Response of vertical structure characteristics of natural secondary Quercus mongolica forest to crop tree release
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摘要:目的基于单株木的目标树经营技术是实现近自然森林经营的重要途径。为揭示目标树经营对天然次生林垂直结构的影响，以长白山北部蒙古栎次生林为研究对象，探讨各林层林分结构与单木生长对不同目标树抚育间伐强度的响应，为制定科学合理的经营措施提供基础依据。方法2013年8月在吉林省汪清林业局设置16块面积0.09 hm2（30 m × 30 m）的样地开展目标树经营试验。根据间伐强度设置弱度（5%）、轻度（10%）、中度（20%）和对照4种处理，每种处理4个重复，2016年复测样地。采用树冠光竞争高法（CCH）将林分划分为上林层、中林层和下林层3个林层，比较分析不同抚育间伐强度对各林层高度、树种组成、林木竞争和生长的影响。结果（1）各林层树冠光竞争高度分别为上林层15.27 ~ 16.12 m、中林层8.76 ~ 9.65 m、下林层2.95 ~ 3.37 m。间伐提高了上、中林层高度，其中中度间伐下上林层平均高度为15.42 ~ 17.21 m，显著高于其他处理，而下林层高度基本不变。（2）间伐调整了上林层和中林层各树种所占比重，上林层中白桦下降，蒙古栎提高，且蒙古栎比重随着间伐强度的增大而增大；中林层白桦、杂木比重下降，红松比重增加。（3）上林层平均胸径在中度间伐下得到了提高，增幅达到0.57 cm，而在其他处理下有所下降。中林层平均胸径只在轻度间伐下得到提升，下林层平均胸径的变化与上林层呈现相反的趋势。林分中上林层所占蓄积比重增大，弱度、轻度、中度间伐样地上林层蓄积比重分别增加了1.92%、11.52%、13.15%。（4）间伐显著降低了各林层林木竞争指数，其中下林层对目标树抚育间伐响应最为积极，以弱度间伐的降幅最为显著，林木竞争指数由0.634降为0.455。（5）各林层直径定期生长率和材积定期生长率随林层高度的增加而降低，上、中、下林层的直径生长率分别为1.22% ~ 1.96%、1.94% ~ 2.59%、4.02% ~ 8.17%，材积生长率分别为1.74% ~ 4.10%、3.50% ~ 5.14%、10.12% ~ 18.97%。结论目标树经营能够显著影响蒙古栎次生林各林层的生长与结构，但是各林层特征对不同抚育间伐强度的响应不一致。综合来看，中度间伐（间伐强度20%左右）是研究区蒙古栎次生林较为适合的目标树抚育间伐强度，有关具体抚育方式和后续抚育时间还有待林分动态的长期观测。Abstract:ObjectiveCrop tree release (CTR) based on single tree is an important way to realize close-to-nature forest management. In order to reveal influences of CTR on the vertical structure of natural secondary forests, natural secondary Quercus mongolica forest in the northern Changbai Mountains was used as research objects, to investigate the response of forest stand structure and single-wood growth to the different intensity tending, which can provide basic support for developing scientific and rational management.Method16 sample plots of 0.09 ha (30 m×30 m) were set up in the Jilin Wangqing Forestry Bureau in August 2013, to carry out crop tree release and thinning test. According to the thinning intensity, 4 treatments were set as: weak (5%), mild (10%), moderate (20%) and control, each treatment had 4 replicates. All sample plots were resurveyed in 2016. The stands were divided into upper, middle and lower storeys according to the canopy competition height (CCH) in stand. The effects of different tending thinning intensity on each forest storey height, tree species composition, competition and growth were analyzed.Result(1) the CCH of upper, middle and lower storeys was 15.27−16.12 m, 8.76−9.65 m and 2.95−3.37 m, respectively. Thinning increased the height of upper and middle forest storeys, upper forest storey height was increased from 15.42 to 17.21 by moderate thinning, which was significantly higher than other treatments, while the height of the lower forest storey remained basically unchanged. (2) Thinning adjusted the proportion of tree species in the upper and middle forest storeys. the proportion of Betula platyphylla was decreased while that of Quercus mongolica was increased in upper forest storeys, and the proportion of Quercus mongolica increased with the increase of thinning intensity. The proportion of other wood decreased while that of Pinus koraiensis increased. (3) The average DBH of upper storeys was improved under moderate thinning, with an increase of 0.57 cm, but decreased under other treatments. The average DBH of middle storey was only improved under mild thinning. Changes on average DBH of lower storey was opposite to that of upper forest storey. The proportion of upper and middle forest storeys of forest stands increased. The proportion of forest storeys in the weak, mild and moderate thinned sample plot increased by 1.92%, 11.52% and 13.15%, respectively. (4) Thinning significantly reduced the competition index of forest trees in each forest storey. The lower forest storey had the most positive response to crop tree tending and thinning. The forest competition index of lower storeys by weak thinning decreased from 0.634 to 0.455, which was the most significant. (5) DBH periodic growth rate and volume periodic growth rate of forest storey decreased with the increase of the height of forest storey. The DBH periodic growth rates of the upper, middle and lower forest storey were 1.22%−1.96%, 1.94%−2.59%, 4.02%−8.17%, respectively. The volume growth rate were 1.74%−4.10%, 3.50%−5.14%, 10.12%−18.97%, respectively.ConclusionCTR can significantly affect the growth and structure of different forest storeys of secondary Quercus mongolica forest. On the whole, moderate thinning (about 20% of thinning intensity) is suitable crop tree thinning intensity for secondary Quercus mongolica forest in study area. The specific tending methods and follow-up time are still based on long-term observations of forest stand dynamics.
