不同改造措施对杉木林分生长和碳储量的影响

Effects of different retrofitting measures on growth and carbon stocks in Cunninghamia lanceolata forest

摘要

目的 探讨不同改造措施对杉木（Cunninghamia lanceolata）林分生长和碳储量的影响，为该地区杉木林制定合理的改造措施提供理论依据。 方法 以湖北省太子山石龙林场管理局杉木人工林为研究对象，在近自然改造理论指导下，采取间伐补植（T₁，间伐强度50%并补植木荷（Schima superba））和间伐（T₂，间伐强度50%）措施，以未改造样地为对照（CK），测定了不同改造措施下杉木胸径、树高、单株材积、蓄积量，分析胸径结构分布，并比较乔木层、灌木层、草本层、植被层碳储量的差异。 结果 T₁措施的胸径和单株材积3 a增长量均显著高于CK（p<0.05），不同改造措施间树高增长量无显著差异（p>0.05）。T₁和T₂处理的中大径阶（≥20 cm）林木比例显著提升，CK仍以小径阶林木为主。T₁处理中，胸径3 a增长量在2~4 cm范围内的林木株数占比达28.3%，较CK显著提高23.7%，改造措施（尤其T₁）使林分径阶结构向大径级方向偏移。各措施植被层碳储量均表现为：乔木层>灌木层>草本层，T₁措施的植被层及乔木层碳储量3 a增长量与CK无显著差异（p>0.05），尽管T₁措施当前植被层总碳储量仍低于CK（主要受间伐初期林木减少影响），但其后期较高的碳储量增长速度表明其长期固碳潜力更大；灌木层和草本层碳储量在各措施间无显著差异（p>0.05），然而，T₁提高了灌木层碳储量的年均增量，T₂则提高了草本层碳储量的年均增量。 结论 间伐补植在促进杉木人工林生长、结构优化及关键碳库（乔木层）恢复与增长方面，效果显著优于间伐。在湖北太子山同类型杉木人工林的近自然化改造及提升森林碳汇功能实践中，推广应用间伐补植木荷技术是更为合理的选择。

Abstract

Objective The effects of different retrofitting measures on the growth and carbon stock of Cunninghamia lanceolata plantations were evaluated， in order to provide a theoretical basis for developing optimal forest retrofitting strategies for the region. Methods The research was conducted within C. lanceolata plantations at Taizishan Shilong Forestry Retrofitting Bureau， Hubei Province. Guided by near-natural forest retrofitting principles， three treatments were applied： thinning with replanting （T₁， 50% thinning intensity with interplanting of Schima superba）， thinning only （T₂， 50% thinning intensity）， and an unimproved control （CK）. Diameter at breast height （DBH）， tree height， individual tree volume， stand volume， and DBH class distribution were measured. Carbon stocks within the tree layer， shrub layer， herb layer， and total vegetation layer were also quantified and compared among treatments. Results After three years， DBH growth and individual tree volume increment were significantly higher in T₁ compared to CK （p<0.05）. Tree height growth showed no significant differences among treatments （p>0.05）. The T₁ and T₂ treatments significantly increased the proportion of trees in medium and large DBH classes （≥20 cm）， while CK still dominated with small-diameter trees. Specifically， in T₁， the proportion of trees with DBH increments of 2—4 cm over three years was 28.3%， representing a 23.7% increase over CK. Overall， the thinning measures， particularly T₁， shifted the stand DBH distribution towards larger diameter classes. Carbon stock allocation within the vegetation layer followed the order： tree layer > shrub layer > herb layer across all treatments. The three-year growth in total vegetation layer carbon stock and tree layer carbon stock within T₁ did not differ significantly from CK （p>0.05）. Although the total vegetation carbon stock in T₁ remained lower than CK （primarily due to tree removal during thinning）， its higher subsequent growth rate indicated greater long-term carbon sequestration potential. Carbon stock growth within the shrub and herb layers showed no significant differences among treatments （p>0.05）. However， T₁ significantly increased the mean annual increment （MAI） of carbon stock in the shrub layer， while T₂ significantly increased the MAI in the herb layer. Conclusion Thinning combined with replanting C. lanceolata demonstrated significant advantages over thinning alone in promoting the growth of dominant C. lanceolata trees， optimizing stand structure， and enhancing the carbon stock growth rate within the key carbon pool （tree layer）. Consequently， T₁ represents a more suitable approach for promoting near-natural retrofitting in similar Chinese fir plantations and enhancing forest carbon sink functionality in the Taizi Mountain region of Hubei Province.

