阿巴拉契亚中部带状皆伐种植北方红栎幼苗的十年生长与存活研究

时间:2025年5月19日
来源:Forest Ecology and Management

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为解决阿巴拉契亚中部栎树为主的森林更新难题,研究人员开展带状皆伐对北方红栎(Quercus rubra L.)幼苗生长存活影响研究。发现边缘幼苗存活(约 70%)与生长最佳,10 年后需 2500–4500 株 / 公顷种植密度达 20% 郁闭度目标,为栎林更新提供新思路。

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在阿巴拉契亚中部广袤的山林中,栎树家族曾是生态舞台的核心演员。作为占据宾夕法尼亚州和西弗吉尼亚州 54%–73% 林地的优势类群,北方红栎(Quercus rubra L.)不仅是高价值的硬木木材担当,更是野生动物的 “粮仓” 与生物多样性的庇护所。然而如今,这片森林正陷入 “更新困局”—— 成年栎树虽挺拔依旧,林下却难见幼树长成栋梁之材。历史扰动消失后森林逐渐 “mesophication”(中生化),加之鹿群啃食、森林经营不当等 “组合拳”,让栎树幼苗在低于 5% 全日照的幽暗林下举步维艰,难以长到 91 厘米以上的 “竞争身高线”。传统的中层伐木、火烧或化学除草等招术,要么成本高企,要么面临环保争议,如何在经济效益与生态修复间找到平衡术,成为亟待破解的生态谜题。

为突破这一困局,西弗吉尼亚大学研究森林的科研团队瞄准了 “带状皆伐” 这一策略。这种独特的采伐模式如同在森林中绘制明暗相间的 “生态棋盘”:将林地按南北走向切割成 45 米宽的条带,一半区域先行采伐(切割带),5–10 年后再移除保留带,试图通过创造林下光照梯度,既让栎苗在光照充足处茁壮成长,又能分阶段收获木材,解了林农的 “近渴”。这项研究成果发表在《Forest Ecology and Management》,为困境中的栎林更新点亮了新方向。

研究团队采用的核心技术方法包括:在 14 公顷的北坡研究地设置南北向带状皆伐样地,于 2014 年秋季完成采伐后,次年春季在保留带与切割带的 8 个光照梯度位置种植 360 株北方红栎幼苗;连续十年监测幼苗的存活情况与生长指标(株高、地径);运用优势概率模型预测 20 年后达到 20% 郁闭度所需的种植密度;通过对比不同光照环境下的竞争物种组成,分析栎苗面临的生存压力。

幼苗生长与存活的 “光照密码”


研究发现,光照如同无形的指挥棒,调控着栎苗的命运轨迹。切割带中心的栎苗虽享受着最高达 50%–70% 的全日照,却遭遇黄杨(Liriodendron tulipifera L.)、黑桦等速生竞争者的 “围追堵截”,死亡率高达 75%–85%,几乎难以成材。保留带内部则因光照不足(<5% 全日照),栎苗生长停滞,如同被按下 “慢速键”。而位于条带边缘的幼苗堪称 “光的宠儿”—— 这里的光照强度恰如 Goldilocks 的粥,既非过强亦非过弱,造就了约 70% 的存活率与超过 91 厘米的平均株高,成功跨越 “竞争门槛”。统计显示,切割带幼苗的平均株高显著高于保留带内部(p<0.0003),但边缘位置凭借 “存活 - 生长平衡术” 成为最优解。

种植密度的 “数学谜题”


基于十年间的存活与生长数据,研究团队构建了精准的密度预测模型。若要在采伐 20 年后实现 20% 的优势木与共优势木郁闭度目标,种植密度需设定在 2500–4500 株 / 公顷。这一区间的确定,既考量了光照梯度下的存活率差异,也为林下竞争预留了 “生态缓冲”—— 过高密度可能引发种内斗争,过低则难以抵御速生树种的侵袭,恰似在生态天平上找到了微妙的平衡点。

竞争困境与策略反思


尽管带状边缘展现出潜力,研究仍揭示了残酷的现实:即使在光照适宜区,栎苗仍需与占比超 60% 的速生阔叶树种共享空间。这提示单纯依赖光照调控远远不够,未来的更新策略需纳入 “竞争管理组合拳”,如适时开展除草或选择性伐木,为栎苗开辟 “成长绿色通道”。带状皆伐的分阶段采伐设计虽能提供短期木材收益,却也需警惕长期生态效应 —— 如何在经济效益与栎林可持续更新间编织更紧密的 “生态经济纽带”,仍是后续研究的重要命题。

这项持续十年的 “森林实验” 如同打开了一扇窗,让学界看到带状皆伐在栎林更新中的独特价值:它以 “光梯度设计师” 的角色,为栎苗铺设了从幽暗到光明的成长路径,同时以分阶段采伐回应了林农的经济诉求。尽管挑战犹存,但其提出的密度模型与边缘效应认知,已为阿巴拉契亚中部乃至全球类似生态区的栎林修复提供了可操作的 “生态工具箱”。当我们在讨论森林可持续经营时,这样兼顾生态智慧与经济理性的探索,或许正是破解 “绿色经济悖论” 的关键密钥。

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