落葉松人工林生物量密度控制圖的編制

向玉國 ，鄭小賢，劉波云，高 祥 ，徐 光

(1.北京林業(yè)大學 森林資源與環(huán)境管理國家林業(yè)局重點實驗室，北京 100083；2.吉林省汪清林業(yè)局，吉林 汪清133200)

落葉松人工林生物量密度控制圖的編制

向玉國1，鄭小賢1，劉波云1，高 祥2，徐 光2

(1.北京林業(yè)大學 森林資源與環(huán)境管理國家林業(yè)局重點實驗室，北京 100083；2.吉林省汪清林業(yè)局，吉林 汪清133200)

以吉林省汪清林業(yè)局金溝嶺林場的落葉松人工林為研究對象，首先建立了不同立地條件、不同密度落葉松生物量估計模型，然后編制了不同地位指數(shù)級的落葉松生物量林分密度控制圖，并檢驗分析了其在實際生產(chǎn)中的應(yīng)用，結(jié)果表明本研究結(jié)果能滿足經(jīng)營需要。

落葉松；生物量；地位指數(shù)級；密度控制圖

隨著全球氣候變化，人類對森林生物量的關(guān)注度與日劇增。世界各地的學者針對熱帶雨林、溫帶闊葉林、北方針葉林的生物量做出了大量的研究，并估算了世界上不同地區(qū)、不同類型的森林生物量。由于森林生物量是森林生態(tài)系統(tǒng)最初的第一性生產(chǎn)積累量，因此在碳儲量等許多研究中起著十分重要的作用。我國經(jīng)過三十多年的研究，對主要森林生態(tài)系統(tǒng)中的喬木、林下植被、凋落物、粗木質(zhì)殘體、根系等生物量都進行了大量的估測。[1-8]

很多學者研究了林分蓄積量與林分密度的關(guān)系，并編制了林分密度控制圖，具有很高的實用價值。[9-19]對于林分密度與生物量的關(guān)系，我國目前僅有少量研究。[20-21]落葉松人工林是東北、華北地區(qū)的主要人工林類型，是我國的主要用材林?，F(xiàn)階段生物量的研究大多數(shù)是生物量估測模型的研究，[22-23]生物量與林分密度之間的研究相對較少，本研究試圖以落葉松人工林為例，將生物量研究成果通過類似林分密度控制圖的形式、分別不同立地條件呈現(xiàn)在圖表上，進而為森林撫育和森林經(jīng)營提供技術(shù)支撐。

1 研究區(qū)概況

金溝嶺林場坐落于吉林省汪清縣境內(nèi)的東北部。地理坐標為北緯 43°22'，東經(jīng) 130°10'。海拔為30～1 200 m，坡度5°～25°，個別陡坡在35°以上。屬長白山系老爺嶺山脈雪嶺支脈，該地區(qū)四面環(huán)山，地貌屬低山丘陵，陽坡地形較陡，陰坡地形平緩。是汪清河三大支流中的第二支流的發(fā)源地。金溝嶺林場東接荒溝林場，西靠塔子溝林場，南與十里坪林場接壤，北臨地陰溝林場。氣候?qū)儆跍貛Т箨懶约撅L氣候，年平均氣溫3.9℃，積溫2 144 ℃，年降水量600～700 mm。林場經(jīng)營面積16 286 hm2，其中有林地面積為15 352 hm2。在有林地面積中，天然林為12 808 hm2，人工林為2 544 hm2，人工林主要為興安落葉松。

2 研究方法

2.1 數(shù)據(jù)資料

1986年北京林業(yè)大學在金溝嶺林場建立了20塊面積分別為25 m×25 m、20 m×30 m、40 m×50 m的不同立地條件、不同密度的興安落葉松固定樣地，每2年調(diào)查一次，截止2010年已有13期調(diào)查數(shù)據(jù)；2010年新設(shè)置了6塊40 m×50 m的興安落葉松臨時樣地，選取71株解析木分析生物量，調(diào)查數(shù)據(jù)整理見表1。

表1 樣地數(shù)據(jù)基本信息Table 1 Basic information of standard plot data

2.2 數(shù)據(jù)處理

利用SPSS、Origin、Excel等數(shù)據(jù)分析軟件，對調(diào)查數(shù)據(jù)進行處理，分析生物量與立地條件、林分密度的關(guān)系。

3 落葉松生物量林分密度控制圖的編制

3.1 落葉松人工林立地類型的劃分

首先編制地位指數(shù)級表。其中：確定基準年齡為25年，選擇樹高生長方程H=a+be-e，其參數(shù)值和曲線如表2和圖1。

表 2 樹高生長方程參數(shù)值Table 2 Parameter values of tree height growth equation

3.2 落葉松生物量密度控制圖的相關(guān)模型

3.2.1 傳統(tǒng)林分密度控制圖的相關(guān)模型

根據(jù)已有的林分密度控制圖，有如下幾種數(shù)學模型。

等樹高線：Μ=a11×Hb11×N-a12×Hb12×N2

圖 1 地位指數(shù)級曲線Fig. 1 Status exponential curves

等疏密度線：Μ=Kp×N-K3+1

最大密度線：Μ=Kp=1.0×N-K3+1

自然稀疏線：Μ=K5×(N0-N) ×N0-K3

等直徑線： Μ=a×Db×Nc

式中，Μ為森林蓄積量 (m3/hm2)，H為樹高(m)，N為林分密度(株/ hm2)，D為林分平均直徑(cm)，a11、b11、a12、b12、Kp、K3、K5、N0、a、b、c均為參數(shù)。

