太行山北部蒙古櫟次生林單木生長規(guī)律

王超 尤海舟 劉朝華 高鵬 高云昌

摘要 以太行山北部蒙古櫟次生林為研究對象，通過標準地調(diào)查及樹干解析等方法獲取生長數(shù)據(jù)，分析了蒙古櫟優(yōu)勢單木的生長規(guī)律。結(jié)果表明：樹高生長速生期0～30 a，在10 a達到0.7 m的生長高峰;胸徑生長速生期10～40 a，在15 a達到1.1 cm的生長高峰;材積生長速生期15～45 a，在30 a達到0.019 m 3的生長高峰。樹高、胸徑和材積的生長率及胸高形數(shù)隨樹齡增加均呈下降趨勢，在35 a后下降趨于平緩，胸高形數(shù)穩(wěn)定在0.5以下。材積連年生長量曲線和多年平均生長量曲線相交于45 a，此時林分蓄積量達到數(shù)量成熟階段，進入主伐期。

關(guān)鍵詞 蒙古櫟次生林;生長規(guī)律;樹干解析;連年生長量;平均生長量

中圖分類號 S 792.186? 文獻標識碼 A

文章編號 0517-6611（2022）08-0097-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2022.08.026

開放科學（資源服務(wù)）標識碼（OSID）：

Tree Growth Regulation for Individual Tree of Natural Secondary Quercus mongolica Forest in North Taihang Mountains

WANG Chao 1，2，YOU Hai-zhou 1，2，LIU Zhao-hua 3 et al （1.Hebei Institute of Forestry and Grassland Science，Shijiazhuang，Hebei 050061; 2.Hebei Fengning Desert Ecosystem Research Station，F(xiàn)engning，Hebei 068350;3.Hebei Hongyashan State Owned Forest Farm，Yixian，Hebei 074200）

Abstract Based on the research area of North Taihang Mountains，this paper took natural secondary Quercus mongolica forest as the research object and obtained the growth data by means of typical sample investigation and stem analysis.The fast-growing period of tree height is 0-30 years， and it reached the growth peak of 0.7 m at 10 a;the DBH grew at a fast growth period of 10-40 years and reached a growth peak of 1.1 cm at 15 a;the rapid growth period of volume was 15-45 a， reaching the growth peak of 0.019 m 3?? at 30 years.The growth rate of tree height， DBH and volume and the number of breast height shapes decreased with the increase of tree age. After 35 years， the decline tended to be gentle， and the number of breast height shapes stabilized below 0.5. The continuous annual growth curve and the multi-year average growth curve intersected at 45 years. At this time， the stand volume reached the quantitative maturity stage and enters the main cutting period.

Key words Natural secondary Quercus mongolica forest;Growth regulation; Stem analysis;Current annual increment;Average increment

蒙古櫟（Quercus mongolica），殼斗科 （Fagaceae）櫟屬（Quercus）落葉喬木樹種，是我國溫帶地區(qū)落葉闊葉林及針闊混交林的主要樹種，是東北、華北山地森林的主要建群樹種 [1]。蒙古櫟是優(yōu)質(zhì)的硬闊用材樹種，耐干旱瘠薄，抗逆性強，在涵養(yǎng)水源、水土保持及防風防火等方面有著獨特的生態(tài)優(yōu)勢。多年來，在天然闊葉林的經(jīng)營管理方面存在較多認識誤區(qū)，尤其是櫟林長期以來被作為改造的對象，濫砍濫伐現(xiàn)象極為普遍，導致大面積的蒙古櫟林退化成矮林、疏林甚至灌木林。自我國天然林保護政策實施以來，天然闊葉林的生態(tài)修復成為提高森林質(zhì)量的關(guān)鍵技術(shù)措施，迫切需要對蒙古櫟林開展更深入研究。

