四川盆地北緣馬尾松人工林生長(zhǎng)過程研究

付夢(mèng)渠，左明華

(四川省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃院，四川 成都 61000)

馬尾松(PinusmassonianaLamb.)是我國(guó)南方主要的優(yōu)良用材造林樹種，具有適應(yīng)性強(qiáng)、生長(zhǎng)快、材質(zhì)好、松脂產(chǎn)量高等優(yōu)良特性[1]。馬尾松大徑材在木材加工業(yè)中具有很大的利用價(jià)值，但天然林大徑材資源較少，人工林大徑材的培育是目前亟需解決的問題[2]。同一樹種在不同地理?xiàng)l件，其生長(zhǎng)過程表現(xiàn)出較大差異[3，4]，這主要是林分生長(zhǎng)與自身遺傳特性、立地條件、氣候因子密切相關(guān)，同時(shí)也受人為經(jīng)營(yíng)管理的影響，因而研究林木生長(zhǎng)規(guī)律對(duì)林分經(jīng)營(yíng)管理等生產(chǎn)實(shí)踐有重要意義[5～7]。對(duì)廣元市利州區(qū)的48a生的馬尾松人工林進(jìn)行生長(zhǎng)規(guī)律分析研究，旨在為馬尾松人工林的經(jīng)營(yíng)管理及大徑材培育提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

研究地位于廣元市利州區(qū)東壩黑石坡林場(chǎng)，利州區(qū)地處四川盆地北部邊緣，嘉陵江上游，地理位置位于東經(jīng)105°27′至106°04′，北緯32°19′至32°37′之間，海拔454 m～1 917 m；屬亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候，年均氣溫17℃，無霜期共263 d，年日照時(shí)數(shù) 1 342 h，年均降雨量980 mm。黑石坡林場(chǎng)馬尾松人工林于20世紀(jì)60年代營(yíng)造，林分密度約90株·0.0667 hm-2，株行距3 m×3 m，冠幅6 m×6 m，活枝下高10 m。

2 試驗(yàn)材料方法

2.1 試驗(yàn)材料

2016年3月在黑石坡林場(chǎng)設(shè)置了3個(gè)20 m×20 m的臨時(shí)樣地，對(duì)樣地內(nèi)的馬尾松進(jìn)行每木檢尺，根據(jù)調(diào)查結(jié)果在各樣地內(nèi)選擇1株平均木作為解析木，共3株。3株解析木(1、2、3)的生長(zhǎng)環(huán)境基本情況見表1。

表1 解析木生長(zhǎng)情況

2.2 試驗(yàn)方法

(1)樹干解析與分析

對(duì)采集的3株平均木，按2 m區(qū)分段進(jìn)行樹干解析。用直尺按南一北、東一西方向量取樹干解析圓盤的帶皮直徑、去皮直徑、各年輪直徑等指標(biāo)。根據(jù)獲得的解析木的樹高(H)和胸徑(D)數(shù)據(jù)，采用中央斷面區(qū)分求積式計(jì)算出相應(yīng)材積(V)，計(jì)算公式如下：

式中g(shù)i為第i個(gè)區(qū)分段中央斷面積；l為各區(qū)分段長(zhǎng)度；n為區(qū)分段個(gè)數(shù)；g′為梢頭斷面積；l′為梢頭長(zhǎng)度。

材積生長(zhǎng)率計(jì)算采用普雷斯勒生長(zhǎng)率公式求算，公式如下：

Pv=(Va-Va-n)/(Va+Va-n)×200/n

式中：Pv為材積生長(zhǎng)率；Va為調(diào)查末期材積量；Va-n為調(diào)查初期材積量；n為齡級(jí)數(shù)。

(2)生長(zhǎng)方程模擬

分別將解析木的胸徑、樹高與材積同林分年齡建立回歸方程，采用具有典型代表的邏輯斯蒂(logistic)模型進(jìn)行擬合，其表達(dá)式如下：

Y=a/(1+exp(-k(x-xc))

式中y為生長(zhǎng)量；x為生長(zhǎng)時(shí)間；k、a、xc為待定參數(shù)，用SPSS17.0軟件中Marguardt迭代法求解。

3 結(jié)果與分析

通過對(duì)3株馬尾松解析木的胸徑、樹高、材積生長(zhǎng)量進(jìn)行測(cè)定分析，樹齡均為48 a，以5 a為1個(gè)齡級(jí)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，取得3株樹的胸徑、樹高、材積的總生長(zhǎng)量、平均生長(zhǎng)量、連年生長(zhǎng)量，最后取其平均值(見表2)。

