岛东林场多功能森林作业法研究及应用.pdf

现代农业科技2023 年第 20 期林业科学岛东林场多功能森林作业法研究及应用雷湘龄1，2，3薛杨1，2，3*王耀山4王小燕1，2，3林之盼1，2，3宿少锋1，2，3（1海南省林业科学研究院，海南海口 570100；2海南文昌森林生态系统国家定位观测研究站，海南文昌 571300；3文昌森林生态系统海南省野外科学观测研究站，海南文昌 571300；4海南省农业学校，海南海口 571100）摘要本研究在文昌市岛东林场选择以木麻黄为优势树种的 3 块混交林（45 小班、47 小班和 62 小班）进行补植，营造 4 种不同近自然度的森林，并以木麻黄纯林为对照，比较林分生长情况。结果表明：与木麻黄纯林相比，3 块混交林的林下自然生长多种草本植被，生物多样性较纯林丰富；3 块混交林样地中，大叶相思具有较强的生长优势，其树高、胸径及生长量均高于木麻黄和其他混交树种；木麻黄则在生长过程中存在较大的林木个体差异，其树高及胸径分布具有较大的差异性；由于 45 小班林冠密度较小，林内光线充足，补植的苗木生长能力最强。关键词近自然度；同龄林；相对同龄林；异龄林；多功能森林；岛东林场；海南文昌中图分类号S718.55；S751文献标识码A文章编号 1007-5739（2023）20-0084-06DOI：10.3969/j.issn.1007-5739.2023.20.023开放科学（资源服务）标识码（OSID）：Research and Application of Multifunctional Forest Operation Methodin Daodong Forest FarmLEI Xiangling1,2,3XUE Yang1,2,3*WANG Yaoshan4WANG Xiaoyan1,2,3LIN Zhipan1,2,3SU Shaofeng1,2,3(1Hainan Academy of Forestry,Haikou Hainan 570100;2National Positioning Observation and Research Station for Forest Ecosystems in Wenchang of Hainan,Wenchang Hainan 571300;3Wenchang Forest Ecosystem Hainan Provincial Field Science Observation and Research Station,Wenchang Hainan 571300;4Hainan Agriculture School,Haikou Hainan 571100)AbstractIn this study,three mixed forests(Subcompartment 45,47,62)with Casuarina equisetifolia as thedominant tree species in Daodong Forest Farm,Wenchang City were selected for replanting,creating four forests withdifferent degrees of naturalness.The pure forest of Casuarina equisetifolia was used as the control to compare the growthof the stands.The results showed that compared with the pure forest of Casuarina equisetifolia,there were a variety ofherbaceous vegetation growing naturally under the forest of three mixed forests,and the biodiversity was richer than thatof the pure