天童金钱松更替黑松林40 a的干扰与恢复过程

何学斌，袁庆伟，王良衍，邵泽涛

(天童国家森林公园，浙江 宁波 315114)

森林经营管理通常需要了解森林不同年龄时段的生长量和种群变化信息，然而，由于较高海拔山地森林受复杂多变气候和环境的影响，没有规律或清晰的随年龄时段的生长和种群变化格局。因此，确定沿海较高海拔人工林生长量和群落更替一直是个困难的问题。而永久固定样地观察分析可揭示森林结构的动态变化信息[1-2]。

宁波市沿海较高海拔山地分布着较大面积的黑松(Pinusthunbergii)、马尾松(P.massoniana)和黄山松(P.taiwanensis)林。然而，由于松林病虫害特别是松材线虫灾难性的干扰，宁波较高海拔山地的原始森林已所剩无几，森林景观格局发生了极大变化，目前植被类型主要为次生林、次生人工林和灌木。受损松林在采伐清理后，林地光照增加，土壤水分与养分相应变化，造成阳性先锋树种和灌竹、杂草大量入侵，影响林地原有优势种群的天然更新。传统经营方式通常在受害林分中进行先采伐后整地补植和实施封育，由于森林生长周期长，恢复缓慢。不能界定植物群落构建的物种功能，也难以诊断林木生长和结构，常错失时机，耽误时间，消耗资源。面对当前人工工资日益增长而造成营林成本提高的状况，如何提前进行退化森林的树种更替改造，降低营林成本，缩短培育期，成为森林经营者十分关注的问题。本研究以宁波市鄞州区天童太白山黑松林为例，通过长期的野外调查，以恢复森林在时空尺度上的人工林密度、径级结构和生长动态数据为基础，分析讨论了松林干扰和森林恢复的生态过程，探讨在浙东沿海较严酷的生境中黑松和金钱松能否适应特殊的立地成为林分建群种、长势如何，这些改造更替的树种种群数量消长变化和林分结构，更替树种能否培育较大径木，以期为浙东沿海较高海拔山地低质低效林改造和重建提供参考。

1 研究区概况

研究地位于宁波市鄞州区天童林场太白山西麓(29°48′N、121°47′E)，海拔520～600 m，气候为温暖潮湿的亚热带季风气候，年均气温16.2 ℃，最热月(7月)平均气温28.1 ℃；最冷月(1月)平均气温4.1 ℃；大于10 ℃的年积温5166.2 ℃，Kira的温暖指数为1386 mm，年相对湿度82%，年蒸发量1320.1 mm，年均降水量1386 mm。每年7—10月平均遭受2～3个热带风暴侵袭[4]。土壤为山地红壤，厚度70～90 cm，成土母质主要是中生代沉积岩积部分酸性火成岩和花岗岩等，pH值为5左右。天童林场于1965年在较高海拔的山顶采用黑松营造了大面积人工纯林，由于黑松林遭受病虫危害，生长缓慢，林相残破。

2 研究方法

2.1 改造方法

1978年选择生境大致相同的人工黑松纯林为研究对象，林龄15 a，林分郁闭度为0.6，由于受松毛虫和马尾松干蚧等森林虫害影响，松林自然枯死严重，林分蓄积生长滞缓。为了将原来的退化黑松林培育成健康的针叶混交林，1978年春季间伐清理风倒、病腐木、弯曲木和衰弱木；将伐除的枝叶残体以水平带宽1.2 m堆放、在间隔带宽2.2 m实施整地，垦穴规格为0.5 m×0.5 m×0.3 m，密度2700穴·hm-2，补植金钱松(Pseudolarixamabilis(Nelson) Rehd) 2年生裸根苗，补植后当年5、9月分别除草抚育各1次，连续抚育4 a。林分成为黑松、金钱松人工混交林。1995年黑松遭受松材线虫病危害大量枯死，使林分演变为金钱松林。