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随着天然林的过度采伐，优质木材资源短缺，开发人工林速生材成为了木材工业的重要途径。但人工林速生材的密度低、力学性能差，进一步限制了其有效利用。木材化学改性是通过将化学物质引入到木材内部，占据木材细胞壁中的孔隙并与木材组分中的亲水性羟基反应，降低其亲水性的同时增强木材的物理力学性能，从而延长其使用寿命，扩大其应用范围[1-3]。
纳米技术的发展为木材化学改性提供了新的思路。木材是多孔性材料，具备宏观孔隙﹑介观孔隙和微观孔隙在内的多级孔隙结构[4]。纳米孔隙的存在为纳米颗粒的进入创造了条件。以蒙脱土（montmorillonite，MMT）为代表的纳米黏土被广泛应用于木材的化学改性中，在添加量较少（3% ~ 5%）的情况下就可以大幅度提高木材的力学、防水、阻燃等性能[5-7]。通常天然MMT亲水且易团聚，因此对木材改性效果不佳，需要采用有机改性剂改性为有机蒙脱土（organo-montmorillonite，OMMT）。而OMMT难以均匀分散到水中，通常需要用水溶性树脂作为中间介质，先将OMMT分散进入树脂中再浸渍处理木材[8]。但由于承载OMMT的树脂乳液粒径较大，黏度较高，对木材的渗透效果较差，因而固化后蒙脱土多填充于木材细胞腔内，仅部分纳米片层进入到了细胞壁的无定形区[9]。虽然这种传统MMT改性方法可以提高木材的阻燃性能，但对木材物理力学性能的提高有限。
超支化聚合物是一种具有高度分支结构的树枝状聚合物。将水性超支化聚合物接枝到纳米OMMT上，由于其球形以及多支化结构，可以使OMMT在水中稳定分散[10-12]。Li等[13]成功制备了一种水性超支化聚丙烯酸酯（hyperbranched polyacrylate，HBPA）分散蒙脱土乳液，其平均粒径为100 nm。木材经浸渍处理后，在细胞壁中发现了剥离的OMMT片层以及固化的HBPA，因而处理材的防水、硬度等性能有所提升，但OMMT是首先分散到丙烯酸酯单体中再聚合制备成乳液，因此受乳液pH、黏度和离子等因素的影响，分散进入HBPA乳液中的OMMT含量较少，只能小幅度提高木材的物理力学性能。为进一步提高OMMT的含量，本研究首先合成了HBPA乳液，再将OMMT直接添加到HBPA乳液中。另外，Xu等[14]通过侧链丙烯酸控制还可以合成一种能与聚乙二醇（poly(ethyl glycol), PEG）羟基发生酯化或氢键作用形成物理网络结构的水性树脂，使复合的PEG/HBPA能与木材羟基进一步发生氢键作用，与OMMT产生协同效应。因此，本研究尝试在HBPA中加入低分子量聚乙二醇200（PEG-200），形成物理交联的网络结构从而进一步提高木材的性能，并比较了不同层间离子的OMMT对复合乳液改性材力学性能的影响。
1. 材料与方法
1.1 材 料
青杨（Populus cathayana）取自河南省漯河市，选择无明显节子、腐朽等自然缺陷的边材作为试材，根据相应测试标准锯切成规定尺寸，自然气干备用。4种不同层间离子的有机蒙脱土编号分别为OMMT-1、OMMT-2、OMMT-3、OMMT-4，其有机长链分别为[CH3(CH2)17]2(CH3)2N+、HCH3(CH2)16CH2NH2+、CH3(CH2)17N(CH3)[(CH2CH2OH)2]+、HOOC(CH2)17NH3+，均过200目筛，购买自北京怡蔚特化科技发展有限公司。水性超支化聚丙烯酸乳液，平均粒径100 nm，黏度120 mPa·s，固体含量10%，实验室自制，其化学结构式如图1所示。PEG-200，购买自国药集团化学试剂有限公司。
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1.2 蒙脱土/聚乙二醇/超支化聚丙烯酸酯乳液的制备
将PEG-200加入到HBPA溶液中混合均匀，PEG的添加质量为HBPA固含质量的1/3。用去离子水将混合液稀释至4%后加入质量分数2%的OMMT，之后在1 000 r/min的速度下搅拌10 min，即得到OMMT/PEG/HBPA乳液。同时，制备一组未添加OMMT的PEG/HBPA乳液作为对照组。
1.3 木材浸渍处理
处理前，先将青杨试件在103 ℃下干燥至恒重，之后将试件置于浸渍罐中用处理液进行真空–加压浸渍处理。真空度为0.01 MPa，时间30 min；加压压力为2 MPa，加压时间120 min。浸渍完成后，将试件从浸渍罐中取出，擦去表面多余水分，先在40 ℃恒温干燥箱中干燥24 h，随后在103 ℃下干燥至恒定。
1.4 表征与测试
将复配改性剂乳液在室温下放置24 h，观测改性剂乳液是否出现了分层、沉淀等现象，并采用激光粒度仪测试乳液的粒径，旋转黏度计测试乳液黏度，考察改性剂乳液的稳定性。
参照GB/T 1935—2009《木材顺纹抗压强度试验方法》、GB/T 1936.1—2009《木材抗弯强度试验方法》、GB/T 1941—2009《木材硬度试验方法》分别测试处理材的顺纹抗压强度、抗弯强度和端面硬度，每组重复试件数为10个。
