華北落葉松天然林密度對(duì)林木生長(zhǎng)的影響

丁繼偉 ，張蕓香 ，郭躍東 ，楊三紅 ，任 達(dá) ，賀志龍 ，郭晉平

（1.山西農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院，山西 太谷 030801；2.山西農(nóng)業(yè)大學(xué)研究生院，山西 太谷 030801）

林分密度是指單位面積林地上的立木個(gè)體數(shù)量，是森林群落結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)指標(biāo)，也是森林培育過程中能夠人為控制的主要因子。林分密度作為林分的數(shù)量指標(biāo)和質(zhì)量指標(biāo)，它的大小與林相、蓄積和生產(chǎn)力等林分因子有緊密的聯(lián)系，在一定程度上決定了林分的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。林分密度是林木在生長(zhǎng)與經(jīng)營(yíng)的過程中，可以人為調(diào)控的結(jié)構(gòu)因子，密度是否合理會(huì)對(duì)林地生產(chǎn)力的大小和功能的正常發(fā)揮產(chǎn)生重要影響[1-3]。因此，研究天然林林分密度對(duì)林木生長(zhǎng)的影響是研究森林結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系的基礎(chǔ)，也是森林經(jīng)營(yíng)中林分結(jié)構(gòu)調(diào)整技術(shù)的基礎(chǔ)。

許多研究表明，胸徑和冠幅的生長(zhǎng)受密度變化的影響顯著[4-6]，胸徑和冠幅都隨著林分密度的增大而逐漸減小[7]。而樹高受密度變化的影響較為復(fù)雜，不同情況下得出的結(jié)論不同。大部分學(xué)者通過研究發(fā)現(xiàn)，林木樹高受林分密度變化的影響較小，在一定的林分密度范圍內(nèi)影響不顯著[8-10]；但是有學(xué)者的研究表明，林木樹高與林分密度之間存在負(fù)相關(guān)關(guān)系[11-12]；還有個(gè)別學(xué)者通過研究發(fā)現(xiàn)，少數(shù)闊葉樹種與針葉樹種在幼齡林時(shí)期的樹高生長(zhǎng)量受林分密度變化的影響較大，它們的樹高生長(zhǎng)量與林分密度呈正相關(guān)關(guān)系[13]?？梢?，不同區(qū)域、不同森林類型和樹種，林木生長(zhǎng)和林分密度的關(guān)系還有很大的不確定性，需要通過更多的研究以揭示其內(nèi)在規(guī)律。

華北落葉松（Larix principis-rupprechtii）是松科落葉松屬我國(guó)特有喬木樹種，是華北地區(qū)高山針葉林帶的主要樹種，多分布于山西、河北山地上部1 500～2 800 m海拔帶，常以純林分布，或與白扦、青扦、白樺、紅樺、山楊及山柳等針闊葉樹種形成混交林，也是分布區(qū)內(nèi)重要的人工速生豐產(chǎn)用材林樹種，在區(qū)域森林生態(tài)系統(tǒng)和森林資源中占有重要地位。

本試驗(yàn)通過對(duì)華北落葉松林分密度與林木生長(zhǎng)關(guān)系的研究，有助于揭示林分密度對(duì)林分結(jié)構(gòu)的影響和調(diào)節(jié)規(guī)律，為華北落葉松天然林科學(xué)經(jīng)營(yíng)、管理和人工林近自然培育提供依據(jù)[14]。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于山西省五臺(tái)山國(guó)有林管理局伯強(qiáng)林場(chǎng)的太平溝作業(yè)區(qū)（39°04′N，113°38′E），處于太行山北段的五臺(tái)山北坡，該作業(yè)區(qū)海拔1 950～2 450 m，屬于溫帶大陸性氣候，年均溫-4℃，7月均溫10℃，1月均溫18.8℃，年平均降雨量500～600 mm，無霜期160 d。

2 研究方法

2.1 標(biāo)準(zhǔn)地設(shè)置和野外調(diào)查

標(biāo)準(zhǔn)地設(shè)在五臺(tái)山國(guó)有林管理局伯強(qiáng)林場(chǎng)太平溝作業(yè)區(qū)，在踏查基礎(chǔ)上選擇華北落葉松天然林，陰坡、半陰坡，坡位中部和中上部，坡度19°～30°，海拔 2 136～2 309 m，林分年齡 60～74 a，在576～1 568株/hm2密度之間設(shè)置9個(gè)密度梯度，各密度設(shè)置3塊相鄰且大小相同的標(biāo)準(zhǔn)樣地（25 m×25 m）用作重復(fù)。

