全 文 ：应用生态学报 　2002 年 1 月 　第 13 卷 　第 1 期
CHIN ESE JOURNAL OF APPL IED ECOLO GY ,Jan. 2002 ,13 (1) :11～15
黄土高原刺槐林间伐改造研究 3
王克勤1 3 3 　王斌瑞2 　(1 西南林学院 , 昆明 650224 ;2 北京林业大学 , 北京 100083)
【摘要】　通过对 9 年生刺槐 ( Robinia pseudoacacia) 林以 3 种不同保留密度进行间伐改造 ,并对其林内光
照、温度和土壤水分环境因子以及林下植被层生物多样性、生产力和林冠层林木的生长情况与原林分进行
对比分析. 结果表明 ,间伐改造能改善林木及林下植被层生长发育的环境条件 ,促进林下植被层生物多样
性和生物产量的提高 ,增加林木的生产能力. 间伐保留密度达到 1110 株·hm - 2时 ,在整个生长季 ,林地土
壤水分比原林分提高约 40 % ,不仅林下植被层的生物多样性和生物量有大幅度提高 ,而且林冠层林木的
生产力达到较高水平 ;如果继续加大间伐强度 ,林下植被层和林木个体的生长已达到最大极限 ,将不再提
高. 因此 ,1110 株·hm - 2左右的保留密度是可考虑的间伐强度.
关键词 　刺槐林 　间伐改造 　间伐强度
文章编号 　1001 - 9332 (2002) 01 - 0011 - 05 　中图分类号 　S753 　文献标识码 　A
Study on thinning to Robinia pseudoacacia forest on the Loess Plateau. WAN G Keqin1 and WAN G Binrui2
(1 Southwest Forest ry College , Kunming 650224 ; 2 Beijing Forest ry U niversity , Beijing 100083) . 2Chin. J .
A ppl . Ecol . ,2002 ,13 (1) :11～15.
Radiation , temperature and soil moisture in the forests , the biodiversity and productivity of understory plants , and the
growth of trees among 3 thinned 92year2old Robinia pseudoacacia forests (735 individuals·hm - 2 ,1110 individuals·
hm - 2 , and 1480 individuals·hm - 2) and non2thinning forest (2220 individuals·hm - 2) were analyzed comparatively.
The results showed that thinning could improve growing condition of trees and understory plants , so that the biodiversi2
ty and biomass of understory plants and producing ability of trees were increased. When the remaining density was 1110
individuals·hm - 2 , the soil moisture was increased by 40 % comparing with the non2thinning forest in whole growing
seasons. The biodiversity and biomass of understory plants and productivity of trees were increased significantly. If the
thinning intensity were increased continuously , the growth of understory plants and trees would reach the maximum and
not increase any longer. Therefore , the thinning intensity with remaining density of 1110 individuals·hm - 2 was opti2
mum for black locust forest in this region.
Key words 　Robinia pseudoacacia forest , Thinning improvement , Thinning intensity.
3 国家“九五”科技攻关项目 (95 - 007 - 01 - 04) .3 3 通讯联系人.
2000 - 04 - 03 收稿 ,2000 - 05 - 26 接受.
1 　引 　　言
刺槐林是黄土高原干旱半干旱区植被恢复的主
要人工林类型之一 ,对改善这一地区的生态环境、防
治水土流失乃至对调节黄河流域的水文状况发挥着
重要的作用[5 ,12 ] . 但现存的大部分人工刺槐林群落
密度普遍偏高 ,不仅影响到林木个体的继续生长发
育[10 ] ,而且造成了严重的人工林地土壤退化现
象[11 ] .要使人工刺槐林逐步按正向演替规律发展 ,
不断完善其群落结构和功能 ,继续发挥生态防护作
用 ,对其间伐改造是必要的. 森林群落演替的主要特
征之一是生物多样性的改变[4 ,8 ] ,因为森林群落物
种多样性不仅由群落本身类型结构决定[3 ] ,而且受
其演替阶段、微生境及其人为活动的影响[7 ,16 ] ,在
这些影响森林群落多样性的因素中 ,水热条件最为
重要[1 ,6 ,14 ] . 本文对人工刺槐林间伐之后水热条件、
下层群落物种多样性及林木生长情况与原林分进行
对比研究 ,试图为该地区人工林的间伐改造提供理
论依据.
