Effects of Stand Density on Ecological and Economic Benefits of Pinus armandii Plantation

会理县位于四川省凉山彝族自治州南部，地处横断山脉南部褶皱山中切割地，气候为亚热带季风性湿润气候，雨热同季，日照充足，无霜期长，典型的高原、山地立体气候特点。自上世纪80年代，会理县依托退耕还林工程及配套荒山造林营造等一系列林业工程的实施，华山松林面积已达15 333.33 hm²。由于华山松人工林造林初植密度大，保存率高，造后均未进行过调整密度的间伐抚育，株数达到了2500~3330株·hm^–2，郁闭度0.9以上，结实不良，产量极低，效益差，林农得不到及时满意的经济回报。此外，由于林分普遍密度过大，林下生物多样性较低，导致营养空间不足，林内卫生状况差，林分遭受病虫害风险高，松疱锈病和松材线虫病等时有发生；多年的自然整枝使得林下枯枝落叶层较厚，林内可燃物大量堆积，火灾风险严重，其生态安全隐患巨大，“重造轻管”的问题在华山松人工林日趋凸显。鉴于会理县华山松人工林存在的问题，亟待对会理县现有华山松人工林有效的经营管理进行研究。

试验林位于会理县太平镇尖山村5组，为1992年长江防护林建设时，由当地村民在本组坡耕地和宜林荒山上营造的华山松纯林，面积76.78 hm²。2013年春，该华山松林分平均树高8.9 m，平均胸径12.7 cm，林分郁闭度0.90，林分平均冠幅仅4 m²左右，自然整枝高达树高的4/5，平均枯死枝轮数达到8轮，树冠枝条交接率高达140%以上，平均产松籽率仅7.5 kg·hm^-2，林分产量很低，经济效益较差。此外，由于密度较高，下层灌木及草本植物稀少，平均盖度在5%以下，林下基本上见不到草本植物及灌木的生长。同时，林下也未见到华山松及其他次生乔木树种的更新幼苗。

2013年春季，在太平镇尖山村5组，选择华山松立地条件和林木长势与普通林分相一致，具有很好的代表性的华山松人工林4个作业小班，小班面积76.78 hm²，采取抚育强度50%的控制指标，对华山松人工林进行生长抚育。抚育后密度和蓄积均控制到抚育前的50%，改造前郁闭度0.9，改造后样地的平均林分郁闭度0.54（见表1）。

2019年3月，采用“标准地”调查法，在该片林分不同坡向、坡位、海拔分别设置0.1 hm²的标准样地9个，总面积0.9 hm²。对样地内保存的华山松成活率、密度、树高、胸径、冠幅、枯枝轮数、行间和株间枝条交接率等因子进行调查。

此外，在标准样地两条对角线顶端、对角线中心交叉点共分别设置5个1 m×1 m草本样方和5个5 m×5 m的灌木样方，对样方内的草本植物和灌木的种类、株数、高度、覆盖度，以及凋落物厚度和土壤含水率(土壤地表层，0~15 cm)进行调查。

所调查的数据均采用EXCEL软件进行统计分析。

该片林分改造前华山松林龄20年，平均密度2166株·hm⁻²，平均树高和胸径分别为8.9 m、12.8 cm，高和径年平均生长量分别仅0.45 m、0.64 cm。改造6年后，华山松林中，华山松密度保持在1084株.hm⁻²，平均树高12.4 m，平均胸径16.9 cm，林分平均冠幅达到15.83 m²，比改造前净提高11.3 m²（见表2）。6年高、径净生长分别达到3.5 m、4.1 cm，年平均高、径生长量分别是0.58 m、0.68 cm，较改造前分别提高32.8%、55.6%，改造显著促进了华山松林木的生长。

改造6年后，林分平均枯死枝轮数8轮，与改造前持平，林分未见到明显的新增枯死枝；林分行间枝条交接率平均为5.4%，较改造前降低了134.6%，株间交接率平均为53.7%，较改造前降低86.3%（见表3）。

