東北東部山區(qū)樟子松人工林生長階段劃分和生長進程分析

叢　健，沈海龍

(1.遼寧省林業(yè)廳外資項目辦公室，沈陽 110036；2.東北林業(yè)大學(xué) 林學(xué)院，哈爾濱 150040)

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東北東部山區(qū)樟子松人工林生長階段劃分和生長進程分析

叢健1，沈海龍2*

(1.遼寧省林業(yè)廳外資項目辦公室，沈陽 110036；2.東北林業(yè)大學(xué) 林學(xué)院，哈爾濱 150040)

摘要：東北東部山地樟子松人工林生產(chǎn)力水平差異較大，立地指數(shù)跨越9個等級，立地指數(shù)不同，生長差異很大。東北東部山區(qū)30～36 a左右樟子松人工林，林木胸徑和樹高生長一般可劃為3個時期，即生長初期，速生期和平緩生長期，其中速生期還可以分兩個生長階段，即快速生長階段和穩(wěn)定生長階段。樹高速生期出現(xiàn)早但持續(xù)期短；直徑速生期出現(xiàn)較早且持續(xù)期長；材積則只出現(xiàn)生長初期和速生期兩個時期，材積速生期出現(xiàn)晚，在本文研究的年齡段內(nèi)未出現(xiàn)材積下降趨勢。

關(guān)鍵詞：樟子松；人工林；生長過程；生長階段；立地指數(shù)

0引言

林分在生長發(fā)育過程中，隨著林齡的增加，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)、個體生長發(fā)育及對環(huán)境條件的要求是不斷變化的，并呈一定的階段性[1-5]。相應(yīng)地，所采用的培育措施和總培育目標下的階段目標也是要不斷變化的。因此對林分和林木個體的生長發(fā)育過程分析，是森林定向培育的重要基礎(chǔ)之一。樟子松(PinussylvestrisL.var.mongolicaLitv.)是歐洲赤松的地理變種，天然分布在大興安嶺山地和呼倫貝爾沙地一帶。由于它具有耐干旱、耐嚴寒、耐瘠薄和生長快、產(chǎn)量高、材質(zhì)好、用途廣等優(yōu)點，現(xiàn)在已經(jīng)被廣泛引種到原產(chǎn)區(qū)以外的“三北”地區(qū)，也成為東北東部林區(qū)四大針葉造林樹種之一[6]。

自20世紀50年代中后期以來，樟子松的研究取得了不少成果[1-8]，對其造林和經(jīng)營起到了積極的作用。但總的來看，這些研究比較零散，缺乏系統(tǒng)性；特別是由于經(jīng)營歷史較短，某些生物學(xué)和林學(xué)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)缺乏，影響了培育措施的制定。筆者對引種到東北東部山區(qū)的樟子松人工林的培育生物學(xué)與定向培育體系進行了系統(tǒng)研究，本文報道其中對樟子松人工林生長過程和生長階段研究的階段成果，可為研究地區(qū)制定合理的樟子松定向培育技術(shù)措施提供依據(jù)。

1研究地區(qū)和研究方法

1.1研究地區(qū)概況

本項研究針對小興安嶺南坡和長白山脈樟子松引種栽培區(qū)而進行的。該區(qū)主要受溫帶季風氣候控制，大于等于10 ℃積溫為1 600～3 400 ℃，多在2 500 ℃左右，最冷月平均氣溫-30～-10 ℃，年平均降水量400～1 000 mm，具有明顯的森林濕潤氣候條件。冬季漫長，夏季較短。生長季為6～9月份，各月平均氣溫在15 ℃左右，7、8兩月可達17～20 ℃，大于等于10 ℃積溫80%以上集中在夏季。全年降水量70%主要集中在6、7、8三個月。土壤以暗棕壤為主，白漿土的比重也比較大。原始地帶性植被為闊葉紅松林，現(xiàn)主要由其演化而來的各種次生林，及由紅松、樟子松、落葉松和紅皮云杉等構(gòu)成的人工林和人天混交林所組成。

