间伐对杉木人工林生长的短期影响1)

张鹏　　　　　　　　王新杰　韩金　卢妮妮

(北京林业大学实验林场，北京，100095)　　　(省部共建森林培育与保护教育部重点实验室(北京林业大学))



间伐对杉木人工林生长的短期影响1)

张鹏王新杰韩金卢妮妮

(北京林业大学实验林场，北京，100095)(省部共建森林培育与保护教育部重点实验室(北京林业大学))

为了研究杉木人工林在不同经营密度下的生长情况，以福建将乐国有林场杉木人工林为研究对象，设计间伐强度为50%、33%、25%、20%以及未间伐5个不同强度的间伐试验，分析在不同间伐强度下胸径生长、树高生长以及蓄积量的变化。结果表明：适度的间伐能够伐除小径阶的林木，直径分布曲线左偏型减弱。间伐强度为20%、25%、33%、50%的林分年平均胸径生长量分别是0.99、1.05、1.25、1.30 cm，比未间伐的生长量0.83 cm都高，且各个间伐强度下林木胸径生长由大到小依次为优势木、中庸木、劣势木；间伐强度为20%、25%、33%、50%强度间伐的林分树高生长量分别是0.94、0.91、0.89、1.01 m，未间伐的生长量为0.92 m，差异均不显著。林分蓄积结构的分析发现，间伐后1 a，林分的蓄积生长率随着间伐强度的增加而增加。

杉木人工林；间伐强度；林分生长

With the Chinese fir plantations on Jiangle State-owned Forest Farm in Fujian, we took four different thinning intensity by 50%, 33%, 25% and 20% management measures and no-thinning to study the growth of DBH, height and volume structure in different thinning intensities. The moderate thinning trees can cut small grade, and the diameter distribution curve of left type weakened. The growth of stand average diameter at breast height with the thinning intensities of 20%, 25%, 33% and 50% were 0.99, 1.05, 1.25, and 1.30 cm, respectively, greater than the growth of no thinning of 0.83 cm, and in the different thinning intensity, DBH growth descending order was the dominant outweigh, medium outweigh and inferior wood. The growth of stand average height after thinning intensity of 20%, 25%, 33% and 50% were 0.94, 0.91, 0.89, and 1.01 m, respectively, and the growth of no thinning was 0.92 m, no difference with each other. The stand density had no effect on the growth of tree height. By stand volume structure analysis, after 1-year thinning, the volume growth rate was increased with the increasing thinning intensity.

杉木(Cunninghamialanceolata)作为中国南方大量种植的用材树种，具有生长快、材质好、产量高、病虫害少并且用途广的特点[1]。林分密度控制作为营林活动中的一个重要经营措施，中幼龄林的抚育间伐，一方面能够为林木生长创造良好的环境条件，另一方面，通过影响森林的生物多样性以及森林功能，为实现林分的最大生态效益提供途径[2]。间伐对林木胸径的影响在学术界有着较一致的结论，即在一定程度上间伐强度越大，平均胸径也越大[3-5]；但间伐对树高是否有促进作用却没有一致的结论，马履一等[6]对北京山区油松林的研究表明，间伐后林分的平均树高明显高于未间伐，而董希斌[7]通过对落叶松的调查则认为，间伐因素对落叶松的树高生长影响不显著，童方平等[8]、徐有明等[9]分别通过对火炬松、湿地松的生长进行研究后指出，间伐对林木的胸径和材积有极显著影响，能显著地促进林木胸径和单株材积的生长，有利于大径木材的培育。肖书平等[10]以13年生杉木人工林为研究对象，进行间伐试验，结果表明抚育间伐能明显促进林分的生长。本研究以福建将乐林场杉木人工林为研究对象，通过对不同间伐强度下林分生长变化的分析，为林场杉木多目标经营(大、中、小径材)提供理论基础。

