坡位及疏伐抚育对紫椴人工林胸径生长的影响_于舒洋.pdf

第 卷 第 期北华大学学报（自然科学版）年 月 （）文章编号：（）：坡位及疏伐抚育对紫椴人工林胸径生长的影响于舒洋，范春楠，郭忠玲，郑金萍，滕贵波，魏永忠（北华大学林学院，吉林 吉林；辽宁博昊土地科技发展有限公司，辽宁 沈阳；辽宁省实验林场，辽宁 清原）摘要：以辽宁省实验林场 年和 年营建的紫椴人工林为对象，调查不同坡位和疏伐抚育林分的生长状况采集紫椴个体年轮样品，分析胸径生长特征，明确紫椴人工林的生长规律，以及坡位和疏伐抚育对胸径生长的影响结果表明：坡下紫椴人工林林分密度、林分蓄积、种群密度、蓄积均相对较大，种群的平均胸径、树高和单木材积也以坡下和坡中显著高于坡上；随着时间推移，各坡位紫椴胸径生长率整体均呈下降趋势，表现出前期下降较快，后期相对平缓，胸径生长整体以坡下高于坡中和坡上，坡下紫椴胸径生长率不仅在生长初期相对较高，在后期也呈现出小幅的生长加速；坡上、坡中及坡下的胸径连年生长量稳定时间分别为、和 疏伐抚育后，紫椴胸径、树高和单木材积均显著高于未抚育林分，胸径生长率和 平均生长量也有显著提高，但疏伐抚育对紫椴胸径生长的促进作用时间相对较短关键词：紫椴；人工林；胸径生长率；坡位；疏伐抚育中图分类号：文献标志码：收稿日期：基金项目：吉林省科技厅中青年科技创新创业卓越人才（团队）项目（创新类）（）；年吉林省留学人员科技创新创业项目；国家重点研发计划项目（）；吉林省科技攻关项目（）作者简介：于舒洋（），男，硕士，主要从事植物种质资源与利用研究，：；通信作者：范春楠（），男，博士，副教授，主要从事森林生态系统结构与功能研究，：，（，；，；，）：，：；紫椴（）为椴树科（）椴树属（）落叶阔叶乔木，具有材质细密、加工性能强、树形美观、开花量大、花芳香等特点主产于中国东北、内蒙古东部及黑龙江与乌苏里江流域，向南至朝鲜半岛，是中国东北地区的主要造林树种和重要工业用材树种，也是世界著名的蜜源植物然而，受人为采伐、生境破坏、生境退化及自身生物学特性所致，紫椴种群数量逐年减少、质量下降，面积、蓄积大幅减少，种质资源渐危原国家林业部曾在“八五”“九五”期间专门为东北地区的紫椴、胡桃楸（）、黄檗（）等树种立项，开展人工速生丰产林研究，但迄今为止，真正的紫椴人工林仍是凤毛麟角生境对于树木生长至关重要其中，因地形差异引起的光照、温度、水分及土壤养分变化，导致树木生长存在差异；加之树木间的竞争，致使个体发育也存在差异，这与邻体树木的大小、距离以及林分密度等密切相关树木年轮记载了树木的生长情况及年龄，具有定年精确、追索时间长、分辨率高、能够就地取材等突出优势，已被广泛应用于树木生长及与周围环境关系的分析中利用生长锥钻取年轮条，能在不破坏树木正常生长的情况下获得年轮样品，通过测定年轮宽度，可获得胸径生长量、生长率等信息本研究以辽宁省实验林场 年和 年营建的紫椴人工林为对象，调查不同坡位和疏伐抚育林分的生长状况，采集紫椴年轮样本，对比分析胸径生长特征研究结果对于明确紫椴人工林生长规律，揭示坡位和疏伐抚育对胸径生长的影响具有重要的理论价值和现实意义 研究地概况与研究方法 研究地概况研究地在辽宁省实验林场，位于抚顺市清原满族自治县湾甸子镇，地处长白山龙岗支脉气候属中温带大陆性季风气候，年均温 ，全年日照时间 ，年平均降雨量 ，年蒸发量 ，生长季降雨量占全年降雨量的 以上研究地在辽宁省实验林场地车沟实验区玛达沟作业区，以 年（林班 小班）和 年（林班、小班）营造的紫椴、红松带状混交林为对象紫椴人工林的初植密度均为 株，株行距，带宽 ，土壤类型为暗棕壤其中，年营造的紫椴人工林分别于 年及 年进行过人工疏伐抚育，抚育株数强度分别为 和，蓄积强度分别为 和 样地设置在 林班、小班紫椴人工林全坡面的坡上、坡中和坡下分别选取代表性地段，各设置调查样地 处；另在 林班 小班中坡位的疏伐抚育林分中设置 处调查样地因受紫椴林带宽度限制，为避免林带的边缘效应，样地面积均为 ，短边与林带垂直，长边与林带平行 