不同林齡桉樹林分結(jié)構(gòu)及生物量模型研究

摘要? 為揭示不同林齡桉樹（Eucalyptus robusta）林分結(jié)構(gòu)特征及其生物量分配狀況，采用空間代替時間法和典型抽樣方法，以廣西貴港市覃塘林場桉樹人工林為研究對象，綜合分析不同林齡期（2、4、6年生）林分結(jié)構(gòu)規(guī)律與不同階段生物量分配模型。結(jié)果表明：桉樹人工林胸徑與樹高隨林齡的增長而發(fā)生明顯變化，胸徑及樹高的變幅隨著林齡的增加也逐漸變大。隨著林齡的增加徑級數(shù)增加，且各徑級所占比例數(shù)值均呈單峰型變化，6年生時，林分中大徑級（d＞20 cm）所占林分比例為55.72%，6年生桉樹為適宜輪伐年限。對桉樹單株不同林齡生物量進(jìn)行擬合表明，多項(xiàng)式擬合度最優(yōu)，且隨著林齡的增加，總生物量的擬合精度越高，其決定系數(shù)為0.962 7，6年生總生物量的擬合方程為y=-6E-07x2+0.037 8x-50.993 0。

關(guān)鍵詞? 桉樹人工林；林分結(jié)構(gòu)；生物量

中圖分類號? S750? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼? A

文章編號? 0517-6611（2024）04-0106-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.04.023

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）：

Study on Stand Structure and Biomass Model of Eucalyptus at Different Ages

MENG Qing.song

（Guigang Qintang Forest Farm，Qintang，Guangxi 537100）

Abstract? In order to reveal the structural characteristics and biomass distribution of Eucalyptus stands at different ages，the spatial substitution time method and typical sampling method were used to comprehensively analyze the structural rules of Eucalyptus robusta plantation at different ages （2，4 and 6 years old） and biomass distribution models at different stages in Qintang Forest Farm，Guigang City，Guangxi. The results showed that the DBH and tree height of eucalyptus plantation changed significantly with the growth of forest age，and the variation range of DBH and tree height also gradually increased with the increase of forest age. With the increase of forest age，the diameter grade increases，and the proportion value of each diameter grade changes in a single peak. At the age of 6 years，the proportion of the large diameter grade （d>20 cm） in the stand is 55.72%，and the 6.year old eucalyptus is the suitable rotation age. The fitting of biomass of single eucalyptus at different forest ages showed that the polynomial fitting degree was the best，and with the increase of the forest age，the fitting accuracy of the total biomass was higher，its determination coefficient was 0.962 7，and the fitting equation of the total biomass at the age of 6 years was y=- 6E-07x2+0.037 8x-50.993 0.

Key words? Eucalyptus plantation;Stand structure;Biomass

作者簡介? 蒙青松（1978—），男，廣西貴港人，工程師，從事森林培育研究。

收稿日期? 2023-03-06

林分結(jié)構(gòu)是林分生長量化的重要指標(biāo)，它對森林組成和空間分布有直接影響［1］。通過調(diào)整林分結(jié)構(gòu)能夠有效調(diào)控林齡［2］、優(yōu)勢度［3］和林分密度［4］等森林要素的變化。對人工林空間結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)控，發(fā)揮森林功能和提高效益是研究林分結(jié)構(gòu)的主要任務(wù)之一［5］。通過建立胸徑、樹高和蓄積量響應(yīng)林齡、密度的耦合模型能較好地闡述林分結(jié)構(gòu)特征［6］。在研究林分結(jié)構(gòu)變化的同時，還能夠通過建立林分結(jié)構(gòu)、立地條件、林分胸徑等因子模型預(yù)測林分生物量［7］。

生物量是定量描述林業(yè)和森林系統(tǒng)問題的基本要素，其分布因林分結(jié)構(gòu)的不同而存在差異［8］。采用生物量與胸徑等一些解釋變量冪函數(shù)形式之間的擬合關(guān)系來計(jì)算生物量是較常用的方法［9］，并以此來研究林分結(jié)構(gòu)及各組成部分生物量的變化規(guī)律，建立不同林分類型、不同樹種、不同起源以及不同區(qū)域尺度內(nèi)森林生物量模型，從而提高林業(yè)精細(xì)化管理效能［10］。

