利用再生和林隙扩张试验的生长动态来指导基于混合针叶树林隙的森林培育技术

《Canadian Journal of Forest Research》：Informing mixed conifer gap-based silviculture with growth dynamics of regeneration and gap expansion trials

本研究在加州Sierra Nevada混合林中通过创建不同规模的树冠间隙（0.1-1.0公顷）和后续的gap expansion（雌雄schlag harvest）实验，分析边缘效应深度及光照变化对6种针叶树种生长的影响。结果表明，3-4米边缘区域存在显著生长抑制，而gap expansion在南方边缘可提升光照达3倍，促进所有树种尤其是耐阴的糖松和白松生长，验证了gap-based silviculture在恢复火灾维持结构异质性和促进多树种共生的有效性。

　　本研究探讨了在频繁火灾驱动的森林生态系统中，采用基于树冠空隙的林业管理策略以恢复森林结构复杂性的潜力。这些策略不仅有助于创造森林内部的异质性，还能够促进特定物种的再生，尤其是那些因火灾抑制而减少的树种。研究在加州中央内华达山脉的混合针叶林中进行，通过长期实验评估了不同空隙大小和位置对树种再生的影响。研究团队通过一系列实验，包括在1996年创建不同大小的空隙，并在2012年实施了“femelschlag”（一种模仿自然干扰过程的林业处理）以释放边缘树木的生长潜力。研究结果表明，基于空隙的林业管理可以在多种空隙尺度上促进所有树种的再生，包括对阴蔽敏感的树种。

### 异质性与森林结构恢复

频繁火灾是许多森林生态系统中的主要干扰因素，它通过创造树冠空隙维持森林的结构异质性。然而，随着火灾频率和强度的下降，森林结构变得单一，影响了生态系统的多样性和稳定性。基于空隙的林业管理可以作为一种手段，以恢复这些结构特征。研究发现，在树冠空隙边缘3到4米范围内，由于与周围树冠的激烈竞争，生长受到显著抑制。这种“严重边缘效应”区域的存在，意味着在该区域种植树苗可能难以达到预期的生长效果。然而，对于某些树种而言，如大针叶树（Giant Sequoia）和松树（Ponderosa Pine），它们在空隙边缘的生长表现优于其他树种。这表明，在设计基于空隙的林业系统时，需要考虑不同树种对边缘效应的敏感性。

此外，研究还发现，空隙的大小和形状对森林结构的恢复具有重要影响。在特定的实验中，空隙边缘的树木在经过“femelschlag”处理后，其生长显著提高。例如，在南方边缘，光照条件改善明显，而北方边缘则没有显著变化。这说明，树冠空隙的朝向和空间布局在恢复森林结构方面起着关键作用。因此，为了有效恢复森林的异质性，林业管理者需要关注空隙的方位，并结合当地的环境条件进行合理的规划。

### 释放边缘树木的生长潜力

“femelschlag”作为一种林业处理方式，旨在通过移除相邻的成熟树木来释放边缘区域的树木生长潜力。研究发现，这种处理显著提高了边缘树木的生长速度，无论是高度还是胸径。然而，这种释放效果在不同方位的空隙边缘表现不同。南方边缘的树木在经过处理后，其生长速度明显高于北方边缘的树木。这可能是因为南方边缘更容易受到阳光照射，从而改善了光照条件。而北方边缘由于周围树木未被移除，其光照条件并未显著改善，因此释放效果不明显。

值得注意的是，虽然“femelschlag”处理在某些情况下能够有效释放边缘树木的生长，但在其他情况下可能并不适用。例如，某些树种如白杉（White Fir）在边缘区域的生长受到周围树木的影响，即使在经过释放处理后，其生长仍然受限。这表明，在实施“femelschlag”处理时，需要综合考虑树种的生长特性和周围环境的影响，以达到最佳的释放效果。

### 光照条件的变化

光照条件是影响树种生长的重要因素。研究通过分析空隙边缘的光照变化，发现“femelschlag”处理对南方边缘的光照条件改善最为显著。这与太阳的位置和空隙的朝向有关。南方边缘的树木在经过处理后，其光照条件得到明显改善，从而促进了生长。然而，北方边缘的光照条件并未显著改善，这可能是因为处理区域的树木并未完全移除，或者由于空隙边缘的树木本身已经生长较高，遮挡了部分光线。

此外，研究还发现，树冠空隙的形状和大小对光照条件的分布有重要影响。例如，较大的空隙可能会在某些区域提供更多的光照，而较小的空隙则可能在边缘区域产生更明显的光照差异。因此，在设计空隙时，需要考虑到光照的分布情况，以确保不同树种都能获得足够的光照资源。

### 未来展望与管理建议

基于本研究的结果，可以得出以下几点管理建议：首先，频繁火灾驱动的森林生态系统中，基于空隙的林业管理是一种有效的恢复手段，能够在不同尺度上促进森林异质性的形成。其次，林业管理者在设计空隙时，应考虑到不同树种对边缘效应的敏感性，合理安排种植区域，以确保所有树种都能获得良好的生长条件。最后，通过结合“femelschlag”处理和控制性燃烧，可以更全面地恢复森林的干扰特征，提高森林的生态功能和稳定性。

总的来说，基于空隙的林业管理不仅能够恢复森林的结构复杂性，还能够促进特定树种的再生，提高森林的生态效益。这一策略在频繁火灾的森林生态系统中具有重要的应用价值，为森林管理提供了新的思路和方法。