改造后显著改善了林分的光照空间和增加了结实面积，遏制了林木枯枝继续发生。其结果表现在林分的结实率大幅提高，改造后丰年松籽平均达52.5 kg·hm⁻²，欠年产松籽为20.3 kg·hm⁻²，改造后华山松林丰年产松籽量高达改造前的23倍，欠年也达到改造前的9倍。同时，在调查时虽然上年的采收时间已过，但林分内未采收的松果平均每株尚有6个松果。若加上未采收的果，仅按未采果的50%，每果产籽按0.02 kg计算，余果产量达60.3 kg·hm⁻²，已采+未采，丰年至少已可达112.5 kg·hm⁻²，欠年也可达75 kg·hm⁻²。由此看出，对高密度林分实行强度间伐后，促进林分结实，提高产量的效果是极显著的。

改造前因林分郁闭度大，透光率低，林下层灌木及草本植物十分稀少，灌草平均覆盖度在5%以下，基本上没有灌木和草本植物的生存空间。改造6年后，所调查的华山松林样地中均有灌木和草本植物的存在，其中，灌木植物共8种，分别是铁线莲(Clematis florida)、金丝桃(Hypericum monogynum)、峨眉蔷薇(Rosa omeiensis)、鞘柄菝葜(Smilax stans)、西南杭子梢(Campylotropis delavayi)、水麻(Debregeasia orientalis)、火棘(Pyracantha fortuneana)、马桑(Coriaria nepalensis)，平均盖度20%。改造后华山松林下草本植物也较常见，主要为豆科、菊科、唇形科、茜草科等，出现频度较高的草本植物为百脉根(Lotus corniculatus)、米口袋(Gueldenstaedtia verna)、大丁草(Gerbera anandria)、大理白前(Cynanchum forrestii)、紫背金盘(Ajuga nipponensis)、西南风铃草(Campanula colorata)、拉拉藤(Galium aparine)、鼠掌老鹳草(Geranium sibiricum)，以及银粉背蕨(Aleuritopteris argentea)、兔儿风(Ainsliaea glabra)等，林下草本植物长势较好，样地平均平均盖度24%，是改造前覆盖度的5倍（见表4）。调查结果表明，林分的生物多样性显著高于改造前的水平，表明间伐抚育对生物多样性的改善效果较好。

改造前，林分的林下枯落层厚度平均在6 cm左右，林地内未见沟蚀、片蚀等水土流失现象。改造6年后，虽然间伐了50%的林木，但目前林分内枯落物层厚度平均仍保持在5.4 cm，林分内亦未见到有沟蚀、片蚀等水土流失现象发生。此外，通过对两种林地的土壤含水率(土壤地表层，0~15 cm)进行了调查，结果发现，改造后林地的土壤含水率达25%，改造后的林地土壤含水率高于未改造林地，这主要得益于林地疏伐改造后，水分和光的分配更加合理，为林下灌木和草本植物的生长提供了有效的发展空间，致使生物多样性增加，华山松林木生长能力在增加，根系蓄水能力增强，有效改善了土壤水土保持能力，也降低了林火和森林病虫害的发生概率。

研究表明，采用间伐抚育强度50%的控制指标，对高密度华山松低产低效林进行间伐抚育，不仅能有效促进华山松林分的生长质量，短期内即可提高华山松籽产量至少在3.5倍以上，有利于促进林分生物多样性朝良性方向发展，且不会引发水土流失。但是本研究结果仅采用了一个间伐强度，且没有持续开展调查研究，有研究表明，不同间伐强度对华山松的产籽率和材积的影响不同^[11]，抚育后不同时期对华山松林生产蓄积和土壤水分涵养能力也不同^[6]、[11]，下一步将持续从抚育后林地生物多样性、土壤肥力和水分涵养方面进行更深层的研究，科学评价50%抚育强度对该区域华山松低质低效林的效益影响。