采用美国尼高力公司生产的IS10型傅里叶红外交换光谱仪对改性剂乳液以及处理材进行傅里叶红外交换光谱（FTIR）测试。将处理材粉碎过100目筛子，按绝干质量1∶100与溴化钾混合均匀后压片，改性剂乳液则稀释100倍后取一滴与溴化钾压片混合后烘干。测试波长范围为400 ~ 4 000 cm−1，分辨率为4 cm−1，扫描次数为32次。
采用德国布鲁克公司生产的D8 Advance型X射线衍射仪对OMMT以及处理材进行X射线衍射（XRD）测试。将处理材粉碎过100目筛子，采用Cu-Kα进行测试，扫描范围为1.5° ~ 40°，扫描速度为每步0.5 s。
采用美国FEI公司生产的Tecnai G2 F30型场发射透射电子显微镜对处理材进行透射电子显微镜（TEM）观测。处理材首先用环氧树脂包埋，然后用超薄切片刀切片后置于铜网上观测，并采用X射线能谱仪（EDX）点扫描方式对选定区域进行Si和Al元素确定，测试电压为10 kV。
2. 结果与分析
2.1 改性剂稳定性
图2为OMMT/PEG/HBPA改性剂放置24 h后的外观状态。改性剂乳液呈浅黄色，无明显的分层和沉淀出现。从表1中也可以发现改性剂乳液的平均粒径和乳液黏度基本无变化，说明了这4种OMMT均能稳定分散进入到PEG/HBPA乳液中，可用于木材浸渍改性处理。
表 1 OMMT/PEG/HBPA改性剂乳液静置24 h后的平均粒径与黏度变化Table 1. Average particle size and viscosity changes of OMMT/PEG/HBPA modifier emulsions after standing for 24 hours编号 No. 平均粒径 Average particle size/nm 黏度 Viscosity/(mPa·s) 静置前 Before standing 静置后 After standing 静置前 Before standing 静置后 After standing PEG/HBPA 108 110 118 113 OMMT-1/PEG/HBPA 106 107 120 122 OMMT-2/PEG/HBPA 109 112 123 121 OMMT-3/PEG/HBPA 110 106 130 127 OMMT-4/PEG/HBPA 108 117 124 129 注：PEG/HBPA是聚乙二醇/超支化聚丙烯酸酯乳液；OMMT-1/PEG/HBPA是层间离子[CH3(CH2)17]2(CH3)2N+的有机蒙脱土/聚乙二醇/超支化聚丙烯酸酯乳液；OMMT-2/PEG/HBPA是层间离子为的HCH3(CH2)16CH2NH2+的有机蒙脱土/聚乙二醇/超支化聚丙烯酸酯乳液；OMMT-3/PEG/HBPA是层间离子为CH3(CH2)17N(CH3)[(CH2CH2OH)2]+的有机蒙脱土/聚乙二醇/超支化聚丙烯酸酯乳液；OMMT-4/PEG/HBPA是层积钠离子为HOOC(CH2)17NH3+的有机蒙脱土/聚乙二醇/超支化聚丙烯酸酯乳液。Notes: PEG/HBPA is poly(ethyl glycol)/hyperbranched polyacrylate emulsion. OMMT-1/PEG/HBPA is OMMT with interlayer ions of [CH3(CH2)17]2(CH3)2N+/poly(ethyl glycol)/hyperbranched polyacrylate emulsion. OMMT-2/PEG/HBPA is OMMT with interlayer ions of HCH3(CH2)16CH2NH2+/poly(ethyl glycol)/hyperbranched polyacrylate emulsion. OMMT-3/PEG/HBPA is OMMT with interlayer ions of CH3(CH2)17N(CH3)[(CH2CH2OH)2]+/poly(ethyl glycol)/hyperbranched polyacrylate emulsion. OMMT-4/PEG/HBPA is OMMT with interlayer ions of HOOC(CH2)17NH3+/poly(ethyl glycol)/hyperbranched polyacrylate emulsion. ![]()
图 2 PEG/HBPA与OMMT/PEG/HBPA改性剂乳液静置24 h后的外观图Figure 2. Outside view of PEG/HBPA and OMMT/PEG/HBPA modifier emulsions after standing for 24 hours2.2 力学性能