forest.Among the three mixed forest sample plots,Acacia auriculiformis had a strong growth advantage,andits tree height,DBH and growth were higher than those of Casuarina equisetifolia and other mixed species.Casuarinaequisetifolia had great individual differences in the growth process,and its tree height and DBH distribution had greatdifferences.Because the canopy density of Subcompartment 45 was relatively small and the light in the forest wassufficient,the growth ability of replanted seedlings was the strongest.Keywordsdegree of naturalness;same age forest;relative same-age forest;uneven-aged forest;multifunctionalforest;Daodong Forest Farm;Wenchang Hainan基金项目 海南省属科研院所技术创新专项“热带滨海地区多功能森林作业法研究及应用”（KYYS-2021-24）。第一作者 雷湘龄（1995），女，硕士，工程师。研究方向：林业。E-mail：*通信作者 E-maill：收稿日期 2023-02-1584多功能森林经营是以森林生态系统为对象，在同一时空内开展近自然森林经营，在林分水平上同时满足供给、支持、调节、文化 4 类中 2 个或 2 个以上森林功能的经营模式1。其经营优势是改善森林植被的组成群落，优化林分结构，促进植被群落由量变到质变2，提升森林生态系统的生物多样性、稳定性和平衡性，从而达到保护并充分利用林下天然更新的植被群落3，促进土壤发育（便于近自然森林经营的实施），提升生物多样性，使植被类型向稳定高效的近自然森林生态系统方向演替发展的目标3。我国人工林主要分布在人口密集、经济较为发达地区，存在着生态环境脆弱的问题。因此，充分开发森林的多种生态服务功能是林业发展的迫切需求4-5。2016 年国家林业局发布规划，强调树立多功能森林经营理念，以多功能森林经营理论为指导发展林业，深化建立健全适应多功能森林经营发展的技术标准体系6。近年来，我国重视森林培育，积极推进森林可持续经营。刘宪钊等7在海南省白沙县对加勒比松人工林进行近自然化改造发展类型设计，主层林分是加勒比松与乡土阔叶树种群状混交，黄铁牛、枫香等以群状择伐林结构分布在无蔽荫林隙中，白木香、花梨等珍贵树种以“品”字形在林内补植，目的是将单一树种营林转化为多树种混交、同龄结构转化为异龄结构、单层垂直结构转化为多层林分状态。姜 俊等8在广西凭祥市用空间代替时间以 1060 年林龄阶段的马尾松人工林为研究对象，发现不同林龄阶段的马尾松林分结构和林分组成差异明显，径级分布变化显著；随着林龄的增加，丰富度指数和多样性指数表现为先升高后降低的趋势。刘宪钊等9在混交林内开展不同光环境下的更新造林，在郁闭程度不同的木麻黄林下套种具有不同光生态特性的乡土树种，结果发现，相较于全光下造林，林冠下补植苗木的成活率和保存率更高，且中等郁闭度林冠下的更新造林成效最好。文昌市植被类型为热带季风雨林，因地近海边，海岸线长，海洋潮湿的气流不时侵入，沿海具有热带海岸植被景观特色。岛东林场昌洒作业区位于文昌市龙楼镇，林场海防林种植以木麻黄为主，占比约为79%，木麻黄林内枯枝落叶层不易腐败，林下生物多样性低，在森林经营上主要采用皆伐作业法。本研究以岛东林场 3 个小班的木麻黄混交林为研究对象，采用择伐作业法，开展不同树种、不同造林方式的研究，以期为沿海防护林的更新改造提供参考。