2 　研究地区与研究方法
211 　自然概况
试验地设在山西省方山县峪口镇土桥沟流域 ,属黄河中
游黄土丘陵沟壑区 ,地处 37°36′58″N ,110°02′55″E ,平均海拔
1200m. 年平均降水量 416mm ,6～9 月的降水占全年的 70 %
以上 ,干燥度 113. 年平均气温 713 ℃,极端高温 3516 ℃
(198015129) ,极端低温 - 2513 ℃( 198011130) . 年无霜期
140d. 黄绵土 ,p H810～814. 森林草原灌丛植被区.
212 　研究方法
21211 　试验材料的处理 　水平沟整地、穴植、实生苗造林方
法营造的 9 年生密度为 2220 株·hm - 2的刺槐林 (记为 9 Y24
号) . 在秋季以 1480 株·hm - 2 、1110 株·hm - 2和 735 株·hm - 2
3 种保留密度 (分别记为 9 Y23 号、9 Y22 号和 9 Y21 号)进行间
伐改造. 第二年生长季定时定点用标准雨量计观测林外降雨
量 ,LNW250A 型中子土壤水分仪测定土壤水分 ,普通地温表
测定地温 ,MI2110 型辐射仪测定辐射强度 ,烘干称重法测定
植物含水量.
21212 　试验设计 　在 4 种密度的刺槐林中 ,分别均匀布设
3 个面积为 1m ×2m 的小样方 ,调查林下植物群落的物种组
成 ,测定各植物种的单株高度和鲜重、干重. 每木调查法测定
林木生长量 ,解析木抽样测定林木的地上生物量.
3 　结果与分析
311 　不同间伐强度对林分主要环境因子的影响
31111 　林内光照强度 　对原林分进行间伐改造 ,使
林分冠层密度减小 ,透光系数增加 ,林地接受的太阳
辐射也将增多. 通过对林内不同高处光照强度的观
测 ,间伐之后林内光照有明显的改善. 这里仅以距地
面 30cm 处光照强度的日变化 (图 1)为例 ,分析不同
间伐强度对林内光照的影响.
　　在距地面 30cm 处 ,林内辐射强度随间伐强度
的加大明显增加. 9 Y21 的最高值比 9 Y24 大 4 倍 ,达
到了 426W·m - 2 ,而 9 Y23 与 9 Y24 之间相差 80 % ,
9 Y21 与 9 Y22 之间的差别只有 7 %. 由于试验地坡
向是 ES2WN ,林内辐射强度的最高值出现在 16∶00
左右 ,说明高密度的人工刺槐林经间伐 ,林地光照强
度会迅速增加 ,但间伐强度增加到一定程度时 ,光强
将达到极限. 光照的改善无疑会促进林下植被层的
生长 ,另一方面也会加速土壤水分的蒸发 ,但蒸发量
与高密度时林木的蒸腾量相比是很少的 ,对土壤水
分状况的影响不大.
31112 　土壤温度 　由于不同间伐强度使林内地表
附近太阳辐射相差悬殊 ,必然会引起土壤温度的不
同变化 . 图2表明了不同间伐强度下地表和20cm
图 1 　不同间伐强度下林内光照强度的日变化
Fig. 1 Daily change of radiation in the forest under different thinning in2
tensity.
深处土壤温度的日变化 ,尽管随着土壤深度的增加
土温的日变化趋于缓和 ,但间伐强度越大 ,土温的变
化幅度越大 ,尤其地表温度的变化幅度更大. 在原林
分中 ,地表最高温度为 3012 ℃,日温差为 1215 ℃;而
在 9 Y21 和 9 Y22 中 ,地表最高温度分别达到 5215 ℃
和 4215 ℃,日较差分别为 3215 ℃和 2218 ℃. 在 20cm
深处 ,各林分日最低温度、最高温度和较差之间的差
距都大大减小 ,但在 9 Y21 和 9 Y24 之间 ,最低、最高
温度和日较差分别相差 2 ℃、5 ℃和 313 ℃. 温度之差
表明不同林分下层植被处于不同的热量状况之中 ,
必然会影响其生长[2 ] .
图 2 　不同间伐强度下地表 (a)和 20cm 深处 (b)土壤温度的日变化
Fig. 2 Daily change of soil temperature at surface (a) and 20 cm depth (b) under different thinning intensity.
