年时的测定量,dt-1为试验期第t-1年时的测定量。

1.5.5 试验期总增长率

(5)

1.5.6 试验期平均年增长率

(6)

式中，pi为在试验期第i年的增长率，i=1,2,3,…,7。

1.5.7 蓄积量 通过一元材积表获得各径阶林木的单株材积，各径阶蓄积之和即为样地蓄积。

(7)

式中，k为径阶数，Vi为第i径阶单株材积(m3)，ni为相应径阶的林木株数。

试验数据采用Excel 2016进行处理分析，运用SPSS20.0软件对林木生长指标进行单因素方差分析和Duncan多重比较，使用Origin9绘图。

2 结果与分析

2.1 不同强度间伐对林分生长的影响

2.1.1 间伐对林分胸高断面积生长的影响 抚育间伐对锐齿栎林分的胸高断面积生长有明显促进作用(表2)，间伐7 a后，5%林分胸高断面积最高，为24.78 m2·hm-2，CK次之，其余各组从大到小依次是10%、15%、20%和25%。方差分析表明，5%样地林分胸高断面积>CK，除10%样地林分胸高断面积与CK差异不显著(P>0.05)，其余各组均呈显著差异(P<0.05)。林分胸高断面积总增长量和年均增长量最大值均为5%样地，分别为9.14 m2·hm-2和1.31 m2·hm-2，方差分析表明，5%～20%样地林分胸高断面积年均增长量和总增长量均>CK，除25%样地林分胸高断面积年均增长量和总增长量与CK差异均不显著(P>0.05)，其余各组间均呈显著差异(P<0.05)。间伐后5%～25%各组样地的林分胸高断面积年均增长率和总增长率均>CK，且与CK均呈显著差异(P<0.05)。与未间伐样地相比，间伐后林分胸高断面积年均增长率提高了24.32%～41.37%，林分胸高断面积总增长率提高了28.86%～49.94%。

表2 不同间伐强度下锐齿栎林胸高断面积生长情况Table 2 Growth information of basal area at breast height of Quercus aliena var.acuteserrata forest under different thinning intensities

2.1.2 间伐对林分蓄积量生长的影响 抚育间伐对锐齿栎林分蓄积量生长有明显促进作用(表3)，间伐7 a后，5%样地的林分蓄积量最大，为150.07 m3·hm-2，其余样地林分蓄积量从大到小依次为10%、CK、15%、20%和25%。方差分析表明，在间伐7 a后，各组林分蓄积量相互间均呈显著差异(P<0.05)。林分蓄积量的总增长量和年均增长量最高也均为5%样地林分，其中5%～20%样地林分蓄积量的年均增长量和总增长量均>CK，25%样地林分蓄积量的年均增长量和总增长量均CK，且与CK均呈显著差异(P<0.05)，林分蓄积量的年均增长率提高了23.12%～38.18%，林分蓄积总增长率提高了28.06%～47.58%。

表3 不同间伐强度下锐齿栎林蓄积量生长情况Table 3 Growth information of the accumulation of Q.aliena var.acuteserrata forest under different thinning intensities

2.2 不同强度间伐林分蓄积量的动态变化

各间伐样地林木蓄积量与CK的动态差异表明，随着时间的推移，各间伐样地林分的蓄积量与CK差距均逐渐减小，并且最终会超越CK(表4)。在间伐7 a后5%和10%样地的林分蓄积量>CK。5%样地林分蓄积量在间伐4 a后与CK持平，10%样地林分蓄积量在间伐7 a后与CK持平，并且5%～10%样地林分蓄积量有明显提高。由此得出，间伐强度对林分蓄积量增长和累积速度有明显影响，5%～10%间伐强度林分的蓄积量在相对较短的时间(4～7 a)可以达到并超越未间伐样地林分蓄积水平，15%～25%间伐强度林分蓄积量仍需较长时间才能确定是否赶上未间伐样地林分蓄积量水平。

表4 不同间伐强度下2012-2018年锐齿栎林分蓄积量的变化Table 4 Changes of forest accumulation of Q.aliena var.acuteserrata under different thinning intensities from 2012 to 2018

2.3 间伐对锐齿栎林分生长过程的影响

2.3.1 间伐对林分胸高断面积生长过程的影响 间伐有利于促进锐齿栎林林分胸高断面积连年生长量和平均生长量的增长，间伐后5%～15%样地林分的胸高断面积连年生长量和平均生长量显著提高，其中5%样地林分胸高断面积连年生长量和平均生长量增长趋势最显著。由图1A1、A2可知，各个样地林分的连年生长量曲线和平均生长量曲线呈现出不同幅度的增长变化，表明锐齿栎林分胸高断面积还处在生长旺盛期。与CK相比，5%～15%样地林分胸高断面积的连年生长量和平均生长量呈现出明显的快速递增趋势，低密度林分20%～25%样地林分胸高断面积的平均生长量变化与CK基本相似。表明中低强度间伐(5%～15%)可以在短时间内快速增加林分胸高断面积连年生长量，而高强度间伐(20%～25%)下的林分则受制于林木株数的减少，林分胸高断面积连年生长量增加不明显。

2.3.2 间伐对林分蓄积量生长过程的影响 间伐对锐齿栎林分蓄积连年生长量和平均生长量有明显的促进作用，5%～25%样地林分的蓄积连年生长量和平均生长量均表现为显著递增趋势。由图1A3、A4可知，5%～15%间伐样地林分蓄积连年生长量和平均生长量明显>CK。在2013年后，间伐后林分蓄积连年生长量基本表现为5%>10%>15%>20%>25%，其中25%样地林分蓄积连年生长量曲线变化趋势与CK接近重合。表明间伐后对锐齿栎林分蓄积连年生长量增长有积极地促进作用，中低强度(5%～15%)间伐强度下的林分蓄积连年生长量可以在短时间内高速增长，而高强度(20%～25%)间伐强度下的林分蓄积连年生长量持续平稳增长。

