补植维持林分产量并可影响演替轨迹向目标林分组成发展：加拿大东部黑云杉林25年回顾性研究

《Canadian Journal of Forest Research》：Fill-planting maintains stand yield and can influence successional trajectories toward desired stand compositions: a 25-year retrospective study in black spruce forests of eastern Canada

　　

补植(fill-planting)约占皆伐迹地面积的25%，在过去25年间已应用于加拿大东部近400 000公顷的区域。尽管其具有重要的经营意义，但关于补植林分长期产量的知识空白仍然存在。研究人员评估了在集材道(skid trails)中补植黑云杉(Picea mariana (Miller) B.S.P.)能否提高林分产量。研究人员比较了15年前和25年前在集材道中补植的皆伐林分(n = 40)与邻近的皆伐后天然更新的林分(n = 38)的产量。补植并未带来高于天然更新的产量；相反，它使更新不足的林分达到了与充分更新的天然更新林分相当的产量。因此，研究人员建议将天然林分产量曲线应用于补植林分，并利用补植在原本更新不足的林分中维持产量，以及影响演替轨迹向目标林分组成发展。

研究背景：在加拿大东部北方森林中，黑云杉(Picea mariana (Miller) B.S.P.)林的更新主要依赖采伐前已存在的更新（如实生苗和压条），并通过设计采伐系统来保护这些预先更新并减少土壤干扰。然而，部分采伐前更新可能在采伐作业中受损，在缺乏充足种源或适宜种子床的地区，采伐后针叶树幼苗的建立可能受限。为此，补植(fill-planting，指在采伐迹地的集材道和更新不足区域补充栽植)被用作天然更新的补充手段，可能覆盖皆伐面积的约25%，过去25年在加拿大东部已应用于近400 000公顷。尽管补植具有重要经营意义，但其长期产量表现的知识空白仍然存在，这影响允许采伐量的可靠计算并可能导致过度采伐风险。研究人员旨在评估在集材道(skid trails，采伐机械行走的通道)中补植黑云杉是否能提高林分产量，并预测补植林分会超过天然更新林分，尤其是在黑云杉潜在自然植被(potential natural vegetation, PNV，根据环境因子预测的潜在自然植被类型)立地上，因为预期种间竞争不会限制补植黑云杉的生长。

研究人员开展了什么研究：研究人员从魁北克省生态林分图(MRNF)中随机选择40个在集材道中补植黑云杉的皆伐林分（建于15年前和25年前）以及38个邻近的、皆伐后天然更新充分的林分，样本位于黑云杉–羽毛苔藓生物气候域，覆盖黑云杉(Bp)和黑云杉–香脂冷杉(Bp–Bf)两类PNV立地。样地为100 m×5 m矩形，垂直于集材道设置，跨越多个集材道和森林基质。对样地内所有活立木和枯立木（胸径≥1.1 cm）进行每木检尺，记录树种、胸径、位置，并计算断面积、密度、平方平均胸径和优势高（每个样地5株最高黑云杉的平均树高）。采用按PNV×时间分层的一元方差分析比较补植与天然更新林分间的差异，显著性水平α=0.05。所有数据均来源于原文描述的样地调查，无实验室培养或质粒构建等操作。

研究结果：
Basal area：总断面积（所有树种合并，不分位置）在补植林分与天然更新林分间无显著差异(p≥0.49)。在集材道和森林基质中，黑云杉和香脂冷杉(Abies balsamea)的断面积差异也均不显著(p≥0.08)。说明补植未显著改变林分的总断面积和主要树种断面积。
Stand density：林分总密度在补植与天然更新林分间无显著差异(p≥0.06)，仅在黑云杉–香脂冷杉PNV立地25年后，集材道内香脂冷杉密度在补植林分中显著较低(p=0.03)。说明补植对总体密度影响不大，但可能影响特定立地上的竞争树种密度。
Quadratic mean diameter：林分水平上，平方平均胸径在两类林分间无显著差异(p≥0.19)，仅在黑云杉–香脂冷杉PNV立地25年后补植林分显著略高(p=0.02)；在黑云杉PNV立地25年后森林基质中香脂冷杉的平方平均胸径在补植林分中显著较高(p=0.02)。说明补植对多数情况下的林木尺寸无显著影响，个别差异可能是局部竞争效应。
Stand dominant height：黑云杉优势高在补植与天然更新林分间总体无显著差异(p≥0.20)，仅黑云杉–香脂冷杉PNV立地15年后补植林分优势高显著较低(p=0.02)。这说明两类林分的立地生产力相似，补植未提高生长优势。

讨论与结论：研究人员认为，补植未产生更高产量的原因并非立地生产力差异，而是补植苗木在集材道内和相邻森林基质中面临自然更新植被的竞争，抵消了栽植材料的产量潜力。若在集材道进行适当抚育可能提高生长，但即便无抚育，补植仍使初始更新不足的林分达到了与充分更新天然林分相当的产量，即补植补偿了更新不足，而非提高产量上限。研究存在局限性，如补植时间滞后、回顾性设计未能直接量化未补植情景下的产量，但经营标准（天然更新不足）间接支持了补植补偿初始更新不足的推断。研究结论：在研究所考察的情境（补植限于盘式整地的集材道，采伐后4–6年实施，无后续抚育）中，补植林分并未超过天然更新林分的产量。因此，研究结果支持采用天然林分产量曲线，而非人工林产量曲线，来预测此类补植林分的未来产量，这与魁北克当前的森林规划实践一致。尽管补植未将产量提高到充分更新的天然林分之上，但它使更新不足的林分达到了该水平，即实现了在天然更新不足时确保获得有蓄积、有生产力的林分的经营目的。补植还可能提供机会引导演替轨迹以支持林分在全球变化下的恢复力，例如补植性成熟早的树种（如北美短叶松(Pinus banksiana)）可增强年轻黑云杉林对潜在火烧制度的抵抗力。因此，研究人员建议在天然更新不足的林分中考虑使用补植来维持林分产量，并利用补植影响演替轨迹向目标林分组成发展，以支持可持续森林经营。