抚育间伐对森林生长的影响及其模型研究

抚育间伐对森林生长的影响及其模型研究内容摘要：

林 业 科 学 研 究 　2003 ,16 (5) :636～641 Forest Research 　　文章编号 : 100121498 (2003) 0520636206 抚育间伐对森林生长的影响及其模型研究 李春明 , 杜纪山 , 张会儒 ( 中国林业科学研究院资源信息研究所 ,北京 　100091) 摘要 : 抚育间伐对森林生长的影响体现在很多方面 ,包括对林分生产力及其林分因子 、 林下植被及灌 木、 林下土壤和天然更新影响等方面 。对国内外学者在这些方面的研究进行了综述 ,简单介绍了抚育 间伐对森林生长影响的模型研究进展情况 。指出了抚育间伐对森林生长影响研究方面存在的问题及 今后的发展趋势 。 关键词 : 抚育间伐 ; 森林生长 ; 林下植被 ; 间伐效应模型 中图分类号 :S75315 　　　文献标识码 :A 抚育间伐在森林经营管理中起着十分重要的作用 。合理的抚育间伐对改善森林林冠层的 营养空间以及地下水肥的供应条件 ,保证林木个体和群体生长 ,提高森林生产力具有重要的理 论和实践意义 。研究抚育间伐对森林生长的影响及其模型 ,是优化抚育间伐作业体系 、 实现森 林生长有效调控的需要 。 1 　抚育间伐对森林生长的影响 111 　抚育间伐对林分生产力及林分因子的影响 林分生产力及其林分因子是目前研究抚育间伐对森林生长影响的重点内容。在对林分生 产力影响的研究过程中 ,不同的抚育间伐会对林分生产力产生不同的影响 。Baldwin[1 ] 在研究 间伐对火炬松 ( Pinus taeda Linn1) 林分的影响时认为所有的间伐都增加了树干 、 树叶 、 树枝和 树冠生物量 ,间伐强度越大增加量越多 ,而且与小强度和未间伐林分相比树干尖削度也大 。傅 校平等 [2 ] 在研究杉木 ( Cuninghamia lanceolata (Lamb1) Hook1) 人工林不同间伐强度对林分生物 量的影响时 ,认为不同地位级的杉木林通过中 、 强度间伐可以提高林分平均单株生物量 ,与未 间伐对照林分相比 ,其差异达到显著水平 ,说明间伐可以促进个体林木生长 。不同的间伐强度 能提高单株生物量 ,但因单位面积株数减少 ,故单位面积生物量并不随间伐强度任意加大而增 加 ,反而会降低 。抚育间伐对生产力影响方面的研究还有 : Hytonen 等进行抚育间伐对白桦 ( Betula platyphylla Suk1) 生物量影响的研究[3 ] 、 熊有强进行抚育间伐对杉木生物量影响的研 [4 ] 究 和胡万良进行抚育间伐对红松 ( Pinus koraiensis Sieb1et Zucc1) 林生物量影响的研究 [5 ] 。 抚育间伐对林分因子影响的研究主要集中在不同间伐强度对胸径 、 断面积和蓄积的影响 , 对林分生态系统养分动态变化的影响和间伐作业措施对林木生长的影响等方面 。由于各研究 收稿日期 : 2002209225 基金项目 : 国家“十五”科技攻关子课题 (2001BA510B0701) 和中国林科院重点基金项目 (9990107) 的部分研究内容 作者简介 : 李春明 (1975 —) ,男 ,河北承德人 ,在读硕士生 . 第5期 李春明等 : 抚育间伐对森林生长的影响及其模型研究 637 者在树种 、 林分条件 、 间伐体制 、 轮伐期 、 调查计算方法等方面存在的差异 ,所得到的结论也各 不相同 ,特别是对林分总收获量的影响方面目前还没有一个统一的定论 。