桉樹在植物分類學(xué)上是桃金娘科（Myrtaceae）桉屬（Eucaly ptus）樹種的統(tǒng)稱，桉樹是世界三大速生豐產(chǎn)造林樹種之一，也是我國南方重要的速生人工林樹種［11］。其以生長迅速、適應(yīng)性強(qiáng)、輪伐期短、經(jīng)濟(jì)價值高等特點(diǎn)，作為工業(yè)用材林、防護(hù)林等在全球大面積推廣種植［12］。國內(nèi)外許多學(xué)者采用多種分布函數(shù)擬合和檢驗(yàn)桉樹人工林直徑分布，但有關(guān)桉樹人工林林分結(jié)構(gòu)的研究鮮見報(bào)道［13］。桉樹人工林因其高強(qiáng)度的集約化經(jīng)營，通過了解桉樹人工林林分結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化和調(diào)整，實(shí)現(xiàn)林分生產(chǎn)力的提高以及良好的生態(tài)效益、經(jīng)濟(jì)效益，達(dá)到森林可持續(xù)經(jīng)營的目的。筆者依托森林資源調(diào)查項(xiàng)目，以覃塘林場不同林齡桉樹人工林為研究對象，共設(shè)置不同林齡（2年生、4年生、6年生）桉樹人工林樣地9個，擬建立符合當(dāng)?shù)夭煌铸g桉樹人工林地下、地上和單株生物量模型，并分析林分結(jié)構(gòu)及林分生物量變化的規(guī)律，旨在為精細(xì)化經(jīng)營桉樹人工林及生物量估算提供科學(xué)依據(jù)。

1? 材料與方法

1.1? 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地位于廣西覃塘林場（109°28′E，23°06′N），屬南亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候，受季風(fēng)影響顯著，冬、春季降水偏少，夏、秋季降水偏多。年日照數(shù)1 885.5 h，年均無霜期345 d，平均相對濕度86.7%，年平均氣溫21.6? ℃，1月最冷，平均為9.5? ℃，7月最熱，平均為32.4 ℃。年降水量為1 450～1 950 mm。地勢平坦，以平原及低山丘陵為主，海拔在30～150 m。土壤主要為水稻土、赤紅壤、石灰?guī)r土、紫色土、沖積土五大類，土壤肥沃，pH呈弱酸性。植被類型以馬尾松（pinus）、杉木（Cuninghamia lanceolata）、楓香（Liquidamber）及其他常綠闊葉（Anglatofolio）樹種為主。灌木主要有懸鉤子（Rubus）、野薔薇（Rosa canina）等。

1.2? 試驗(yàn)方法

分別選取2年生、4年生、6年生桉樹人工純林，樣地面積為30 m×30 m，每個齡級3個樣地，記錄樣地的立地信息及土壤狀況等。在樣地內(nèi)進(jìn)行每木檢尺，調(diào)查各樣方喬木層樹高、胸徑的組成結(jié)構(gòu)。采用標(biāo)準(zhǔn)木法測定生物量，按不同徑階選擇標(biāo)準(zhǔn)木9株，將標(biāo)準(zhǔn)木伐倒后，地上部分采用分層切割法［14］。測定樹干、枝葉鮮重，同時截取圓盤進(jìn)行樹干解析，伐倒后實(shí)測樹干、枝葉、根各組分鮮質(zhì)量。具體方法： 按2 m區(qū)分段進(jìn)行樹干解析，將樹冠按分布高度分段稱取枝、葉鮮質(zhì)量，地下部分根系采用全挖法測定。根的粗細(xì)按照細(xì)根（<0. 2 cm ）、中根（0. 2～0. 5 cm ）、粗根（>0. 5 cm ） 和根樁（無分枝部分）分成4類，稱取各部分鮮質(zhì)量，置于80 ℃烘箱中烘至恒質(zhì)量，分別求出各級樣木各組分的干濕比，再將各器官的鮮質(zhì)量換算成干質(zhì)量，并將鮮重?fù)Q算為干重。建立回歸方程，估測單株立木各器官生物量和林分生物量［15］。

1.3? 統(tǒng)計(jì)分析方法

采用Excel 2010對數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和計(jì)算，采用SPSS 19.0進(jìn)行方差分析和回歸分析。