21 应 　用 　生 　态 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　　　　　13 卷
31113 　土壤水分　干旱半干旱地区植物生长的限制
性因子为水分 ,在不同的水分条件下 ,植物的生长状
况差异很大[15 ] .图 3a 是原林分与间伐后各林分植树
带土壤水分年变化曲线.由于间伐是在前一年雨季后
进行 ,尽管在前一年各林分中植树带汇流量相差不
大 ,但间伐后的生长后期 ,单位面积林木的蒸腾耗水
量将减少 ,间伐强度越大 ,耗水量减少越大 ,林地贮存
的土壤水分将增多 ,因而在第 2 年春季萌芽时期 ,各
林分之间植树带土壤水分就出现了较大的差距 ,并且
这种差距持续存在于整个生长季. 表现出在一定间伐
强度内 ,林地土壤水分含量随间伐强度的增大而提
高.间伐密度为 1480 株·hm - 2时 ,与原林分无多大区
别 ,当间伐密度达到 1110 株·hm - 2时 ,在整个生长季 ,
林地植树带土壤水分比原林分提高约 40 %左右 ,但
如果继续增大间伐强度 ,土壤水分不再增加.
　　从土壤水分在不同深度土壤层中的分布状况
(图 3b)来看 ,间伐强度大的林分由于地表温度高、
蒸发量大 ,0～40cm 土层土壤含水率比原林分为低 ,
但在 40cm 以下土层 ,土壤含水率明显升高. 当密度
小于 1110 株·hm - 2时 ,各林分同一土层基本相近.
林地土壤水分环境的改善 ,对林下植被的组成和生
长以及冠层林木的生长将会产生很大影响[13 ] .
图 3 　不同间伐强度时植树带土壤水分变化
Fig. 3 Soil water change in planting strip under different thinning intensity.
a)生长季 Growing season ,b)不同土层 Different soil layer.
312 　不同间伐强度对林下植被的影响
31211 　林下植被层群落特征　由于人工林乔木层结
构比较均一 ,未间伐前林分郁闭度较大 ,林下植被不
太发育 ,因而没有明显层次.间伐后随着光照、温度和
水分条件的改善 ,林下植被层的盖度明显提高 ,生长
速度显著加快 ,有刺槐根蘖苗萌生 ,但仍以草本为主 ,
灌木和草本没有明显分层.林下植被层物种按其重要
值大小顺序列于表 1. 其中 ,相对优势度根据干物质
重量计算所得.由于间伐强度较大的两个林分其环境
因子的改善程度基本相近 ,林下植物种组成和分布无
多大区别 ,因而归为一类. 9 Y21 和 9 Y22 林下植物种
相对比较丰富 ,种群数量为 14 ,喜光阳性种群 (小菅
草)明显占优势 ,林下植被层有一定的恢复 ;而间伐强
度较小的林分 9 Y23 和原林分 9 Y24 ,种群数量较少 ,
侵入性强的小菅草数量极少 ,林下植被层不发达.
31212 　林下植被层物种多样性 　采用物种丰富度、 物种多样性指数、物种均匀度及生态优势度指标综合测度物种多样性 [9 ] . 采用 Shannon2Wiener 指数(SW)表示物种多样性 ;物种均匀度 ( E) 采用 Shan2non2Wiener 均匀度 ;生态优势度 ( ED) 用 Simpson 生态优势度. 各计算公式为 :S W = - ∑si = 1 Pi ·log2 Pi= 313219 (lg N - ∑si = 1 n i ·lg n i/ N )E = S W / log2 SED = ∑si = 1 n i ( n i - 1) / [ N ( N - 1) ]其中 , S 为种的丰富度 (种数) , ni 为第 i 个种的多度(个体数) , N 为群落(样地)全部个体总数 , Pi 为第 i 个种的相对多度 (个体总数的百分率) . 计算结果如表 2所示 ,间伐之后林下植被层的物种多样性明显提高.
311 期 　　　　　　　　　　　　　　　王克勤等 :黄土高原刺槐林间伐改造研究 　　　　　　　　
31213 　林下植被层的生长及生物量 　从林下植被
层的生长情况来看 (表 3) ,间伐前后相差极为悬殊 ,
9 Y21 和 9 Y22 的平均高、总鲜重和总干重分别为
52158cm、713104g·m - 2和277154g·m - 2 ,而9 Y23和 原林分非常接近 ,其平均高、总鲜重和干重分别为26190cm、142g·m - 2和 55102g·m - 2 ,表明间伐改善了林内光热水环境条件 ,加速了林下植物的生长 ,对于防止间伐后林地水土流失具有重要作用.
表 1 　各林分林下植被层植物种的重要值
Table 1 Important value of species under forest canopy
林分类型
Forest types
序号
No.