2.2 研究方法

1968年选择代表性地块上设立2个投影面积20 m×20 m的样地；1978年卫生伐后，对样地上所有树高2 m的植株进行编号标签，测定每株树的胸径、树高和生长状况(除扣倒伏木)。1984年在原有2个样地面积的基础上，分别将2个样地面积扩展为28.28 m×28.28 m，分别在每块样地的4角设置2 m×2 m灌木和草木样方，并设立1个20 m×20 m未补植的对照样地。1989年、2003年和2018年分别对样地进行复查，调查胸径≥1 cm乔木树种的生长和群落演替情况。

蓄积量测定采用浙江省林业勘察设计院的计算公式：V=G·(H+3)·f，式中：V为蓄积量；G为胸高断面积；H为平均树高；f为形数，松木和红楠(Machilusthunbergii)的形数分别为0.39和0.38计算。重要值计算公式：重要值(IV)=[相对多度(RA)+相对频度(RF)+相对显著度(RD)]/3。

选择优势木的标准为健康、生命力强、树干通直、圆满、胸径≥22 cm、顶端优势明显和无病虫害的优良个体。

3 结果与分析

3.1 松林主要树种数量特征的动态变化

松林乔木层中各种树种在4次调查中表现出不同的变化趋势(表1)。改造样地中胸径≥5 cm的成树总密度在4次调查中呈递减趋势，由1978年的6160株·hm-2减少到1989年的1562株·hm-2、2003年的1413株·hm-2、2018年的1237株·hm-2，说明样地总体密度下降。主要是黑松病虫害危害而消失，以及金钱松植株的分化、死亡导致。

松林的胸高断面积呈先降后增的趋势，主要是黑松大量死亡导致胸高断面积下降，之后随着金钱松存活个体的胸径生长，在第3次、4次调查中呈持续上升的趋势。这说明样地中总体胸高断面积的增加主要是金钱松存活个体的生长所致。松林的林分蓄积量也呈现先降后升的趋势，主要是黑松大量死亡之后，金钱松的蓄积量逐年增加。在后3次调查中，金钱松蓄积量不仅在林分中比重大，而且其蓄积生长量明显加速递增，而其它林木蓄积量所占比例极低。整个改造林分活立木蓄积量达187.5 m3·hm-2，然而，对照区样地黑松种群密度也呈递减趋势，由1978年的3910株·hm-2，下降到1989年的37株·hm-2、1995年的0株·hm-2。主要原因是黑松遭受松材线虫病等病虫危害，林地被大量的箬竹(Indocalamustessellatus)、化香(Platycaryastrobilacea)等占据，林分荒芜。说明合理的更新干扰能有效促进了林木的蓄积生长。

表1 1978—2018年人工松林样地主要树种种群数量特征的变化

3.2 种群结构特征的动态变化

种群的年龄结构可以深入了解其生长和更新动态。由表2可知，较高海拔山地从1965年营造黑松后至1978年、1989年种群密度逐步减少，至2003年调查时已全部消失，且生长有限；而改造更新的金钱松种群由1978年初植密度2700株·hm-2，随着林木生长密度也有所减少，但径生长迅速，40年生林分平均胸径已达20 cm，说明树种更替改造成效良好。其中金钱松种群的径级分布结构都是连续的单峰型，随着年龄生长其径级结构分布由集中至扩散的趋势(图1)。

表2 1978—2018年松林主要树种种群径级(≥5 cm)结构动态变化

3.3 种群优势木生长

由表3可知，改造40 a后，金钱松胸径≥22 cm的优势木已有438株·hm-2，平均胸径23.9 cm、树高10.5 m、蓄积量达103.5 m3·hm-2，占总株数1/3左右的优势木在林分中提供了1/2以上的蓄积量，说明优势木比平均木蓄积量显著增大。同时，优势木在群落学地位提升显著，不仅立木蓄积高，而且优势木树高比林分平均树高增高1.5～2 m，说明优势木良好的生长优势和富有竞争力的种群年龄结构已经形成。