在設(shè)好的標(biāo)準(zhǔn)地內(nèi)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)地調(diào)查，記錄標(biāo)準(zhǔn)地的經(jīng)緯度、海拔、坡向、坡位、坡度、土壤類型等立地因子，從下坡部位一側(cè)開始按順序每木編號(hào)，在胸高部位用紅色噴漆標(biāo)記測(cè)徑位置和方向，以起始角為原點(diǎn)，測(cè)定立木定位坐標(biāo)，并測(cè)定其胸徑、樹高及冠幅。標(biāo)準(zhǔn)地概況如表1所示。

表1 各密度梯度標(biāo)準(zhǔn)地概況

2.2 數(shù)據(jù)整理和指標(biāo)計(jì)算

分別計(jì)算不同密度梯度下林木的胸徑平均值（d）、樹高平均值（h）、冠幅平均值（cw）、冠胸比（cw/d）以及高徑比（h/d）。將平均胸徑、平均樹高、平均冠幅、冠胸比以及高徑比當(dāng)作因變量，以林分密度（N）為自變量，先通過SPSS軟件分別做出表示它們之間關(guān)系的散點(diǎn)圖，找出其中變化規(guī)律，并分析其成因。然后對(duì)散點(diǎn)圖進(jìn)行擬合，通過相關(guān)系數(shù)判斷二者關(guān)聯(lián)的緊密程度，最后確定最佳回歸方程。

3 結(jié)果與分析

3.1 林分密度對(duì)華北落葉松天然林生長(zhǎng)的影響

不同林分密度下林木生長(zhǎng)指標(biāo)列于表2。

表2 不同林分密度標(biāo)準(zhǔn)地林木生長(zhǎng)基本情況

從表2可以看出，林木的平均胸徑和平均冠幅 都隨著林分密度的增大而減小，冠胸比變化趨勢(shì)與胸徑、冠幅一致。而林木高徑比的變化規(guī)律有所不同，隨著林分密度增大，高徑比逐漸變大。林木平均樹高則無明顯變化規(guī)律，在576，1 216，1 312株/hm2密度下，林木樹高平均值均低于15 m，其他密度下林木樹高平均值均大于15 m。

3.2 林分密度對(duì)華北落葉松天然林平均胸徑的影響

圖1是林木平均胸徑（d）隨林分密度（N）增大的變化趨勢(shì)。通過回歸分析得出函數(shù)方程如下。

從公式（1）可以看出，林木平均胸徑與林分密度之間具有顯著的相關(guān)性（R2＝0.973）。從圖1可以更直觀地看出這一變化規(guī)律，即林木平均胸徑隨著林分密度的增大呈現(xiàn)減小的變化趨勢(shì)。這主要是由林木生長(zhǎng)所需營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和空間資源不足造成的。在較低的密度下，林木可以取得足夠的光照條件和生長(zhǎng)空間，而光照是影響林木生長(zhǎng)最主要的因素之一；此外，在較低密度林分中，各林木之間的距離相對(duì)較大，使得林木之間競(jìng)爭(zhēng)作用變?nèi)?，所以，林木平均胸徑較大。而隨著林分密度增大，林內(nèi)光照和土壤水肥條件也受到較大影響；且林木之間距離變小，相互之間對(duì)于各類營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的競(jìng)爭(zhēng)愈加激烈，林木的生長(zhǎng)發(fā)育受到一定的限制，從而導(dǎo)致林木平均胸徑變小。

3.3 林分密度對(duì)華北落葉松天然林平均冠幅的影響

從圖2可以看出，隨著林分密度的增大，林木平均冠幅變小。對(duì)密度（N）和林木平均冠幅（cw）進(jìn)行回歸分析，得出函數(shù)方程如下。

通過比較可以得知，在林分密度對(duì)林木各生長(zhǎng)指數(shù)的影響中，以對(duì)平均冠幅的影響最為顯著（R2＝0.985）。這是由林木生長(zhǎng)空間的大小不同造成的。林分密度較小時(shí)，各林木之間相距較遠(yuǎn)，枝干得以有足夠的生長(zhǎng)、伸展空間，因而，平均冠幅較大。反之，林分密度變大時(shí)，林木的生長(zhǎng)空間變小，枝干無法正常生長(zhǎng)，導(dǎo)致平均冠幅變小。