目前關(guān)于蒙古櫟林的研究主要集中于群落結(jié)構(gòu)與空間格局 [2-3]、生態(tài)功能 [4-5]、森林經(jīng)營 [6-8]及生長規(guī)律 [9]等方面，對生長規(guī)律的研究多為相關(guān)生長模型的建立，且研究區(qū)多集中于東北地區(qū)，如馬武等 [10-11]建立了蒙古櫟天然林直徑生長及分布模型，杜紀山等 [12-13]建立了蒙古櫟的全林生長模型。太行山北部作為蒙古櫟的主要分布區(qū)之一，蒙古櫟次生林是海拔800 m以上山地的重要森林植被類型，該區(qū)較東北地區(qū)人為干擾更頻繁，且立地、水熱條件有著明顯區(qū)別，林分結(jié)構(gòu)、生長規(guī)律等方面的研究卻鮮見報道。該研究選擇太行山北部蒙古櫟次生林中長勢較好的優(yōu)良單株作為研究對象，通過樹干解析法測定其生長過程，不僅可以了解林分的生長發(fā)育規(guī)律和培育前景，還可以評價林木生長的立地適宜性等 [14-15]，從而為該樹種的經(jīng)營提供參考依據(jù)，對于蒙古櫟林的生態(tài)修復及質(zhì)量提升具有積極意義。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于太行山北部河北省易縣蔡家峪林區(qū)，地理位置為115°2′E，39°32′N。該區(qū)屬于北溫帶亞濕潤氣候，為典型的大陸性氣候，冬春季多風，夏季降雨集中，且多暴雨。該區(qū)年平均氣溫11.8 ℃，多年平均降水量623.0 mm，土壤以砂頁巖坡積物上發(fā)育的山地淋溶褐土、山地粗骨性褐土和山地棕壤為主，壤質(zhì)土或砂壤質(zhì)，土層厚度30～80 cm，淺薄處礫石含量較高。蒙古櫟主要分布于研究區(qū)海拔800 m以上的山地陰坡，以同齡單層純林為主，伴生樹種有山楊（Populus davidiana）、白樺（Betula platyphylla）、槲樹（Quercus dentata）、槲櫟（Quercus aliena）等，灌木層主要有平榛（Corylus heterophylla）、照山白（Rhodoendron micranthum）、小葉鼠李（Rhamnus parvifolia）、大花溲疏（Deutziag grandiflora）、錦帶花（Weigela florida）、三裂繡線菊（Spiraea trilobata）、柳葉繡線菊（Spiraea salicifolia）等。草本層以矮生苔草（Carex pumlia）、披針葉苔草（Carex lanceolata）、小玉竹（Polygonatum humile）、豬秧秧（Calium aparina）、唐松草（Thalictrum aquilegifolium）等為主。

1.2 研究方法

1.2.1 解析木獲取。

根據(jù)已有森林資源數(shù)據(jù)與實地踏查結(jié)果，在蒙古櫟林集中分布區(qū)選擇典型林分設(shè)置0.1 hm 2標準地，海拔1 359 m，坡度20°，坡向西北，密度798 株/hm 2，平均株高7.6 m，平均胸徑20.5 cm，林分郁閉度0.85，灌木層蓋度80%，草本層蓋度20%。

選擇長勢良好、干形通直的優(yōu)勢木，實測胸徑、樹高、冠幅等指標，標明南北方向，伐倒后進行樹干解析。按照孟憲宇 [14]的樹干解析方法，采用2 m區(qū)分段，在每個區(qū)分段中央位置截取圓盤，并另外截取胸高、根徑和梢底3個部分的圓盤。該株蒙古櫟樹齡54 a，樹高13.95 m，帶皮基徑44.0 cm，去皮基徑39.1 cm，帶皮胸徑37.7 cm，去皮胸徑32.6 cm。

1.2.2 生長量指標測定與計算方法。

精確測定每個圓盤的年輪數(shù)及年輪寬度，采用內(nèi)插法計算各齡階梢頭長，采用中央斷面區(qū)分段法計算材積，計算各齡階的胸徑、樹高、材積以及連年生長量、多年平均生長量、生長率、胸高形數(shù)等生長指標，并繪制相應(yīng)的生長過程曲線。為了減少年際間氣象條件波動和測量誤差對連年生長量和年生長率的影響，采用定期（5 a）平均生長量和定期（5 a）平均生長率代替。

