不同坡向望天樹人工林徑級和高度級結構分布

劉奎 朱友飛 楊梅 吳敏 程飛 吳英

摘要：【目的】分析不同坡向望天樹人工林的徑級和高度級結構分布，揭示其生長發(fā)育規(guī)律，為望天樹人工造林立地條件選擇和樹高估測提供參考依據(jù)?！痉椒ā吭诒逼孪蚝湍掀孪蚍謩e選取具有代表性的望天樹人工林樣地進行每木檢尺，采用上限排外法劃分徑級和高度級，分析兩個坡向的徑級和高度級結構分布；使用線性函數(shù)、對數(shù)函數(shù)、二次函數(shù)、冪函數(shù)、指數(shù)函數(shù)和Logistic等6種模型擬合胸徑（D）—樹高（H）生長曲線?！窘Y果】北坡向和南坡向望天樹人工林的徑級結構分布差異不明顯，均在第Ⅵ徑級（32.00 cm≤D<36.00 cm）分布株數(shù)最多，分別占各坡向總株數(shù)的32.26%和35.09%，總體上呈正態(tài)分布，低、高徑級株數(shù)較少，中等徑級株數(shù)相對較多。北坡向望天樹人工林高度級結構呈正態(tài)分布，在第Ⅴ高度級（27.00 m≤H<30.00 m）出現(xiàn)峰值；南坡向望天樹人工林高度級結構呈右偏正態(tài)分布，在第Ⅶ高度級（33.00 m≤H<36.00 m）出現(xiàn)峰值，且明顯高于北坡向高度級峰值。對兩坡向的望天樹人工林胸徑—樹高曲線進行擬合，最優(yōu)的是冪函數(shù)，其方程為H=3.096D0.656（R2=0.809）。【結論】南坡向對望天樹人工林樹高生長具有一定的促進作用，冪函數(shù)H=3.096D0.656（R2=0.809）可作為望天樹人工林樹高—胸徑生長曲線，用于樹高估測和造林立地選擇。

關鍵詞： 望天樹；坡向；徑級；高度級；擬合曲線

中圖分類號： S792.99 文獻標志碼：A 文章編號：2095-1191（2018）04-0763-05

Diameter and height class structure distribution of Parashorea chinensis Wang Hsie. plantations in different slope directions

LIU Kui1， ZHU You-fei2， YANG Mei1*， WU Min2， CHENG Fei1， WU Ying1

（1College of Forestry， Guangxi University， Nanning 530004， China； 2Liangfengjiang National Forest Park，

Nanning 530000， China）

Abstract：【Objective】Diameter and height class structure distribution of Parashorea chinensis Wang Hsie. plantations in different slope directions was analyzed to reveal the growth and development laws of P. chinensis， and provide re-ference for the selection of site conditions and the estimation on tree height of P. chinensis. 【Method】Representative sample plots of P. chinensis plantations were respectively selected from north and south slope directions and every tree was measured. The upper limit exclusive method was used to divide the diameter and height class， and analyze the diameter and height class structure distribution in north and south slope directions. Six models including linear function， logarithmic function， quadratic function， power function，exponential function and Logistic model were used to fit the diameter at breast height（D）-plant height（H） curve. 【Result】The differences of diameter class distribution of P. chinensis plantations were not obvious between the north and south slopes. Ⅵ diameter class on both north and south directions had the most numerous trees（32.00 cm≤D<36.00 cm）， which accounted for 32.26% and 35.09% of the total respectively. As a whole， the distribution was normal distribution. The tree number was small in low and high diameter classes， and tree number was large in medium diameter class. The height class structure distribution in north slope of P. chinensis plantations presented normal distribution and the peak of height class distribution appeared at Ⅴ class（27.00 m≤H<30.00 m）. While right-devia-ted normal distribution appeared in height class structure of P. chinensis plantations in south slope， with the peak of height class structure distribution at Ⅶ class（33.00 m≤H<36.00 m）. It was obviously higher than the peak of height class in north slope. Power function H=3.096D0.656（R2=0.809） was the optimal equation to fit D-H of P. chinensis plantations in north and south slopes. 【Conclusion】South slope has certain promoting effects on the plant height growth of P. chinensis plantations. The power function H=3.096D0.656（R2=0.809） can be used as D-H growth curve of P. chinensis plantations， which is used to select afforestation site and estimate plant height.