3.4 林分密度對(duì)華北落葉松天然林平均樹高的影響

從圖3可以看出，林木平均樹高并沒有隨著密度的增大呈現(xiàn)明顯的變化趨勢(shì)。對(duì)林分密度（N）與林木平均樹高（h）進(jìn)行回歸分析，得到的函數(shù)方程如下。

公式（3）中，林木平均樹高與林分密度的相關(guān)系數(shù)僅為0.097，說明林分密度的變化對(duì)林木平均樹高的影響不大，即華北落葉松天然林林分密度的變化與林木平均樹高之間不存在顯著相關(guān)關(guān)系。這可能與華北落葉松的習(xí)性有關(guān)。華北落葉松是喜陽(yáng)性樹種，林分密度對(duì)樹高生長(zhǎng)的影響程度，低于光照對(duì)樹高生長(zhǎng)的影響。

3.5 林分密度對(duì)華北落葉松天然林冠胸比的影響

林木平均冠幅和平均胸徑的比值即為冠胸比，通過冠胸比能夠得知林木營(yíng)養(yǎng)面積的大小及長(zhǎng)勢(shì)情況。林木冠胸比（cw/d）與林分密度（N）的回歸分析函數(shù)方程如下。

通過回歸分析得出R2為0.934，林分密度的變化對(duì)林木冠胸比的影響較為顯著。從圖4可以看出，林分密度越大，林木冠胸比越小，說明林木在較低的林分密度下，能夠得到較大的營(yíng)養(yǎng)面積，而且林木長(zhǎng)勢(shì)也很好。

3.6 林分密度對(duì)華北落葉松天然林高徑比的影響

高徑比是林分平均樹高與平均胸徑的比值，它可以作為反映林木干形的指標(biāo)。林木高徑比（h/d）與林分密度（N）的回歸分析函數(shù)方程如下。

通過方程可以得知，林木高徑比受林分密度變化的影響顯著（R2＝0.967）。在一定的密度范圍里，林木高徑比越大，樹干越尖削；高徑比越小，樹干越飽滿。林木高徑比隨林分密度變化的趨勢(shì)如圖5所示。從圖5可以看出，林木高徑比隨林分密度的增大呈現(xiàn)逐漸變大的趨勢(shì)。

4 討論與結(jié)論

4.1 討論

本研究結(jié)果表明，華北落葉松天然林密度的變化對(duì)林木平均胸徑和平均冠幅影響顯著，且在各指標(biāo)中，林分密度對(duì)平均冠幅的影響最為顯著，林木的平均胸徑和平均冠幅都隨著密度的增大表現(xiàn)出減小的趨勢(shì)。有學(xué)者對(duì)云南松人工林、杉木人工林以及華北落葉松人工林的調(diào)查研究得到了類似的結(jié)論，即在較低的林分密度條件下，有助于林木胸徑和冠幅的生長(zhǎng)[4-6，15]。在較低密度林分中，林木之間距離相對(duì)較大，競(jìng)爭(zhēng)作用較弱，因而，可以獲得充足的光照條件和生長(zhǎng)空間，林木的枝干也有足夠的伸展和生長(zhǎng)空間；而光照又是影響林木生長(zhǎng)最主要的因子之一，所以，低密度林分中林木平均冠幅和平均胸徑較大；在較高密度的林分中，來自上部的陽(yáng)光和林下土壤水肥條件會(huì)受到明顯的影響，再加上林木間距變小，枝干的生長(zhǎng)空間變小，林木個(gè)體之間對(duì)于各種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的競(jìng)爭(zhēng)愈加激烈，林木的生長(zhǎng)發(fā)育受到一定程度的限制，從而導(dǎo)致平均冠幅和平均胸徑變小。