Graphical abstract

关键词

杉木 / 人工林退化 / 近自然改造 / 生长量 / 碳储量 / 太子山石龙林场

Key words

Cunninghamia lanceolata / degraded plantation forests / close-to-nature retrofitting / carbon stock / stand growth / Taizi Mountain Shilong forest farm

文献参数： 潘召龙， 袁慧， 杜超群， 等.不同改造措施对杉木林分生长和碳储量的影响［J］.水土保持通报，2025，45（6）：280-289. Citation:Pan Zhaolong， Yuan Hui， Du Chaoqun， et al. Effects of different retrofitting measures on growth and carbon stocks in Cunninghamia lanceolata forest ［J］. Bulletin of Soil and Water Conservation，2025，45（6）：280-289.

人工林在保障木材供给、维护生态安全和减缓气候变化等方面发挥着日益重要的作用^［1］。然而，相较于天然林，人工林在生物多样性保护及水土保持等生态系统服务功能方面通常存在不足^［2］。优化经营措施是提升其综合服务效能的关键途径^［3-4］。中国作为全球人工林面积最大的国家，拥有丰富的成熟林与近熟林资源，且生态公益林比例持续增加^［5］，迫切需要通过科学经营（特别是调控林分组成与结构^［3］），协同提升其经济与生态效益，实现可持续发展。

杉木（Cunninghamia lanceolata）是中国主要的人工造林树种之一，其面积和蓄积分别占全国主要优势树种人工林的25%和33%^［5］。然而，当前广泛存在的单一纯林、高密度经营模式，导致林分结构简单、生态系统稳定性下降、立地生产力衰退^［6］，难以满足市场对大径级木材的持续增长需求^［7］。研究表明，构建混交林（特别是通过间伐后补植乡土阔叶树种）能有效优化林分空间结构、缓解种内竞争、促进目标树（大径材）生长，并显著提升生物多样性和综合生态效益^［8］。值得注意的是，间伐等措施短期内可能因移除生物量导致碳储量下降，但长期来看，通过释放生长空间，促进保留木加速生长，可产生补偿效应，甚至实现碳储量的净增长^［9］。

尽管混交改造与间伐对杉木人工林的积极效应已获得一定认识，但研究空白依然显著。湖北省作为杉木自然分布的北缘，近年来频发的干旱高温事件已严重威胁该区域杉木人工林的生存，导致普遍的生长衰退与枯死。针对这一生态敏感脆弱区，成熟杉木人工林对不同改造措施的响应，尤其是关键生长指标、林分结构优化及碳储量恢复动态，尚不明确。因此，本研究聚焦湖北北缘生态脆弱区的成熟杉木人工林，通过对比间伐补植木荷（Schima superba）与间伐两种改造措施，旨在评估杉木个体生长与林分蓄积动态、林分胸径结构特征、林分碳储量动态是否存在显著差异，并验证间伐补植措施是否具有更优的综合效益。研究结果将为湖北省及同类地区杉木人工林的质量精准提升，结构优化调控，固碳能力增强及差异化经营策略提供科学依据。