OMMT/PEG/HBPA改性材的力学性能如表2所示。未改性木材的顺纹抗压强度、抗弯强度和端面硬度分别为45.6 MPa、62.3 MPa和5 010 N。经过PEG/HBPA改性后，木材的顺纹抗压强度和抗弯强度均有所提升。Xu等[14]发现：PEG能和HBPA侧链中的羧基发生酯交换反应或形成氢键结合，同时这两者较长的分子链互相缠绕，可形成网络的结构。而当PEG/HBPA浸渍进入木材后，由于PEG和HBPA干燥过程形成的交联以及与木材的羟基作用，使木材抵抗外力的能力增加，因而力学强度明显上升。而PEG/HBPA对端面硬度的提升不明显，这也是由于PEG和HBPA均为柔性的高分子树脂，不能有效提升木材的表面硬度。添加OMMT后，各组的顺纹抗压强度、抗弯强度和端面硬度数值进一步增加，其中OMMT的添加对提升木材端面硬度值效果明显。这是由于OMMT自身是一种强度较高的刚性纳米填料，不论是凝聚在木材外表面还是进入到细胞壁内，都能够有效提高其力学强度[15]。而当PEG/HBPA进入到OMMT层间后，其分子的网络结构能够使OMMT片层剥离，从而可能进入到木材细胞壁内[13]。由表2的结果也可以看出：对于不同层间离子的OMMT，其顺纹抗压强度、抗弯强度和端面硬度这3项力学性能大小排序皆为OMMT-2 > OMMT-3 > OMMT-4 > OMMT-1。这说明不同层间离子的OMMT对木材的改性效果有所不同，具体原因将在FTIR和TEM结果中进行分析。本试验中优化配方为OMMT-2添加组，其顺纹抗压强度达到82.2 MPa，抗弯强度98.2 MPa，端面硬度8 920 N。
表 2 OMMT/PEG/HBPA改性材的力学性能Table 2. Mechanical properties of wood modified with OMMT/PEG/HBPA编号 No. 顺纹抗压强度 Radial compressive strength/MPa 抗弯强度 Flexural strength/MPa 端面硬度 End hardness/N 未改性 Unmodified 45.6 (6.1) 62.3 (8.2) 5 010 (110) PEG/HBPA 59.1 (6.3) 77.4 (5.5) 5 220 (310) OMMT-1/PEG/HBPA 70.2 (8.3) 85.6 (6.3) 7 740 (430) OMMT-2/PEG/HBPA 82.2 (6.6) 98.2 (7.3) 8 920 (320) OMMT-3/PEG/HBPA 75.3 (2.8) 92.1 (6.3) 8 660 (440) OMMT-4/PEG/HBPA 73.3 (2.5) 88.1 (2.5) 8 110 (280) 注：括号内数值为10个重复试件的标准偏差。Note: values in the parentheses are standard deviations of 10 replicates. 2.3 FTIR分析
OMMT/PEG/HBPA改性材的FTIR结果如图3a所示。未处理材在3 333 cm−1处的羟基吸收峰经PEG/HBPA改性后向高峰3 378 cm−1处偏移，并且峰值增加。这是由于PEG/HBPA中存在大量羟基，能和木材中的羟基形成氢键结合[16]。未添加OMMT和OMMT-1组的羟基吸收峰强度较高，而OMMT-2、OMMT-3和OMMT-4组的羟基吸收峰强度相对低一些，说明加入OMMT-1后，OMMT-1与木材基本上为物理吸附，而其余几组的OMMT可能与木材之间形成了氢键，使羟基吸收峰下降。另外，各组在1 736 cm−1处的C=O吸收峰也有所增强，这是由于木材半纤维素中的C=O与HBPA中的C=O发生了重叠。经PEG/HBPA改性后，在1 050 cm−1处出现了新的吸收峰，此处是PEG/HBPA中C—O—C的伸缩振动。对PEG/HBPA乳液进行FTIR测试（图3b），乳液的C—O—C伸缩振动出现在1 110 cm−1处，进入木材后，此峰发生了明显的偏移，说明了改性剂与木材纤维素形成了氢键结合。相比未添加OMMT组，添加OMMT后，木材在2 918 cm−1处出现了较尖锐的吸收峰。此处归属于—CH3/—CH2的伸缩振动，说明了OMMT中有机长链进入到了木材中。此外，OMMT-2/PEG/HBPA在1 667 cm−1处的峰有所增强，同时1 736和1 586 cm−1处的峰均有所下降，这可能是由于OMMT-2与其余3组不同，为非季铵盐改性OMMT，其特有的官能团—NH2能够与木材以及改性剂中的羟基、羧基等反应[17]。
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图 3 PEG/HBPA乳液、未处理木材以及不同改性剂处理材的FTIR结果Figure 3. FTIR results of PEG/HBPA emulsion, untreated wood and wood modified with different kinds of modifiers2.4 XRD分析