Key words： Parashorea chinensis Wang Hsie.； slope direction； diameter class； height class； fitting curve

0 引言

【研究意義】望天樹又名擎天樹（Parashorea chinensis Wang Hsie.），屬龍腦香科，是熱帶雨林的標志性樹種。其樹干較通直圓滿，尖削度小，是一種優(yōu)質用材樹種。云南西雙版納保護區(qū)和廣西是望天樹的主要分布區(qū)，其數(shù)量稀少且瀕危，被列為我國一級保護樹種（黃松殿等，2011），其中廣西現(xiàn)存的望天樹天然種群主要分布在大化、田陽、那坡、龍州和巴馬等地（閆興富和曹敏，2008）。雖然已在部分望天樹種群中建立了自然保護區(qū)，但由于望天樹分布范圍狹窄、種子壽命相對較短、自然條件下更新較難，加上人為干擾較強，使得其生態(tài)環(huán)境受到極大程度破壞（嚴理等，2014）。因此，分析不同坡向望天樹人工林的徑級和高度級結構分布，揭示其生長發(fā)育規(guī)律，對望天樹人工造林立地條件選擇及防止珍貴樹種滅絕具有重要意義?！厩叭搜芯窟M展】目前，有關望天樹人工林的研究主要集中在生態(tài)效益、生長量、幼苗培育等方面。蘇勇等（2011）對望天樹人工林的碳儲量及分布格局進行研究，結果顯示望天樹生態(tài)系統(tǒng)的碳儲量為300.7 t/ha。黃承標等（2013）對廣西那坡縣百合鄉(xiāng)望天樹天然林生長量進行研究，結果顯示林分平均胸徑28.49 cm、平均樹高28.3 m、平均蓄積量440.5 m3/ha。趙麗華（2015）研究了望天樹從采種、育苗到造林一系列技術。杜加加等（2016）研究了不同遮蔭處理對望天樹幼苗生長的影響，結果表明過度遮蔭及完全裸露均不利于幼苗的生長。韋靈龍等（2016）研究了生長調節(jié)劑對望天樹生長的影響，結果表明GGR 20和40 mg/L兩個濃度處理及IBA 20 mg/L處理對望天樹幼苗高生長影響顯著。張海東等（2017）以11個不同家系望天樹1年生苗木為研究對象，采用生長量實測法和統(tǒng)計分析法研究其生長特性，結果顯示苗高生長最快的是那坡百南02家系，地徑生長最快的是河口01家系；質量指數(shù)顯示最優(yōu)家系是那坡百南02家系?！颈狙芯壳腥朦c】目前，針對不同坡向對望天樹生長影響的研究未見報道?！緮M解決的關鍵問題】研究不同坡向望天樹人工林的生長差異，利用線性函數(shù)、對數(shù)函數(shù)、二次函數(shù)、冪函數(shù)、指數(shù)函數(shù)和Logistic等6種模型對望天樹人工林的胸徑—樹高生長曲線進行擬合，探討望天樹人工林的生長規(guī)律，為望天樹人工造林的立地條件選擇和樹高估測提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1. 1 研究區(qū)概況

那坡縣位于廣西西南部，地處云貴高原余脈六韶山南麓，西北地勢較高，向東南傾斜，以德隆坡為南北分界線。屬南亞熱帶季風氣候，年均氣溫18 ℃，年降水量1421.8 mm，氣候溫和濕潤。年均日照時間1754 h左右，無霜期332 d。調查對象為地處廣西那坡縣境內(nèi)的望天樹人工林，東經(jīng)24°01′、北緯106°59′，海拔416 m，面積2 ha。林下植被以小灌木、藤本、草本和蕨類植物為主，主要有鹽膚木（Rhus chinensis Mill.）、粗葉懸鉤子（Rubus alceaefolius Poir.）、瓜馥木[Fissistigma oldhamii（Hemsl.） Merr.]、雞矢藤[Paederia scandens（Lour.） Merr.]、苦郎藤（Cissus assamica（Laws.） Craib）、兩面針[Zanthorμlum nitidum（Roxb.） DC.]、菝葜（Smilax china L.）、龍芽草（Agrimonia pilosa Ldb.）、野菊（Chrysanthemum indicum）、竹葉草（Oplismensus compositus）等。