圖1 樹高總生長(zhǎng)量、年平均生長(zhǎng)量與連年生長(zhǎng)量過程圖

3.1 樹高生長(zhǎng)過程

由表2與圖1分析可知：3株48 a生馬尾松平均樹高為17.37 m，在其樹高生長(zhǎng)過程中，連年生長(zhǎng)量與年平均生長(zhǎng)量均在10 a生時(shí)達(dá)到各自最大值，分別為0.53 m與0.43 m。此后年平均生長(zhǎng)一直平緩下降，而連年生長(zhǎng)量是先下降后在40 a生時(shí)再次達(dá)到高峰值(0.37 m)，然后平穩(wěn)下降。年平均生長(zhǎng)量曲線與連年生長(zhǎng)量曲線第1次相交于14 a生，第2次相交于40 a生。48 a生的連年生長(zhǎng)量為最小，僅為0.26 m。

表2 馬尾松樹干生長(zhǎng)過程

3.2 胸徑生長(zhǎng)過程

由表2與圖2分析可知：48 a生馬尾松的去皮胸徑達(dá)26.15 cm，在胸徑的整個(gè)生長(zhǎng)過程中，年平均生長(zhǎng)量的變異范圍為0.39 cm～0.55 cm，連年生長(zhǎng)量變異范圍為0.39 cm～0.80 cm；連年生長(zhǎng)量曲線出現(xiàn)2個(gè)波峰(10 a生，35 a生)與1個(gè)波谷(20 a生)，年平均生長(zhǎng)量曲線也出現(xiàn)2個(gè)峰值(10 a生，40 a生)與1個(gè)低谷期(20 a生～25 a生)；連年生長(zhǎng)量與年平均生長(zhǎng)量曲線相交了3次，分別在14 a生、26 a生與46 a生時(shí)；胸徑的速生期出現(xiàn)兩個(gè)階段，分別在10 a～14 a和30 a～45 a間。

圖2 胸徑總生長(zhǎng)量、年平均生長(zhǎng)量與連年生長(zhǎng)量過程圖

3.3 材積生長(zhǎng)過程

由表2和圖3分析可知，48 a生馬尾松的材積達(dá)0.48415 m3，據(jù)材積總生長(zhǎng)量曲線可看出自25 a生開始，材積進(jìn)入速生期；在材積生長(zhǎng)過程中，連年生長(zhǎng)量在40 a生時(shí)達(dá)到最大值0.02400 m3，此后開始緩慢下降；而年平均生長(zhǎng)量一直平穩(wěn)的增長(zhǎng)，至48 a生時(shí)，兩曲線尚未相交，說明材積年平均生長(zhǎng)量尚未達(dá)到最大值，此時(shí)馬尾松材積生長(zhǎng)仍存在旺盛期，馬尾松的數(shù)量成熟齡要大于48 a。結(jié)合樹高、胸徑與材積生長(zhǎng)情況，馬尾松人工林分第一間伐時(shí)間應(yīng)在15 a生左右，此時(shí)間伐可改善林分衛(wèi)生狀況，擴(kuò)大林木樹冠的營(yíng)養(yǎng)空間，從而促進(jìn)林木生長(zhǎng)。

圖3 材積總生長(zhǎng)量、年平均生長(zhǎng)量與連年生長(zhǎng)量過程圖

3.4 材積生長(zhǎng)率

樹木生長(zhǎng)率可表現(xiàn)其生長(zhǎng)相對(duì)速度的快慢。馬尾松材積生長(zhǎng)率隨著林齡增加而降低，且表現(xiàn)為先快后慢的趨勢(shì)，材積生長(zhǎng)率在5 a～25 a快速下降，30 a后平緩下降(見圖4)。