1研究区概况与方法1.1研究区概况岛东林场位于海南省文昌市东北部，地处东经110.95、北纬 19.73；地势平缓，距离海岸线约 3 km，海拔高度 20 m；属热带北缘沿海地带，具有热带和亚热带气候特点；光、水、湿、热条件优越，全年无霜冻，四季分明；年平均温度为 23.9，年平均日照时数为1 953.8 h；雨量丰富，年均降雨量 1 721.6 mm，但时空分布不均，干、湿季明显，春旱突出；土壤为沙积沙壤土，有机质少，pH 值 5.56.5。本次研究选取岛东林场昌洒作业区 1 林班 45 小班、47 小班和 62 小班作为开展多功能森林经营的试验区。该 3 个小班是 2015 年 10 月营造的以木麻黄为优势树种的混交林，对其进行补植造林，面积共计1.2 hm2。其中，45 小班 0.34 hm2，47 小班 0.40 hm2，62小班 0.46 hm2。1.2研究方法1.2.1建立样地本次研究以多功能森林经营理论为指导，在岛东林场昌洒作业区 1 林班 45、47、62 小班建立样地，面积共计 1.2 hm2，小班概况见表 1。2021 年 9 月下旬完成了 3 块样地内地表植被割灌、枯枝修剪与枯死植株的清理，择伐木麻黄 113 株与其他残木 58 株。其中，45 小班择伐木麻黄 37 株，清理残木 18 株；47 小班择伐木麻黄 38 株，清理残木 20 株；62 小班择伐木麻黄38 株，清理残木 20 株。1.2.2树种选择根据多功能森林经营的速生高产、维护地力、混交性、保护性、长期性原则，选择乡土树种和乡土珍稀树种进行补植补造。45 小班主要选择苗木为檀香、坡表 1试验区小班概况小班号昌洒作业区 45昌洒作业区 47昌洒作业区 62位置经纬度1105731E；194402N1105733E；194349N1105733E；194351N坐标x：0495672，y：21829263x：0495730，y：2182520 x：0495733，y：2182573立地条件土壤类型滨海沙壤土，属细沙滨海沙壤土，属细沙滨海沙壤土，属细沙土壤 pH 值5.05.05.0面积/hm20.340.400.46雷湘龄等：岛东林场多功能森林作业法研究及应用85现代农业科技2023 年第 20 期林业科学垒、海南红豆、青梅、木姜潺槁、三角枫、子京、伊朗芷硬胶、油楠，47 小班主要选择苗木为琼崖海棠、大沉香，62 小班主要选择苗木为大沉香、小沉香、伊朗芷硬胶、琼崖海棠。1.2.3造林清理整地后，林下见缝插针挖穴，规格为 40 cm40 cm40 cm。结合造林试验区土壤肥力状况适当施基肥，以保证土壤肥力持续、长期供给。植苗前，每穴施 0.2 kg 土杂肥作为底肥，覆少量表土后拌匀，进行施肥回土，然后将上层表土先回填至穴的 1/2 左右，待雨后备植。造林做到苗正、根舒、踩紧、适当深栽，栽植深度以超过苗木地径原土痕 510 cm 为宜，并浇足定根水。本次研究选择 3 个小班设置 4 种不同乡土树种与木麻黄混交模式，形成 4 种不同近自然度森林，选择一块立地条件相同的木麻黄纯林作为对照，以 4 种不同近自然度森林为研究对象，调查苗木生长情况。4 种不同近自然度森林混交模式为：在样地 45 小班设置 A 地块和 B 地块，A 地块用檀香、坡垒、海南红豆、青梅及木姜潺槁对六年生的木麻黄、大叶相思混交林进行补植补造（第 1 种混交模式），B 地块用三角枫、子京、伊朗芷硬胶及油楠对六年生的木麻黄、大叶相思混交林进行补植补造（第 2 种混交模式）；47 小班，用大沉香、琼崖海棠对六年生的加勒比松、大叶相思、木麻黄和尾叶桉混交林进行补植补造（第 3 种混交模式）；62 小班，用大沉香、小沉香、伊朗芷硬胶、琼崖海棠对五年生的加勒比松、尾叶桉、大叶相思及六年生的木麻黄混交林进行补植补造（第 4 种混交模式）。2结果与分析2.1生长差异分析45 小班 A 地块用檀香、坡垒、海南红豆、青梅及木姜潺槁对六年生的木麻黄、大叶相思混交林进行补植补造。