1. 2 試驗材料

2016年8月選取那坡縣德隆鄉(xiāng)望天樹人工林內(nèi)具有代表性的林分進行樣地調查，該林分于1978年造林，造林初期每年春秋季節(jié)均進行除草、松土擴穴、培蔸等處理，在林分郁閉時，進行2～3次撫育間伐。目前該林分內(nèi)郁閉度0.7～0.8，株行距4 m×5 m，初始密度800株/ha，現(xiàn)存密度500株/ha。

1. 3 試驗方法

在南坡向和北坡向分別設置3個規(guī)格為20 m×20 m樣地，對樣地內(nèi)所有胸徑大于5 cm的望天樹進行每木檢尺，共獲得119株望天樹樣本數(shù)據(jù)，其中北坡向收集62株，南坡向收集57株，樣地基本情況見表1。

根據(jù)統(tǒng)計學原理及樹木的生物生態(tài)學特性，為了使數(shù)據(jù)更符合正態(tài)分布且各徑級和高度級結構分布均勻，望天樹人工林徑級和高度級均采用上限排外法劃分。胸徑（D）<16.00 cm為第Ⅰ徑級，16.00 cm≤D<20.00 cm為第Ⅱ徑級，每4.00 cm為1個遞增單位，20.00 cm≤D<24.00 cm為第Ⅲ徑級，以此類推，40.00 cm≤D<44.00 cm為第Ⅷ徑級，D≥44.00 cm為第Ⅸ徑級。高度級劃分方法與徑級劃分相似，樹高（H）<18.00 m為第Ⅰ高度級，18.00 m≤H<21.00 m為第Ⅱ高度級，每3.00 m為1個遞增單位，以此類推，36.00 m≤H<39.00 m為第Ⅷ高度級，H≥39.00 m為第Ⅸ高度級。

采用線性函數(shù)、對數(shù)函數(shù)、二次函數(shù)、冪函數(shù)、指數(shù)函數(shù)和Logistic等6種模型擬合胸徑—樹高生長曲線。

1. 4 統(tǒng)計分析

試驗數(shù)據(jù)采用Excel 2010和SPSS 20.0進行統(tǒng)計分析。

2 結果與分析

2. 1 不同坡向望天樹人工林徑級結構分布

從圖1可看出，望天樹人工林受人為干擾較強，分布不均勻，波動較大，低徑級林木較少，高徑級林木相對較多，群落結構趨于不穩(wěn)定狀態(tài)。在第Ⅵ徑級（32.00 cm≤D<36.00 cm），北坡向和南坡向同時出現(xiàn)峰值，分別占各坡總株數(shù)的32.26%和35.09%，其次所占比例較多的是第Ⅴ和第Ⅶ徑級，其余徑級在北坡向和南坡向分別占總株數(shù)的29.03%和12.28%。說明南坡向主要是中高徑級林木，低徑級相對較少，而北坡向的徑級結構近乎呈正態(tài)分布，從總體上看，兩個坡向的徑級結構變化趨勢均為先增加后減少。

2. 2 不同坡向望天樹人工林高度級結構分布

從圖2可看出，兩個坡向的高度級分布表現(xiàn)出明顯的差異性。北坡向的望天樹人工林高度級結構分布與徑級結構分布相似，均呈正態(tài)分布，在第Ⅴ高度級（27.00 m≤H<30.00 m）出現(xiàn)峰值。而南坡向的望天樹人工林高度級分布呈右偏正態(tài)分布，在第Ⅶ高度級（33.00 m≤H<36.00 m）出現(xiàn)峰值，且明顯高于北坡向高度級的峰值。與北坡向對比可知，南坡向望天樹人工林樹高明顯高于北坡向，樹種生長需要充足的陽光、空氣、水、養(yǎng)分等，南坡陽光相對更充足，研究結果符合樹木的生物學特性，南坡更適合望天樹的種植，對人工栽培望天樹的立地選擇具有重要指導意義。

