冀北山地落葉松人工林直徑生長與空間結(jié)構(gòu)的關(guān)系

史文兵

（河北塞罕壩機(jī)械林場林業(yè)調(diào)查規(guī)劃設(shè)計院，河北 圍場068450）

林木空間結(jié)構(gòu)決定了樹木之間的競爭勢及其空間生態(tài)位，同時決定了該林分的穩(wěn)定性、發(fā)展的可能性和經(jīng)營空間的大小[1-3]。研究森林結(jié)構(gòu)對深入了解各種森林植物與環(huán)境的關(guān)系，以及森林的生長發(fā)育和更新、演替規(guī)律具有重要意義，并可為制訂科學(xué)的經(jīng)營措施提供理論依據(jù)。目前，國內(nèi)外對森林空間結(jié)構(gòu)的研究已經(jīng)屢見不鮮，但空間結(jié)構(gòu)和直徑生長關(guān)系的研究卻報道較少，本文通過研究河北省圍場縣桃山林場落葉松人工林競爭指數(shù)，為制定華北土石山區(qū)落葉松人工林科學(xué)經(jīng)營措施提供一定的理論依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

研究對象為河北省圍場縣桃山林場的華北落葉松人工林，林內(nèi)零散伴有天然萌生的白樺、山楊、蒙古櫟等林木個體。林下灌木主要有臭柳、平榛、胡枝子等，草本植物主要有龍牙草、烏蘇里苔草、鳳毛菊等。

2 研究方法

2.1 標(biāo)準(zhǔn)地的設(shè)置與數(shù)據(jù)測定

通過實地考察和對比研究，選擇符合要求且具有代表性的落葉松人工林設(shè)置40m×50m 的標(biāo)準(zhǔn)樣地。樣地要求林木密度分布均勻、距離林緣較遠(yuǎn)且樣地內(nèi)沒有河流、道路或明顯的溝壑等。使用羅盤儀測向，確定樣地邊界走向，然后使用皮尺測量水平距離（坡度大于5°測量斜距后改算為水平距離）。為保障樣地邊界清楚明顯，清除邊界線上的灌木和雜草，并用自噴漆在邊界樹干上進(jìn)行標(biāo)記。對每塊樣地進(jìn)行每木檢尺，測量并記錄樣地內(nèi)胸徑大于5cm 的每棵樹木的樹種、胸徑、樹高、第一活枝下高、冠幅、位于樣地內(nèi)的坐標(biāo)值（網(wǎng)格定位）和林分郁閉度。

（1）每木定位。在標(biāo)準(zhǔn)地順坡的兩邊上按5m 的間隔定樁，用皮尺或測繩拴在樁上，將標(biāo)準(zhǔn)地劃分為若干小區(qū)，在每個小區(qū)內(nèi)依一定的順序確定每株樹木的坐標(biāo)位置，順坡方向為縱坐標(biāo)Y，橫坡方向為橫坐標(biāo)X。

（2）每木測定。①在胸高位置（測定1.3m）用直徑胸圍尺測胸徑（精確到0.1cm）。②測樹高及枝下高（精確到0.1m）。③測東、西、南、北4 個方向的樹冠半徑（精確到0.01m）。

2.2 樣木選擇和木芯鉆取

本研究主要選擇大小比數(shù)為1 和0.5 的林木，大小比數(shù)依據(jù)胸徑劃分。選擇生長正常、冠幅良好、無病蟲害的林木，以中心樹及其周圍4 株相鄰木組成結(jié)構(gòu)單元。確定好樹木后，將生長錐沿樹木縱軸離地面1m 左右垂直鉆入，鉆取部位不宜太高或太低。生長錐要保持平穩(wěn)，避免所鉆年輪木芯折斷。若一次沒有鉆取成功，要重新鉆取，直到所鉆木芯正過髓心，同時對其進(jìn)行編號（編號格式為大小比數(shù)+組數(shù)+株數(shù)），用報紙包裝，集中保存。記錄參照木與相鄰木之間的距離、角度、樹高情況，以及每株樹的冠幅。其中中心樹的冠幅要分別記錄東西南北4 個方向。相鄰木冠幅分為與中心樹垂直冠幅和連線冠幅，并以中心樹為中點分別記錄。

2.3 木芯處理與年輪量測

將野外采集的木芯帶回實驗室進(jìn)行自然風(fēng)干，然后固定到拖木槽內(nèi)。經(jīng)過打磨，標(biāo)出窄輪、偽輪、缺（斷）輪，并作記錄。對樣本進(jìn)行掃描，并使用Photoshop 進(jìn)行處理，然后對掃描和拼接樣本進(jìn)行定年和劃線，最后通過CooRecorder7 TRIAL 和Auto－CAD 軟件進(jìn)一步處理，得出每個年輪的相關(guān)數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)導(dǎo)入表中，計算出每個年輪寬度。然后作出曲線圖，找出樣本直徑生長規(guī)律。

2.4 數(shù)據(jù)分析

大小比數(shù)（Ui）被定義為大于中心樹的相鄰木株數(shù)占所考察的全部最近相鄰木的比例[4]。所謂的“大小”用胸徑、樹高和冠幅均可表示。用公式表示為：

3 結(jié)果與分析

3.1 林分空間結(jié)構(gòu)特征

林分直徑分布是指林分內(nèi)各直徑樹木的分布狀況，其特征體現(xiàn)了林分的生長及組成結(jié)構(gòu)，直接影響到樹木的樹高、干型、材積、樹種、樹冠因子等[5]。落葉松林分密度為1145 株/hm2，大于5cm 的喬木有2種，以落葉松為主。落葉松人工林直徑分布呈正態(tài)分布，在5～28cm，主要集中分布于10～22cm 徑階范圍內(nèi)，大徑階和小徑階的林木株數(shù)占比例較小，14～18cm 徑級的林木株數(shù)最多，占林分總株數(shù)的60.85%。落葉松徑階分布如圖1。