由表 2 可知，在补植补造树种中，径生长量由高到低为木姜潺槁檀香青梅坡垒海南红豆，其中木姜潺槁的径生长量为 1.31 cm/a，海南红豆的径生长量为 0.30 cm/a；高生长量由大到小为木姜潺槁檀香海南红豆青梅坡垒，其中木姜潺槁的高生长量为 1.58 m/a，坡垒的高生长量为 0.11 m/a；大叶相思的径生长量、高生长量均大于木麻黄。45 小班 B 地块用三角枫、子京、伊朗芷硬胶及油楠对六年生的木麻黄、大叶相思混交林进行补植补造。在补植树种中，径生长量由高到低为伊朗芷硬胶油楠子京三角枫，其中伊朗芷硬胶的径生长量为1.27 cm/a，三角枫的径生长量为 0.46 cm/a；高生长量由大到小为伊朗芷硬胶三角枫子京油楠，伊朗芷硬胶高生长量为 1.42 m/a，油楠的高生长量为 0.19 m/a；大叶相思和木麻黄的径生长量分别为 2.02 cm/a 和1.45 cm/a，高生长量分别为 1.71 m/a 和 1.52 m/a。47 小班用大沉香、琼崖海棠对六年生的加勒比松、大叶相思、木麻黄和尾叶桉混交林进行补植补造，其中：补植树种大沉香的径生长量为 0.43 cm/a，高生长量为 0.31 m/a；琼崖海棠的径生长量为 0.34 cm/a，高生长量为 0.47 m/a。六年生树种的径生长量由高到低为加勒比松木麻黄大叶相思尾叶桉，高生长量为木麻黄尾叶桉加勒比松大叶相思。62 小班用大沉香、小沉香、伊朗芷硬胶、琼崖海棠对五年生的加勒比松、尾叶桉、大叶相思及六年生的木麻黄混交林进行补植补造，在补植树种中，径生长量由大到小为大沉香琼崖海棠小沉香伊朗芷硬表 2纯林与混交林生长量对比分析样地纯林45 小班 A45 小班 B47 小班62 小班树种木麻黄檀香坡垒海南红豆木麻黄大叶相思青梅木姜潺槁三角枫子京伊朗芷硬胶油楠木麻黄大叶相思大沉香加勒比松琼崖海棠大叶相思木麻黄尾叶桉小沉香伊朗芷硬胶加勒比松琼崖海棠大叶相思木麻黄尾叶桉大沉香胸径/cm8.941.831.241.809.1817.541.312.201.201.161.931.819.2217.637.4312.413.6022.5011.0714.741.551.8011.503.3021.2010.8613.986.33径生长量/（cma-1）1.261.190.310.301.522.340.421.310.460.521.270.531.452.020.432.110.341.001.650.760.200.152.030.231.401.490.830.52树高/m9.531.551.001.2010.0712.070.922.481.420.751.920.739.9812.122.917.592.779.5011.5013.151.652.27.682.458.311.2612.462.83高生长量/（ma-1）1.360.950.110.231.481.870.201.580.230.221.420.191.521.710.310.790.470.301.551.350.150.200.630.310.321.531.430.4286胶，其中大沉香的径生长量为 0.52 cm/a，伊朗芷硬胶的径生长量为 0.15 cm/a；高生长量由高到低为大沉香琼崖海棠伊朗芷硬胶小沉香，其中大沉香的高生长量为 0.42 m/a，小沉香的高生长量为 0.15 m/a。五年生和六年生树种的径生长量从高到低为加勒比松木麻黄大叶相思尾叶桉，高生长量为木麻黄尾叶桉加勒比松大叶相思。从补植树种的径生长量、高生长量来看，45 小班的生长量最大，说明 45 小班补植树种的长势较快，生长能力较强；而 47 小班和 62 小班的生长量相对较小，说明这 2 个小班补植树种的长势较为缓慢。据分析，45 小班是在六年生的木麻黄和大叶相思混交林中进行补植，林冠密度较小，林内光线充足，林下生长的草本植物较多，补植苗木拥有充足的光能和养分；而47 小班是六年生的加勒比松、大叶相思、木麻黄和尾叶桉混交林，62 小班是五年生的加勒比松、尾叶桉、大叶相思及六年生的木麻黄混交林，林冠密度较大，林下植被较少。因此，45 小班补植的苗木生长量大于 47、62 小班。