遼東山區(qū)人工紅松中齡林干形規(guī)律及與樹冠結(jié)構(gòu)的關(guān)聯(lián)性研究

劉金義

（國有清原滿族自治縣大邊溝林場，遼寧 清原 113309）

紅松Pinuskoraiensis屬于裸子植物，是常綠喬木，在我國東北地區(qū)的長白山到小興安嶺分布廣泛，是著名的珍貴經(jīng)濟樹木，同時也是優(yōu)良的用材樹種[2]。為此，對紅松人工林進行可持續(xù)合理的經(jīng)營不僅有助于提高經(jīng)濟效益，還能夠提高木材的質(zhì)量。樹木的干形影響木材的出材量，為此研究樹木干形具有重要的現(xiàn)實意義。近年來，隨著氣候變化加劇，有研究表明較高的高徑比導(dǎo)致樹木更容易遭受極端氣候的損害，使得人們對大面積人工林的氣候適應(yīng)性和穩(wěn)定性更加關(guān)注[3]。

胸徑與樹高是我們衡量林木生長好壞的兩個非常重要的因子[4]，隨著對林木胸徑與樹高關(guān)系研究的不斷深入，1982年黃其泰[5]提出樹高與胸徑的比值具有明顯規(guī)律性，即高徑比，是說明樹高與胸徑相關(guān)關(guān)系的一個統(tǒng)計指標(biāo)[6]，在實踐中被廣泛應(yīng)用。黃其泰總結(jié)了高徑比與林相、徑階、林木年齡、林分密度、林分結(jié)構(gòu)、樹種的關(guān)系，提出了林木株數(shù)和小班塊數(shù)按高徑比的分布規(guī)律。后來廖澤釗等[7]、張更新等[8]對林木高徑比的關(guān)系和分布規(guī)律進行了補充完善，王彩云等[8]結(jié)合地位級、林齡和疏密度對云南松天然林高徑比進行了探討。通過林木高徑比的關(guān)系及高徑比指標(biāo)，李旭等[9]通過高徑比法來確定落葉松人工林生長率，計算材積生長量，預(yù)測林分蓄積量。戴繼進等[10]通過平均高徑比先后研制并完善了一元材積式，測定林分蓄積量時更加簡便，精度也較高。梁景生等[11]利用林木高徑比先后編制了雷州尾葉桉和雷州剛果12號桉的高徑比立木材積表，在保證精度的同時，更加高質(zhì)高效。近年來，馬嬌嬌等[12]對豐寧縣富貴山林場白樺中幼齡林高徑比進行誤差分析，利用高徑比指標(biāo)可以進行林分平均高和平均胸徑的相互估算，同時在森林的撫育經(jīng)營方面也能起到一定的作用[12]。雖然對高徑比的研究不多，但是高徑比作為能夠直接或間接反映林木干形一個指標(biāo)[13]，對出材率、林分密度、修枝強度、肥料種類、枝條縱向抗壓抗彎性能等方面都有著極其重要的參考價值，目前的研究大多都集中在此，探討得出更加合理完備的造林營林措施。

基于以上研究現(xiàn)狀，本研究以遼東山區(qū)清原滿族自治縣大邊溝林場人工紅松中齡林為對象，以高徑比作為反映樹木干形的指標(biāo)，分析不同林齡間人工紅松干形的差異及變異規(guī)律，人工紅松高徑比與樹冠結(jié)構(gòu)（冠幅、冠長）的相關(guān)性，通過控制冠長來調(diào)控干形，為遼東山區(qū)紅松人工林優(yōu)質(zhì)木材培育奠定了重要的基礎(chǔ)。