植物种
Species
相对多度
RA( %)
相对优势度
RD( %)
相对频度
RF( %)
重要值
IV ( %)
9 Y21 号 1 小菅草 Themeda hookeri 49115 52117 100 201132
735 stands·hm - 2 2 狗尾草 Setaria vi ri dis 25118 25192 100 15111
9 Y22 号 3 阿尔泰紫苑 Aster tongotensis 9193 8177 81182 100152
1110plants·hm - 2 4 达呼里胡枝子 Lespedeza dav urica 4160 4126 72173 81159
5 刺槐苗 Robinia pseudoacacia 2119 1165 63164 67148
6 老鹳草 Geranium wilf ordii 1169 1141 45145 48155
7 益母草 Leonurus artemisia 1145 1113 45145 48103
8 茵陈蒿 A rtemisia capillaris 1122 1106 45145 47173
9 苦荬菜 Ixeris denticulata 1121 0193 27127 29141
10 山苦菜 Ixeris chinensis 0196 0173 27127 28196
11 地丁草 Corydalis bungeana 0173 0153 27127 28153
12 蒲公英 Taraxacum mongolicum 0173 0147 27127 28147
13 灯心草 J uncus ef f usus 0172 0172 9109 10153
14 早熟禾 Poa annua 0124 0125 9109 9158
9 Y23 号 1 狗尾草 Setaria vi ri dis 62160 67196 77178 208134
1480 plants·hm - 2 2 阿尔泰紫苑 Aster tongotensis 11145 10167 66167 88179
3 益母草 Leonurus artemisia 5134 4139 55156 65129
4 山苦菜 Ixeris chinensis 4158 3162 55156 63176
5 地丁草 Corydalis bungeana 4158 3152 44144 53123
6 茵陈蒿 A rtemisia capillaris 4158 4121 44144 52154
7 苦荬菜 Ixeris denticulata 4158 3173 33133 41164
8 达呼里胡枝子 Lespedeza dav urica 0176 0175 33133 34184
9 蒲公英 Taraxacum mongolicum 0176 0152 11111 12152
10 牛　蒡 A rcti um lappa 0176 0165 11111 12139
9 Y24 号 1 狗尾草 Setaria vi ri dis 70170 73196 58133 202199
2220plants·hm - 2 2 阿尔泰紫苑 Aster tongotensis 10119 9115 41167 61101
3 山苦菜 Ixeris chinensis 7101 5134 41167 54102
4 小菅草 Themeda hookeri 5110 5150 33133 43193
5 苦荬菜 Ixeris denticulata 2155 2100 33133 37188
6 茵陈蒿 A rtemisia capillaris 1191 1169 33133 36193
7 老鹳草 Geranium wilf ordii 1127 1108 16167 19122
8 灯心草 J uncus ef f usus 1127 1128 8133 10168
表 2 　林下植被层物种多样性
Table 2 Species diversity of vegetable layer under forests canopy
林分类型
Forest type
物种丰富度 S
Species richness
Shannon2Wiener
指数 (SW)
物种均匀度 E
Species evenness
生态优势度 ED
Ecological dominance
9 Y21 号 (735 plants·hm - 2) 14 1124 4173 0132
9 Y22 号 (1110 plants·hm - 2) 10 0198 3127 0141
9 Y23 号 (1480 plants·hm - 2) 8 0158 1174 0152
9 Y24 号 (2220 plants·hm - 2)
表 3 　林下植被层生长情况
Table 3 Growth of vegetable layer under forest canopy
植物种
Species
9 Y21 号 　9 Y22 号
高度 (cm)
Height
鲜重 (g·m - 2)
Fresh weight
干重 (g·m - 2)
Dry weight
9 Y23 号
高度 (cm)
Height
鲜重 (g·m - 2)
Fresh weight
干重 (g·m - 2)
Dry weight
9 Y24 号
高度 (cm)
Height
鲜重 (g·m - 2)
Fresh weight
干重 (g·m - 2)
Dry weight
小菅草 Themeda hookeyi 63 351144 145185 35 7129 3102
狗尾草 Setaria vi ridis 37 180105 72147 28 88189 35178 25 101110 40169
阿尔泰紫苑 Aster tongotensis 60 70198 24151 16126 5161 38 14157 5103
达呼里胡枝子 L espedez a dav urica 34 32189 11190 1117 0139
刺槐苗 Robinia pseudoacacia 35 15158 4163
老鹳草 Geraniun w ilf ordii 79 12112 3195 62 1168 0159
益母草 L eonurus artemisia 57 10139 3116 42 7159 2131
茵陈蒿 A rtemisia capillaris 82 8173 2195 45 6195 2122 25 2173 0193
苦荬菜 Ixeris denticulata 15 8166 2161 17 6141 1196 4 3164 1110
山苦菜 Ixeris chinensis 12 6192 2103 12 6128 1191 26 10102 2194
地丁草 Corydalis bungeana 12 5123 1148 11 6123 1185
蒲公英 Taraxacum mongolicum 5 5119 1130 4 1120 0127
灯心草 J uncus ef f usus 52 5113 2101 30 1182 0171
早熟禾 Poa annua 23 1173 0169
牛蒡 A rctium lappa 20 1108 0134
合计 Total 52158 3 713104 277154 26190 3 142106 52164 26190 3 142185 551023 高度的合计值为各植物种依其多度的加权平均 Average weighted.