1.2外業(yè)調(diào)查和內(nèi)業(yè)分析概況

外業(yè)調(diào)查采用標準地法進行，與本文相關(guān)的標準地調(diào)查因子有每木檢尺、樹高曲線測定、等株徑級法選標準木和樹干解析。其中每木檢尺采用胸徑實測值，以便于各種分析使用；解析木采用1 m區(qū)分段法，直徑按年查定生長進程，樹高生長進程采用實測值。項目組調(diào)查標準地135塊，解析平均木和優(yōu)勢木123株。同時，收集一些生產(chǎn)和科研單位各個時期調(diào)查的標準地資料308塊，解析木資料302株。首先從以上標準地中，選擇林齡超過20 a的標準地285塊，利用優(yōu)勢解析木結(jié)果，確定不同地區(qū)立地指數(shù)分布特點，然后選擇各地區(qū)最有代表性和最好的立地指數(shù)范圍內(nèi)較大年齡標準地的解析木材料，用有序樣本聚類分析方法進行生長階段劃分，并對生長過程進行分析(生長過程分析的解析木數(shù)據(jù)是同一立地指數(shù)范圍內(nèi)不同標準地3～4株解析木的平均結(jié)果)。

2結(jié)果與分析

2.1研究區(qū)域范圍內(nèi)不同地區(qū)立地指數(shù)分布特點

從表1中可以看出，各地區(qū)樟子松人工林的生長情況不同，小興安嶺南坡地區(qū)，生產(chǎn)力水平差異最大，立地指數(shù)跨越9個等級，其中以9～12為主；張廣才嶺西坡生產(chǎn)力水平普遍很高，立地差異也較小，其中以10～12為多，高立地指數(shù)(13)的比例也很大；張廣才嶺東坡(海林地區(qū))主要集中在7～10范圍內(nèi)；完達山地區(qū)主要集中在9～11范圍內(nèi)；吉林中部地區(qū)(大黑山脈)比較分散，7～11范圍內(nèi)都有一定比例，吉林南部地區(qū)比較集中，主要集中在9～11范圍之內(nèi)。

表1　樟子松人工林標準地塊數(shù)按立地指數(shù)(基準年齡20)分布狀況

2.2胸徑生長進程和生長階段劃分

解析木有序樣本聚類結(jié)果(見表2)表明，36 a左右樟子松林分，一般可劃為3個時期，即生長初期、速生期和平緩生長期。其中速生期還可以劃分為快速生長和穩(wěn)定生長兩個階段。

從各地區(qū)解析木的各生長時期(階段)胸徑連年生長量(見表3)可以看出，樟子松人工林中林木胸徑生長具有速生期出現(xiàn)較早、持續(xù)期長的特點，即使30 a的林木，生長量仍可維持在0.3 cm/a以上。立地指數(shù)達10 m以上的林分，在5～6 a時一般都有了胸徑生長，而立地指數(shù)為9 m 的林分，7～8 a時才有胸徑生長。一般有了胸徑生長，其速生期也就到來，但速生期持續(xù)時間長短和期內(nèi)胸徑生長量大小卻因立地不同和林木生長期不同而異。立地指數(shù)為13 m的林分，持續(xù)到24 a左右。速生期按其生長量大小，可劃為兩個階段，即快速生長階段(5～12 a)和穩(wěn)定生長階段(13～24 a)。前一階段正處于尚未受到密度控制，且已排除雜草竟爭的生長時期，能充分發(fā)揮立地生產(chǎn)力而快速生長，生長量在0.8 cm/a以上。后一階段已經(jīng)受到密度的控制，生長量較前階段降低，但仍能維持在0.5～0.8 cm/a。25～26 a以后，進入平緩生長期，生長量仍可維持0.3cm/a以上。優(yōu)勢木與平均木有相同的變化規(guī)律和階段劃分，但各階段的胸徑生長量遠遠大于平均木的生長量。速生期快速生長階段生長量在1.19 cm/a以上，穩(wěn)定生長階段生長量在0.90～1.01 cm/a，平緩生長期生長量也在0.7 cm/a以上。立地指數(shù)11 m的林分，平均木4 a以前也無胸徑生長，5～6 a時雖有胸徑生長了，但生長量較小。7～8 a才正式進入速生期，7～14 a為快速生長階段，生長量可達0.6 cm/a以上，穩(wěn)定生長階段持續(xù)期變化較大，一般在15～16 a和24～30 a，生長量在0.4 cm/a以上，之后為平緩生長期，生長量在0.3～0.4 cm/a。優(yōu)勢木在5～6 a有胸徑生長時即進入速生期，一般5～12 a或14 a間為快速生長階段，生長量在0.8 cm/a以上，穩(wěn)定生長階段較短，生長量在0.6cm/a以上，之后為平緩生長期，生長量在0.4 cm/a以上。立地指數(shù)為10 m的林分，胸徑生長進程與立地指數(shù)11 m的林分相似，但生長量的數(shù)量級都普遍小于后者。立地指數(shù)為9 m的林分，一般7～8 a時才有胸徑生長，隨即進入速生期，生長量遠低于高立地指數(shù)林分，可持續(xù)到24 a左右，之后進入平緩生長期。

