甘肃小陇山锐齿栎林分结构化经营对林分质量的影响
摘要：通过系统分析林分生产力、结构、稳定性及土壤微生物群落，评估了甘肃小陇山锐齿栎林分实施结构化经营对林分质量的影响。结果表明，结构化经营后，林分蓄积量增加，结构更趋成熟稳定，稳定性增强，土壤微生物多样性和数量显著增加，整体质量和生态系统服务功能得到提升。
甘肃小陇山地区的锐齿栎林分是该地区生物多样性的重要组成部分，对维持地方生态平衡和提供林业资源具有重要意义。近年来，由于自然条件和人为活动的双重影响，林分质量和生产力面临下降的风险。为了应对这一挑战，结构化经营作为一种有效的林业管理策略被提出，旨在通过科学的林分管理，提高林木的生长质量和森林的生态功能。
1材料与方法
1.1研究材料
小陇山林区位于甘肃省东南部，属于秦岭山系。该区域地形复杂多样，以中低山地貌为主，海拔变化显著。属于暖温带半湿润气候，四季分明，冬季寒冷干燥，夏季温热多雨。区域内水系发达，溪流纵横交错，为当地植被生长提供了充足的水源。区域平均气温10℃左右，夏季最高气温在40℃以上，年平均降水量750mm，降水期集中在7－9月[1]。土壤类型多样，以棕壤和褐土（灰褐土与黄褐土）为主，垂直分布明显，土壤厚度在30～60cm之间，有机质含量高，pH值介于6.5～7.0。植被类型丰富，以阔叶林为主，局部地区分布有黄棕壤和山地草甸土，针阔混交林次之。林中常见栎类、槭树、椴树等阔叶树种，以及少量松类和冷杉等针叶树种。林下灌木和草本植物种类繁多，构成了多层次的森林生态系统。
采用结构化经营方式，目的在于培育健康稳定的森林。调查过程中，重点保留珍贵树种、稀有种及濒危树种，包括详细记录顶级树种，如华山松和油松的个体，同时调查锐齿栎的中、大径木。此外，优先采伐形态不良、受病虫为害或树干腐朽的林木，确保林分健康生长的林分结构稳定。通过减少对保留木有不利影响的竞争树种，促进林分的异龄化，增加林分价值。特别注意的是，采伐活动遵循不超过20%的蓄积强度限制。实地调查记录了样地不同区域的采伐株数，分别为23株、32株、28株和24株，采伐强度分别为16.6%、17.6%、18.1%和12.1%，为后续的林分质量评估和管理决策提供了科学依据。
1.2研究方法
1.2.1林分生长与动态分析方法。在甘肃小陇山锐齿栎林区设置了30个20m×20m的固定样地，样地间隔50m。采用GPS定位仪（型号XX）记录每个样地的具体位置。在每个样地内，使用测高仪（型号XX，精度±0.1m）测量树高，用胸径尺（精度±0.1cm）测量胸径，并对每株树木进行编号标记。监测频率为每季度1次，持续4年。同时，使用生长锥获取树芯样本分析年轮生长情况，以评估林分的生长状况。林分的蓄积量可通过式（1）进行计算。
式（1）中，V代表蓄积量（m3/hm2），G代表断面积（m2），H代表平均树高（m），F代表断面积因子。分析显示，在实施结构化经营后，锐齿栎等主要树种的年均生长量显著增加[2]。例如，锐齿栎的平均年生长量从实施前的2.3%增至3.5%，蓄积量增长速率也由每年的1.8m3/hm2增至2.7m3/hm2。此外，通过采伐干形不良和病虫为害严重的林木，有效提升了林分整体健康和生长质量。动态监测数据表明，优化后的林分结构可促进树种多样性与林分层次的丰富性，以此提升林分的生态功能与经济价值。
1.2.2林分结构分析方法。在固定样地内，系统调查所有胸径≥5cm的树木，详细记录每株树的种类、胸径、树高和冠幅数据。使用全站仪测量并记录每株树的相对位置坐标，建立空间分布图。采用Ripley'sK函数分析树木的空间分布格局，评估林分空间结构特征树高分布则通过树高-胸径关系模型表示（见式2）：
式（2）中，H代表树高，DBH代表胸径，a和b为通过数据拟合得到的参数。此外，林分空间结构的分析使用空间自相关指标，如利用Moran'sI评估林木在空间上的分布格局。数据显示，锐齿栎等主要树种在径级分布上呈现正态分布，说明林分经过结构化经营后，林木的大小分布更趋于均匀。树高分布的分析结果表明，随着胸径增大，树高增长趋势减缓，符合自然生长的逻辑。空间结构分析揭示了经过结构化管理的林分中，树木的分布更为均匀，减少了林木之间的过度竞争，有助于保持林分的生态平衡[3]。