41 应 　用 　生 　态 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　　　　　13 卷
313 　不同间伐强度下林木的生长
原有林分间伐之后不仅对林下植被层的生长有
较大影响 ,而且对乔木层林木的生长有更大的促进
作用 (表 4) . 当间伐强度达到 1110 株·hm - 2 (保留密
度)时 ,第 2 年生长季单株生物量增量是原林分的 3
倍左右 ,继续加大间伐强度单株生物量将不再提高 ,
小于这一密度时生物量增量也比较小. 尽管间伐后
林木个体生物量增加较多 ,由于间伐后单位面积林
木个体数量的大幅度减少 ,单位面积生物产量提高
幅度并不大.
表 4 　间伐后当年各林分林木生物量增量
Table 4 Biomass enrichment of trees after thinning treatment
林分类型
Forest types
单株生物产量 Individual biomass (g·plant - 1)
叶
Leaves
枝
Branch
果
Fruit
树干
Trunk
总量
Total
单位面积生物总量
Total biomass
(kg·hm - 2)
9 Y21 号 (735 plants·hm - 2) 2423163 1262104 995180 2551194 7233141 5316157
9 Y22 号 (1110 plants·hm - 2) 2162126 985187 888141 2171176 6208130 6891125
9 Y23 号 (1480 plants·hm - 2) 1266128 484106 809156 805162 3365152 4980199
9 Y24 号 (2220 plants·hm - 2) 700183 221136 448105 741158 2111182 4688128
注 :生物量为间伐后第 2 年生长季生物量增量 Biomass enrichment at 2nd growth season after thinning.
4 　结 　　论
411 　黄土高原刺槐林的主要功能是生态防护作用 ,
林分结构越复杂其防护功能越强. 现有林分普遍存
在密度过大的问题 ,不仅造成了以土壤干化为主的
土壤退化问题 ,而且地被物稀少 ,不利于改善生态环
境 ,恢复生物多样性的森林生态系统 ,甚至会造成林
分的退化 ,影响其生态功能的进一步发挥. 因此 ,对
于高密度林分有必要进行间伐改造.
412 　经间伐改造 ,改善了林下植被层赖以生长的光
照、温度 ,尤其是水分条件 ,加速了林下植被层的生
长发育 ,提高了其生物多样性和生物产量. 当间伐密
度为 1110 株·hm - 2时 ,生物多样性指数和生物产量
比原林分分别提高 2 倍多和 4 倍. 更重要的是促进
了林木个体的生长发育 ,间伐之后第 1 个生长季林
木个体生物量增量最高的比原林分提高 3 倍左右 ,
并且有刺槐根蘖幼苗的出现. 这对稳定林分群体结
构 ,促进人工林的正向演替具有重要作用.
413 　可考虑的间伐密度为 1110 株·hm - 2 . 这时 ,不
仅林下植被层的生物多样性和生物量有大幅度的提
高 ,而且林冠层林木的生产力达到了较高水平 ;如果
继续加大间伐强度 ,林下植被层和林木个体的生长
已达到最大极限 ,由于单位面积林木个体数量的过
多减少 ,将影响到林分的群体生产水平.
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作者简介 　王克勤 ,男 ,1964 年生 ,博士 ,副教授. 主要从事
退化生态系统植被恢复的理论与技术研究 ,发表论文 12 篇 ,
参编专著 1 部. E2mail :kqwang @public. km. yn. cn
511 期 　　　　　　　　　　　　　　　王克勤等 :黄土高原刺槐林间伐改造研究