圖4 材積生長(zhǎng)率

3.5 生長(zhǎng)模型擬合

3.5.1 生長(zhǎng)方程擬合

根據(jù)馬尾松的生長(zhǎng)過程求出樹高、胸徑與材積的待定參數(shù)a、xc、k的值(見表3)，并對(duì)參數(shù)進(jìn)行顯著性方差分析，結(jié)果見表4。由表3與表4知，馬尾松的樹高、胸徑、材積的待定參數(shù)的P值均小于0.0001，說明所求參數(shù)代入生長(zhǎng)方程中，y與x的回歸關(guān)系極顯著。胸徑、樹高、材積的生長(zhǎng)曲線方程擬合的精度分別為0.9936、0.9858、0.9998，說明馬尾松人工林的胸徑、樹高、材積與林齡存在密切的相關(guān)性，擬合模型能夠很好地反映林木生長(zhǎng)情況。

表3 樹高、胸徑與材積的待定參數(shù)值

表4 待定參數(shù)的方差分析

3.5.2 擬合方程檢驗(yàn)

通過對(duì)馬尾松樹高、胸徑和材積與林齡的回歸方程可知，其相關(guān)性較高，擬合效果較好，為了進(jìn)一步驗(yàn)證馬尾松人工林的生長(zhǎng)模型的可靠性，將林齡代入生長(zhǎng)方程進(jìn)行各測(cè)樹因子的預(yù)測(cè)(見表5)。由表5知，實(shí)測(cè)值與預(yù)測(cè)值比較接近，各測(cè)樹因子不同林齡的殘差值均較小，預(yù)測(cè)值能夠較好的反應(yīng)林分生長(zhǎng)情況，擬合的生長(zhǎng)預(yù)估模型較科學(xué)，可應(yīng)用在實(shí)際生產(chǎn)中。

表5 樹高、胸徑與材積擬合方程的檢驗(yàn)

4 結(jié)論與討論

(1)馬尾松樹高連年生長(zhǎng)量速生期在6 a～15 a，連年生長(zhǎng)量與年平均生長(zhǎng)量均在10 a生時(shí)達(dá)到各自最大值，分別為0.53 m與0.43 m，此后逐漸下降，并于14 a生時(shí)相交。

(2)胸徑連年生長(zhǎng)量變幅大于年平均生長(zhǎng)量的變幅，連年生長(zhǎng)量在第10年和第35年時(shí)兩次達(dá)到峰值，胸徑的速生期出現(xiàn)兩個(gè)階段，分別在10 a～14 a和30 a～45 a間，連年生長(zhǎng)量與年平均生長(zhǎng)量曲線相交了3次，這與連細(xì)春[3]的研究結(jié)果相似，胸徑連年生長(zhǎng)量曲線有兩個(gè)波峰，這與馬尾松人工林自然整枝及人為疏伐撫育有一定關(guān)系。

(3)在整個(gè)生長(zhǎng)過程中，材積的連年生長(zhǎng)量在40 a生時(shí)達(dá)到最大值0.02400 m3，而年平均生長(zhǎng)量一直處于增長(zhǎng)階段，材積生長(zhǎng)的速生期自第25年開始，在48 a生時(shí)，材積數(shù)量仍未成熟，而閩南地區(qū)的馬尾松數(shù)量成熟齡在40 a生，黔南地區(qū)馬尾松數(shù)量成熟齡在65 a，廣元馬尾松數(shù)量成熟齡出現(xiàn)時(shí)間相比閩南地區(qū)延遲10 a相比黔南地區(qū)早17 a[3-4]?？紤]永春縣年均溫21℃、全年無霜期320 d、年均降雨量 1 600 mm～1 800 mm、年日照時(shí)數(shù) 2 000 h以上，以及獨(dú)山縣年均溫15℃，年降雨量 1 346 mm，兩者與利州區(qū)的氣候因子有明顯差異，因此溫度、降雨量、日照時(shí)長(zhǎng)等氣候因子可對(duì)馬尾松人工林?jǐn)?shù)量成熟齡造成一定影響。

(4)利用logistic方程擬合馬尾松人工林的平均胸徑、平均樹高和平均單株材積與林齡的生長(zhǎng)方程，分別為YH=19.169 36/(1+exp(-0.087 94×(x-24.549 44))、YD=34.831 04/(1+exp(-0.079 36×(x-33.776 92))、YV=0.636 36/(1+exp(-0.147 32×(x-40.061 83))，擬合精度均在0.98以上，擬合效果顯著。對(duì)擬合方程進(jìn)行檢驗(yàn)，預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值偏差不大，預(yù)測(cè)值能夠較好的反應(yīng)林分生長(zhǎng)情況，擬合的生長(zhǎng)預(yù)估模型較科學(xué)，有實(shí)用價(jià)值。

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