OMMT/PEG/HBPA改性材的XRD结果如图4所示。2θ在2° ~ 10°范围内，OMMT有一个明显的（001）晶面衍射峰，根据布拉格公式（1），可以计算得到OMMT的层间距。
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图 4 OMMT、未处理木材以及不同改性剂处理材的XRD结果Figure 4. XRD results of OMMT, untreated wood and wood modified with different kinds of modifiersd=λ2sinθ (1) 式中：d为层间距（nm）；
λ 为X射线的波长，λ = 0.154 nm；θ为衍射角（°）。由图4可以看出，OMMT-1的层间距最小，为1.24 nm，而OMMT-2的层间距最大，为4.48 nm。因此，PEG/HBPA分子更容易进入到OMMT-2的层间，形成剥离结构。在浸渍处理木材后，在2θ = 15°和2θ = 22.5°的纤维素衍射峰没有发生明显变化，说明本研究所使用的改性方法没有破坏纤维素的结晶结构。同时，改性材的XRD图在2θ = 2° ~ 10°中未发现明显的OMMT晶面衍射峰，说明各组OMMT进入木材后均可能呈剥离状态。
2.5 TEM-EDX分析
通过TEM可以进一步确定OMMT在木材细胞壁中的状态，如图5所示。从图5a中看出未处理木材细胞壁清晰可见。经过PEG/HBPA处理后，PEG/HBPA固化后形成一层薄膜黏附在细胞壁上，部分进入到了细胞壁内（图5b）。加入OMMT后，可发现有片层状物质进入到了木材的细胞壁内，为确定其为OMMT，对片层区域（如框所示）进行了EDX分析，探测Si和Al两种特征元素，图6为OMMT-1/PEG/HBPA所选区域的EDX结果，结果表明所选区域出现了Si和Al元素，因此这种片层状物质为OMMT。其余OMMT-2、OMMT-3和OMMT-4组的EDX结果基本和图6一致，也出现了Si和Al元素。对比图5c、图5d、图5f可以发现OMMT-2组对木材细胞壁的渗透性最好，在细胞壁内发现了较多的层状片层结构（图5d），可能是由于自身OMMT的层间距较大，使用PEG/HBPA作为分散剂时能更加容易地进入到OMMT层间，同时，OMMT-2中存在的氨基官能团使之与木材、改性剂的结合更强。OMMT-1组对木材的渗透性最差，图5c中发现有OMMT片层黏附在木材细胞壁上。OMMT-3和OMMT-4组有少量的OMMT存在于细胞壁中（图5e和图5f），这可能是由于OMMT-3和OMMT-4的自身的层间距相对OMMT-1较大，且有羟基、羧基等官能团，能与木材和改性剂之间形成氢键。
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图 5 未处理和不同改性剂处理材的TEM图Figure 5. TEM images of untreated wood and wood modified with different kinds of modifiers![]()
图 6 OMMT-1/PEG/HBPA改性材的EDX结果Figure 6. EDX results of wood modified with OMMT-1/PEG/HBPA3. 结 论
本研究采用PEG/HBPA分散OMMT，用于改性木材，并比较了不同层间离子OMMT对改性效果的影响。4种OMMT均能稳定分散进入到PEG/HBPA乳液中，经过24 h后无明显的分层和沉淀现象，且粒径和黏度无明显变化。处理材经过PEG/HBPA处理后，PEG/HBPA能固化并黏附在细胞壁表面或进入细胞壁内，使木材的抗压强度和抗弯强度有所提高，但对端面硬度增强作用不大。添加OMMT能进一步提高处理材的力学性能，并增加端面硬度。OMMT层间离子中含有氨基、羟基、羧基等官能团能使OMMT更好地进入到木材细胞壁中，其中OMMT-2处理组的增强效果较优，这可能是由于OMMT-2自身层间距较大，同时含有的氨基官能团与改性剂、木材形成较强的氢键结合，为本试验的优化处理组。经过处理后，改性材顺纹抗压强度为82.2 MPa，抗弯强度为98.2 MPa，端面硬度为8 920 N。
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图 1 蒙古栎次生林样地抚育间伐前后林层平均胸径变化
Figure 1. Changes on mean DBH of each storey in secondary Quercus mongolica forest sample plots
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图 2 蒙古栎次生林样地抚育间伐前后林层林木竞争指数变化
