落叶松（Larix gmelinii）是暖温带地区典型的先锋树种，具有较强的速生性与环境适应性，其年均树高生长量在0.8～1.2 m，能耐受-40 ℃极端低温[1-2]。这些特性使得落叶松在半干旱地区的生态建设中占据重要地位，发挥着不可替代的生态防护作用。
近年来，我国人工林面积不断增加，且多为纯林，群落结构相对单一、生物多样性与森林的生产力和蓄积量较低，一定程度上影响了人工林的可持续经营[3-4]。落叶松人工林占内蒙古赤峰市防护林体系的15%，部分人工林存在林分过密（郁闭度>0.8）等不足，导致生物多样性降低、森林生态系统不稳定，多功能效益发挥不足，进而引起地力衰退，甚至出现植株死亡现象。通过疏伐等措施模拟自然干扰机制，引起林地内环境因子的改变，促进落叶松人工林群落结构优化和森林可持续经营[5-6]。徐雪蕾等[7]研究表明，通过抚育间伐合理调整林分密度，可改善林内光照、水分等条件，促进林木生长以及林下植被发育。Trentini等[8]研究提出，林木生长健康、林下植被丰富，能够增加林内物种多样性，维持生态系统稳定。Cheng等[9]研究表明，疏伐明显提高了森林下层植被密度、地面生物量、Shannon-Wiener指数和Pielou指数。
疏伐作为提高人工林生产力的关键措施，其长期效应尚需量化评估。本研究通过对落叶林疏伐后12年的定位观测，系统分析林木生长指标、林分蓄积量、生物多样性等，明确疏伐对半干旱区落叶松人工林近自然经营的影响，旨在推动其向近自然经营模式转变，为区域森林可持续经营提供参考。
1 材料与方法
1.1 研究区基本情况
研究区位于赤峰市旺业甸林场（41°21′—41°39′ N，118°09′—118°30′ E），地处燕山山脉北麓七老图山支脉，是茅荆坝次生林区的重要组成部分。该地处于温带半干旱区域，具有明显的大陆性季风气候特征，冬季漫长寒冷、夏季温热短暂，气温变化剧烈；地形地貌为中山山地，海拔在800～1 890 m；年降水量400 mm，年蒸发量2 000 mm，年降水量远低于年蒸发量，这为落叶松等中幼林的生长提供了特定的环境；降水多集中在7—8月，无霜期117 d，土壤为棕壤[10]。林场经营面积280.00 km2，有林地面积233.33 km2，其中人工林面积116.00 km2，主要种植乔木为华北落叶松（Larix gmelinii var. principis-rupprechtii）和油松（Pinus tabuliformis）[11]。
1.2 测定指标及方法
2010年样地平均树高9.3m，平均胸径12.25 cm，初植密度2 m×2 m，郁闭度>0.8，选择郁闭度0.8和0.9的林分中随机进行抚育强度为16.6%、14.8%、12.4%的随机疏伐抚育。2022年，在充分踏查的基础上，综合考虑立地条件和优势种群的生长情况，在疏伐处理（T1）和对照（CK）林内分别设置试验样地，每个处理设置3个样地，重复样地间距不少于10 m，样地长×宽为30 m×20 m，共设置调查样地6块。
1.2.1 林木生长量调查
2010年经营前测定样地内林木树高、胸径，2022年根据坐标定位对当年样地内已测林木进行每木检尺，实测其树高、胸径。采用目测法，在调查样地林分内，均匀选取3个具有代表性的观测点，站在观测点上，向上观察树冠的垂直投影情况，判断树冠投影面积占整个观测区域面积的比例，根据观察结果，结合经验得出相应郁闭度值。
1.2.2 林分蓄积量计算
参考DB15/T 1459.4—2018《人工落叶松一元立木材积表》计算单株材积和林分蓄积量。
1.2.3 林下灌草物种多样性调查
2022年，采用四方对角线法调查林下灌草物种多样性，在各标准地沿较长对角线方向的两角各设置1个2 m×2 m的灌木样方，调查各样方内胸径5 cm以下的灌木，记录种名、数量、平均基径和高度；在各灌木样方内设置1个1 m×1 m的草本样方，记录样方内草本植物的种名、盖度和高度。灌草植被的Simpson指数（D）、Shannon-Wiener指数（H）、Pielou均匀度指数（E）计算如式（1 ）～（3 ）[12]。
D=1-∑（Ni/N）2
H=-∑（Pi log2 Pi ）
E=H/H max
式中，Ni 为第i个种的个体数；N为样方内所有物种总个体数；Pi 为第i个种占全体物种的比例，以其个体数占总个体数的百分数表示；H为实际观察的物种多样性指数；H max为最大的物种多样性指数。
1.2.4 生物多样性保护价值折算
参照《赤峰市全空间生态产品绿色核算与森林全口径碳中和评估》[13]，通过Shannon-Wiener指数计算生物多样性价值，划分等级标准如下：当H<1时，SI为3 000元/（hm2·a）；当1≤H<2时，SI为5 000元/（hm2·a）；当2≤H<3时，SI为10 000元/（hm2·a）。SI表示单位面积生物多样性保护价值量。
1.2.5 固碳释氧价值计算
参照《赤峰市全空间生态产品绿色核算与森林全口径碳中和评估》[13]进行年固碳价值、年释氧价值计算，年固碳释氧总价值计算如式（4） 。
年固碳释氧总价值=年固碳价值+年释氧价值
1.3 数据处理
利用Microsoft Excel 2010软件整理试验数据，利用IBM SPSS 20.0软件对数据进行单因素方差分析（One-way ANOVA）和独立样本t检验，采用多重比较LSD法检验差异显著性，采用Origin 2022软件绘图。
2 结果与分析
2.1 对落叶松林木生长的影响