1 研究区概况

研究区地处湖北省太子山林场管理局石龙林场（112°48′45″—113°03′45″E，30°48′30″—31°02′30″N），北临大洪山，南邻江汉平原。区域地势自北东向南西渐次递减，山脉呈北西—南东走向，溪流系统沿北东至南西方向发育。地貌类型可划分为低山、低山丘陵、丘陵、岗地及溪谷5类。经营总面积7 600 hm²，森林覆盖率83%，活立木总蓄积量为4.57×10⁵ m³。该区域位于北亚热带向中亚热带过渡带，属北亚热带湿润季风气候，年均气温16.4 ℃，无霜期240 d，年日照时数1 949.9 h，年降水量1 094.6 mm；海拔40.3~467.4 m。土壤类型为黄棕壤，呈弱酸性（pH 5.5~6.6）。林场植被多样性显著，主要建群树种包括杉木、马尾松（Pinus massoniana）、柏木（Cupressus funebris）、麻栎（Quercus acutissima）、元宝枫（Acer truncatum）、冬青（Ilex chinensis）、红果冬青（I. rubra）及樟（Camphora officinarum）等。

2 研究方法

2.1 样地设置

在太子山石龙林场，选择1996年杉木实生苗造林，分别于2007年、2013年及2019年分阶段实施相同间伐强度的间伐作业，并在2020年1月，每个间伐样地行状补植50株木荷。设置2种近自然改造措施，其中T₁为50%间伐强度+补植木荷，T₂为50%间伐强度，CK为纯林对照。每种处理设置3个重复，共建立9块20 m×30 m的固定样地，每块样地周围均设12 m宽缓冲带。分别于2021年和2024年底对改造林样地进行调查，对样地内所有活立木进行每木检尺，主要调查林分因子包括胸径、树高、冠幅、郁闭度、地理坐标、海拔、坡向、坡度及坡位。因2021年与2024年杉木、木荷保留密度基本一致，故样地概况选用2024年数据（表1）。

2.2 样品采集与处理

基于20 m×30 m固定样地，依据乔木胸径调查数据，采用《主要树种立木生物量模型与碳计量参数》所载异速生长方程^［10］计算单株生物量。通过样地内所有单株生物量累加获得林分生物量，并折算为单位面积生物量（t/hm²）。每个样地内随机布设3个3 m×3 m灌木样方与5个1 m×1 m草本样方，测定灌草生物量。采用刈割法分离灌草地上与地下部分，分别称重后取样（灌木400~500 g，草本150~250 g），并于85 ℃恒温烘箱中烘干至恒质量。用乔木层、灌木层与草本层生物量分别乘以相应的碳转换系数（0.499 0，0.435 6，0.361），即可得出各层碳储量。

2.3 单株材积和林分蓄积量计算

基于实测杉木胸径与树高数据，应用杉木二元材积公式^［11］测算单株材积。样地总材积由内部所有单株材积累加获得，而单位面积蓄积量则为该区域内杉木平均单株材积与林木株数的乘积。计算公式为

V=\mathrm{0.000}\mathrm{062}\mathrm{678}\cdot D^{\mathrm{1.704}\mathrm{3}}\cdot H^{\mathrm{1.148}\mathrm{6}}（1）

式中：V为单株材积（m³）；D为胸径（cm）；H为树高（m）。

2.4 林分直径分布偏度、峰度计算

为评估近自然改造措施对大径材培育的成效，依据《杉木大径材培育技术规程》^［12］林业标准，将胸径≥26，20~26和<20 cm的林木分别定义为大径材、中径材和小径材。对T₁，T₂，CK样地内所有活立木，以2 cm径阶距进行划分，统计各径阶株数及林分的直径分布情况，并计算偏度（S_k ）和峰度（K），描述不同改造措施的直径分布特征^［13］，各处理3 a增长量以1 cm径阶划分。计算公式为

S_{\mathrm{K}}=n{\displaystyle \sum _{i=\mathrm{1}}^n}{\left(x_i-\overline{x}\right)}^{\mathrm{3}}/\left(n-\mathrm{1}\right)\left(n-\mathrm{2}\right){\sigma }^{\mathrm{3}}（2）

K=〔\frac{\mathrm{1}}{n-\mathrm{1}}{\displaystyle \sum _{i=\mathrm{1}}^n}{\left(x_i-\overline{x}\right)}^{\mathrm{4}}/{\sigma }^{\mathrm{4}}〕-\mathrm{3}（3）