Knoebol[6 ] 等对美国 鹅掌楸 ( Liriodendron chinense ( Hemsl1) Sarg1) 的间伐强度分析时认为间伐会减少收获 ; 吴际友 等 [7 ] 认为抚育间伐会增加湿地松 ( Pinus elliottii Engelm1) 林分的收获量 ; 而 Clutter 等 [8 ] 认为间 伐对湿地松收获量基本无影响 。但总体上可以归纳为以下几点 : ( 1) 无论是人工林或天然林 , 林分直径和蓄积的生长随间伐强度的加大而增加 , 而间伐对树高生长影响不大[9 ] 。( 2) 间伐 后 ,林分的生态环境和营养空间都发生了变化 ,最终导致林木各器官中的养分含量发生变化 。 整个林分生态系统养分的积累均超过相应的未间伐林分[10 ] 。( 3) 间伐作业对叶生长量和茎生 长量的影响要比集材作业显著 ,而这两种作业方式的交互作用对叶和茎生长量的影响都不显 著 [11 ] 。Zachara [12 ] 在研究择伐对欧洲赤松 ( Pinus sylvestris Linn1) 林分结构影响时认为小强度间 伐对林分结构没有大的影响 ,20 %～30 %的强度对改善林分的结构和树木生长效果较好 。 从林分的生长过程来说 ,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 。因此 ,间伐对林 分生产力和各因子的影响就取决于上述两种效应的相对大小 ,而这两种效应又与很多因素有 关 。在研究间伐对林分生产力和各因子的影响时要根据具体情况而定 , 否则会产生错误的 结论 。 112 　抚育间伐对林下灌木和植被的影响 不同的抚育间伐方式对灌木和植被的影响主要体现在林下植被的物种多样性和生物量两 个方面 。这两个方面的变化 ,将会影响到土壤营养元素和微生物组成 ,进而会影响林分的生长 和发育动态 。因此研究抚育间伐对林下灌木和植被的影响十分必要 。 目前抚育间伐对林下灌木和植被的影响主要从下面不同的角度来考虑 : 抚育间伐对林下 植被的密度 、 盖度的影响 [4 ] ; 对林下灌木和植被种类组成和结构变化的影响 ; 对灌木和植被生 物多样性的影响 [13 ] 。很多学者研究证明 ,低强度间伐对植被种类 、 密度和盖度的影响相对较 小 ,而中强度和大强度间伐对植被的种类 、 密度和盖度影响相对较大 。一般情况下间伐强度越 大植被的种类越丰富 、 密度和盖度也越大 。不同的间伐强度除了对植被种类有较明显的影响 外 ,对于植被结构也有较大的影响 。低强度间伐造成的植被结构无明显垂直分化 ,基本是单层 的 ; 而中强度间伐的植被结构是复层的 ,有明显的垂直分化 。因此提高间伐强度 ,不仅可以增 加林下草本和灌木的种类 ,而且也可相应地提高每个物种的高度 、 盖度 、 增加植被和灌木出现 的株数 。在研究抚育间伐对林下植被和灌木的生物多样性影响方面 ,不同的学者得出的结论 也不尽相同 。许多研究认为 ,伐后物种多样性比伐前高 。像 Smith 和 Miller[14 ] 在研究间伐对生 物多样性影响时认为 : 集约间伐的林分比未间伐林分有更高的植物丰度 ; 随着收获强度的增 加 ,地被和灌木的盖度也随着增加 。罗菊春等[15 ] 比较了长白山林区择伐后的红松林与皆伐后 形成的白桦次生林的植物多样性 ,认为白桦林及其下层木的群落多样性高于红松林 。另外一 些研究则认为间伐对物种多样性无显著影响 。Reader[16 ] 认为草本物种的数量和频度随上层部 分间伐强度的增加而没有出现显著的变化 。