注：A1:不同间伐强度下林分胸高断面积连年生长量；A2.不同间伐强度下林分胸高断面积平均生长量；A3.不同间伐强度下林分蓄积连年生长量；A4.不同间伐强度下林分蓄积平均生长量。图1 不同间伐强度下锐齿栎林分的胸高断面积和蓄积连年生长量和平均生长量变化Fig.1 Current annual increment and mean annual growth increment of the area at breast height and stand volume of Q.aliena var.acuteserrata forest under different thinning intensities

3 结论与讨论

3.1 结论

抚育间伐可以提高锐齿栎林分胸高断面积和蓄积量的增长，间伐7 a后各间伐林分的胸高断面积和蓄积量的增长率相比CK均显著提高，其中间伐强度5%样地林分胸高断面积和蓄积量及其增长量和增长率均为最高。

5%～10%低间伐强度林分蓄积量可以在相对较短时间内赶超未间伐林分蓄积量，间伐强度越大的林分，则需要更长的时间才能确定是否可以赶超未间伐样地林分蓄积量。

5%～15%中低强度间伐下林分胸高断面积和蓄积连年生长量可以在较短年限内高速增长，而20%～25%高间伐强度下林分胸高断面积和蓄积连年生长量则维持平稳增长，与未间伐样地变化趋势相近。

本研究中的5种间伐强度，秦岭南坡锐齿栎天然次生林森林抚育作业应以5%间伐强度为宜。

3.2 讨论

抚育间伐可以改善林内环境，使林分可利用的资源优化且相对充足，例如生存空间扩大，减少树木间竞争，光照与水分更加充足[15]。T.P.Sullivanetal[16]研究了不同间伐强度对美国黑松(P.contorta)的影响，得出低间伐强度林分蓄积量及增长量最大，未间伐样地次之，中度和重度间伐则小于未间伐样地；明安刚等[17]研究了不同间伐强度对马尾松(P.massoniana)人工林生物量的影响，认为间伐有利于提高乔木层生物量，轻度间伐效果最佳；M.Zasadaetal[18]在古宾林区进行了为期10 a的分析试验，认为低间伐强度和采伐年限长的方式最有利于生物量的积累，结论与本研究结果相似。K.Glencrossetal[19]和孙洪刚等[20]分别通过研究间伐对邓恩桉(Eucalyptusdunnii)和杉木的影响，认为间伐对林分总断面积没有影响，最终林分断面积会趋于一致，这与本研究结果存在出入，这种差异可能跟林分类型和立地条件的不同有关。龚固堂等[21]通过研究柏木(Cupressusfunebris)人工林，认为蓄积量增长率会随间伐强度的增大而增大；贾忠奎等[22]通过研究间伐对华北落叶松(Larixprincipis-rupprechtii)的影响也得出类似结论。在本研究中，沙沟林场的锐齿栎林分胸高断面积和蓄积量增长率均为5%间伐强度样地最高，可能的原因是虽然高强度间伐样地的单株材积增长率迅速增大，但是高强度间伐使得林分密度迅速下降，而单株材积增长的优势在间伐一定年限后基本消失[23]，因此高强度间伐样地整体林分单位面积蓄积量生长速率较低。

间伐强度通过对林木生长环境的影响，进而影响林分蓄积量的积累。在本研究中，低间伐强度(5%～10%)林分能在生长短时间内利用较高的蓄积量生长速率来弥补间伐移除的蓄积量，锐齿栎林在间伐7 a后，低间伐强度(5%～10%)样地的林分蓄积量均赶超CK，而自间伐年起，随时间的推移中高间伐强度(15%～25%)样地的林分蓄积量与CK的差值逐步减小。很多学者针对间伐是否能提高林分总蓄积量做了研究，得出的结果不尽相同，潘辉等[24]研究了不同间伐对巨尾桉(E.grandis×E.urophylla)林生长的影响，得出1/3间伐强度林分的蓄积量优于未间伐和其他间伐强度林分，但经方差分析，差异并不显著；B.R.Knoeboletal[25]通过不同间伐强度对美国鹅掌楸(Liriodendrontulipifera)的研究认为间伐会降低林分蓄积量。针对间伐对林分蓄积量的影响结果的不同，大部分学者认为到主伐时才可做结论[26]。从本研究中可以看出间伐后为林分蓄积生长提供了较为优越的生活环境，还为林分蓄积量继续的生长和积累提供了更大的空间。

通过对锐齿栎林生长过程的研究，得出间伐对锐齿栎林分胸高断面积和蓄积连年生长量和平均生长量的增长有促进作用。原因是未间伐样地在自然状态下，林分生长的平均生长量均呈现稳定且缓慢的增长趋势，而林分在间伐后林木迅速生长即生长旺盛期，间伐后各样地的平均生长量均表现为递增趋势[27]。目前沙沟林场锐齿栎林仍处在生长旺盛期阶段，中低强度(5%～15%)间伐林分连年生长量在短期内已经达到高速生长，高强度(20%～25%)间伐连年生长量与CK则保持平稳增长。由于锐齿栎林分的蓄积平均生长量曲线呈增长趋势，并未达到峰值，且蓄积连年生长量曲线仍有增长趋势，因此该林分第1次采伐距第2次采伐的合理年限在7 a以上。