式中：n为林分内活立木株数； x_i为林分活立木直径；\overline{x}为林分平均直径； \mathrm{\sigma }为标准差。

2.5 碳储量

植被层碳储量的计算公式为

T_G=T_t+T_s+T_h（4）

式中：T_G 为植被层碳储量（t）； T_t 为乔木层碳储量（t）； T_s 为灌木层碳储量（t）； T_h 为草本层碳储量（t）。

2.6 数据处理

对数据进行正态性检验（Shapiro-Wilk test）和方差齐性检验（Levene’s test）。运用SPSS 24.0软件对不同处理的林分生长状况及碳储量数据执行单因素方差分析（one-way ANONA），并采用LSD进行多重比较检验，数据可视化通过Origin 2024软件实现。

3 结果与分析

3.1 不同改造措施对杉木人工林生长量的影响

研究结果（表2）表明，杉木人工林改造初期与改造3 a后均表现为T₁，T₂处理平均胸径及平均树高均呈现增长，相较于CK，T₁和T₂的平均胸径增长差异显著（p<0.05），而树高差异未达显著水平（p>0.05），T₁林分的平均胸径增长量及年增长率均显著高于T₂和CK（p<0.05）；树高增长量及年均增长率虽高于CK和T₂，但差异不显著（p>0.05）；改造初期、改造3 a后、3 a增长量单株材积均表现为：T₁>T₂>CK，而蓄积量排序则为：CK>T₁>T₂。林分改造显著促进了生长，T₁增速最大（胸径0.53 cm/a；材积0.016 m³/a），CK蓄积增长量最大（0.754 m³/a）。林分总蓄积量由单株材积和林木株数共同决定，近自然改造措施虽有效促进杉木人工林胸径与树高的生长速率，其胸径的提升尤为显著，但本研究T₁和T₂处理显著降低保留株数，与CK相比，T₁处理尤为显著，其单株材积增长量提高38.24%（p<0.05），年增长率提高22.61%（p<0.05），但蓄积量增长量却降低26.65%。改造措施虽促进单株生长，但因显著降低株数，导致短期蓄积补偿不足，致使T₁和T₂的总蓄积量仍低于CK。差异主因在于T₂的50%间伐强度或超过短期恢复阈值，增量最低；T₁补植优化林分结构与资源利用，缓解间伐负效应；CK凭借株数优势维持高蓄积量，缺乏结构优化带来的可持续增长动力。因此，间伐强度是调控短期蓄积响应的关键因子，而结合补植的结构优化（T₁）展现出更可持续的长期潜力。

3.2 不同改造措施对杉木人工林胸径结构特征的影响

不同改造措施影响杉木人工林的胸径结构分布（图1）。改造初期，除T₂呈多峰分布外，其他均为单峰分布；2种改造措施中，径阶20 cm以上峰值对应为22 cm径阶，其中T₁峰值分别比T₂和CK高0.028 7和0.209 8。改造3 a后除T₁转为多峰分布外，其他仍为单峰分布；T₂与CK径阶20 cm以上峰值仍为22径阶，T₁峰值由22 cm径阶变为24 cm径阶，且T₁峰值分别比T₂和CK高0.098 7和0.234 7。由此可见，T₁中大于中大径阶峰值迁移幅度达58.49%，高于CK，同时，混交改造（T₁）比间伐（T₂）更显著缓解杉木竞争压力，表现为T₁的中大径阶峰值迁移幅度较T₂提高9.67%，表明木荷补植通过种间互补进一步优化杉木生长空间。T₁措施直径分布曲线的峰值呈现向高阶移动的趋势明显。

综合偏度与峰度指标分析（表3）及分布曲线形态（图1），结果表明，杉木人工林改造3 a后，T₁和T₂的直径分布呈现右偏趋势（偏度>0，表明中大径阶林木占比较高），而CK的分布则接近对称（偏度≈0）；同时，T₂和T₁的分布峰度相对更高（改造3 a后T₂峰度>0，T₁<0但绝对值较小），其直径分布范围较CK相对更窄，即林木径阶分化程度相对较低。