年轮样品采集与处理经各样地乔木植物每木检尺调查，选择 株生长良好的紫椴标准木，利用生长锥在取样木的胸径处（）由南向北钻取树芯，将树芯装于塑料吸管中，贴好标签，记录胸径、树高、生长势等信息待取回的树芯自然干燥后，利用白乳胶将其固定在具凹槽的木条上，用由粗（目）到细（目）不同粒度的干砂纸打磨及 目干砂纸抛光后，利用 树木年轮分析仪对年轮宽度进行精确测量（精度）本次调查共测定有效紫椴年轮样品 条 数据处理由于采集年轮样品时无法做到精准通过髓心，导致通过年轮样品测量值求算的胸径与实际测量的胸径存在偏差因此，需要通过公式（）进行校正，式中：为校正值（）；为实测胸径（）；为北华大学学报（自然科学版）第 卷完整树芯年轮序列累加后乘以 所得胸径（）；为树芯测定树龄（）将每一个年轮序列加上 值即可得到校正后的年轮序列生长率是某调查因子的连年生长量与其原有总量的比：（）（）（），式中：（）为树木的总生长；（）为树木每年校正后的径向生长量（）；（）为树木在年龄为 时的生长率 结果与分析 紫椴人工林生长状况不同坡位和疏伐抚育紫椴人工林调查样地基本信息及生长状况见表 由表 可知：不同坡位的紫椴人工林林分密度以坡下相对较高，较坡中、坡上高出约 株；林分蓄积仍以坡下最高，坡中略低紫椴种群密度和蓄积均随坡位升高而下降，坡下较坡中、坡上高出、株 和、；紫椴种群平均胸径、平均树高和平均单木材积以坡下和坡中显著高于坡上，分别为坡上的 和 倍、和 倍、和 倍由此表明，坡下和坡中更有利于紫椴种群生长，并以坡下更佳此外，由各样地树种组成可以看出，紫椴人工林经 余 的生长已出现一定程度的自疏和近自然化，除紫椴占优势外，还存在少量的稠李（）、花曲柳（）、胡桃楸、黄檗和蒙古栎（）等，此现象随坡位的上升表现更为明显表 紫椴人工林调查样地基本信息及林分生长状况 指标坡位坡上坡中坡下坡中（抚育）平均海拔 平均坡度（）树种组成 椴 稠 花胡黄柳 椴 稠 花桦柳黄胡 椴 稠 花胡柞柳黄 椴 落林分密度（株）林分蓄积（）种群密度（株）紫椴蓄积（）紫椴平均胸径 紫椴平均树高 紫椴平均单木材积 注：椴紫椴，稠稠李，花花曲柳，胡胡桃楸，黄黄檗，桦白桦，柳旱柳，栎蒙古栎，落黄花落叶松；大写字母表示同行指标在不同坡位样地间的差异（），小写字母表示同行指标在同坡位未抚育和疏伐抚育样地间的差异（），字母不同表示差异显著，字母相同代表无显著差异 不同坡位紫椴胸径生长差异 年紫椴胸径生长率和 步长平均胸径生长量见图 由图 可知：随着时间的推移，不同坡位的紫椴胸径生长率整体呈现下降，且均表现出生长前期下降较快，后期相对平缓的趋势其中，年，紫椴胸径生长率以坡下坡上坡中，变幅以坡下相对稳定；年，不同坡位胸径生长率较为接近，均呈现相对较慢的下降，整体以坡中、坡上略大于坡下；年，胸径生长率表现为坡下坡中坡上，得益于坡下的紫椴胸径生长率有小幅平缓上升，而坡中和坡下仍下降 年和 年，紫椴 平均胸径生长量均以坡下显著高于坡中和坡上，但在其余各生长时段内无差异随着时间的推移，坡下紫椴的 平均胸径生长量在 年显著高于 年，年后显著高于 年；坡中和坡下则均在 年显著低于 年由此表明，坡下的紫椴胸径在生长初期有较高的生长率，且后期又呈现出小幅生长加速由图 不同坡位紫椴胸径生长曲线可知：虽经 余 生长，但各坡位紫椴胸径生长仍较为旺盛，并以坡下明显高于坡中和坡上，在 年之前以坡上略高于坡中，之后二者十分接近第 期于舒洋，等：坡位及疏伐抚育对紫椴人工林胸径生长的影响 大写字母表示 平均胸径生长量在不同坡位的差异（），小写字母表示 平均胸径生长量在不同时间段的差异（），字母不同表示差异显著，字母相同代表无显著差异图 不同坡位的紫椴胸径生长率和 平均胸径生长量 图 不同坡位的紫椴胸径生长曲线 为获得紫椴胸径生长的稳定增长时间，利用 软件以线性（）、对数（）、二次多项式（）、三次多项式（）、幂函数（）和指数（）方程对紫椴胸径生长进行拟合，式中：为胸径连年生长量；为树木年龄；、为待定参数由表 