大興安嶺天然偃松干長生長過程分析

路彩云,唐仲秋,李海臣,朱萬昌,劉會(huì)鋒*

(1.呼中林業(yè)局營林管理處，黑龍江 呼中 165036；2.大興安嶺地區(qū)農(nóng)業(yè)林業(yè)科學(xué)研究院，黑龍江 加格達(dá)奇 165000)

偃松(Pinuspumila)屬松科松屬，五針?biāo)山M植物，蔓生性常綠灌木，偶見小喬木，樹干通常伏臥地面匍匐生長，最長達(dá)10m以上。分布范圍很廣，適應(yīng)性強(qiáng)，東起白令海岸，西至貝加爾湖附近，北自勒拿河入?？?，向南分布到朝鮮北部，日本富士山以北各列島也有分布[1]。在我國境內(nèi)，偃松資源的分布范圍不大，僅在大興安嶺林區(qū)、小興安嶺、張廣才嶺及長白山的高海拔地帶有集中分布[2]。在大興安嶺地區(qū)共有75.5×104hm2的偃松林，主要林型為偃松矮曲林和偃松興安落葉松林，呈塊狀分布在土壤貧瘠、海拔較高的山體上[3]。我國對(duì)偃松資源的研究主要集中在開發(fā)利用[4-5]、形態(tài)及遺傳學(xué)[6]、引種栽培等方面[7]，對(duì)偃松樹干生長過程研究的較少，本文通過對(duì)天然偃松干長生長過程分析，為偃松天然林集約經(jīng)營提供參考。

1 試驗(yàn)地概況

1.1 試驗(yàn)地基本情況

試驗(yàn)地位于黑龍江省呼中林業(yè)局，位于黑龍江省西北部大興安嶺伊勒呼里山北麓，地理坐標(biāo)為E122°39′-124°20′，N51°14′-52°25′。東與新林林業(yè)局相連，南以伊勒呼里山為分水嶺與松嶺林業(yè)局、內(nèi)蒙古大興安嶺的阿里河、甘河兩個(gè)林業(yè)局相鄰，西與內(nèi)蒙古大興安嶺的阿龍山、滿歸兩個(gè)林業(yè)局接壤，北與阿木爾林業(yè)局、塔河縣毗鄰。林業(yè)局施業(yè)區(qū)經(jīng)營總面積約為0.77×104km2，森林覆蓋率96.24%，活立木蓄積量為6459×104m3。平均海拔810m左右，無霜期僅有83d，年平均氣溫-4.3℃，歷史最低氣溫達(dá)-53℃。被譽(yù)為中國的偃松之鄉(xiāng)。

1.2 樣地基本情況

調(diào)查地為越桔-偃松矮曲林，海拔為1020m的陽坡，坡度27°，土壤為薄層生草灰化土，沒有喬木層，常見植物僅39種。以偃松、越桔為建群種，其它植物種有扇葉樺、高山蓼、茸枝地衣等。苔蘚植物和地衣蓋度小，在群落中僅占有一定地位。偃松年齡在120a左右，覆蓋度為95%，平均叢高為3.58m，平均干長為10.27m，平均地徑為8.7cm。

2 研究方法

2.1 調(diào)查方法

根據(jù)偃松樹干年生長輪枝或輪枝脫落痕明顯的特點(diǎn)，從樹稍向根部逐年測定干長生長量，直到輪枝生長痕不清楚為止，在其根部用生長錐取木芯、實(shí)測樹齡，同時(shí)測量全干長。測量包括幼苗、幼樹等不同樹齡的單株，經(jīng)換算再以10年為一個(gè)齡級(jí)計(jì)算偃松干長生長平均值(表1)，保證每個(gè)齡級(jí)參與計(jì)算平均值的偃松單株不少于30個(gè)。

2.2 模型選擇

樹木生長屬限制性生長，隨個(gè)體增大，所需營養(yǎng)不斷提高，而供給植物營養(yǎng)的基質(zhì)在自然狀態(tài)下也持續(xù)下降，使植物的生長過程呈現(xiàn)出“慢-快-慢”的“S”型變化節(jié)律。不少學(xué)者曾提出許多理論方程及經(jīng)驗(yàn)方程用于模擬樹木的生長過程，本研究中選用Logistic方程對(duì)偃松干長生長進(jìn)行擬合[5]。生長模型參數(shù)的求解采用迭代法，取偃松干長生長觀測值與樹高估計(jì)殘差平方和最小的那組參數(shù)值為方程中參數(shù)的值，模擬計(jì)算過程由計(jì)算機(jī)完成。

式中：

h——偃松干長生長量(m);

K——實(shí)測值;

e——自然對(duì)數(shù)函數(shù)的底數(shù)(常數(shù)取值2.71828);

m——實(shí)際計(jì)算值(取95.2);

r——運(yùn)算參數(shù)(取0.0781);

t——樹齡(a)。

3 結(jié)果與分析

3.1 天然偃松干長生長過程

利用實(shí)測數(shù)據(jù)，經(jīng)運(yùn)算：K=10.07，m=95.2，r=0.0781，相關(guān)系數(shù)為0.9744，并計(jì)算出偃松干長生長模擬值(表1)。

表1 天然偃松干長生長過程Tab.1 Growth Process of Pinus pumila

從表1中看出：天然偃松個(gè)體120a平均干長生長累積生長量不超過10.07m，100a年以后偃松樹干生長逐漸貼近模擬值。偃松干長生長在前30a生長較慢，年平均僅為2.4cm；30-90a為速生期，10a最高生長量出現(xiàn)在60-70a，達(dá)到180cm；90a后干長生長量逐漸下降，100-120a的干長總生長量為40cm(圖1)。

圖1 天然偃松樹干生長模擬Fig.1 Growth Simulation of Pinus pumila

3.2 Logistic生長模型模擬

天然偃松干長生長過程與Logistic生長模型模擬的結(jié)果基本吻合，通過參數(shù)顯著性檢驗(yàn)，干長生長與年齡的回歸關(guān)系顯著。由于我們分析使用的是120a生的偃松干長生長數(shù)據(jù)，結(jié)果可能有局限性，僅適用于小于120a生的偃松樹干長生長預(yù)測，對(duì)于大于120a生的偃松干長生長情況還有待進(jìn)一步研究。

4 結(jié)論

綜上所述，Logistic模型是研究樹木高生長的有效手段，運(yùn)用計(jì)算機(jī)得到的偃松樹干長生長量與樹齡間的回歸方程能較好地?cái)M合偃松樹干長生長過程，可運(yùn)用此方程對(duì)偃松天然林樹干干長生長過程進(jìn)行生長預(yù)測，為偃松天然林資源的合理經(jīng)營提供參考。偃松在120a前都保持高生長，但在60-70a生長速度最快。偃松的生長過程由生長曲線可劃分為“慢-快-慢”3個(gè)生長階段，與偃松干長自然生長相一致。偃松干長生長在前30a生長較慢，總生長量僅為48cm；30～90a為速生期，總生長量達(dá)805cm；90a后干長生長量逐漸下降，100～120a的干長總生長量為40cm。