图1 1978—2018年松林主要树种种群径级(≥5 cm)结构动态变化

总株数/(株·hm-2)平均胸径/cm树高/m蓄积量/(m3·hm-2)胸径≥22 cm的优势木总株数/(株·hm-2)平均胸径/cm树高/m蓄积量/(m3·hm-2)占总株数/%占总蓄积量/%122520.49.0187.543823.910.5103.535.855.2

4 讨论与建议

天童林场为尽快绿化较高海拔荒山，建场初期营造了大片黑松和马尾松纯林，在自然灾害和森林病虫害的严重影响下群落建群树种受害严重，林木结构和功能几乎崩溃。40年营林史表明，在浙东沿海较高海拔山地虽然营造后早期黑松人工林能够郁闭成林，但由于其抗逆性较差，不适宜作为沿海较高海拔抗风雪冰冻防护林的建群树种。

人工林树种更替改造的干扰引起有效资源的空间异质性，导致森林环境中的光、温、养分和水分等环境条件发生变化，使主要树种组成和演替进程受到不同程度的影响。改造区经过40 a的生长和恢复，金钱松早期建群、郁闭阶段生长缓慢，改造11 a幼林蓄积量仅36 m3·hm-2，改造26 a进入干材生长期，林分蓄积生长加速，蓄积达到109.3 m3·hm-2；40年生林分干材生长迅速上升到蓄积量187.5 m3·hm-2，说明金钱松林早期生长缓慢，后期蓄积生长加速。同时，40年生的金钱松林已形成了树高11～13 m，盖度30%的乔木主林层和高8～9 m，盖度65%的亚林层，其重要值达99%。说明金钱松不仅在较严酷的生境中生长良好，立木蓄积量较高，而且已形成有适宜较高海拔山地群落复层结构的健康森林。然而，对照样地调查结果显示，人工黑松纯林，在1980年后林分密度锐减，1995年黑松全部死亡消失，之后林地主要种类物种由箬竹、化香等阳性阔叶树种占据，随着时间的增加，对照区的林分成为一个高密度箬竹的灌丛，箬竹密度达16万株·hm-2，高达1.8m，林分结构简单，阳性贬值物种多，林木质量差，群落恢复缓慢。这说明及时进行退化人工林树种更替改造，不仅能改善林分的结构，而且能够有效促进林木生长和增加立木蓄积量。

森林恢复过程不仅在树种密度、结构分布上发生变化，而且林分优势木生长在林分中存在明显的作用和贡献。改造40 a后，林分中胸径≥22 cm的优势木达438株·hm-2，占总株数1/3的较大径木优势木，已提供了55.2%的蓄积量，说明森林经营物质收获的主体是由少数优势木来完成的。同时，在金钱松林中已有胸径28 cm的优秀个体出现，即其年平均胸径生长量达0.7 cm，可见现有林分的胸径生长还有较大的空间。另据调查发现，宁波鄞州区茅镬村山坡现存金钱松胸径96～133 cm，树高35 m的过熟龄松木5株，最小单株材积达8 m3[5]，说明金钱松生长和工艺成熟期长。目前传统林业经营采取简单的林木数量成熟、工艺尚未完全成熟指标作为森林收获的方法，存在诸多不足，忽视了金钱松干材蓄积生长“黄金”期的数量和质量，应采用优势木单木蓄积经营培育，适当延长采伐收获期，从而提高林木的价值和收获量。

从改造样地调查显示，在整个金钱松林恢复过程中进入乔木层的其它树种很少，只有密度和空间格局发生变化。然而，在灌木层中大量箬竹入侵和少量的红楠、化香更新。这表明天童山较高海拔金钱松更替黑松的人工林群落演替过程的物种更新与天然森林群落存在明显的差异[6]，建议对该林分实施成林抚育，清除箬竹和阳性贬值物种，促进灌木层阔叶树种自然更新，尽量采用多种树种，营建异龄复层混交和稳定的群落结构，从而增强群落的稳定性。