1　研究区概况

将乐县(117°05′～117°40′E，26°26′～27°04′N)位于福建省西北部，地处武夷山脉东南部，境内地势复杂，以中、低山为主。属亚热带季风气候，具有海洋性和大陆性气候特点，年平均气温为18.7 ℃，年平均降水量1 669 mm，年平均蒸发量1 204 mm，无霜日287 d，境内气温较高，夏季时间长，冬天较温暖，霜冻较少，生长期长。土层深厚，土壤肥沃，以红壤为主，并分布有黄红壤，且水湿条件比较好，适宜培育杉木、马尾松等林木。本实验区位于将乐国有林场元档工区，66林班02大班010小班，面积约为3 hm2，坡度平均30°，立地质量地位级1级肥沃级，平均林龄为8 a，郁闭度>0.9。

2　数据与方法

2.1资料收集与整理

本试验的研究对象为2007年种植的杉木幼龄林，以极强度间伐(株数强度)50%、强度间伐33%、中度间伐25%、轻度间伐20%，以及未进行间伐作为对照，间伐木的选择采用机械方法，即极强度间伐每隔1棵树间伐1棵，强度间伐为每隔2棵树伐1棵，中度间伐为每隔3棵树伐1棵，轻度间伐为每隔4棵树伐1棵，并于2013年7月对林分间伐，2014年7月进行间伐后1 a的调查。每个间伐强度分别上、中、下坡位设置3个对照，共15块标准地，样地信息见表1。

表1　样地基本信息

2.2研究方法

相对直径：根据每一个林分每木调查的结果，起测径为5 cm，采用1 cm径阶距，样地直径分布进行整化分析，列出各径阶的林木株数，利用林分平均直径(Dg)及各径阶上限值和下限值计算出相应的相对直径值(Ri)。

Ri=di/Dg。

式中:Ri为第i株树木的相对直径值；di为第i株树木的实际直径值；Dg为林分平均直径。

并且通过绘制株数累积百分数曲线，绘制方法以相对直径(Ri)为横坐标、株数累积百分数为纵坐标绘制散点图，根据散点图趋势，绘制出一条均匀圆滑的曲线，即株数累积百分数曲线[11]。通过该曲线，可求出小于某一直径的林木占林分总株数的百分数，也可以根据株数累计百分数值，算出所对应的林木直径。

相对树高也采用同样的算法，以1 m划分树高级，计算间伐前后以及间伐后1 a的树高结构变化。

直径偏峰度：采用1 cm径阶距，对样地直径分布进行整化分析，计算各样地直径分布的变动系数、偏度及峰度，说明林分直径分布的特征。其中变动系数(C)反映分布范围的大小，值越大表明林木直径越离散；偏度KS表征非对称的偏斜方向和程度，KS>0表示正偏或右偏；KS<0表示负偏或左偏。峰度K表示分布曲线的尖峭程度，其中K>0表示尖峭。其计算公式为：

蓄积结构：根据夏忠胜等[13]所拟合的杉木单木材积公式分别对间伐前后，以及不同间伐强度下的蓄积结构进行比较分析，并分别大径级和小径级比较其蓄积结构的变化。

V=0.000 070 619 8×D1.742 77×H1.093 99。

式中:V为林分蓄积量，D为林木胸径，H为林木树高。

3　结果与分析

3.1间伐对林分结构的影响

3.1.1不同间伐强度下相对直径结构的变化

相对直径法表示林分直径结构规律能使不同平均直径、不同株数量的林分在同一尺度上进行比较，并能够在一定程度上反映各个单株在林分中的相对竞争力的大小。

通过计算分析，在间伐前，林分内最大林木的相对直径Rmax=1.49～1.56,最小林木的相对直径Rmin=0.35～0.36，经过间伐之后，最大林木的相对直径Rmax=1.45～1.53,最小林木的相对直径Rmin=0.34～0.36，经过1年的生长之后，最大林木的相对直径Rmax=1.41～1.55,最小林木的相对直径Rmin=0.31～0.34，对比间伐前以及间伐后1年的最大、最小相对直径，发现间伐后1 a的最大、最小相对直径都小于间伐前，这说明间伐能促进林分整体的生长，由于相对直径是实际直径值与平均直径的比值，其值减小说明分母(平均胸径)增加速率大于分子(单株实际胸径)增加速率，有利于林分整体的生长。