以材積為例的多年平均生長量計算公式：

Zv=Vn/n（1）

式中，Zv為材積多年平均生長量;Vn為樹齡n年的材積;n為樹齡。

以材積為例第a年的年生長率計算公式：

PV=Va-Va-nVa+Va-n×200n（2）

式中，PV為材積年生長率;Va為樹齡a年的材積;Va-n為樹齡a-n年的材積，n=5。

樹干材積與樹干在x處比較圓柱體的體積之比稱為樹干在x處的形數(shù)，以胸高斷面作為比較圓柱體橫斷面的形數(shù)為胸高形數(shù)，計算公式：

f1，3=V4π×D 21，3×h（3）

式中，f1.3為胸高形數(shù)，V為樹干材積，D1.3為胸徑，h為樹高。

2 結(jié)果與分析

2.1 樹干解析

以樹干直徑為橫坐標，以樹高為縱坐標，在各斷面高的位置上，按各齡階直徑的大小 [14]，繪制樹干縱剖面圖（圖1）。由圖1可知，樹干基部明顯突出，中下部形狀相對規(guī)則，樹高大于6 m后，樹干直徑急劇下降，尖削度明顯加大。樹高6 m位置處直徑27 cm，能夠滿足大徑材的標準;樹高8 m位置處直徑大于18 cm，可以滿足中徑材的標準;樹高12 m位置處直徑仍大于10 cm，亦能滿足小徑材的標準。

2.2 樹木生長過程

2.2.1 樹高生長過程。

由圖2可知，樹高連年生長量隨樹齡增加呈現(xiàn)出明顯波動，有2個速生期，分別出現(xiàn)在5～15 a和25～35 a，第10年樹高連年生長量達到最大值（0.70 m）;第30年時，連年生長量接近0.40 m，之后迅速下降，在40 a以后，樹高連年生長量基本穩(wěn)定在較低水平，不足0.1 m，可以認為蒙古櫟樹高生長基本停止。樹高多年平均生長量變化較小，第10年達到最大值，為0.5 m，隨后逐年減小;在第14年多年平均生長量與連年生長量相交于0.47 m處。

2.2.2 胸徑生長過程。

由圖3可知，胸徑連年生長量和多年平均生長量均呈現(xiàn)出先增加后降低的規(guī)律，但相對于樹高峰值出現(xiàn)較晚。胸徑連年生長量在15 a時達到最大，為1.1 cm;多年平均生長量在25 a時達到最大，為0.8 cm。50 a以后，胸徑連年生長量保持在較低水平，約為0.2 cm，此時，多年平均生長量仍保持0.6 cm的較高水平。在第27年胸徑多年平均生長量與連年生長量相交于 0.75 cm處。

2.2.3 材積生長過程。

從圖4可見，材積連年生長量同胸徑生長規(guī)律較相似，同樣呈先增加后降低的變化趨勢，在第30年時達到生長高峰即0.019 m 3，比樹高和胸徑的生長高峰約晚15～20 a。10～25 a為材積連年生長量快速增長階段，這一時期樹木地下根系和地上枝葉發(fā)育已較為充分，且林分未完全進入郁閉時期，個體間競爭強度較低，樹木生長較快;25 a 以后林分開始逐漸郁閉，株間競爭強度加大，連年生長量增加速度明顯減緩;30 a后進入完全郁閉狀態(tài)，連年生長量迅速下降。

材積多年平均生長量始終保持增長趨勢，但在35 a后增長速度變緩，54 a時仍未結(jié)束，尚有一定的生長空間。在第45年材積多年平均生長量同連年生長量曲線交匯于0.010 m 3 處。此時林分材積生長達到數(shù)量成熟，可以確定為主伐年齡。

2.3 生長率和形數(shù)