分析纯林与混交林木麻黄的生长差异，混交林木麻黄平均胸径为 10.08 cm，大于纯林的 8.94 cm，混交林与纯林胸径方差分析 t 检验的 P 值0.05，差异不显著。4 种混交林与纯林中木麻黄的径生长量由大到小为 47 小班45 小班 A 地块62 小班45 小班 B 地块纯林，4 种混交林中木麻黄的径生长量不尽相同，但均大于木麻黄纯林。混交林的木麻黄平均径生长量为1.53 cm/a，纯林的径生长量为 1.26 cm/a，混交林与纯林径生长量方差分析 t 检验的 P 值0.05，差异不显著。混交林中木麻黄的平均树高为 10.70 m，大于纯林的 9.53 m，经方差分析，混交林与纯林平均树高差异不显著；高生长量从高到低为 47 小班62 小班45 小班 B 地块45 小班 A 地块纯林，混交林的木麻黄平均高生长量为 1.52 m/a，纯林的高生长量为 1.36 m/a，方差分析 t 检验的 P 值=0.0170.05，大叶相思的胸径和树高呈正态分布。47 小班为六年生的加勒比松、大叶相思、木麻黄和尾叶桉同龄混交林，择伐后补植乡土树种，正态性检验分析表明（图 2）：木麻黄树高和胸径存在显著的林木个体差异，胸径呈正态分布；大叶相思树高和胸径呈正态分布；加勒比松树高具有显著的林木个体差异，胸径呈正态分布；尾叶桉树高具有显著的个体差异，胸径呈正态分布。62 小班是五年生的加勒比松、尾叶桉、大叶相思及六年生的木麻黄相对同龄林混交林，择伐后补植乡土树种，正态性检验分析表明（图 3）：木麻黄胸径和树高分布具有显著的林木个体差异，胸径呈正态分布；加勒比松树高和胸径不具有明显的个体差异，均呈现出正态分布；尾叶桉树高存在显著的个体差异，胸径呈正态分布；大叶相思不存在林木个体差异，树高、胸径分布较为均匀，呈正态分布。试验设置的 3 组混交林中木麻黄的树高、胸径及生长量均大于纯林。混交林内木麻黄生长存在显著的个体差异，胸径及树高分布不均匀；大叶相思在水平结构和垂直结构上的分布不存在明显的个体差异，呈正态分布。混交林中大叶相思的生长能力优于木麻黄，在大叶相思与木麻黄的竞争生长中，随着林龄的增加，大叶相思的生长优势逐渐凸显。在与加勒比松、尾叶桉、大叶相思等多树种混交模式中，木麻黄不具有明显的生长优势，且由于木麻黄林木生长的个体差异性，同龄、相对同龄、异龄混交林在进入中期后表现出较为明显的异质性分布，加之不同树种间存在自身生长的差异性，混交林的在垂直结构和水平结构上的异质化程度较纯林高，并随着森林演替进程的推进，异质化程度逐渐增大。复杂的林分使森林的稳定性增加，对阳光、水分、营养物质的利用更加充分。2.3生物多样性分析复杂的生物多样性能够增加森林生态系统的稳定性和生态平衡性。木麻黄具有内在的化感抑制作用，其小枝富含单宁，使得其凋落物长时间不能分解，导致凋落物养分归还能力差、林下的枯枝落叶层堆积、林下植被无法天然更新和生长，对土壤养分的循环、土壤微生物的发育产生了严重的影响。由于木麻雷湘龄等：岛东林场多功能森林作业法研究及应用87现代农业科技2023 年第 20 期林业科学树高/m树种胸径/cm1816141210862520151050木麻黄大叶相思树种木麻黄大叶相思ab注：a 为树高，b 为胸径。下同。图 145 小班混交树种树高和胸径箱式图黄纯林长期的轮作经营造成次生代谢物质不断积累，并逐渐对林下更新幼苗生长产生不利影响，对海岸森林的生物多样性和生境完整性造成了巨大的威胁。试验对照组木麻黄纯林内枯枝落叶层常年累积，分解缓慢，林下基本无其他植被。45 小班为六年生的木麻黄和大叶相思混交，林内光线充足，枯枝落叶堆积量较少；47 小班和 62 小班均为多树种混交，林冠密度大。该 3 个试验样地林下主要植被有银柴、东风橘、大青、九节、鸦胆子、黑面神、了哥王、龙珠果、叶下珠、鬼针草、地桃花、飞机草、显脉小绿豆、越南叶下珠、水竹草、鸡屎藤、短叶黍、甜麻、羽芒菊等，相较于木麻黄纯林，植被多样性较为丰富。与纯林相比，混交林可以形成多层次或冠层厚的林分结构，在增加林分空间和营养利用率、改善立地条件、提高林木生长和防护功能上起着关键性作用，复杂的林分结构不仅能够提升森林生态系统的稳定性、平衡性，还能增强林分自身抵御自然灾害的能力。