各改造林分的直径分布（详见图1）表明，改造初期，以小径材为主，CK，T₁，T₂的小径阶材分别占90.36%，71.7%和81.65%。改造3 a后，小径材占比下降，CK，T₁，T₂分别降至77.66%，54.72%和64.15%，同时T₁中大径材占比达45.28%，较T₂和CK分别提高26.30%和103.00%，表明其中大径材转化效率最优。

改造措施改变了林木3 a增长量株数分布频率（图2）。在0~4 cm径阶中，T₁中2~4 cm径阶株数占比达28.3%，显著高于CK（4.6%）和T₂（2.8%），表明补植措施有效促进杉木生长径阶右移过渡，这与前述直径分布右偏趋势（T₁偏度值0.335）及峰值向高阶移动特征一致。林分密度降低，促使杉木直径分布向高阶径级偏移。

3.3 不同改造措施对杉木人工林碳储量的影响

乔木层是植被层碳储量的主体（占比 >92%），其碳储量动态受改造措施影响显著（p<0.05），并呈现阶段性特征。改造初期，CK乔木层碳储量（2.919 t）显著高于T₁（1.855 t）和T₂（1.854 t）。改造3 a后，CK碳储量（3.452 t）仍显著高于T₁（2.282 t）和T₂（2.155 t）。然而，各处理间乔木层3 a碳储量增量存在显著差异（p<0.05），T₁措施的增量（0.427 t）显著高于T₂（0.301 t； p<0.05），且与CK的增量（0.533 t）无显著差异（p>0.05）。同期，T₁，T₂，CK措施下乔木层碳储量占比分别下降2.73%，2.11%，1.49%。改造初期与改造3 a后均显著抑制乔木层碳储量，造成初始损失（表现为显著低于CK）。T₁措施显著促进乔木层碳储量的增长，其增量接近CK，T₂措施增量显著低于T₁措施。尽管T₁措施乔木层占比下降最多，但其碳储量增量上的显著优势（相比T₂），揭示在改造后短期内乔木层碳积累具有更高的促进效率。这一规律凸显T₁措施在提升乔木层碳汇功能上的相对优势（表4，图3）。

图3　不同改造措施对乔木层碳储量的影响

Fig.3　Effects of different retrofitting measures on

carbon storage in tree layer

相较于乔木层，灌木层碳储量占比较小且基数较低，但其动态对改造措施仍表现出一定的响应特征。改造初期，T₂灌木层碳储量最高（0.095 t），CK次之（0.082 t），T₁最低（0.057 t）。改造3 a后，T₂碳储量（0.148 t）仍为最高，CK和T₁分别为0.145 t和0.131 t。灌木层3 a碳储量增量依次为T₁（0.067 t）>CK（0.065 t）>T₂（0.046 t）。同期，T₁，T₂，CK灌木层碳储量占比分别上升2.41%，1.50%，1.28%。不同改造措施灌木层碳储量及其3 a增量均未达到统计学显著水平（p>0.05），表明改造措施对灌木层碳储量的影响强度相对较弱。在改造初期与改造3 a后，T₂处理的灌木层碳储量始终最高，显示出T₂措施可能更有利于维持或积累灌木层碳储量。尽管改造初期T₁措施的灌木层碳储量基数最低，但其在3 a间表现出最大的3 a增量（0.067 t）和最大增幅（2.41%）。这表明T₁措施更有利于促进灌木层碳储量的增长，尤其是在改造初期（人为除杂后）。在非显著水平上，T₂措施维持较高碳储量的趋势，而T₁措施则表现出促进碳储量增长的潜力（表4，图4）。

