遼東落葉松人工林生長規(guī)律研究

黃鑫春

(遼寧省實(shí)驗(yàn)林場，遼寧 撫順 113311)

?

遼東落葉松人工林生長規(guī)律研究

黃鑫春

(遼寧省實(shí)驗(yàn)林場，遼寧 撫順 113311)

以遼寧省實(shí)驗(yàn)林場內(nèi)8塊標(biāo)準(zhǔn)地中的32株落葉松人工林標(biāo)準(zhǔn)木的樹干解析數(shù)據(jù)為研究對象， 對落葉松人工林 的胸徑-樹高曲線及生長模型進(jìn)行分析，分別用線性、對數(shù)、指數(shù)、冪、Logistic方程和三次曲線擬合胸徑-樹高之間的關(guān)系。結(jié)果表明： 三次曲線擬合效果最好，其相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.99以上，表明落葉松的生長經(jīng)歷了一個(gè)慢—快—慢的生長過程，其中以幼林階段的生長速度最快；其次為線性方程擬合結(jié)果，冪、指數(shù)、Logistic方程的擬合效果也較理想，相關(guān)系數(shù)均達(dá)0.9以上。根據(jù)預(yù)測結(jié)果，建立落葉松人工林線性分布參數(shù)的預(yù)估方程，預(yù)測林分理論胸徑-樹高分布。

落葉松；人工林；生長規(guī)律；解析木

樹木在生長發(fā)育過程中，樹高、胸徑、材積等生長量指標(biāo)會隨著林齡的增加表現(xiàn)出一定的生長規(guī)律，根據(jù)林木生長規(guī)律可以對生長量進(jìn)行長期預(yù)測，建立樹高、胸徑和材積生長量模型[1-2]，這種生長模型預(yù)測可以為林業(yè)生產(chǎn)提供合理的森林經(jīng)營管理措施和規(guī)劃，達(dá)到培育速生、豐產(chǎn)和優(yōu)質(zhì)林木的目的，為森林資源調(diào)查提供可靠數(shù)據(jù)。

落葉松(Larix gmelinii)為松科落葉松屬喬木，是中國東北、內(nèi)蒙古林區(qū)的主要森林組成樹種，為東北地區(qū)主要三大針葉用材林樹種之一。落葉松的天然分布很廣，它是一個(gè)寒溫帶及溫帶的樹種，在針葉樹種中最耐寒，垂直分布達(dá)到森林分布的最上限。落葉松在東北地區(qū)分布面積約400多萬hm2，在東北占人工林總面積的70%左右。目前，關(guān)于該樹種的研究較多，但主要集中在落葉松人工林生物量和碳儲量[3-5]、天然更新調(diào)查[6]、生物量和養(yǎng)分元素分配格局[7]、經(jīng)營模式[8]以及立地條件[9]等方面，對遼寧東部山區(qū)落葉松的生長規(guī)律等方面的研究較少。在遼寧省實(shí)驗(yàn)林場境內(nèi)，2005年落葉松人工林保存面積2 780hm2，蓄積量43萬m3，分別占到人工林面積、蓄積的31.2%和55.8%。目前，該林分林木生長良好。因此，本研究選用遼寧省實(shí)驗(yàn)林場近年來對32株50年生落葉松解析木的生長數(shù)據(jù)，并結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和前人研究成果[10]，描述遼東山區(qū)落葉松在50年內(nèi)的生長過程。在此基礎(chǔ)上嘗試用常用的樹木理論和經(jīng)驗(yàn)生長模型來擬合林木的生長過程[11]，最后找出一個(gè)最優(yōu)的模型，從而實(shí)現(xiàn)落葉松生長過程的準(zhǔn)確預(yù)測，為其松科學(xué)的分類經(jīng)營管理提供理論依據(jù)。

1　研究區(qū)概況

研究地設(shè)在遼寧省撫順市清原縣灣甸子鎮(zhèn)，地處東經(jīng)124°59′～125°18′，北緯41°51′～42°00′，林場總經(jīng)營面積為9 013.6hm2，海拔550～600m，年平均氣溫4.2 ℃，無霜期120～125d，年降水量714.2～1 025.3mm，年蒸發(fā)量925.0～1 284.1mm，氣候?qū)儆跍貛Ъ撅L(fēng)氣候，土壤類型為暗棕壤。該地區(qū)屬于長白植物區(qū)系，落葉松為鄉(xiāng)土樹種，是本地區(qū)的主要造林樹種，現(xiàn)存森林類型以紅松(Pinus koraiensis)、落葉松(Larixspp.)人工純林為主，下木及灌木層主要有水曲柳(Frainus mandshurica)、花曲柳(Fraxinus rhynchophylla)、蒙古櫟(Quercus mongolica)、衛(wèi)矛(Euonymus alatus)、毛榛子(Corylus mandshurica)、栓皮春榆(Ulmus propinguavar. suberosa)、擰筋槭(Acer triflorum)等。