蒙古櫟初期生長迅速，生長率較高，但隨樹齡增加，生長率通常會降低。由圖5可知，樹高、胸徑和材積的生長率在10～30 a隨樹齡增加下降趨勢明顯，樹齡35 a 后三者下降速度均趨于平緩，并緩慢趨向于0。總體來看，材積生長率最高，其次是胸徑生長率，而樹高生長率最低，說明蒙古櫟胸徑生長旺盛，而樹高生長較胸徑慢，并且較早停止生長。在15～54 a，僅有樹齡30 a時樹高生長率高于胸徑生長率，其他時間段胸徑生長率均高于樹高生長率。材積生長率下降速度最慢，且始終高于胸徑和樹高的生長率，生長停止也最晚。

樹木的材積由胸徑、樹高、形數(shù)共同決定，形數(shù)表示樹木的樹干飽滿程度 [16]，是決定樹干材積的重要指標。從圖5可見，蒙古櫟生長初期（10 a）胸高形數(shù)高達1.75，但隨著樹齡增加而迅速降低，25～30 a下降速度明顯趨緩，35 a后胸高形數(shù)基本穩(wěn)定在0.5左右，說明這株蒙古櫟的干形尖削度較高，且在35 a后相對穩(wěn)定。

3 結(jié)論與討論

從萌芽生長開始至樹齡30 a，蒙古櫟樹高生長量總體維持在較高水平，在第10年連年生長量達到0.7 m生長高峰;10～40 a胸徑生長量總體維持在較高水平，在第15年連年生長量達到1.1 cm的生長高峰;15～45 a材積生長總體維持在較高水平，在第30年多年平均生長量達到0.019 m 3的生長高峰。由此可知，蒙古櫟在太行山北部山地的生長速度并不慢，甚至優(yōu)于側(cè)柏 [17]、油松 [18]等主要造林樹種。北京山區(qū)櫟林的生長觀測結(jié)果也表明，櫟林的生長量高于或相當于油松，而抗逆性又優(yōu)于油松和刺槐 [19]。該調(diào)查的蒙古櫟次生林在45 a即達到數(shù)量成熟，這與河北省森林經(jīng)營技術(shù)規(guī)程（試行）中規(guī)定的櫟類等慢生樹種的天然次生林近熟標準41～50 a相一致。

該研究中胸徑、樹高和材積生長過程與其他地區(qū)蒙古櫟的研究結(jié)果并不完全相同，如陳連棟等 [20]對蛟河林區(qū)蒙古櫟生長過程研究結(jié)果表明，10～25 a為樹高快速生長期，20～40 a為胸徑快速生長期，60 a時材積生長量仍未達到高峰。王春霞等 [21]對大興安嶺蒙古櫟研究結(jié)果表明，30～50 a為樹高快速生長期，115 a時材積生長量仍未達到高峰。原因可能為該研究對象為多代萌生樹，初期生長快但持續(xù)時間較短，生長率的測定結(jié)果也表明在35 a后樹高、胸徑和材積的生長率明顯變緩，胸高形數(shù)也趨于穩(wěn)定，這同實生櫟類的生長規(guī)律有較大差異。因此，為了提高該地區(qū)櫟林生產(chǎn)力和森林質(zhì)量，應(yīng)逐步將萌芽林更新為實生林。

該研究所選林分起源于多代萌芽，萌芽林初期速生性強，林分密度高，隨樹齡增長，林木個體間競爭強度明顯增大;第15年胸徑達到生長高峰，第30年材積達到生長高峰，40～45 a胸徑和材積生長量仍能維持較高水平，因此為了保持林分旺盛生長，應(yīng)在25～30 a和40～45 a合理安排疏伐。當樹高大于6 m后，樹干開始出現(xiàn)較大分枝，且樹冠龐大，測定結(jié)果表明單株冠層生物量高達250 kg，6 m以上樹干直徑急劇下降，尖削程度明顯加大，生產(chǎn)中應(yīng)對有較大培育潛力的林木采取修枝等經(jīng)營措施，培育出8 m以上優(yōu)質(zhì)大徑材，從而大幅度提高預期經(jīng)濟價值。

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