通过绘制在株数累积百分数曲线中，相对直径Ri=1处的值为小于林分平均直径的林木占林分总株数的百分数，通过绘制株数累积百分数曲线，在间伐前后以及间伐后1 a，林分平均直径R=1株数累计分布曲线上的位置在51%～62%。

3.1.2间伐对直径偏度、峰度的影响

直径变动系数是反映林分直径分布的离散程度的一种指标。从表2可以看出，在间伐前，各个间伐带直径分布的变动系数在21%～23%的小范围波动，经过间伐之后，各间伐带直径分布的变动系数在16%～23%之间波动，在不同的间伐强度下基本表现出相同的变化趋势，间伐后各带直径分布的变动系数都出现下降，不同的间伐强度下下降的程度有所差异，表现为50%间伐强度>33%间伐强度>20%间伐强度>25%间伐强度>未间伐，间伐后经过1 a的生长，各个间伐带直径分布的变动系数在19%～22%之间，分布范围明显缩小。而MinowaMitsuhiro(1984)研究日本柳杉同龄林直径分布时发现，随着林分的发育，林分直径变动系数趋于一个稳定值，该值与林分的株数密度无关，本研究结果与上述结论相一致[3]。

表2　杉木人工林间伐前后各间伐带的偏峰度值

偏度是指反映频数分布偏态方向和程度的测度。从表2可以看出，各间伐带在间伐前和间伐后偏度值均<0，呈左偏，表明幼龄林林分中小径级的林木占多数。经过间伐之后，各带直径分布的偏度系数总体出现下降(除33%强度)，适度的间伐能够伐除小径阶的林木，直径分布曲线左偏型减弱。间伐后经过1 a的生长，不同的间伐强度下，各间伐带的偏度系数值变化有所差异，未间伐的林带和间伐强度较小的(20%和25%)间伐带，其偏度系数值减小，而33%间伐强度和50%间伐强度的间伐带直径分布偏度值增大。偏度是反映频数分布偏态方向和程度的无纲量，且其绝对值越大，则偏斜程度越大。总体来看，未间伐的林分其偏度值绝对值最大，随着间伐强度的增加，偏度值的绝对值在减小，这主要是由于未间伐的情况下，林木间竞争激烈，林分生长受阻，因此林分中小径阶的林木株数较多，林分表现出较强的左偏，通过间伐，调整了林分结构，改善了林分生长环境，林分生长加快，且有一部分小径阶的林木被伐除，所以林分偏度绝对值会随着间伐强度的加大而减小。

采用滤纸片法测定了目标化合物的抑菌活性。将待测药剂配制成浓度为10 mg／mL的丙酮溶液，用微量注射器取上述丙酮溶液 2.0 μL于直径为4.0 mm 的滤纸片上（20 μg／disc）。 硫酸链霉素用经过灭菌的去离子水配制，滤纸片载药量同样为20 μg／disc。待溶剂挥干后，将滤纸片置于带菌牛肉膏培养基平板上，4℃冰箱放置30 min后，将平板于37℃恒温箱中培养5～8 h，用十字交叉法测量菌落生长直径，每处理重复3次，计算抑菌圈平均直径。