Figure 2. Changes on mean competition index of each storey in secondary Quercus mongolica forest sample plots
表 1 蒙古栎次生林样地基本情况
Table 1 Basic situation of secondary Quercus mongolica forest sample plots
样地号
Sample plot No.面积/hm2
Area/ha海拔
Altitude/m坡向
Slope aspect坡度
Grade/
(°)林分密度/
（株·hm− 2）
Stand density/
(tree·ha− 1)断面积/
（m2·hm− 2）
Basal area/
(m2·ha− 1)蓄积/
（m3·hm− 2）
Stock volume/
(m3·ha− 1)树种组成
Composition of
tree species目标树密度/
（株·hm− 2）
Density of crop tree/
(tree·ha− 1)处理
Treatment1 900 675 东南
Southeast8 2 367 20.61 149.82 4Q1P1Bp1F1P1Pu1O 102 弱度
Weak2 900 750 东南
Southeast7 1 533 22.48 150.78 4Q2Pu1A1Bp1T1P 85 弱度
Weak3 900 675 东南
Southeast8 1 833 23.9 175.57 3Q1Bp1Pu1Q1T1P1O 99 弱度
Weak4 900 750 东南
Southeast7 2 044 23.21 193.74 5Q3Bp1P1An 86 弱度
Weak5 900 675 东南
Southeast8 1 667 26.37 204.36 6Q1Bp1P1Bd1O 76 轻度
Mild6 900 675 东南
Southeast8 1 844 22.39 176.31 4Q3Bp1P1O1L 89 轻度
Mild7 900 750 东南
Southeast7 2 033 22.38 180.23 6Q1Bp1Bd1P1An 93 轻度
Mild8 900 705 东南
Southeast10 1 289 21.05 159.76 4Q2T1A1T1P1Bp 87 轻度
Mild9 900 765 东南
Southeast6 1 433 21.25 171.34 2Q2Bp1Bd1OLQ1P1O1An 88 中度
Moderate10 900 705 东南
Southeast10 2 356 22.01 170.62 3Q3Bp1P1O1Pu1Bd 85 中度
Moderate11 900 725 东南
Southeast8 1 433 20.48 153.49 4Q1Bp2O1P1Bd1A 94 中度
Moderate12 900 675 东南
Southeast8 1 844 21.81 176.01 3Q3Bp1An1A1P1O 92 中度
Moderate13 900 705 东南
Southeast10 878 21.76 160.02 5Q2T1Bp1P1A 110 对照
Control (CT)14 900 705 东南
Southeast10 1 833 23.67 174.66 5Q1Bd1A1T1F1Q 96 对照
Control (CT)15 900 705 东南
Southeast10 1 343 24.4 171.54 5Q1A1T1Bp1P1O 180 对照
Control (CT)16 900 715 东南
Southeast8 1 333 23.18 170.81 6Q1A1T1P1Bp 122 对照
Control (CT)注：Q. 蒙古栎；P. 红松；Pu. 大青杨；Bp.白桦；Bd. 黑桦；T. 紫椴；A. 色木槭；F. 水曲柳；Af. 冷杉；L. 长白落叶松；O. 杂木，杂木是指达到检尺直径的小乔木，包括暴马丁香、青楷槭、花楷槭等。表4同此。Notes: Q, Quercus mongolica; P, Pinus koraiensis; Pu, Populus ussuriensis; Bp, Betula platyphylla; Bd, Betula dahurica; T, Tilla amurensis; A, Acer mono; F, Fraxinus mandshurica; Af, Abies nephrolepis; L, Larix olgensis; O, other species refer to other small trees with diameter reaching 1 cm, including Syringa reticulata, Acer tegmentosum, Acer ukurnduense, et al. The same as Tab. 4. 