Gilliam[17 ] 在研究间伐强度对物种丰富度和多样 性影响时 ,认为间伐后的成熟林和皆伐后的幼林草本层的物种多样性无显著变化 。还有一些 研究认为间伐和其它的人为干扰会导致草本植物丰度或多样性的长期下降 , 如 Buongiorno[18 ] 认为 ,任何包含采伐的森林经营都会对生物多样性产生负面的影响 。 638 林 　业 　科 　学 　研 　究 第 16 卷 113 　抚育间伐对林分土壤的影响 森林土壤是森林生态系统的重要组成部分 ,是林木赖以生存的物质基础[19 ] 。在森林经营 中 ,长期保持土壤肥力已成为维护森林生态系统稳定和保证林业可持续发展的关键之一 。抚 育间伐会导致土壤的扰动 ,从而可能影响土壤水 - 气系统以及水分和养分的供应 ,导致水 、 气、 热等条件的剧烈变化 ,从而使林下土壤的物理性质发生一系列变化 。 张鼎华等[20 ] 在研究抚育间伐对土壤肥力的影响时发现 ,间伐后土壤微生物数量增加、 土壤 容重降低、 总孔隙度和速效养分提高 ,土壤肥力得到了改善和提高。另外 ,抚育间伐对土壤水分 也有很大的影响 ,景芸[21 ] 研究了间伐前后对土壤水分物理性质变化的影响 ,结果表明各种间伐 作业后 ,土壤容积质量、 结构体破坏率都有所增加 ; 土壤水稳性团聚体含量有所下降 ,毛管孔隙 度、 非毛管孔隙度和总孔隙度比间伐前小。抚育间伐对土壤造成的干扰包括表土的移动、 碾压、 土壤结构的破坏、 孔隙度的减少 ,有机质的重新分配和搅和等。这种干扰是长期存在的 ,间伐强 度越大 ,对林地的干扰越严重。Rab 等[22 ] 研究发现 ,王桉 ( Eucalyptus regnans F1Muell1) 林皆伐后 大约有 73 %的迹地面积受到一定程度的干扰和破坏。但也有学者认为轻微干扰可以改善土壤孔 隙 ,Woodward[23 ] 在择伐强度为 25 %的迹地上发现 ,间伐后土壤的孔隙状况并未恶化。 总之森林被抚育间伐之后 ,必将引起森林土壤动物和微生物区系的改变 ,以及水 、 热和其 它物质的再分配 ,从而使土壤性质产生相应的变化 。这种变化的程度 ,是以抚育间伐方式 、 间 伐强度 、 间伐时间 、 林分类型和土壤母质的不同而不同的 。因此 ,在研究间伐对土壤的影响时 , 要根据具体的间伐方式 、 间伐体制和间伐强度来确定产生的结果 ,进而确定一个合理的抚育间 伐措施来改善土壤的肥力 、 调节土壤水分含量 ,促进林木的生长发育 。 114 　抚育间伐对森林天然更新的影响 长期以来 ,我国林区曾在一段时期内以获取木材为主 ,进行大面积 、 大强度的森林采伐 ,忽 视了森林更新 ,更没有注意到各种抚育间伐强度对伐后森林恢复和增长的影响 。随着森林更 新问题逐渐被重视 ,研究间伐对森林更新影响的研究开始多起来[24～26 ] 。所采用的调查方法 一般有典型路线法和定位与半定位的方法 。如果两者结合起来使用 ,能获得更好的效果[27 ] 。 经过研究表明 : 天然更新是比较可靠的更新方式 ,通过渐伐和择伐可以获得良好的天然更新 , 而皆伐后一般天然更新困难 , 大强度抚育只要达到一定条件 , 人工促进天然更新是能够成功 的 。渐伐和择伐后 ,不需进行代价很高的造林 ,就能完成树种组成极为理想的天然更新 。 2 　抚育间伐效应模型的研究 林分生长动态模型可以模拟和预测森林群落发生、 发展的过程、 变化的速度和机理 ,能深入 了解环境变化情况下森林植被反应的特点和原因 ,能为合理地保护和持续利用森林资源提供理 论基础、 操作依据和数量指标[28