草本层是植被层中碳储量最低的组分，其动态对不同改造措施的响应最为微弱。改造初期，草本层碳储量，CK， T₁和T₂分别为0.017，0.016和0.015 t。改造3 a后，T₂，T₁和CK分别为0.032，0.028和0.028 t。草本层3 a碳储量增量表现为T₂（0.017 t）>T₁（0.012 t）>CK（0.011 t），同期，T₂，T₁，CK草本层碳储量占比分别上升0.61%，0.32%和0.21%。不同改造措施草本层碳储量及其3 a增量均未达到统计学显著水平（p>0.05），表明改造措施对草本层碳储量的影响有限。尽管整体差异不显著，数据仍显示出一定的非显著趋势性差异。改造初期CK林分最高，T₂林分最低，但在改造3 a后，T₂林分最高，表明T₂措施可能更有利于促进草本层碳储量的增长。T₁措施碳储量增量虽低于T₂，仍高于CK。表明不同改造措施均有助于草本层的碳积累，尤其T₂措施呈现最大增量（0.017 t）和最大增幅（0.61%）。在非显著水平上，不同措施间存在微弱的趋势性差异，其中T₂措施表现出相对更有利于草本层碳储量积累的潜力（表4，图5）。

植被层总碳储量的动态变化主要受乔木层碳库主导。改造初期，CK总碳储量（3.018 t）显著高于T₁（1.928 t）和T₂（1.964 t）。改造3 a后，CK（3.625 t）仍显著高于T₁（2.441 t）和T₂（2.335 t）。植被层3 a碳储量增量表现为：CK（0.609 t）>T₁（0.506 t）>T₂（0.364 t），其中T₁的增量显著高于T₂（p<0.05）。植被层碳储量在改造初期与改造3 a后的动态变化，主要受乔木层碳储量的变化驱动（参见乔木层碳储量结果）。T₁措施下的3 a碳储量增量显著高于T₂措施（p<0.05），这一显著的增量优势，主要归因于T₁措施对乔木层碳积累的更高效的促进作用（表4，图6）。

4 讨 论

4.1 改造措施对杉木人工林生长的影响机制

乔木生长受林龄、立地条件、植物多样性及经营措施等因素调控。森林经营作为关键的人为干预手段，通过去除竞争个体、调控密度与空间结构以降低林分竞争强度、改善光照条件和土壤水肥供给，并加速养分循环，促进保留木的生长，差异化的经营措施还能促使保留木更有效利用其生物学特性、空间位置及竞争关系^［14］。基于上述调控机制，本研究通过设计差异化改造处理（T₁，T₂）验证其对杉木生长的影响。在林龄与立地条件一致的前提下，T₁与T₂处理通过移除病弱木、霸王树、被压木及部分长势不良林木，显著改善保留木的生长空间与竞争环境，促进杉木人工林生长。其中，T₁处理效果更优，可能因其补植措施形成混交结构（优化的树种组成），通过促进林下植被养分循环及其适配林分需求的抚育强度^［15］，显著提升资源利用效率。胸径年均增长率的排序为：T₁>CK>T₂，且年均增长率T₁分别比CK和T₂高23.11%和44.62%，表明T₁是培育大径材的有效途径。该结论与Wang Xiaoming等^［16］对马尾松人工林的研究结果一致，即近自然改造通过结构优化可显著提升目标树种生长量。T₂处理（50%间伐强度）的年均增长率最低（2.026%），可能源于高强度间伐引发的短期环境胁迫、次生植被竞争加剧以及资源分配策略改变。不同改造措施间树高生长量、年均生长率差异不显著，与徐金良等^［17］的研究结果一致，这可能由于间伐实施时杉木树高生长已趋于稳定，或树高主要受遗传特性、立地条件及互作效应影响，对采伐强度响应相对较弱。尽管本研究显示T₁和T₂处理当前蓄积量低于CK，陈哲等^［18］研究表明，高强度抚育间伐短期内会降低林分蓄积量，这是因为蓄积量变化是一个长期过程，受多因素综合影响；即便单株材积年平均增长率增加，且年均增长率分别比CK和T₂高22.61%和30.65%，但林分密度在改造初期急剧下降，导致总蓄积量减少。然而，随着时间推移，密度对蓄积的影响减弱，抚育间伐的促进作用将逐渐显现^［19］。如张丹丹^［20］研究表明改造后蓄积量最终超越对照。鉴于本研究观测期仅3 a，推测随经营时间延长，T₁与T₂的蓄积量可显著高于CK。