林分密度的變化對(duì)林木樹高生長(zhǎng)的影響不大。隨著林分密度的增大，林木平均樹高沒有表現(xiàn)出明顯的變化趨勢(shì)。大部分學(xué)者經(jīng)過調(diào)查研究后得出類似的結(jié)論。其中，刁淑清等[9]研究發(fā)現(xiàn)，杉木人工林林分密度的變化對(duì)林木平均樹高的影響差異不顯著，也無一定的規(guī)律性。李國(guó)新等[16]在對(duì)廣東郁南縣西江林場(chǎng)尾巨桉人工林進(jìn)行調(diào)查研究后發(fā)現(xiàn)，林分密度的變化對(duì)樹高生長(zhǎng)的影響差異較小。但部分學(xué)者的研究表明，林木平均樹高受林分密度變化的影響較大，且存在負(fù)相關(guān)性。陳東莉等[17]對(duì)20年生華北落葉松人工林進(jìn)行間伐試驗(yàn)，結(jié)果表明，重度間伐對(duì)保留林木樹高生長(zhǎng)影響顯著，也就是說，在一定的密度范圍內(nèi)，低密度林分內(nèi)的林木樹高生長(zhǎng)快；陳天成等[18]對(duì)20年生華北落葉松人工林進(jìn)行間伐試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，在一定的密度范圍和立地條件下，重度間伐在短時(shí)期內(nèi)對(duì)樹高的生長(zhǎng)有促進(jìn)作用，但從較長(zhǎng)時(shí)期來看，林木的高生長(zhǎng)對(duì)間伐效應(yīng)的響應(yīng)并不顯著。黃枝英等[19]研究認(rèn)為，隨著林分密度的增大，林木平均樹高呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)。通過仔細(xì)查閱資料不難發(fā)現(xiàn)，以上得出與本試驗(yàn)相反結(jié)論的學(xué)者的研究對(duì)象均為幼齡人工林，且與本研究選取的標(biāo)準(zhǔn)樣地海拔、經(jīng)緯度、林分密度大小以及密度范圍大小也不盡相同，從而造成試驗(yàn)結(jié)果不同。此外，國(guó)外有學(xué)者的研究表明，處于幼齡林期的幾種闊葉樹與針葉樹，林木平均樹高與林分密度具有正相關(guān)關(guān)系，即隨著林分密度的增大，樹高亦增大[13]。由此可以看出，調(diào)查研究所選取林木種類、林齡、林分密度大小以及密度范圍大小等條件的不同會(huì)導(dǎo)致得出的結(jié)論截然不同。

本試驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)，林分密度對(duì)林木冠胸比、高徑比的影響較為顯著。蔡堅(jiān)等[20]研究發(fā)現(xiàn)，濕地松人工林的林木高徑比受不同初植密度的影響較大；廖澤釗等[21]在對(duì)七坡林場(chǎng)進(jìn)行資源調(diào)查時(shí)就發(fā)現(xiàn)，同一樹種，密度大的林分，高徑比增長(zhǎng)較快；梁文俊等[22]研究發(fā)現(xiàn)，落葉松林分密度對(duì)林木冠胸比有顯著影響。高徑比是反映林木干形的指標(biāo)，其大小可以代表林木樹干的飽滿程度。在低密度林分中，林木生長(zhǎng)空間大，相互之間競(jìng)爭(zhēng)小，樹干飽滿；而高密度林分中，林木之間競(jìng)爭(zhēng)加劇，樹干尖削。同理，林木在較低密度的林分中可以得到較大的營(yíng)養(yǎng)面積，冠胸比較大，林木長(zhǎng)勢(shì)較好。

4.2 結(jié)論

本試驗(yàn)對(duì)五臺(tái)山華北落葉松天然林林分密度與林木生長(zhǎng)關(guān)系進(jìn)行調(diào)查研究，結(jié)果表明，林木胸徑和冠幅的生長(zhǎng)受密度變化的影響顯著，林木冠幅和胸徑都隨林分密度的增大逐漸減小，且密度對(duì)冠幅的影響較大。林木樹高的生長(zhǎng)對(duì)密度變化的響應(yīng)不顯著。隨著林分密度的增大，林木樹高平均值并沒有表現(xiàn)出明顯的變化趨勢(shì)。密度的變化對(duì)林木冠胸比和高徑比影響顯著。林木冠胸比隨林分密度的增大逐漸減小，而林木高徑比隨林分密度的增大而變大。

［1］黎芳，潘萍，寧金魁，等.飛播馬尾松林林分空間結(jié)構(gòu)對(duì)林下植被多樣性的影響[J].東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2016，44（11）：31-35.