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表 2 蒙古栎次生林样地抚育间伐前后林层高度变化
Table 2 Changes on CCH of sample plots in secondary Quercus mongolica forest
CTR处理
CTR treatment上林层 Upper canopy layer 中林层 Middle canopy layer 下林层 Lower canopy layer 伐前
Before thinning伐后3年
3 years after thinning伐前
Before thinning伐后3年
3 years after thinning伐前
Before thinning伐后3年
3 years after thinningCT 15.86 ± 0.39a 15.60 ± 0.25a 9.31 ± 0.38a 8.98 ± 0.13a 3.22 ± 0.25a 3.12 ± 0.19a 弱度 Weak 15.27 ± 0.55a 15.42 ± 0.46b 8.76 ± 0.33b 8.85 ± 0.28a 2.95 ± 0.11b 3.09 ± 0.09a 轻度 Mild 16.12 ± 0.47a 16.40 ± 0.49c 9.30 ± 0.28a 9.43 ± 0.30b 3.14 ± 0.09b 3.18 ± 0.10a 中度 Moderate 15.63 ± 0.51a 17.21 ± 0.45d 9.65 ± 0.21a 9.95 ± 0.26c 3.37 ± 0.12a 3.29 ± 0.11b F 1.302 14.726 5.882 15.634 4.907 6.603 P 0.319 0.000 0.010 0.000 0.019 0.007 注：CTR.目标树经营；CT.对照；不同字母表示差异显著（P < 0.05，LSD，t检验）。下同。Notes：CTR, crop tree release; CT, control; different lowercase letters show significant differences (P < 0.05). The same below.
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表 3 蒙古栎次生林样地抚育间伐前后林层高度方差分析
Table 3 ANOVA of CCH in secondary Quercus mongolica forest sample plots before and after thinning
阶段
PeriodCTR处理
CTR treatment方差来源
Source of variation离差平方和
Sum of squaresdf 均方
Mean squareF Sig. 伐前
Before thinningCT 组间 Between groups 319.421 2 159.711 1 360.430 < 0.001 组内 Within group 1.057 9 0.117 总和 Total 320.478 11 弱度 Weak 组间 Between groups 303.645 2 151.823 1 060.069 < 0.001 组内 Within group 1.289 9 0.143 总和 Total 304.934 11 轻度 Mild 组间 Between groups 377.026 2 188.513 1 817.673 < 0.001 组内 Within group 0.933 9 0.104 总和 Total 377.959 11 中度 Moderate 组间 Between groups 432.180 2 216.090 1 342.081 < 0.001 组内 Within group 1.449 9 0.161 总和 Total 433.629 11 伐后3年
3 years after thinningCT 组间 Between groups 312.125 2 156.063 3 983.733 < 0.001 组内 Within group .353 9 0.039 总和 Total 312.478 11 弱度 Weak 组间 Between groups 344.794 2 172.397 1 703.527 < 0.001 组内 Within group .911 9 .101 总和 Total 345.705 11 轻度 Mild 组间 Between groups 387.254 2 193.627 1 714.232 < 0.001 组内 Within group 1.017 9 0.113 总和 Total 388.271 11 中度 Moderate 组间 Between groups 382.311 2 191.156 1 953.226 < 0.001 组内 Within group 0.881 9 0.098 总和 Total 383.192 11
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表 4 蒙古栎次生林样地抚育间伐前后林层主要树种组成变化
Table 4 Changes on the tree species composition of each storey in secondary Quercus mongolica forest sample plots
CTR处理
CTR treatment林层
Canopy layer伐前
Before thinning伐后3年