4.2 改造措施对杉木人工林胸径结构优化的影响

通过对杉木林实施间伐后补植木荷的近自然化改造，结果表明改造林分的直径分布较CK发生明显偏移。2种改造措施下的直径分布较CK提升中大径阶（≥20 cm）株数比例。该现象与多树种人工林经营研究结论一致。张俊艳等^［21］证实未经营云南松（P. yunnanensis）呈小径阶左偏分布（峰度高），近自然改造后，分布曲线右移且峰度降低，大径木比例增加。王科等^［22］发现近自然经营马尾松林，使小径阶林木占比下降，大径阶比例提升。程冀文^［23］指出油松（P. tabuliformis ）、落叶松（Larix gmelinii）人工林及白桦（Betula platyphylla）天然林经营后，径阶分布峰值区间向大径阶迁移，其中近自然措施的大径阶增幅最大。彭文成等^［24］在海南观察到近自然改造杉木林直径分布由正态分布向异龄化“J”型转变。王翰琛等^［25］阐明间伐移除低活力个体后，保留木通过资源垄断效应加速径向生长，促使大径材比例上升。本研究表明，T₁处理的3 a净增量的2~4 cm径阶株数占比达28.3%，显著高于CK（4.6%）。表明杉木—木荷近自然化改造通过优化竞争结构，显著提升了大径材培育效率，为人工林高价值木材定向培育提供了有效路径。

4.3 改造措施提升杉木人工林碳汇功能的潜力

本研究表明，不同改造措施实施后，杉木人工林乔木层碳储量在改造后3 a内均显著低于CK（p<0.05），净增量表现为：CK>T₁>T₂。这与高强度间伐初期导致乔木层碳库净损失的研究结论相符^［26］。尽管短期改造后，林分碳储量低于对照，但研究结果揭示不同改造措施在提升未来碳汇功能上的差异化潜力，尤以间伐补植措施（T₁）的乔木层碳储量增量显著高于T₂措施（p<0.05），表明补植木荷可通过更有效地利用释放的空间资源（如光、水、养分）或改善微生境，加速乔木层的整体碳积累速率。本研究仅观测改造后3 a的动态，许多补植的木荷尚处于幼苗阶段，未达到起测胸径，其固碳潜力尚未充分释放。作为速生且碳储量较高的乡土阔叶树种，木荷的碳积累能力预计将随龄级增长。T₁林分通过间伐降低密度并引入木荷，形成更合理的树种组成（杉木-木荷混交）和林分结构，可促进木荷根系生长量显著增加，还增强林分稳定性和抗逆性，为长期、持续的碳积累提供结构性基础^［27］。基于木荷的生长特性及其在混交林中的潜在互补效应，预计随着时间推移，T₁林分乔木层的年碳增量将维持在较高水平，其碳储量总量有潜力逐步接近并最终超越CK和T₂林分。这一预期与关于长期近自然经营提升森林碳汇功能的研究结论一致^［28］。持续实施以间伐补植（T₁）为代表的近自然改造，并通过定期疏伐维持合理的林分密度与结构，是实现杉木人工林长期碳汇功能显著提升与培育大径级优质木材双重目标的关键路径。短期观测到的碳储量差距可视为林分结构转型过程中的暂时性现象，而结构优化所驱动的长期碳增益则代表其核心潜力所在。

