不同抚育方式对油松人工林生态效益的影响

2021-09-12杨延玲

防护林科技 2021年2期

杨延玲

摘要为探索抚育方式对油松人工林生长和生态效益的影响，选取经不同程度抚育间伐后的4种林分密度下的油松人工林标准样地，并对样地及样方内的林木生长、林下生物多样性及土壤有机质等进行调查和测定，结果表明：油松人工林油松胸径、树高和冠幅均随着林分密度的增加而减少，以抚育间伐后林分密度为2 280～2 660株 hm-2的油松生长最好，林分密度对高径比无明显影响。林分密度为3 120株 hm-2时，林下物种数量最多，丰富度指数、辛普森指数、香农-威纳指数和均匀度指数均为最大，植被生物多样性稳定，但不利于土壤养分的积累。在林分密度为2 280～2 660株 hm-2时，土壤有机质含量高，利于土壤养分的积累。油松人工林林分密度为2 280～2 660株 hm-2更适合林木的生长及土壤养分蓄积，有助于形成良好的生态效益。

关键词抚育方式;林分密度;油松人工林;生态效益

中图分类号：S753.7 文献标识码：A doi：10.13601/j.issn.1005-5215.2021.02.005

Abstract In order to explore the influence of tending methods on the growth and ecological benefits of Pinus tabuliformis plantations，standard plots of Pinus tabuliformis plantations under four forest densities after different degrees of tending and thinning were selected，and the plots and plots The survey and measurement of forest growth，understory biodiversity and soil organic matter showed that the DBH，height and crown of Pinus tabuliformis plantation forest decreased with the increase of forest density，in order to cultivate the thinned forest. Pinus tabuliformis with a density of 2 280-2 660 trees hm-2 grows optimally，and the forest density has no significant effect on the height-to-diameter ratio. When the stand density is 3 120 trees hm-2，the number of understory species is the largest，and the richness index，Simpson index，Shannon-Wiener index and evenness index are all the largest. The vegetation biodiversity is stable，but it is not conducive to the accumulation of soil nutrients. When the stand density is 2 280-2 660 trees hm2，the soil organic matter content is high，which is conducive to the accumulation of soil nutrients. Therefore，the stand density of Pinus tabuliformis plantation is 2 280-2 660 trees hm-2，which is more suitable for tree growth and soil nutrient accumulation，and helps to form good ecological benefits.

Key words tending method;stand density;Pinus tabuliformis plantation;ecological benefit

油松（Pinus tabuliformis）是松科（Pinaceae）松屬（Pinus）针叶型常绿乔木，是我国特有树种，具有重要的生态和经济价值[1]。其具有耐干旱、耐贫瘠，生长迅速，根系发达，水土保持能力强，涵养水源作用大，改良土壤能力强等特点[2]，是我国西部地区实施退耕还林、改善生态环境最常见的树种之一。油松在我国自然分布较广，是我国西北、华北及东北南部的主要造林树种之一。林分密度是指单位面积林地上林木的数量[3]，林分密度控制作为人工林抚育的重要措施，对维持林地生态作用和实现林业可持续发展具有重要意义[4]。关于林分密度的控制和调整一直是森林管理者及研究人员关注的问题。莫日根等[5]研究了抚育间伐对油松和落叶松人工林生长量的影响，认为在一定密度范围内，抚育可提高林分单株材积生长量。尤健健等[6]对油松人工中龄林的密度效应进行了研究，认为间伐保留密度对油松林木生长及树干形质有显著影响。贾春芳等[7]研究了造林密度对西宁油松人工林生长影响，认为造林密度对油松人工林的优势木高度无明显影响，而对油松胸径、冠幅、枝下高和蓄积量有显著影响。还有研究表明油松人工林的土壤有机碳含量与林分密度存在一定关系，有机碳含量随林分密度增加而呈波动趋势[8]。但有关油松人工林抚育管理的研究较少，因此，从林木的生长、植被多样性、土壤有机物含量等方面来阐述林分密度对油松人工林生态效益的影响，以期为油松人工林生态经营技术的优化及评价提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验在西安市周至县陕西省楼观台国有生态实验林场进行。该地区属于温带半湿润大陆性季风气候区，四季分明，年平均气温13.2 ℃，年降雨量500～750 mm，无霜期208～230 d，全年日照时间1 500 h左右。试验地土壤为黄棕壤土和棕壤土，林场分布有高山灌丛草甸、针叶林、针阔混交林和落叶阔叶林等自然植被类型。自然植被中野生植物资源丰富，计有野生植物138科681属2 224种，为中国种子植物的重要基因库之一。