2.3樹高生長進程和生長階段劃分

解析木有序樣本聚類結(jié)果(見表4)表明，35～36 a左右林分，樹高生長可劃分為生長初期、速生期和平緩生長期3個時期，其中速生期可劃分為快速生長和穩(wěn)定生長兩個階段。

表2　樟子松解析木胸徑生長進程有序樣本聚類

表3　樟子松解析木各生長時期胸徑連年生長量

表4　樟子松解析木樹高和材積生長進程有序樣本聚類

從各地區(qū)解析木的各生長階段樹高連年生長量(見表5)看出，和胸徑生長節(jié)律一樣，樟子松人工林樹高生長也具有出現(xiàn)早、持續(xù)期長的特點。一般，樹高的速生期比胸徑晚到1～2 a或同時到。在5～6 a以前，屬于生長初期，生長比較緩慢。立地指數(shù)13 m的林分，平均木生長量0.6 m/a以下，立地指數(shù)11 m的生長量，在0.5 m/a以下，立地指數(shù)9～10 m的生長量在0.4 m/a以下；優(yōu)勢木的臨界生長量可相應(yīng)提高0.1個數(shù)量級。7～22 a為樹高速生期，立地指數(shù)13 m的林分，平均木生長量在0.6 m/a以上，立地指數(shù)11 m的林分，生長量在0.55 m/a以上，立地指數(shù)9～10 m的生長量在0.50 m/a以上；優(yōu)勢木的相應(yīng)指標可提高到0.7、0.6、0.55 m/a以上。之后進入平緩生長期，30 a的林木，大多數(shù)未出現(xiàn)生長衰退。

2.4材積生長進程和生長階段劃分

一般可把35～36 a左右樟子松人工林材積生長劃分為兩個時期，即生長初期和速生期，可以18 a做為劃分界線(見表4)。

各地區(qū)解析木的各生長階段材積連年生長量(見表6)表明，樟子松人工林單木材積的生長進程顯著慢于直徑和樹高生長進程，生長量因立地指數(shù)不同而異。在生長初期，立地指數(shù)13 m的林分，平均木材積連年生長量在0.01 m3/a以下，立地指數(shù)11林分在0.007 m3/a以下，立地指數(shù)9 m的林分，則在0.005 m3/a以下；優(yōu)勢木的材積連年生長量則為立地指數(shù)13 m，0.02 m3/a以下，立地指數(shù)11 m，0.01 m3/a以下，立地指數(shù)10 m，0.007 m3/a以下。速生期的連年生長量雖有波動，但總趨勢是上升的，35～36 a林分，仍未見下降趨勢(見表6)。凈月潭林場樟子松人工林(平均木)生長進程結(jié)果[1]表明，到50多年生以后，連年生長量雖出現(xiàn)下降，但連年生長量曲線和平均生長量曲線仍未相交，說明仍未出現(xiàn)生長衰退。