1.2.3林分稳定性分析方法。在每个固定样地内，详细记录倒伏木、枯死木、病虫害木等受损树木的数量和状况，测量样地郁闭度，统计更新幼苗的数量和分布情况。采用π值法对林分稳定性进行量化评估，计算公式见式（3）。
式（3）中，Ni为实际每个径级的树木数量，Nopt，i是相应径级在最优林分状态下的理想树木数量，n为径级数。通过实地调查统计每个径级的实际树木数量，径级1：实际数量10，理想数量15。径级2：实际数量20，理想数量25。径级3：实际数量30，理想数量35。经过对比，计算稳定性指数。理想林分状态基于长期观测数据和生态学原理确定，其中锐齿栎的理想分布设定为随径级增加而树木数量逐渐减少的趋势。
2结果与分析
2.1对林分生产力的影响
2018－2022年间，锐齿栎林分蓄积量持续增长。2018年（经营前）蓄积量为480m3/hm2，到2022年增至590m3/hm2。年增长率保持在4.9%~5.7%，平均年增长率为5.3%。统计分析表明，蓄积量增长具有显著性差异（p<0.05），且与林分结构调整呈现高度相关性（R2=0.89）。
由表1可知，2018年，经营前锐齿栎林分的蓄积量为480m3/hm2；2019年蓄积量增至505m3/hm2，年增长率为5.2%；2020年蓄积量为530m3/hm2，年增长率为4.9%；2021年蓄积量增至560m3/hm2，年增长率为5.7%；2022年蓄积量进一步增至590m3/hm2，年增长率为5.4%。通过成对样本t检验，分析了蓄积量的增长在统计上是否显著，结果显示P＜0.05，证明结构化经营对蓄积量的增长具有显著影响。进一步利用线性回归模型分析经营措施对年增长率的影响，模型的调整R2=0.89，表明林分结构调整与年增长率高度相关[5]。
2.2对林分结构的影响
分析了2018－2022年时，结构化经营甘肃小陇山锐齿栎林分结构影响，涵盖径级分布、树高分布等指标。
由表2可知，2018－2022年较小径级的树木数量减少，中到大径级的树木数量增加，表明林分结构正在向更成熟的状态发展[6]。
由表3可知，2018－2022年，低树高区间的树木数量减少，而高树高区间的树木数量增加，反映了树木整体生长速度的提升和林分年龄结构的优化。
2.3对林分稳定性的影响
在甘肃小陇山锐齿栎林分的结构化经营中，林分稳定性指标影响了森林的健康和功能。此部分研究基于2018－2022年的详细数据记录，以评估结构化经营对林分结构稳定性的具体影响。研究数据主要来源于甘肃省林业部门的监测数据以及现场调查结果，表明影响林分结构稳定性的关键指标，包括林木死亡率、病虫害发生率以及林分密度。
由表4可知，自结构化经营措施实施以来，林木死亡率逐年下降，从2018年的3.2%下降至2022年的1.5%。同时，病虫害发生率也有显著下降，从5.0%降至2.5%。此外，林分密度逐年增加，从1200株/hm2增至1400株/hm2，说明林分的整体生长状况和更新能力得到提升。
2.4对林分土壤微生物群落的影响
通过定期采样和现代生物技术分析，对比了结构化经营前后土壤微生物的多样性和数量。数据主要来源于土壤样本的DNA测序结果，研究的数据样本分别于2018年和2022年春季收集。
由表5可知，2018－2022年，微生物多样性指数从3.2增加至4.5，总微生物数量从1.5万个/g土增加至2.2万个/g土，表明结构化经营显著增加了土壤微生物的多样性和数量。
3结论与讨论
本研究探讨了甘肃小陇山锐齿栎林分结构化经营对林分质量的多方面影响。结果表明，结构化经营显著提高了林分的生产力、稳定性，并优化了林分结构和土壤微生物群落。具体而言，林分的生长速率和蓄积量得到提升，林分结构变得更加成熟和稳定，同时土壤微生物多样性和数量均有显著增加，增强了林分的生态功能和系统的可持续性。这项研究证实了结构化经营策略的有效性，也为甘肃小陇山及类似地区的林业管理提供了科学依据和实践方案。未来，应进一步研究结构化经营在不同森林类型和生态条件下的适应性及其长期效应，以实现林业资源的最优化管理和生态保护的双重目标。