1.2 试验设置

试验于2019年4月至2020年10月进行。选择5年生油松人工林作为试验样地，造林时所选苗木均来源于同一苗木圃。该样地约在同一海拔高度按水平分布分别在抚育过程中（2017—2020年间伐）形成了4种不同密度的油松人工林（编号分别为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ），每块样地林地面积约为1 050 m2（30 m×35 m），并在试验前选择样地核心区域作为本次试验的标准样地500 m2（20 m×25 m）。在林木生长过程中进行统一的施肥、松土、病虫害防治等田间管理措施，其他基本无人工干扰。样地基本信息如表1所示。

1.3 研究方法

1.3.1 林分生长情况调查

于2020年10月对抚育后4种林分密度下的油松人工林进行调查，对每块标准地进行每木检尺，测量胸径、树高和冠幅等。

1.3.2 林下植被生物量及生物多样性调查

在每个标准样地对角线分别选取5个2 m×2 m的样方，对每个样方内所有植被进行分类采集，称其鲜质量。并调查物种个体数，计算物种丰富度、Simpson指数、Shannon-Wiener指数、Pielou指数，对比3种林分密度下生物多样性差异，计算公式如下：

1.3.3 土壤中有机质含量测定

在油松人工林不同林分密度下的3个标准样地内对土壤进行分层环刀取土，取样深度分别为0～20、>20～40、>40～60和>60～100 cm，同一土层土壤均匀混合，装入土壤袋中，各个样地每层土壤重复取样3份。采用重铬酸钾-水合加热法测定自然风干的土壤碳含量。

1.4 数据处理

试验数据采用Excel 2007和SPSS 22.0软件汇总及进行统计分析，以单因素方差分析中Duncan’s比较不同处理间的差异显著性（P=0.05）。

2 结果与分析

2.1 林分密度对油松生长的影响

从表2中可看出，不同林分密度对油松生长存在一定影响。随着林分密度的增加，油松胸径、株高及冠幅变化规律一致，均呈逐渐降低的趋势。林分密度为2 280株 hm-2时，油松胸径为9.62 cm，显著大于其他林分密度油松胸径（P<0.05）。林分密度为2 280和2 660株 hm-2时，油松株高和冠幅分别为6.33、6.24 m和2.45、2.32 m，显著高于其他林分密度（P<0.05）。因此，4种林分密度下，以最大林分密度3 980株 hm-2下的油松生长状况最差。

高径比是林分平均株高与平均胸径之比，其反映了树干的通直度和圆满程度，直接影响到木材的出材率和经济价值。从表中可知，不同林分密度对油松高径比无明显影响，差异不显著（P>0.05）。

2.2 林分密度對林下植被生物多样性的影响

从表3中可知，不同林分密度下林下植被生物量及生物多样性存在较大差异。林分密度为3 120株 hm-2时，林下植物生物种类最多，为176个，显著高于其他林分密度（P<0.05）。通过对生物多样性各指数与林分密度变化进行差异分析，结果表明，丰富度指数、辛普森指数、香农—威纳指数和均匀度指数均与林分密度存在显著差异，其中林分密度为3 120株 hm-2时，丰富度指数、辛普森指数、香农—威纳指数显著高于其他林分密度（P<0.05），而均匀度指数虽较高，但与林分密度3 980株 hm-2差异不显著（P>0.05）。从生物量上看，3 120株 hm-2的林分密度下生物量最高，为5.32 t hm-2，显著高于其他林分密度（P<0.05），其次为3 120株 hm-2的林分密度，生物量为4.16 t hm-2，而以林分密度为2 280株 hm-2和3 980株 hm-2的生物量最低。