表5　樟子松解析木各生長時期樹高連年生長量

表6　樟子松解析木各生長時期材積連年生長量

3結(jié)論

東北東部山地最早引種樟子松是在1940年前后長春市凈月潭林場，20世紀60年代開始大面積引種以來，現(xiàn)已遍布全區(qū)域各地[6]。通過統(tǒng)計285塊樣地立地指數(shù)分布情況表明，區(qū)域內(nèi)樟子松人工林生產(chǎn)力水平差異較大，立地指數(shù)跨越9個等級。通過對該區(qū)域樟子松人工林胸徑，樹高和材積生長的分析結(jié)果表明，樟子松屬于早期速生，且生長持續(xù)期很長的樹種，其年際生長具有階段性、立地差異性和不同生長指標增長的異步性。30～36 a左右林分，胸徑和樹高生長一般可劃為3個時期，即生長初期、速生期和平緩生長期，其中速生期還可劃分為兩個階段，即快速生長階段和穩(wěn)定生長階段；一般不出現(xiàn)生長衰退期；材積則只出現(xiàn)生長初期和速生期兩個時期，尚未出現(xiàn)生長量下降狀況。立地指數(shù)高的樟子松人工林，生長初期短，速生期到來早。樹高速生期到來早，持續(xù)期較短；直徑速生期到來早，但持續(xù)期很長；材積速生期到來晚，在本研究的年齡階段內(nèi)，尚未出現(xiàn)材積生長量降低階段。

由于樟子松的耐干旱、耐沙埋、對土壤養(yǎng)分濃度要求不嚴(寡養(yǎng)性)等突出特點，使其在三北地區(qū)引種栽培較早[6]，關(guān)于其在這些地區(qū)生長狀況的研究也相對多一些[9-12]；在東北東部地區(qū)引種20世紀60年代中期才逐漸展開[6]，所以關(guān)于其在該地區(qū)生長狀況的研究涉及的林分年齡均較小[1-4，13-14]。調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，絕大部分早期引種栽培的樟子松破壞嚴重，有的甚至消失。本文選擇調(diào)查林分中年齡較大的林分，利用其平均木和優(yōu)勢木解析資料，對其生長進程和生長階段進行了初步分析，研究階段對指導(dǎo)東北東部地區(qū)樟子松人工林定向培育技術(shù)體系的制定具有參考價值。

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Growth Period Division and Growth Rhythm Analysis for Treesin Plantation ofPinussylvestrisvar.mongolicain Eastern Maintain Area of Northeast China

Cong Jian1，Shen Hailong2*

(1.Foreign Capital Project Office，F(xiàn)orestry Department of Liaoning Province，Shenyang 110036；2.School of Forestry，Northeast Forestry University，Harbin 150040)

Abstract：The productivity of Pinus sylvestris var.mongolica plantations(MSP)in eastern mountain area of Northeast China varied considerably under different site indexes that spanned over 9 levels.For the 30-36 years old of MSP，the diameter and height growth period could be divided into 3 periods，i.e.primary growth period，fast-growing period，and steady growth period，in which the fast-growing period could further be divided into 2 stages of rapid and stable growth；while the volume growth could just be divided into 2 periods，i.e.，primary and fast growth period.The fast growth period of tree height came earlier with relatively short duration，and the fast growth period of diameter also came earlier but with long duration；while the fast growth period of volume came late and no decreasing trend was found in the stand age range of this paper.

Keywords：Pinus sylvestris var.mongolica；plantation；growth rhythm；growth stage；site index

中圖分類號：S 792

文獻標識碼：A

文章編號：1001-005X(2016)03-0016-05

作者簡介：第一叢健，博士，工程師。研究方向：森林培育。*通信作者：沈海龍，博士，教授。研究方向：森林培育。E-mail：shenhl-cf@nefu.edu.cn

基金項目：黑龍江省科技計劃項目(GA09B202)

收稿日期：2015-11-19

引文格式：叢健，沈海龍. 樟子松人工林生長階段劃分和生長過程分析[J].森林工程，2016，32(3)：16-20.