1 研究區(qū)自然概況

研究區(qū)位于遼寧省撫順市清原縣國有大邊溝林場（124°4′～125°18′E，41°51′～42°00′N）。該林場屬于我國長白山西南延伸地區(qū)，氣候?qū)俦睖貛Т箨懠撅L(fēng)氣候，冬季寒冷干燥，夏季高溫多雨。該地區(qū)的年均氣溫為5℃，最低氣溫為-37.7℃，最高氣溫約36.5℃。年均降水量750 mm左右，主要集中在6-9月。暗棕壤和棕壤是主要的土壤類型，植被類型屬于長白植物區(qū)系。大邊溝林場的森林資源以人工林為主，主要包括落葉松林、紅松林。

2 研究方法

2.1 數(shù)據(jù)獲取

2020年6月在清原縣國有大邊溝林場進行外業(yè)調(diào)查。選取不同林齡的小班作為調(diào)查對象，所有小班能夠基本代表該林場紅松人工林的資源狀況。對所選取的小班進行初步踏查，然后進行固定樣地的設(shè)置，以便進行長期連續(xù)觀測。每個小班共設(shè)置6塊固定樣地，樣地面積20 m×30 m。固定樣地的閉合差標(biāo)準(zhǔn)為1/200。首先利用GPS對每塊固定樣地進行定位，記錄經(jīng)緯度。對固定樣地內(nèi)的所有樹木進行每木檢尺，用胸徑尺測量所有活立木的帶皮胸徑（DBH，cm），用超聲波測高器測量所有活立木的全樹高（HT，m）、第一活枝高（HLB，m）及第一死枝高（HDB，m）。用皮尺測量樹冠在東、南、西、北4個方向的冠幅（CW，m），

高徑比（HD）的計算公式為：

HD=HT/DBH

冠長（CL，m）的計算公式為：

CL=HT-HLB

單株樹木冠幅的計算公式為：

CW=（CW東+CW南+CW西+CW北）/4

為方便進行復(fù)位，在每木檢尺結(jié)束后進行每木定位，以矩形樣地的30 m邊為X軸，以矩形樣地的20 m邊為Y軸，記錄所有樹木的相對位置坐標(biāo)。

本研究以林齡為51年生、54年生、58年生的紅松人工中齡林為研究對象，密度為233～433株·hm-2，以高徑比作為反映單木樹干形狀的指標(biāo)，深入分析人工紅松中齡林單木的干形變化規(guī)律，分析干形變化與樹冠結(jié)構(gòu)因子冠長、冠幅的相關(guān)性，為紅松人工林制定合理可持續(xù)的經(jīng)營措施奠定基礎(chǔ)。固定樣地的高徑比、冠幅、冠長信息見表1。

表1 紅松人工林固定樣地因子

2.2 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2013繪制各林齡段各固定樣地的單木高徑比與冠幅、冠長之間的散點圖，建立各樣地所有樹木高徑比與冠幅、冠長的相關(guān)關(guān)系，分析相關(guān)系數(shù)隨林齡的變化規(guī)律，并采用單因素方差（One-way ANOVA）分析各林齡之間樹木高徑比是否有顯著性差異（α=0.05）。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同林齡人工紅松干形變化規(guī)律

由表1可知，51年生人工紅松單木高徑比最小值為0.46，最大值為0.75，平均值為0.57。54年生人工紅松單木高徑比最小值為0.48，最大值為0.90，平均值為0.62。58年生人工紅松單木高徑比最小值為0.44，最大值為0.74，平均值為0.57?？傮w上，54年生人工紅松高徑比最大，說明54年生人工紅松林的尖削度最大，而51年和58年的尖削度相對較小。此外，54年生人工紅松高徑比的波動范圍較大，說明該年齡段人工紅松單木個體干形差異較大。出現(xiàn)這種差異的原因可能與林分條件有關(guān)，林分與干形存在較大的關(guān)系。當(dāng)林分密度較大時，樹木個體為了爭奪光資源而出現(xiàn)樹木的高生長大于胸徑生長，因此高徑比會變大。