［2］周樹平，梁坤南，杜健，等.不同密度柚木人工林林下植被及土壤理化性質(zhì)的研究[J].植物研究，2017，37（2）：200-210.

［3］雷相東，唐守正，李冬蘭，等.影響天然林下層植物物種多樣性的林分因子的研究[J].生態(tài)學(xué)雜志，2003，22（3）：18-22.

［4］蘇俊武，李蓮芳，鄭畹，等.不同間伐強(qiáng)度對(duì)云南松人工林生長(zhǎng)影響的研究[J].西部林業(yè)科學(xué)，2010，39（3）：27-32.

［5］張育梅，及利，和春庭.撫育間伐對(duì)云南松中幼林的影響[J].森林工程，2017，33（1）：7-11.

［6］楊劍輝，歐弢，陳金龍，等.不同間伐梯度下云南松幼林林分結(jié)構(gòu)及林木生長(zhǎng)變化[J].浙江林業(yè)科技，2015，35（6）：54-57.

［7］PARIONA W，F(xiàn)REDERICKSEN T S，LICONA J C.Natural regeneration and liberation of timber species in logging gaps in two Bolivian tropical forests[J].Forest Ecology and Management，2003（3）：313-322.

［8］劉曉燕.小隴山林區(qū)撫育間伐對(duì)華山松人工林生長(zhǎng)的影響研究[J].現(xiàn)代園藝，2017（16）：6-7.

［9］刁淑清，沈海龍，潘建中，等.樟子松人工幼林密度與個(gè)體生長(zhǎng)指標(biāo)的關(guān)系[J].東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2005，33（6）：4-7.

［10］尤健健，張文輝，鄧?yán)?油松中齡林間伐的密度效應(yīng)[J].西北林學(xué)院學(xué)報(bào)，2015，30（1）：172-177.

［11］陶韜，陸麗君.杉木不同造林密度林分生長(zhǎng)效應(yīng)分析[J].綠色科技，2017（9）：96-97.

［12］吳多洋，焦菊英，于衛(wèi)潔，等.陜北刺槐林木生長(zhǎng)及林下植被與土壤水分對(duì)種植密度的響應(yīng)特征 [J].西北植物學(xué)報(bào)，2017，37（2）：346-355.

［13］KNOWE S A，HIBBS D E.Stand structure and dynamics of young red alder as affected by planting density[J].Forest Ecology and Management，1996，82（1）：69-85.

［14］玉寶，張秋良，王立明.天然林多目標(biāo)經(jīng)營(yíng)研究現(xiàn)狀及趨勢(shì)[J].西北林學(xué)院學(xué)報(bào)，2015，30（1）：189-195.

［15］李偉偉，劉利民，劉繼文，等.華北落葉松人工林密度對(duì)林木生長(zhǎng)因子影響的研究 [J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué) ，2008，36（28）：12259-12260.

［16］李國(guó)新，黎穎鋒，鄧炳權(quán)，等.廣東郁南尾巨桉人工林密度效應(yīng)[J].林業(yè)與環(huán)境科學(xué)，2017，33（4）：9-13.

［17］陳東莉，郭晉平，杜寧寧，等.間伐強(qiáng)度對(duì)華北落葉松人工林生長(zhǎng)效應(yīng)的研究[J].山西林業(yè)科技，2010，39（4）：9-11.

［18］陳天成，柳杰，張蕓香，等.關(guān)帝山林區(qū)華北落葉松人工林不同強(qiáng)度間伐的生長(zhǎng)效應(yīng)研究 [J].山西林業(yè)科技，2015，44（2）：13-19.

［19］黃枝英，余新曉，焦一之，等.北京市潮關(guān)西溝流域華北落葉松林分結(jié)構(gòu)分析[J].山西農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011，39（5）：443-445.

［20］蔡堅(jiān)，潘文，王保華，等.林分密度對(duì)濕地松林木干形影響的研究[J].廣東林業(yè)科技，2006，22（2）：6-10.

［21］廖澤釗，黃道年.林木高徑比的關(guān)系 [J].林業(yè)資源管理，1984（6）：45-47.

［22］梁文俊，丁國(guó)棟，韋立偉，等.落葉松人工林密度對(duì)林木生長(zhǎng)的影響[J].水土保持通報(bào)，2010，30（4）：78-86.