3 years after thinningCT 上林层 Upper canopy layer Q (45.47%) T (24.69%) Bp (9.55%) A (9.21%) Q (40.23%) T (23.88%) Bp (15.17%) A (9.93%) 中林层 Middle canopy layer Q (73.78%) A (8.28%) T (4.77%) Bp (4.81%) Q (69.62%) A (9.90%) Bp (6.67%) T (3.14%) 下林层 Lower canopy layer Q (40.35%) P (37.40%) A (13.11%) O (2.95%) Q (29.30%) P (44.49%) A (16.74%) O (2.29%) 弱度 Weak 上林层 Upper canopy layer Bp (39.31%) Q (23.61%) Pu (16.63%) T (9.35%) Bp (38.11%) Q (26.30%) Pu (11.59%) T (9.24%) 中林层 Middle canopy layer Q (57.93%) Pu (19.89%) Bp (5.65%%) P (3.60%) Q (62.07%) Pu (14.16%) Bp (5.20%) P (4.38%) 下林层 Lower canopy layer Q (57.93%) A (20.81%) P (18.35%) O (11.52%) Q (29.69%) A (21.87%) P (17.80%) O (12.82%) 轻度 Mild 上林层 Upper canopy layer Bp (41.12%) Q (22.39%) T (12.94%) Bd (10.80%) Bp (36.12%) Q (30.72%) T (15.68%) Bd (6.80%) 中林层 Middle canopy layer Q (79.29%) Bp (4.77%) P (3.62%) A (3.56%) Q (79.87%) Bp (4.70%) P (4.84%) A (3.07%) 下林层 Lower canopy layer Q (41.47%) P (38.36%) O (9.76%) A (3.33%) Q (36.09%) P (39.76%) O (10.49%) A (4.15%) 中度 Moderate 上林层 Upper canopy layer Bp (63.76%) Bd (14.47%) Q (13.17%) L (6.53%) Bp (46.99%) Q (27.12%) Bd (15.33%) L (7.51%) 中林层 Middle canopy layer Q (67.64%) O (11.22%) Af (5.57%) P (4.70%) Q (72.78%) O (9.14%) P (6.20%) Af (5.35%) 下林层 Lower canopy layer Q (33.61%) P (31.91%) O (20.82%) A (3.93%) Q (30.33%) P (33.46%) O (22.12%) A (3.52%)
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表 5 蒙古栎次生林样地抚育间伐前后各林层蓄积量比值变化
Table 5 Changes on volume ratio of each storey in secondary Quercus mongolica forest sample plots
CTR处理
CTR treatment伐前 Before thinning 伐后3年 3 years after thinning 上林层
Upper canopy layer中林层
Middle canopy layer下林层
Lower canopy layer上林层
Upper canopy layer中林层
Middle canopy layer下林层
Lower canopy layerCT 54.60 ± 3.00a 40.40 ± 0.93a 5.00 ± 0.17a 48.03 ± 3.58 46.88 ± 2.57a 5.04 ± 0.10a 弱度 Weak 44.30 ± 1.95b 49.70 ± 4.34b 5.84 ± 0.44b 46.22 ± 3.16 46.71 ± 1.12a 7.07 ± 1.59b 轻度 Mild 36.13 ± 1.85c 56.83 ± 2.79c 6.91 ± 0.51c 47.65 ± 3.70 42.96 ± 0.80b 9.64 ± 0.17c 中度 Moderate 44.82 ± 4.43b 45.43 ± 0.86d 9.75 ± 0.51d 57.97 ± 3.50 37.82 ± 0.40c 4.21 ± 0.27a
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表 6 蒙古栎次生林各林层单木直径定期生长率和材积定期生长率
Table 6 DBH periodic growth rate and volume periodic growth rate of each storey in secondary Quercus mongolica forest
CTR处理
CTR treatment直径定期生长率 DBH periodic growth rate 材积定期生长率 Volume periodic growth rate 上林层
Upper canopy layer中林层
Middle canopy layer下林层
Lower canopy layer上林层
Upper canopy layer中林层
Middle canopy layer下林层
Lower canopy layerCT 1.22 ± 0.16a 1.94 ± 0.46a 8.17 ± 0.40a 1.74 ± 0.59a 3.50 ± 0.34a 18.97 ± 0.85a 弱度 Weak 1.42 ± 0.17b 2.43 ± 0.97b 5.02 ± 0.18b 2.46 ± 0.51b 5.06 ± 0.26b 12.27 ± 0.44b 轻度 Mild 1.49 ± 0.21b 2.59 ± 0.57b 6.03 ± 0.28c 2.52 ± 0.38b 5.14 ± 0.68b 14.75 ± 0.64c 中度 Moderate 1.96 ± 0.28c 2.32 ± 0.78b 4.02 ± 0.15d 4.10 ± 0.92c 4.94 ± 0.28b 10.12 ± 0.37d F 8.725 3.467 44.849 9.392 5.154 40.426 P 0.006 0.016 0.000 0.001 0.002 0.000
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