2　研究方法

2.1標(biāo)準(zhǔn)地及解析木的選取

調(diào)查樣地土質(zhì)肥沃，郁閉度0.6～0.7，其中1林班10小班均為50年生落葉松，在林地內(nèi)共設(shè)置8塊標(biāo)準(zhǔn)地。在標(biāo)準(zhǔn)地內(nèi)進(jìn)行每木檢尺，按徑階統(tǒng)計(jì)分組，分組后按等斷面積分級標(biāo)準(zhǔn)木法將林木按大小分為5級。然后分別計(jì)算各徑級的平均直徑及平均高，并以此為標(biāo)準(zhǔn)選擇與林分平均直徑(D)和平均高(H)相接近(一般要求相差在±5%以下)且干形中等、樹干無分叉的林木作為解析木。每塊標(biāo)準(zhǔn)地共選擇解析木4～5株，共計(jì)32株。

2.2樹干解析及測定

在樹干基部和1.3m處各截取1個(gè)圓盤，然后將解析木的樹干按l.0m區(qū)分段按平均斷面積法鋸取樹干解析圓盤，樹冠部分也按l.0m分段，樹梢和冠底兩端在一般情況下都是不足l.0m的分段。將截好的圓盤帶回實(shí)驗(yàn)室，掃描出圖像，然后將圖像輸入計(jì)算機(jī)，使用年輪分析系統(tǒng) (WinDENDROV6.5)測量南北和東西2個(gè)垂直方向上的各圓盤年輪數(shù)量和寬度。

3　結(jié)果與分析

3.1落葉松每木檢尺結(jié)果

32株解析木選取的立地條件基本一致，通過SPSS11.0對林木生長過程中的主要因子，如胸徑、樹高、材積的總生長量，平均生長量和連年生長量進(jìn)行相關(guān)分析，結(jié)果表明，各解析木之間無顯著性差異。因此，可以用各解析木的生長量平均值(表1)來研究遼東地區(qū)落葉松的生長規(guī)律。

表1　落葉松樹干生長過程

3.2單木樹高曲線模型

本研究以32株解析木的平均生長量為基礎(chǔ)，建立以胸經(jīng)與樹高關(guān)系為基礎(chǔ)的林分樹高曲線[12]。并對樹高曲線進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)回歸模型擬合，比較各模型的適合性，樹高生長曲線見圖1。

從圖1分布的散點(diǎn)圖和擬合曲線來看，落葉松樹高的總生長量隨著胸徑的增大而逐漸上升，近似直線。但圖1只擬合相關(guān)性較好的線性曲線，具體擬合參數(shù)見表2。

表2　落葉松胸徑-樹高擬合參數(shù)

由表2可知，線性、冪、指數(shù)方程的擬合效果都較好，R2均在0.9以上，多個(gè)方程均能較好地?cái)M合樹高和胸徑之間的關(guān)系。冪曲線在擬合過程中能較好地反應(yīng)樹木生長的生物學(xué)意義，在本研究中冪曲線對胸徑-樹高的擬合效果較好，但其中線性方程的擬合效果最好，R2=0.997?？赡苁怯捎诒碇袛?shù)據(jù)只考慮了落葉松前50a的一個(gè)生長過程，而50a后的生長數(shù)據(jù)由于研究對象限制并未取得，造成擬合出現(xiàn)誤差，同時(shí)直線擬合過程中所需要的數(shù)據(jù)量要明顯低于曲線擬合，數(shù)據(jù)的分析是以5a為一個(gè)階段，如果把數(shù)據(jù)進(jìn)一步細(xì)化，可能會得到較為完善的樹木生長過程曲線。但在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中一元線性回歸模型，形式簡單，系數(shù)較少，應(yīng)用方便，因此選擇線性曲線Y=0.9X+0.584作為其最優(yōu)方程。其中Y表示樹高，X表示胸徑。

3.3落葉松胸徑生長模型

落葉松胸徑生長過程的散點(diǎn)圖和擬合曲線見圖2，由圖2可知，落葉松胸徑的總生長量曲線隨著林齡的增大而逐漸上升，整體上呈現(xiàn)出線性增加的規(guī)律[13]。從表3可以看出，線性方程和三次曲線都能較好的擬合胸徑總生長量和林齡之間的關(guān)系，R2均在0.9以上，但三次曲線的擬合效果要好于線性擬合，其R2達(dá)到了0.999以上。表明林木胸徑的生長速度并不是隨著林齡的增加而逐漸增加，其在生長過程中會出現(xiàn)1～2個(gè)生長高峰期，此時(shí)胸徑的生長量要明顯大于其他時(shí)間。