圖1 落葉松林徑階分布

3.2 大小比數(shù)和直徑生長的關(guān)系

3.2.1 大小比數(shù)為1 的結(jié)構(gòu)單元 由落葉松木芯得到的直徑生長量為依據(jù)，中心樹大小比數(shù)為1 的空間結(jié)構(gòu)單元，中心樹生長落后有以下5 種過程：前期生長落后有10 組、中期生長落后有3 組、后期生長落后有8 組、前后期生長落后有6 組、一直生長落后有3 組，每種情況林木連年生長量如圖2。

（1）由圖2（a）可知：中心樹在前期生長受壓制，中后期兩者競爭激烈。第15 年開始兩者生長量都明顯降低，并且最粗樹生長速度下降快。最粗樹個、生態(tài)位適宜，因此生長量較大；中后期逐漸形成森林環(huán)境，從而使林木之間為爭奪營養(yǎng)空間而出現(xiàn)競爭，生長量呈下降趨勢。但是最粗樹受抑制作用越來越明顯，中心樹相對較小，所以最粗樹的連年生長量下降的快，差異逐漸減小。

圖2 大小比數(shù)1 的不同生長情況

（2）由圖2（b、c、d、e）可知：最粗樹連年生長量一直大于中心樹，兩者生長量整體從第15 年開始下降。最粗樹可能因為生命力強(qiáng)，苗木質(zhì)量好，小區(qū)立地質(zhì)量高，栽植質(zhì)量高，個體遺傳性好而處于優(yōu)勢地位，成為優(yōu)勢木。

（3）由圖2 可以得出林木在第8～10 年生長量達(dá)到高峰，由于落葉松屬于強(qiáng)陽性樹種，林分郁閉后開始進(jìn)行激烈競爭。從第15 年開始明顯下降，并且連年下降，此時林分內(nèi)競爭激烈，營養(yǎng)空間減小，應(yīng)該在出現(xiàn)明顯下降之前進(jìn)行撫育間伐。

3.2.2 大小比數(shù)為0.5 的結(jié)構(gòu)單元 以落葉松木芯得到的直徑生長量為依據(jù)，中心樹大小比數(shù)為0.5的空間結(jié)構(gòu)單元，生長有兩種情況，中心樹有明顯被壓過程19 組、無明顯被壓過程11 組。分別選取一組有代表性的數(shù)據(jù)做折線圖如圖3。

（1）由圖3（a）可知：中心樹和最粗樹連年生長量接近，沒有明顯被壓過程，最粗樹和中心樹胸徑相差不大，該林木單元內(nèi)中心樹和最粗樹生長良好，生長量在第12 年左右到達(dá)高峰，第15 年出現(xiàn)明顯下降。兩株林木的苗木質(zhì)量、生態(tài)位等因素基本一致，所以兩株林木生長分化不大。后期因為爭奪營養(yǎng)空間而出現(xiàn)競爭導(dǎo)致林木生長量出現(xiàn)明顯下降。

圖3 大小比數(shù)0.5 的不同生長情況

（2）由圖3（b）可知：在生長后期中心樹生長明顯下降，被最粗樹壓制。兩者生長差異主要集中在后期。生長量在第12 年左右到達(dá)高峰，第15 年出現(xiàn)明顯下降。前期生長無明顯差異，兩株林木苗木質(zhì)量、立地條件等因素基本接近，而后期中心樹生長受壓，因為爭奪營養(yǎng)空間而出現(xiàn)競爭，中心木競爭能力相對較弱而得不到充足陽光。

3.3 不同大小比數(shù)和直徑生長的關(guān)系

從大小比數(shù)為0、0.5、1 的數(shù)據(jù)中分別隨機(jī)選取10 組數(shù)據(jù)，做生長曲線圖，如圖4。

圖4 不同大小比數(shù)生長曲線

根據(jù)大小比數(shù)代表林木的優(yōu)勢程度，本研究林木類型優(yōu)勢木、中庸木、劣汰木分別對應(yīng)大小比數(shù)1、0.5、0。由圖4 可以得出：優(yōu)勢木、中庸木前期生長快，后期生長速度下降快；劣汰木前期生長慢，后期生長速度下降慢。因為前期林分沒有郁閉，林木生長快慢取決個體對立地環(huán)境的適應(yīng)與生態(tài)位的恢復(fù)。但是優(yōu)勢木、中庸木受抑制作用越來越明顯，中心樹受抑制相對較小，所以最粗樹的連年生長量下降的快，中心樹連年生長量下降的慢，二者差異逐漸減小。

4 結(jié)論與討論

通過對河北省圍場縣桃山林場落葉松人工林中選取65 組林木進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)落葉松人工林中心樹前期出現(xiàn)被壓可能是由于苗木質(zhì)量差，生態(tài)位不適宜，個體對立地環(huán)境的不適應(yīng)等原因造成；中后期被壓則可能是因為林木之間競爭激烈，中心樹競爭力較弱。林分競爭主要集中在8～15a，是進(jìn)行撫育間伐的最佳時期，可以為林木提供更大的營養(yǎng)空間，保證林木正常健康生長。