峰度是一个表征分布曲线尖峭程度的指标。从表2可以看出，总体上，经过间伐之后，峰度随时间的增长呈增长趋势。间伐前，各间伐带峰度值有的是正值，有的是负值，说明林分胸径分布曲线的尖峭程度不统一。通过间伐措施，除了20%间伐强度外，其它的林分直径分布曲线峰度值都是正值，间伐生长1 a之后，各间伐带的林分直径分布峰度值都明显增加，且都大于0，这与姚能昌等[14]的结论：峰度值发生大量自然稀疏以后有增大趋势相一致。即间伐后1 a直径分布曲线更陡峭，林分直径在某一径阶范围内株数量分布更集中。

3.1.3不同间伐强度下相对树高结构

通过计算间伐前后以及间伐后1 a的相对树高和株数累积百分数，可以看出，在间伐前，林分内最大林木的相对树高Rmax=1.42～1.48,最小林木的相对树高Rmin=0.45～0.56，经过间伐之后，最大林木的相对树高Rmax=1.40～1.46,最小林木的相对树高Rmin=0.45～0.55，经过1 a的生长之后，最大林木的相对树高Rmax=1.32～1.41，最小林木的相对树高Rmin=0.49～0.51，与直径相比,树高变动幅度较小。通过绘制株数累积百分数曲线，在间伐前后以及间伐后1 a，林分平均树高Ri=1的株数累计分布曲线上的位置在40%～55%，接近于50%。

3.2间伐对胸径生长的影响

3.2.1间伐对平均胸径生长的影响

通过计算间伐后以及间伐后1 a的平均胸径，以及计算各个间伐强度下的胸径生长量，如表3所示，从表中可以看出，随着间伐强度的不断增大，林分平均胸径的生长量在不断的增加，未间伐的林分平均胸径生长量为0.83 cm，间伐强度为20%的林分平均胸径生长量为0.99 cm，间伐强度为25%的林分平均胸径生长量为1.05 cm，间伐强度为33%的林分平均胸径的生长量为1.25 cm，间伐强度为50%的林分平均胸径生长量为1.30 cm，经过比较分析可以看出，间伐处理后，间伐强度20%、25%、33%、50%的林分平均胸径生长量比未间伐情况下的林分胸径生长量分别大19.27%、26.51%、50.60%和56.63%。

表3　杉木人工林不同间伐强度下的胸径生长量

以常用的普雷斯勒公式计算树木胸径生长率，从表3可以看出，未间伐的、间伐强度20%、25%、33%、50%的各带林分年生长率分别为6.49%、7.45%、7.68%、9.00%和9.64%，间伐后的胸径生长量和生长率都大于未间伐的，并且间伐强度越大，林分生长率也越大，随着间伐强度的增加，胸径生长率由7.45%增加到9.64%，影响林分胸径生长率不同的原因，主要原因是在初植后未进行经营的条件下，未间伐林分是在生长空间基本饱和的情况下进行的，而间伐后的林分密度减小，保留林木的生长空间都有一定程度的增加，光照和水分的竞争都会减小，有利于林分的生长，通常这时会出现一段时间的急剧生长，因此，经过间伐之后，林分胸径生长率会增大，且间伐强度越大生长率增加的越大。

不同的间伐强度对胸径的生长有很大的作用，其净生长量随间伐强度的增加而增加的趋势十分明显，其主要原因是林分经抚育间伐后，林分密度降低，林分中林木有了更大的生长空间，而且林冠疏开，光照、空气、温度等影响林分生长的因子都有利于林分生长，为林木创造了更好的生长空间，因此林木直径的生长量有了显著的提高。

3.2.2间伐对各等级林木的胸径生长的影响

将间伐后以及间伐后1 a的胸径数据进行整理，分别对间伐当年5种不同间伐强度下的胸径大小进行排序，将胸径最大的5株林木作为该密度下的优势木，胸径最小的5株林木作为劣势木，以处于胸径分布中值相邻的5株作为平庸木，根据林木编号得到间伐后1 a的调查数据，分别优势木、中庸木和劣势木计算胸径生长，计算结果见表4。