由表1可知，T1处理后的林分郁闭度为0.77，较CK处理降低11.49%；其树高、胸径分别为16.43 m、17.15 cm，较CK处理分别增加19.32%、31.92%，差异具有统计学意义（P<0.05）。说明T1处理拓展了林木个体生长空间，明显提升了样地内落叶松树高与胸径生长量，同时有效维持了林分结构稳定。
表1 疏伐处理对半干旱区落叶松林木生长的影响 |
| 处理 | 郁闭度 | 树高/m | 胸径/cm |
|---|---|---|---|
| T1 | 0.77±0.58 a | 16.43±1.06 a | 17.15±1.48 a |
| CK | 0.87±0.58 a | 13.77±0.55 b | 13.00±1.33 b |
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2.2 对落叶松人工林蓄积量的影响
由表2可知，2022年对照样地蓄积量为159.54 m3/hm2，T1处理后的样地蓄积量为242.44 m3/hm2，其较CK处理增加51.96%，差异具有统计学意义（P<0.05）。说明采取疏伐处理具有显著成效，经过12年的生长，蓄积量明显高于对照样地。
表2 疏伐处理对半干旱区落叶松人工林蓄积量的影响单位：（m3/hm2） |
| 处理 | 2022年蓄积量 |
|---|---|
| T1 | 242.44±35.71 a |
| CK | 159.54±18.64 b |
由图1可知，对照样地蓄积平均增长量为88.0 m3/hm2，疏伐样地蓄积平均增长量170.9 m3/hm2，疏伐后的样地蓄积增量较对照提高94.20%，二者差异具有统计学意义（t=19.74，P<0.01）。说明疏伐有利于提高林木生长速度和质量，增加林分蓄积量，提高林分生产力。
2.3 对落叶松林下灌草生物多样性的影响
由表3可知，疏伐后样地灌木和草本的D、H、E较对照样地明显增加，其中疏伐后样地灌木和草本D、H与CK处理差异具有统计学意义（P<0.05）。疏伐后的样地林分空间更为开阔，光照强度明显提升，有效促进林下草本植被恢复，同时丰富了林下灌木及草本植物的种类，提升了林分生物多样性。
表3 疏伐处理对落叶松人工林林下灌草生物多样性的影响 |
| 处理 | Simpson 指数（D） | Shannon-Wiener指数（H） | Pielou均匀度 指数（E） | |
|---|---|---|---|---|
| 灌木 | T1 | 1.00 a | 1.31 a | 1.00 a |
| CK | 0.73 b | 0.98 b | 0.92 a | |
| 草本 | T1 | 0.85 a | 2.01 a | 0.81 a |
| CK | 0.44 b | 0.90 b | 0.56 a | |
2.4 对落叶松生物多样性保护价值的影响
根据1.2.4计算方法得到生物多样性保护价值见表4。结果显示，疏伐样地灌木的Shannon-Wiener指数在1～2，草本的Shannon-Wiener指数在2～3，说明灌木单位面积生物多样性保护价值为5 000元/（hm2·a），草本单位面积生物多样性保护价值为10 000元/（hm2·a）；对照样地灌木和草本的Shannon-Wiener指数均小于1，二者的生物多样性保护价值为3 000元/（hm2·a）。说明疏伐可提高单位面积生物多样性保护价值。
表4 疏伐处理对落叶松生物多样性保护价值的影响 |
| 处理 | Shannon-Wiener指数（H） | 生物多样性保护价值/[元/（hm2·a）] | |
|---|---|---|---|
| 灌木 | T1 | 1.31 | 5 000 |
| CK | 0.98 | 3 000 | |
| 草本 | T1 | 2.01 | 10 000 |
| CK | 0.90 | 3 000 | |
2.5 对落叶松固碳释氧价值的影响
由表5可知，经疏伐后的落叶松年固碳价值、年释氧价值和固碳释氧总价值分别为1.56万、21.60万和23.16万元，较CK处理分别增加38.05%、38.36%和38.43%，差异均具有统计学意义（P<0.05）。说明疏伐处理明显提升了落叶松林的年固碳释氧价值，进而增强了其整体生态价值。
表5 疏伐处理对落叶松固碳释氧价值的影响单位：万元 |
| 处理 | 年固碳价值 | 年释氧价值 | 固碳释氧总价值 |
|---|---|---|---|
| T1 | 1.56 a | 21.60 a | 23.16 a |
| CK | 1.13 b | 15.60 b | 16.73 b |
3 结论与讨论
杨建文[14]研究提出，开展生态疏伐抚育可显著提高中幼林森林林木平均胸径。本研究表明，疏伐通过降低林分郁闭度，改善了林内光照、水分和养分条件，促进了落叶松的生长，提高了林分生产力，与上述研究结果基本一致。杨艳秋等[15]研究发现，未经抚育的落叶松中龄林6年间年均总蓄积量与近自然经营、常规经营相当。而本研究表明，疏伐抚育后的落叶松中龄林年均总蓄积量明显高于未经抚育林分，这种差异可能与研究区域、林分初始条件、疏伐强度和监测时间不同有关。此外，本研究仅考虑了单一疏伐强度的长期效应，未来可设置多梯度疏伐强度试验，深入探究疏伐强度与林分生长、生态功能的内在关联，为半干旱区落叶松人工林的近自然经营提供更精准的技术支持。
综上，疏伐处理可促进落叶松人工林林木胸径生长、蓄积量积累，以及林下灌木及草本植被生长，丰富林下植物物种组成，逐步实现林分的近自然化经营。此外，疏伐处理不仅提升了林分生物多样性保护价值，还增加了年固碳释氧价值，增强了森林生态系统的固碳释氧功能，本研究结果可为半干旱区落叶松人工林近自然化、可持续经营提供参考。