3结论与讨论近自然森林经营是使人工林演替程度接近于天然林的经营模式，但近自然森林并不是天然林森林类型10，而是注重培育本土树种，通过林分的更新、抚育、采伐等人为培育方式使其与天然林植被相接近，尾叶桉树种木麻黄大叶相思加勒比松树高/m16141210864胸径/cm302520151050尾叶桉树种木麻黄大叶相思加勒比松ab图 247 小班混交树种树高和胸径箱式图尾叶桉树种木麻黄大叶相思加勒比松尾叶桉树种木麻黄大叶相思加勒比松ab树高/m16141210864胸径/cm302520151050图 362 小班混交树种树高和胸径箱式图88保护森林生态系统的生物多样性、复杂性，使林分向更稳定、平衡的方向进行演替11。本次研究以木麻黄纯林为对照，设置 3 个小班，以经营条件下的同龄林、相对同龄林、异龄林 3 种林分 4 种不同近自然度的森林为研究对象。在样地内对木麻黄及其他残木进行择伐，补植乡土树种。木麻黄小枝因富含单宁分解缓慢，对照组纯林内枯枝落叶层堆积，林下基本无其他植被生长，生物多样性低；3 个混交林样地林下自然生长多种草本植被，生物多样性较纯林丰富。根据树种间的竞争性和耐阴性分析，3 块混交林样地中，大叶相思具有较强的生长优势，其树高、胸径及生长量均高于木麻黄和其他混交树种；木麻黄则在生长过程中存在较大的林木个体差异，其树高及胸径分布具有较大的差异性。有研究表明，无论树种和群落处在哪个发展阶段，总是会存在林木生长的个体差异12。太阳辐射的时空分布和强度对植被的光合作用具有重要影响13，45 小班 A 地块补植的苗木生长能力最强，分析原因是 A 地块林冠密度较小，林内光线充足，因而补植苗木长势较快。混交林内不同树种、不同林龄的林木生长存在差异，形成的群落冠层结构也不相同，因而林内群落的光照条件也存在差异14。在传统的森林经营模式中，人工林经营管理的最小单元是小班，经营控制的是各类指标的平均值，林木个体间的差异和特性一直没有在人工林经营中得到表述和利用。本次研究利用木麻黄存在的林木个体差异及不同树种间的竞争生长优势进行经营，可以提高近自然森林经营、森林培育的整体效果。致谢感谢海南文昌森林生态系统国家定位观测研究站提供的数据支持。参考文献1 陆元昌，WERNER S，刘宪钊，等.多功能目标下的近自然森林经营作业法研究J.西南林业大学学报，2011，31（4）：1-6.2 林榕，肖毅.森林质量精准提升在多功能森林经营中的应用分析J.南方农业，2020，14（35）：44-45.3 张军莲，席小玉，万永明，等.多功能森林经营：理论与实践J.湖北林业科技，2017，46（4）：47-50.4 惠刚盈，王宏翔.关于森林生态系统服务功能评价的思考J.温带林业研究，2018，1（3）：5-9.5 陆元昌.以多功能经营技术支撑森林质量精准提升工程J.国土绿化，2017（4）：22-25.6 谢阳生，陆元昌，雷相东，等.多功能森林经营方案编制关键技术及辅助系统研究J.中南林业科技大学学报，2019，39（8）：1-9.7 刘宪钊，陆元昌，周燕华，等.加勒比松人工林近自然化改造中的发展类型设计J.南京林业大学学报（自然科学版），2009，33（5）：46-50.8 姜俊，谢阳生，陆元昌，等.不同林龄阶段马尾松人工林群落结构特征及经营策略J.西北林学院学报，2015，30（6）：1-7.9 刘宪钊，薛杨，王小燕，等.海南省东北部沿海地区更新造林实验研究J.生态科学，2017，36（3）：130-134.10 曾伟生.近自然森林经营是提高我国森林质量的可行途径J.林业资源管理，2009（2）：6-11.11 刘志龙，蔡道雄，贾宏炎，等.我国南方人工林近自然化改造模式和效益分析：基于中国林科院热林中心实践研究J.林业科技通讯，2016（10）：3-7.12 陆元昌，刘宪钊，雷相东，等.人工林多功能经营技术体系J.中南林业科技大学学报，2017，37（7）：1-10.13 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