表4杉木人工林不同间伐强度下各等级林木的胸径生长情况

林木等级林木胸径生长量/cm未间伐间伐强度20%间伐强度25%间伐强度33%间伐强度50%优势木1.10a1.15a1.30ab1.72ab2.00b中庸木1.01a1.05a1.11a1.22a1.54a劣势木0.30a0.55ab0.50abc0.70bc0.90c

注：同列不同字母表示在0.05水平上差异显著。

从表4分析可以得出，在5种不同间伐强度下的林分中，林木胸径生长有大到小为优势木、中庸木、劣势木，优势木处于林分中有利的竞争地位，能够充分的利用生长所需要的各种营养，而劣势木处于激烈的竞争环境中，由于生长所需要的各种营养得不到充分的供给，因此生长处于不利地位。

通过分析不同间伐强度下的各等级林木的生长，除了中庸木外，优势木和劣势木在不同的密度条件下，生长有差异。优势木在未间伐和20%的间伐强度下，胸径生长1.10和1.15 cm，在50%的间伐强度下，生长达到了2 cm，间伐强度大和小表现出显著的差异。劣势木在未间伐和20%的间伐强度下，胸径生长仅为0.30和0.55 cm，而在50%的间伐强度下为0.9 cm，有明显的差异。中庸木在未间伐的情况下胸径生长1.01 cm，在50%的间伐强度下为1.54 cm，在5种不同的间伐强度下，胸径生长差异不显著。

3.3间伐对树高生长的影响

经过计算统计，间伐前后以及间伐后1 a的平均树高见表5，平均树高生长量来看，林分平均树高的生长量与间伐强度的关系不显著，未间伐的林分平均树高的生长量为0.92 m，间伐强度为20%的林分平均树高的生长量为0.94 m，间伐强度为25%的林分平均树高的生长量为0.91 m，间伐强度为33%的林分平均树高的生长量为0.89 m，间伐强度为50%的林分平均树高的生长量为1.01 m，由此可见，密度对树高的生长没有影响。

表5　杉木人工林不同间伐强度下树高的生长

以普雷斯勒公式计算树木树高生长率，从表5可以看出，未间伐的、间伐强度20%、25%、33%、50%的各带林分树高年生长率分别为8.85%、8.92%、8.44%、8.58%和9.65%，通过方差分析，不同间伐强度下树高生长差异不显著，即不同密度对树高生长没有影响。

3.4间伐对林分蓄积的生长影响

蓄积是判定森林生产力的主要指标，单位面积的蓄积量标志着林地的生产力，在森林资源中，木材资源仍作为最大的经济利用价值。因此，蓄积为森林经营和釆伐利用提供了重要的依据。

表6　杉木人工林不同间伐强度下的总蓄积量

通过对不同间伐强度下杉木林分蓄积的统计结果(表6)表明，在间伐前，林分蓄积主要在180～240 m3/hm2，经过间伐之后，蓄积发生了较大的变化，50%间伐强度的蓄积为129.61 m3/hm2，间伐后经过1 a的生长，不同强度的间伐条件下蓄积生长量不同，生长量在38～50 m3/hm2，运用普雷斯勒式计算蓄积生长率，从表6可以看出，随着间伐强度的增加，蓄积生长率呈现增加的趋势，50%间伐强度的蓄积生长率达到了29.67%。

通过计算林分中平均胸径，将林分中胸径小于平均胸径的林木划分为小径级林木，大于平均胸径的林木为大径级林木。表7分析了小径级林木蓄积结构，小径级的林木蓄积占到总蓄积的25%～30%，经过间伐之后，不同间伐强度下生长量在8.66～11.09 m3/hm2，生长率在14.10%～28.48%。

从表8中可以看出不同间伐强度下，林分中大径级林木蓄积变化。在间伐前，大径级的林木蓄积占到总蓄积的70%～75%，间伐之后林分蓄积分布在90.68～136.67 m3/hm2，间伐后1 a的蓄积在118.04～186.12 m3/hm2，生长量在27.36～38.98 m3/hm2，生长率在25.22%～30.18%，与小径级的生长率相比，各个间伐强度下，都是大径级的林木蓄积生长率大于小径级林木的生长率，不同强度的间伐较有利于大径级林木的蓄积变化。