2. 3 不同坡向望天樹胸徑—樹高的擬合模型

對北坡向和南坡向望天樹人工林的胸徑—樹高進行擬合（圖3），結合表2分析可知，北坡向望天樹人工林胸徑—樹高6種擬合曲線的決定系數(shù)（R2）排序為冪函數(shù)（R2=0.809）>二次函數(shù)（R2=0.774）>對數(shù)函數(shù)（R2=0.767）>指數(shù)函數(shù)（R2=0.760）=Logistic（R2=0.760）>線性函數(shù)（R2=0.755），經(jīng)F檢驗，6種擬合曲線的Sig.均小于0.001，說明擬合程度均較高。與北坡向相比，南坡向望天樹人工林胸徑—樹高擬合曲線的R2普遍偏小，均在0.670左右，但R2最大的也是冪函數(shù)，說明冪函數(shù)最適合作為望天樹胸徑—樹高的擬合曲線。R2最大值為1.000，其值越大表示曲線擬合效果越好，兩坡向對比，北坡向冪函數(shù)擬合的曲線優(yōu)度最佳，選擇方程H=3.096D0.656作為望天樹胸徑—樹高的曲線方程。

3 討論

已有研究表明，坡向是最重要的生態(tài)因子之一，能反映光照條件差異（付夢瑤等，2016）。不同坡向的山坡接受光照強度明顯不同，導致水熱因子也會有所不同，進而影響群落分布結構、植物生長量等因素變化（Ferrer-Castán and Vetaas，2005）。植物群落的徑級結構和高度級結構是最基本的林分結構，能綜合反映植物生長與環(huán)境的關系，是用于預測林分結構發(fā)展的重要指標（韓文娟等，2012；郝建鋒等，2014）。梁建平等（2017）研究廣西田陽縣望天樹天然林，結果顯示望天樹的高度級在第Ⅱ（3.0～6.0 m）和第Ⅲ（6.0～9.0 m）的個體占43.00%，個體最少的是第Ⅹ（27.0～30.0 m）高度級，僅3.00%；在第Ⅰ（2.5～6.5 cm）徑級的個體占42.00%，而第Ⅶ（26.5～30.5 cm）徑級所占的比例最少。本研究結果表明，北坡和南坡兩坡向的望天樹人工林在第Ⅵ徑級分布株數(shù)最多，分別占各坡總株數(shù)的32.26%和35.09%，總體上呈正態(tài)分布，低、高徑級的較少，中等徑級的相對較多。北坡向望天樹在第Ⅴ高度級出現(xiàn)峰值，南坡向望天樹高度級結構分布呈右偏的正態(tài)分布，第Ⅶ高度級出現(xiàn)峰值，且明顯高于北坡向高度級的峰值。本研究結果與梁建平等（2017）的研究結果相反，本研究對象為望天樹人工林，而梁建平等（2017）的研究對象為望天樹天然林，其林下物種多樣性豐富且幼苗更新旺盛，望天樹的高度級和徑級主要分布在較低級別。

童潔和石玉立（2017）對加格達奇落葉松、樟子松和紅松落葉松混合林的胸徑—樹高進行曲線擬合，結果表明冪函數(shù)模型的擬合效果最佳，樹高—胸徑關系符合異速生長規(guī)律。本研究對兩坡向的望天樹人工林胸徑—樹高曲線進行擬合，結果發(fā)現(xiàn)擬合曲線優(yōu)度最佳的是冪函數(shù)，與童潔和石玉立（2017）的研究結果一致。樹高的生長一般為前期速生，后期生長速率逐漸降低，因此冪函數(shù)也能符合望天樹的生長規(guī)律，R2作為衡量方程擬合效果的指標之一，北坡向擬合曲線R2在0.700～0.800，而南坡向擬合曲線R2在0.670左右，說明南坡向望天樹較北坡向長勢均一，也從另一個側面反映南坡向能夠為望天樹的生長發(fā)育提供充足條件。由于望天樹自身樹高的獨特性，本研究擬合曲線僅能描述望天樹一段時間的生長規(guī)律，若需要更合理的胸徑—樹高曲線，還應研究不同樹齡望天樹的生長情況，且考慮不同地域造成的生長差異。坡向的不同能夠導致許多環(huán)境因子的變化，因此對望天樹生長起主導作用的環(huán)境因素還有待進一步研究。

4 結論

坡向對望天樹人工林的胸徑生長影響不明顯，南坡向對望天樹人工林樹高生長具有一定的促進作用，冪函數(shù)H=3.096D0.656（R2=0.809）可作為望天樹人工林樹高估測和造林立地選擇的生長曲線。

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（責任編輯 羅 麗）