灌木层和草本层作为森林生态系统的重要组成部分，其碳储量动态亦受改造措施影响。本研究中，灌木层碳储量增量表现为：T₁>CK>T₂，草本层则表现为：T₂>T₁>CK。然而，在3 a观测期内，灌草层碳储量及其增量的措施差异均未达到统计学显著水平（p>0.05）。T₁措施表现出较高的灌木层碳增量趋势。邹丰虎等^［28］在马尾松林的研究中发现近自然经营有助于提升灌木层碳汇潜力，主要源于T₁降低林分郁闭度，有利于灌木生长所需的光照等资源的获取。随着T₁林分结构持续优化和稳定，对灌木层碳积累的促进作用有望进一步增强。T₂措施下草本层表现出最高的碳增量趋势，这与高强度间伐后草本层快速响应的研究结论一致^［29］。间伐显著降低林分密度和郁闭度，短期内极大改善林下光照和空间资源，促进喜光草本植物的快速生长和扩散，表明T₂措施在扰动后短期内激发草本层碳积累方面显示出相对优势。张桢铭^［30］对柏木林的研究表明间伐补植后草本层碳储量最高，然而，在本研究中，T₁措施的草本层增量较低，可能是为促进补植木荷生长，进行频繁的林下植被管理，移除草本生物量，延缓其恢复。然而长期来看，随着T₁林分乔木层郁闭度逐渐恢复稳定，以及管理干扰的减少，T₁措施有望为林下灌草层创造更适宜且稳定的生长环境，从而促进其碳储量的累积。从提升林下植被碳汇功能的角度，T₁措施因其对灌木层的积极影响及为草本层提供的长期稳定环境，展现出更具持续性的碳汇提升潜力，长期监测将有助于验证这些基于趋势的潜力预测。

植被层总碳储量动态变化主要受乔木层碳库主导。其3 a碳储量增量表现为：CK>T₁>T₂，且T₁显著高于T₂（p<0.05），这与乔木层的结果一致。CK的高碳储量主要源于高林分密度。短期内，T₁的总碳储量增量虽低于CK，但其显著高于T₂的增量，有力支持T₁相对于T₂在提升碳汇效率方面的短期相对优势。T₁措施通过“采小留大”和补植木荷，显著优化林分结构。这种结构优化旨在提升资源利用效率和促进保留木生长，为长期、高效的碳积累奠定结构性基础。结合乔木层展现的恢复速率和灌草层的潜在趋势，T₁措施植被各层次的碳汇功能具有协同提升的空间。T₁措施不仅短期内展现出相对于T₂的碳汇效率优势，更因其结构优化带来的多层次碳积累潜力，成为实现杉木人工林长期碳汇功能显著提升的更优路径。坚持近自然改造理念的T₁措施，在更长的观测周期内，其植被层总碳储量积累具有更大的潜力实现可持续增长。

5 结 论

（1） 2种改造措施的平均胸径、平均树高及单木平均材积均显著高于对照（CK）。不同措施间胸径、单株材积存在显著差异（p<0.05），而树高差异未达显著水平。T₁措施的胸径、树高、单株材积与蓄积量年均增长率均为最优，其中胸径年均增长率较CK提升23.11%，单株材积年均增长率提高22.61%。

（2） 不同措施下中大径阶排序为：T₁>T₂>CK。间伐补植措施（T₁）和间伐（T₂）中大径阶（≥20 cm）林木株数显著提升。T₁措施胸径3 a增量2~4 cm范围内林木株数占比达28.3%，较CK提高23.7%，改造措施（尤其T₁）使林分径阶结构向大径级方向偏移，有利于培育杉木大径材。植被层与乔木层碳储量在措施间呈显著差异（p<0.05），灌木层与草本层无显著差异，T₁措施对植被层、乔木层及灌木层碳储量均具有促进作用，T₂措施则提升草本层碳储量。

（3） 间伐补植木荷（T₁）在促进杉木人工林生长、结构优化及关键碳库（乔木层）恢复与增长方面，效果显著优于间伐（T₂）。因此，在湖北太子山同类型杉木人工林的近自然化改造及提升森林碳汇功能实践中，推广应用间伐补植木荷技术是更为合理的选择。

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基金资助

国家重点研发计划专题“低质低效人工林群落结构优化技术集成与固碳增产效应评价”(2023YFF1304402-08)

湖北省林业科技支撑重点项目“杉木人工林质量提升与固碳增汇关键技术研发”(［2022］LYKJ03)