获得的最优拟合方程可知：不同坡位的紫椴连年生长量均以三次多项式的拟合结果最优，在，（拟合数据和原始数据对应点的误差平方和）介于，方差检验均达到了极显著水平（）对紫椴胸径连年生长量曲线方程求导，将斜率 定义为曲线稳定时间，获得各坡位紫椴胸径连年生长量趋于稳定的时间分别为 坡上、坡中 和 坡下（以 年为胸径基准年龄），若以造林年份计算则分别为 坡上、坡中 和 坡下 表 紫椴连年生长量最优拟合方程及参数（三次多项式）（）坡位坡上 坡中 坡下 北华大学学报（自然科学版）第 卷 疏伐抚育对紫椴生长的影响由表 可知：参照同为坡中的未抚育样地（对照），经过两次疏伐抚育的紫椴人工林密度由 株 降到 株，种群密度由 株 降至 株；虽然疏伐抚育降低了林分蓄积，但紫椴种群蓄积却有所增加；抚育后紫椴的胸径、树高和单木材积分别较未抚育样地增加了、和，为未抚育林分的、和 倍由此可见，疏伐对紫椴蓄积的增长和大径材培育有显著的促进作用疏伐抚育的紫椴胸径生长率及 平均胸径生长量见图 由图 可知：参照未抚育的紫椴胸径生长率曲线，经两次疏伐抚育后的紫椴胸径生长率（年和 年）明显增加，而在两次抚育期之间（年）相差较小；两林分的 胸径平均生长量在 年无显著差异，但经过 年和 年的疏伐抚育处理后，紫椴的平均生长量显著增加值得注意的是，紫椴胸径生长率在 年疏伐抚育当年与未抚育样地相比并未增加，至翌年仍以对照略高，直至 年才表现出明显的生长增速，但仅持续了 ，至 年又恢复至与未抚育样地无明显差异；在 年疏伐抚育后，紫椴当年和翌年的胸径生长率均呈现出明显的增加，至第 年虽仍较伐前高，但胸径生长率已略呈下降可见，疏伐抚育可在短期内形成紫椴胸径的生长释放；而从长期看，仍受其自身生长特性和林分环境等因素的综合影响，胸径生长率又回归至伐前水平大写字母表示 平均胸径生长量在疏伐抚育处理与对照间的差异（），小写字母表示 平均胸径生长量在不同时间段的差异（），字母不同表示差异显著，字母相同代表无显著差异图 疏伐抚育的紫椴胸径生长率及 平均胸径生长量 结论与讨论本次研究发现：紫椴人工林经 余 生长，已出现一定程度的自疏和近自然化，随着坡位的上升表现更为明显相比于初植密度 和 的紫椴人工林，辽宁省实验林场 的紫椴初植密度具有较高的保存率和林分蓄积不同坡位林分密度、林分蓄积和紫椴种群密度、蓄积均以坡下相对较大；平均胸径、树高和单木材积也以坡下和坡中显著高于坡上随着时间推移，各坡位紫椴胸径生长率整体均呈下降趋势，表现出前期下降较快，后期相对平缓紫椴胸径生长以坡下明显高于坡中和坡上其中，坡下紫椴胸径生长率不仅在生长初期相对较高，在后期也呈现出小幅生长加速以斜率 为稳定时间，亦可知坡下紫椴胸径生长进入持续增长的时间更早，这有利于胸径生长的积累与同坡位的未抚育样地相比，虽然疏伐抚育降低了林分密度和紫椴种群密度，但紫椴种群蓄积却增加了 ，且抚育后紫椴胸径、树高和单木材积均显著高于未抚育样地，表明疏伐有利于紫椴蓄积增长和大径材培育从紫椴胸径生长率和 平均生长量变化可以明显看出，胸径生长差异均出现在疏伐抚育后但值得注意的是，疏伐抚育仅在短期内形成了紫椴的生长释放树木生长受环境资源影响，同时也受周围树木的影响，周围树木数量越多、个体越大，其胸径生长就会越慢受重力等作用，土壤由坡上向坡下运动，使得坡下的土地更加湿润肥沃，可为植物生长提供第 期于舒洋，等：坡位及疏伐抚育对紫椴人工林胸径生长的影响更多资源在同一生长条件下，环境所能够提供的资源是一定的，疏伐抚育可有效减小树木之间的竞争压力相关研究表明，紫椴在土层深厚、土壤肥沃的条件下生长良好，这与本研究得出的坡下有较大的林分密度和更益于紫椴胸径生长的结论一致在阔叶红松天然林中，各林层紫椴在小尺度上表现出的负相关或者无明显关联性表明，紫椴的耐阴性相对较弱疏伐抚育大幅降低了林分密度，既改善了林内的光照环境，又相对提升了林地空间和养分资源的有效性，降低了树木之间的竞争，进而促进了紫椴的胸径生长研究表明，光照主要影响一些小径级树木的胸径生长