2.3 林分密度对油松林地土壤有机质含量的影响

从表4中可看出，不同油松林分密度下各土层土壤有机质含量存在差异。在各土层中有机质含量基本随着林分密度的增加而呈逐渐减少的趋势。在0～20 cm土层，各个林分密度间油松人工林土壤有机质差异显著，林分密度为2 280株 hm-2和2 660株 hm-2土壤有机质含量显著高于其他2种林分密度（P<0.05）。在>20～40 cm土层，林分密度以2 280株 hm-2的有机质含量最高，为25.27 g kg-1，显著高于其他3种林分密度（P<0.05），而林分密度为3 120株 hm-2和2 660株 hm-2的有机质含量差异不显著（P>0.05）。在>40～60 cm和>60～100 cm土层，林分密度为2 280株 hm-2和2 660株 hm-2土壤有机质含量显著高于其他2种林分密度（P<0.05），而两者间有机质含量差异不显著（P>0.05）。从表4中还可看出，在同一林分密度下，土壤有机质含量随着土层深度的增加而逐渐减少，有机质均以土壤表面土层（0～20 cm土层）含量最高。

3 结论与讨论

试验结果表明，油松人工林平均胸径、平均树高和冠幅均随着林分密度的增加而减少。林分密度对胸径的影响大于对株高和冠幅的影响，而油松人工林林分密度对油松高径比的变化无明显影响，表明林分密度对油松树干的通直度影响不大，这与张海东等[9]研究结果一致。林分密度处于2280～2 660株 hm-2为油松适宜生长密度;密度过大，会导致林木轮枝生长速度下降，不利于林木成材。

本研究中不同林分密度下的油松人工林下物种数量及物种多样性存在较大差异。林分密度为3 120株 hm-2时物种数量最多。在丰富度指数上，在林分密度为3 120株 hm-2时达到最大，这与杉木、马尾松等研究结果不同[10，11]，这可能与油松的立木结构有关：单株油松高大笔直挺拔，多数枝叶存留在林冠部分，较其他乔木或阔叶树种枝叶量少，太阳照射时能够有较多的阳光透过，油松的低密度种植增加了林下生态环境的复杂性与多样性，使得林下物种种类增多。但林分密度为3 980株 hm-2時，丰富度指数仅为7.2，这可能因为种植密度过大，透光率较低，不利于林下喜光植物的生长，导致林下植物丰富度减少。辛普森指数、香农—威纳指数和均匀度指数均随着油松人工林林分密度的增加表现为先增大后降低的趋势，其中辛普森指数、香农-威纳指数和均匀度指数均在林分密度为3 120株 hm-2时达到最大，这说明林分密度在3 120株  hm-2时，油松人工林内的温湿度、光照等环境条件更适合林下生物的生长。有关学者在对杉木、格式栲林的林分密度与林下生物多样性的相关性研究中也呈现相同结果[11]。在不同密度林分生物量上，也呈现出随着林分密度的增加生物量呈先增加后降低的趋势，其中以林分密度为3 120株 hm-2的生物量最高。

不同类型人工林林分密度对土壤养分及理化性质有显著影响[12]。在本研究中，不同密度油松人工林对林下土壤有机质含量有显著影响，在同一土层中，土壤有机质含量均随着林分密度的增加而逐渐减少，在0～20 土层中，以林分密度为2 280和2 660株 hm-2有机质含量最高，表明低密度油松人工林有助于其生长环境中土壤有机质的积累。周树平等[12]在对不同密度柚木人工林下土壤理化性质进行研究时表明，在密度为650～1 450株 hm-2范围内，土壤理化性质随着林分密度的增加呈先增加后减少的趋势，与本文研究相一致。本研究油松林分密度在2 280～2 660株 hm-2时，有利于油松人工林土壤有机质的积累。对不同土层有机质含量研究结果表明，各林分密度下土壤有机质含量均随着土层深度的增加而减小，这一结论与程小琴[8]的研究结果相一致，这可能与表层土壤中有较多落叶、树枝等有机物留存有关。

综上所述，油松人工林林分密度为2 280～2 660株 hm-2对油松生长、生物量和有机质影响显著，但油松生长与土壤肥力和理化性质密切相关，密度对油松人工林土壤肥力和土壤酶活性的影响尚待进一步研究。

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