3.2 單木干形與樹冠結(jié)構(gòu)的關(guān)系

3.2.1 單木干形與冠長的關(guān)系

由圖1可知，51年生人工紅松林單木高徑比與冠長的變化規(guī)律不明顯，決定系數(shù)R2值較低。說明冠長對51年生人工紅松的干形沒有產(chǎn)生明顯的影響。

圖1 51年生人工紅松高徑比與冠長的關(guān)系

由圖2可知，冠長對54年生的人工紅松干形影響較低，除樣地1外，單木高徑比與冠長擬合方程的決定系數(shù)R2都達(dá)到了0.11以上，最大為0.26，且單木高徑比與冠長基本呈線性關(guān)系。說明54年生人工紅松冠長對單木干形產(chǎn)生了較大的影響，即隨著冠長的增加，高徑比也逐漸增加，樹冠的尖削度也越大。在森林經(jīng)營活動中，可以通過控制冠長來調(diào)控樹干的形狀，從而為提高出材率奠定基礎(chǔ)。

圖2 54年生人工紅松高徑比與冠長的關(guān)系

與54年生紅松人工林相比，58年生紅松人工林高徑比與冠長的相關(guān)性明顯下降，線性擬合方程的決定系數(shù)R2均在0.1以下（圖3）。出現(xiàn)這種結(jié)果的原因可能與樹木生長階段的生理特性及光合產(chǎn)物在樹干垂直分布規(guī)律有較大的關(guān)系。

圖3 58年生人工紅松高徑比與冠長的關(guān)系

3.2.2 單木干形與冠幅的關(guān)系

單木冠幅反映了樹木在水平方向上的競爭水平，與林木的競爭活力密切相關(guān)，為此，本文分析人工紅松干形與冠幅的關(guān)系，為深入理解影響樹木干形的因素提供基礎(chǔ)條件。

圖4 51年生人工紅松高徑比與冠幅的關(guān)系

由圖4可知，51年生紅松人工林單木高徑比與冠幅之間具有很好的線性關(guān)系，決定系數(shù)R2均達(dá)0.25以上。隨著冠幅增加，單木高徑比逐漸減小。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因可能是由于冠幅增加，樹木積累的光合產(chǎn)物越多，從而將更多的光合產(chǎn)物用于樹干的徑向生長而不是高生長。

圖5 54年生人工紅松高徑比與冠幅的關(guān)系

從圖5可以看出，54年生人工紅松林固定樣地內(nèi)單木高徑比與冠幅擬合方程的決定系數(shù)R2達(dá)到0.11以上，最高0.57。58年生紅松人工林單木高徑比與冠幅的擬合方程決定系數(shù)為0.37～0.45，分布范圍較其他年齡段小，波動程度小（圖6）。這說明對于該地區(qū)人工紅松林來說，在沒有干擾的情況下，干形隨著林齡的增加而趨向平穩(wěn)。

4 結(jié)論

本文以遼東山區(qū)人工紅松中齡林為研究對象，系統(tǒng)研究了單木干形的變化規(guī)律及其影響因素，得出結(jié)論：

遼東山區(qū)人工紅松中齡林高徑比為0.46～0.75，3個年齡段間的單木高徑比未發(fā)現(xiàn)明顯的規(guī)律。

人工紅松中齡林高徑比與冠長具有一定的線性關(guān)系，其中54年生紅松的高徑比與冠長關(guān)系較為明顯，而51年生、58年生的紅松干形與冠長關(guān)系不明顯。

人工紅松單木干形與冠幅存在較好的線性關(guān)系，決定系數(shù)R2最高達(dá)0.57。隨著單木冠幅的增加，高徑比呈減小的趨勢。樹冠結(jié)構(gòu)中的冠幅與干形關(guān)系最密切，而冠幅與林分密度最相關(guān)，說明可以通過控制林分密度來調(diào)節(jié)樹木的高生長和徑生長，從而改善干形，提高出材率。