3.2.2 落葉松生物量密度控制圖的相關(guān)模型

通過對落葉松地上生物量與蓄積量的關(guān)系進行了擬合與分析，表明了落葉松生物量隨其蓄積量的增加而增加，且表現(xiàn)出明顯的線性關(guān)系，兩者的關(guān)系式可表示為：

B=0.5803Μ– 4.6954 R2= 0.9655，n = 32

式中，B為森林生物量 (t/hm2)，Μ為森林蓄積量 (m3/hm2)。

利用生物量與蓄積量之間的關(guān)系式，結(jié)合上述林分密度控制圖的幾種數(shù)學模型，可得出，生物量密度控制圖的幾種數(shù)學模型。

等樹高線：

B=(a11×Hb11×N-a12×Hb12×N2) ×0.580 3-4.695 4

等疏密度線：

B=(Kp×N-k3+1)×0.580 3-4.695 4

最大密度線：

B=(a×N-b)×0.580 3-4.695 4

然稀疏線：

B=[K5×(N0-N)×N-K3]×0.580 3-4.695 4等直徑線：

B=(a×Db×Nc)×0.580 3-4.695 4

3.2.3 落葉松生物量密度控制圖的相關(guān)參數(shù)值

通過非線性回歸分析，可求得各方程式不同立地條件下的參數(shù)值，具體的數(shù)值見表3：

表 3 生物量密度模型參數(shù)Table 3 Parameter values of biomass density models

3.3 落葉松生物量密度控制圖的編制

利用上述研究結(jié)果建立不同立地條件、密度下的生物量預(yù)估數(shù)學模型，進而繪制出不同立地條件的生物量密度控制圖（見圖2 、圖3和圖4）。生物量密度控制圖包括等樹高線、等直徑線、等疏密線、最大密度線和自然稀疏線。其中，等樹高線為斜向右上方的實心線，單位為m；等直徑線為斜向右上方的虛線，單位為cm；等疏密度線為斜向右下的粗實心線，疏密度為1.0的等疏密度線為最大密度線，自然稀疏線為向下的虛線，分別為1 000、2 000、3 000、4 000，單位為株 /hm2。

圖2 地位指數(shù)級的生物量密度控制Fig. 2 Biomass density control of status exponential class I

圖3 Ⅱ地位指數(shù)級的生物量密度控制Fig. 3 Biomass density control of status exponential class II

圖4 Ⅲ級地位指數(shù)級的生物量密度控制Fig.4 Biomass density control of status exponential class III

4 生物量林分密度控制圖的應(yīng)用

如果已知落葉松人工林林分的地位等級、平均直徑、林分密度時，可利用落葉松生物量密度控制圖進行生物量估計。例如，已知某Ⅱ地位指數(shù)級的落葉松人工林平均直徑D=14 cm，密度N=2 000株/hm2，預(yù)估此林分的生物量及其成熟齡可按以下步驟進行估算：

第一步：從圖1得該林分在15、20、25、30年生時相應(yīng)的林分上層木平均高分別為8.9 m、11.0 m、12.9 m、14.6 m。

第二步：根據(jù)林分上層木平均高，選擇在Ⅱ地位指數(shù)級的生物量密度控制圖(圖3)上直徑為14 cm的等直徑線、密度為2 000株/hm2的自然稀疏線上查得相應(yīng)15～30年生的生物量，分別為30 t/hm2、59 t/hm2、93 t/hm2、128 t/hm2。

第三步：計算林分生物量的連年生長量和年平均生長量，確定兩者相等時(也是林分生物量平均生長量最大時)的年齡，即為該落葉松林分生物量成熟齡。在此例中，通過計算得出林分生物量成熟齡為30年，此時林分生物量為128 t/hm2，生物量的年平均生長量為4.2 t/hm2，成熟林分的胸徑為20.7 cm。

5 小 結(jié)

利用傳統(tǒng)的林分密度控制圖的編制方法，分別立地條件建立等樹高線、等直徑線、最大密度線、自然稀疏線、與生物量之間相互關(guān)系的模型，編制不同立地條件下、不同密度的生物量密度控制圖，為人工林生物量預(yù)估和撫育采伐設(shè)計提供了實用的工具，也為人工林碳匯經(jīng)營提供了技術(shù)支撐，對提高人工林經(jīng)營有實際價值。

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Establishment of Larix olgensis plantation biomass density management diagrams

XIANG Yu-guo1, ZHENG Xiao-xian1, LIU Bo-yun1, GAO Xiang2, XU Guang2
(1. Key Lab. for Silviculture and Conservation of Ministry of Education, Beijing Forestry University, Beijing 100083, China;2. Wangqing Forestry Bureau in Jilin Province, Wangqing 133200, Jilin, China)

By taking the Larix olgensis plantation in Jingouling Forest Farm of Wangqing Forestry Bureau in Jilin Province as the research object, fi rst of all, the biomass estimation models were set up for the plantations with different habitats and different density;then, the density control diagrams of L. olgensis biomasses with different status exponential order were drawn up; fi nally, the models and diagrams were verif i ed through actual production. The results show that the intuitive results of this study can meet the operating needs.

Larix olgensis; biomass; status exponential order; density control diagram

S791.22

A

1673-923X(2013)10-0099-04

2013-03-16

“十二五”國家科技支撐計劃“南方集體林區(qū)生態(tài)公益林可持續(xù)經(jīng)營技術(shù)研究與示范”（2012BAD22B05）

向玉國（1985-），男，湖南人，碩士研究生，主要研究方向：森林可持續(xù)經(jīng)營

鄭小賢（1956-），男，上海人，教授，博士生導(dǎo)師，主要研究方向：森林可持續(xù)經(jīng)營理論與技術(shù)。

Email：zheng8355@bjfu.edu.cn

[本文編校：吳 彬]