表7　杉木人工林不同间伐强度下的小径级林木蓄积量

表8　杉木人工林不同间伐强度下的大径级林木蓄积量

4　结论与讨论

对比间伐前以及间伐后1 a的最大、最小相对直径，发现间伐后1 a的最大、最小相对直径都小于间伐前，绘制株数量累积百分数曲线，在间伐前后以及间伐后1 a，林分平均直径R=1株数累计分布曲线上的位置在51%～62%。经过间伐抚育后，间伐强度20%、25%、33%、50%的林分平均胸径生长量分别是0.99、1.05、1.25、1.30 cm，比不间伐的林分胸径生长量0.83 cm大，且间伐强度大的林分生长率大于间伐强度小的林分。

将林木等级分为优势木、中庸木和劣势木，对比分析不同间伐强度下各等级林木的生长量，在5种不同间伐强度下，林木胸径生长由大到小为优势木、中庸木、劣势木，且在优势木和劣势木两个等级下，间伐强度大的林分生长与间伐强度小的林分有显著差异，中庸木差异不显著。

各间伐带在间伐前和间伐后偏度值均<0，呈左偏，经过间伐之后，各带直径分布的偏度系数总体出现下降(除33%强度)，适度的间伐能够伐除小径阶的林木，直径分布曲线左偏型减弱。间伐后经过1a的生长，不同的间伐强度下，各间伐带的偏度系数值变化有所差异，林分偏度绝对值会随着间伐强度的加大而减小。间伐前，各间伐强度下峰度值有正有负，林分尖峭平坦程度不一。通过间伐措施，除了间伐强度20%外，其它的林分直径分布曲线峰度值都是正值，间伐生长1a之后，各间伐带的林分直径分布峰度值都明显增加，且都大于0，即间伐后1a直径分布曲线更陡峭，林分直径在某一径阶范围内株数量分布更集中。

经过间伐抚育后，间伐强度20%、25%、33%、50%的林分树高生长量分别是0.94、0.91、0.89、1.01 m，生长率分别为8.92%、8.44%、8.58%和9.65%，与未间伐的林分树高生长量0.92 m，生长率8.85%相比，差异性不大，林分密度对树高生长没有影响。

对林分蓄积结构进行分析，发现间伐后以及间伐后1 a，林分的蓄积量均小于未间伐的林分，运用普雷斯勒式计算蓄积生长率，可得随着间伐强度的增加，蓄积生长率呈现增加的趋势。由于时间及工作量的原因，本研究仅是对间伐后1 a的林分生长变化做了分析，由于树木生长周期的原因，仅用1 a的数据说明间伐对于林分生长的影响是远远不够的，还需要持续的调查和分析。

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Short-term Effect of Thinning on the Growth of Chinese Fir Plantation//

Zhang Peng

(Experimental Forest Farm of Beijing Forestry University, Beijing 100095, P. R. China); Wang Xinjie, Han Jin, Lu Nini(The Key Laboratory for Silviculture and Conservation of Ministry of Education, Beijing Forestry University)//Journal of Northeast Forestry University，2016,44(2)：6-10,14.

Chinese fir plantation; Thinning intensity; The growth of stand

张鹏，男，1991年2月生，北京林业大学实验林场，研究实习员。E-mail：pengzh0211@163.com。

王新杰，省部共建森林培育与保护教育部重点实验室(北京林业大学)，副教授。E-mail:xinjiew@bjfu.edu.cn。

2015年9月10日。

S753.5

1)“十二五”农村领域国家科技计划(2012BAD22B0502)；中央高校基本科研业务费专项资金资助(BLJD200907、JD2010-2)。

责任编辑：潘华。