表3　落葉松胸徑生長過程模型

方程 模型匯總 參數(shù)估計(jì)值 R2Fdf1df2Sig.常數(shù)b1b2b3線性0.977342.246180.0001.9000.585三次0.9991820.733360.000-3.5961.306-0.0230.000

為更好地表明落葉松胸徑在整個(gè)生長過程中生長速度的變化，以林齡(a)為橫坐標(biāo)，以胸徑的平均生長量和連年生長量(cm)為縱坐標(biāo)，繪制落葉松胸徑連年生長量和平均生長量曲線，見圖3。

由圖3 可知，胸徑的連年生長量在落葉松幼齡時(shí)表現(xiàn)非常明顯，初期生長迅速，在5a生時(shí)達(dá)到較高的水平，而后連年生長量開始下降，但依然保持在一個(gè)較高的水平。10a生以后連年生長量開始趨于平緩，并隨著林齡的增加逐漸出現(xiàn)下降的趨勢。而胸徑的平均生長量相對平緩，無太明顯的波動，初期胸徑平均生長量相對較低，在20年生左右時(shí)，胸徑的平均生長量達(dá)到最大，為0.77cm。

3.4落葉松材積生長模型

以林齡(a)為橫坐標(biāo)，單株材積總生長量(m3)為縱坐標(biāo)，繪制散點(diǎn)圖，并對落葉松生長過程曲線進(jìn)行擬合，尋找合適的落葉松材積生長量模型，見圖4。

由圖4可知，材積的總生長量隨著林齡的增大而增加[14]，單株材積總生長量的變化趨勢與胸徑總生長量的變化趨勢相似。由此可知，落葉松單株材積與胸徑間具有較大的相關(guān)性，落葉松單株胸徑變化將對落葉松材積生長產(chǎn)生重要影響，對落葉松材積總生長量和林齡之間相關(guān)性的擬合方程也證明了該結(jié)論。由表4可知，線性、二次、三次、冪方程均有較好的擬合效果，R2均在0.9以上。而其中三次曲線Y=0.021-0.007 X+0.001 X2-0.000 4 X3的擬合效果最好，R2為0.996。這與胸徑總生長量的擬合方程相似。分析結(jié)果表明，落葉松初期生長迅速， 材積連年生長量急劇上升，材積連年生長量下降時(shí)期為18～20a，胸徑連年生長量下降時(shí)期為8～14a。由于林木受立地等各方面條件的影響，其連年生長量下降的時(shí)期也不同，有的植株胸徑到20a、材積到36a仍未出現(xiàn)下降。

表4　落葉松材積生長過程模型

4　結(jié)　論

20世紀(jì)50年代中國開始營造大面積的落葉松人工林，為掌握落葉松人工林生長發(fā)育規(guī)律，建立落葉松人工林生長模型，在實(shí)際生產(chǎn)中科學(xué)經(jīng)營落葉松人工林具有重要的指導(dǎo)意義[15]。在前人研究過程中，相繼建立了落葉松生長量預(yù)測模型[16]、長白落葉松人工林生長模型[15]、生長收獲模型與模擬[17]等。在本研究中，通過選取標(biāo)準(zhǔn)木并進(jìn)行樹干解析，以不同的生長曲線對落葉松胸徑、樹高和蓄積的生長過程進(jìn)行擬合，其中落葉松在50年內(nèi)的生長過程以三次曲線的擬合度最高，其相關(guān)系數(shù)達(dá)到了0.99以上，表明落葉松的生長經(jīng)歷了一個(gè)慢—快—慢的生長過程，其中以幼林階段的生長速度最快；而林木樹高與胸徑間變化規(guī)律以直線方程的擬合度最高， 其相關(guān)系數(shù)達(dá)0.99以上，通過模型可由胸徑估測樹高， 從而實(shí)現(xiàn)落葉松生長過程的準(zhǔn)確預(yù)測，為落葉松科學(xué)的分類經(jīng)營管理提供參考依據(jù)。本研究所用落葉松的解析木均為50a左右，為了進(jìn)一步研究落葉松生長規(guī)律，也需要更大林齡的解析木數(shù)據(jù)。研究結(jié)論可以結(jié)合林業(yè)生產(chǎn)實(shí)際(林分生長狀況、培育目標(biāo)、撫育措施等)，應(yīng)用于落葉松大徑材培育過程，制定合理的森林經(jīng)營措施。

[1]白文斌.西藏昌都地區(qū)川西云杉分布及林木生長規(guī)律研究[D].楊凌：西北農(nóng)林科技大學(xué)，2012.

[2]王春勝，趙志剛，曾冀，等.廣西憑祥西南樺中幼林林木生長過程與造林密度的關(guān)系[J].林業(yè)科學(xué)研究，2013，26(2)：257-262.

[3]馬煒，孫玉軍，郭孝玉，等. 不同林齡長白落葉松人工林碳儲量[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào)，2010，30(17):4659-4667.[4]巨文珍，王新杰，孫玉軍. 長白落葉松林齡序列上的生物量及碳儲量分配規(guī)律[J]. 生 態(tài) 學(xué) 報(bào)， 2011，31(4): 1139-1148.

[5]齊光，王慶禮，王新闖，等. 大興安嶺林區(qū)興安落葉松人工林植被碳儲量[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2011，22(2)：273-279.

[6]劉足根，朱教君，袁小蘭，等.遼東山區(qū)長白落葉松天然更新調(diào)查[J].林業(yè)科學(xué)，2007，43(1)：42-49.

[7]閆濤，朱教君，楊凱，等. 遼東山區(qū)落葉松人工林地上生物量和養(yǎng)分元素分配格局[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2014，25(10)：2772-2778.

[8]陳東升.落葉松人工林大中徑材優(yōu)化經(jīng)營模式的研究[D].哈爾濱：東北林業(yè)大學(xué)，2010.

[9]王英輝， 盧正茂， 吳江. 立地條件對落葉松人工林生長的影響[J]. 防護(hù)林科技，2013(3):14-15

[10]李春明，杜紀(jì)山，張會儒.撫育間伐對森林生長的影響及其模型研究[J].林業(yè)科學(xué)研究，2003，16(5)：636-641.

[11]李春明，杜紀(jì)山，張會儒.間伐林分的斷面積生長模型研究[J] .林業(yè)資源管理，2004(3)：52-55.

[12]賀姍姍.北京山區(qū)油松人工林林分結(jié)構(gòu)與生長模擬研究[D].北京：北京林業(yè)大學(xué)，2009.

[13]王香春.內(nèi)蒙古大青山華北落葉松人工林直徑分布規(guī)律與生長模型的研究[D].呼和浩特：內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)，2011.

[14]姜立春，杜書立.基于非線性混合模型的東北興安落葉松樹高和直徑生長模擬[J] .林業(yè)科學(xué)研究，2012，25(1)：11-16.

[15]孫曉梅，李鳳日、牛屾，等.長白落葉松人工林生長模型的研究[J]. 林業(yè)科學(xué)研究，1998，11(3)：306-312.

[16]王文斗.遼寧東部山區(qū)落葉松人工林生長量預(yù)測模型的研究[J].林業(yè)科技，1998，23(5)：12-13.

[17]何遠(yuǎn)洋.遼東山區(qū)長白落葉松人工林生長收獲模型與模擬研究[D].北京：北京林業(yè)大學(xué)，2014.

(責(zé)任編輯韓明躍)

Study on Growth Models of Larix gmelinii Plantation in theEasternLiaoningMountainRegion

Huang Xinchun

(Experimental Forest Farm in Liaoning Province，F(xiàn)ushun Liaoning 113311，China)

Inthisstudy,trunkanalysisdataof32standardtreesofLarix gmeliniiplantationin8sampleplotsofLiaoningexperimentalforestfarmwasusedtoanalyzediameter-heightcurveandgrowthmodels.Therelationshipbetweenheightanddiameterwasestimatedbyusinglinear,logarithmic,exponential,powerregression,logisticequationandcubiccurve.Theresultsshowedthatcubiccurvefittedbest,withthecorrelationcoefficientof0.99,indicatingthatLarix gmeliniiexperiencedaslow-fast-slowgrowthprocessandthegrowthratewashighestintheyoungstage.Thelinearequationfittedbetterthanlogarithmic/exponential/powerregression/logisticequation,withallthecorrelationcoefficientsmorethan0.9.Hence,weestablishedalineardistributionestimatedequationstopredicttheorydiameter-heightdistribution.

Larix gmelinii;plantation;growthmodel;analyticalstem

2015-06-26

黃鑫春(1983—)，男，碩士，工程師。研究方向：林業(yè)生產(chǎn)技術(shù)。Email：hxc_1947@126.com。

10.11929/j.issn.2095-1914.2016.01.014

S758.5;S791.22

A

2095-1914(2016)01-0079-05