2? 結(jié)果與分析

2.1? 不同林齡桉樹林分結(jié)構(gòu)特征

對3個林齡（2年生、4年生、6年生）桉樹人工林進(jìn)行生長統(tǒng)計(jì)，結(jié)果見表1。由表1可知，2年生3個樣地桉樹胸徑與樹高的平均值范圍分別為6.34～6.99 cm、6.70～7.50 m，4年生胸徑與樹高的平均值范圍分別為12.40～13.80 cm、15.60～16.60 m，6年生胸徑與樹高的平均值范圍分別為19.70～21.10 cm、21.20～23.30 m。這表明桉樹人工林胸徑與樹高隨林齡的增長而發(fā)生明顯變化，胸徑及樹高的變幅隨著林齡的增加也逐漸變大，表明林分個體的差異隨林齡增加差異增大，導(dǎo)致林分的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生顯著不同。不同林齡桉樹喬木層林分密度隨林齡增長呈下降趨勢，這是在一定立地條件下不同生長階段個體之間與環(huán)境之間相互作用的結(jié)果。

2.2? 桉樹林分直徑分布特征

經(jīng)林分調(diào)查可知（圖1），隨著林齡的增加徑階數(shù)增加，且各徑級所占比例數(shù)值均呈單峰型變化。不同林齡桉樹的徑級分布為6年生（5 cm徑階）在徑級20 cm＜d≤25 cm的比例最大，占39.28%，其次是15 cm＜d≤20 cm徑級，占比為31.17%，25 cm＜d≤30 cm徑級比例也達(dá)到16.44%。4年生（3 cm徑階）中，徑級9 cm＜d≤12 cm所占比例最大，占39.42%，其次是12 cm＜d≤15 cm，占36.91%，有49.18%比例胸徑超過平均值。2年生桉樹人工林（2 cm徑階）占最大比例的徑級為4 cm＜d≤6 cm，其值為42.37%，其次是6 cm＜d≤8 cm徑級，占比為26.61%。

2.3? 不同林齡桉樹林分單木生物量模型

采用桉樹單株干生物量（W）與胸徑（D）的平方乘以樹高（H）的模型進(jìn)行冪函數(shù)、多項(xiàng)式、對數(shù)及指數(shù)等函數(shù)回歸擬合比較，結(jié)果表明（表2），樹干、枝葉、根總生物量指標(biāo)的擬合回歸模型中多項(xiàng)式模型的決定系數(shù)（R2）均為各模型最大值（除4年生冪函數(shù)的R2大于多項(xiàng)式的R2），表明多項(xiàng)式模型是最優(yōu)的回歸模型。

不同林齡桉樹各組分生物量模型如圖2～4。

從多項(xiàng)式回歸模型中可以看出（表3），在3個不同林齡間，樹干的R2最高，擬合程度也最高，其R2均在0.950 0以上。在2年生時，根的擬合方程R2高于枝葉的R2，而在4年生和6年生時，該情況剛好相反，表明隨著林齡的增加，多項(xiàng)式回歸方程對樹體地上部分生物量的預(yù)測更為準(zhǔn)確。不同林齡間總生物量的預(yù)測R2均在0.920 0以上，表明總生物量的預(yù)測擬合程度較理想，2年生、4年生、6年生的總生物量擬合方程R2分別為0.919 2、0.961 1、0.962 7，表明隨著林齡的增加其總生物量的預(yù)測更準(zhǔn)確。

3? 結(jié)論與討論

林分直徑分布是林分內(nèi)不同直徑林木按徑階的分布狀態(tài)，無論從理論上還是實(shí)踐上，林分直徑是最重要、最基本的林分結(jié)構(gòu)之一。林分內(nèi)各種大小直徑樹木的分配狀態(tài)將直接影響著林木的樹高、干形、材積、材種及樹冠等因子的變化［16］。對林分結(jié)構(gòu)的研究為森林經(jīng)營及森林生物量的估算、碳儲量的分析以及經(jīng)濟(jì)價值的評估提供重要依據(jù)［17］。筆者對廣西貴港覃塘林場不同林齡桉樹人工林的直徑分布特征研究表明，桉樹人工林胸徑與樹高隨林齡的增長而發(fā)生明顯變化，胸徑及樹高的變幅隨著林齡的增加也逐漸變大，表明林分個體的差異隨林齡的增加差異增大，導(dǎo)致林分的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生顯著不同。6年生時桉樹大徑級（25 cm＜d≤30 cm）的比例達(dá)到16.44%，是較為理想的林分結(jié)構(gòu)類型，可以作為輪伐的年限參考標(biāo)準(zhǔn)。

回歸式法是目前生物量估算中較為精確科學(xué)的方法［18］。在對桉樹單株地下根部及地上樹干、枝葉進(jìn)行冪函數(shù)、多項(xiàng)式、對數(shù)及指數(shù)等函數(shù)回歸擬合比較表明，多項(xiàng)式回歸擬合效果最優(yōu)，在多項(xiàng)式擬合模型中，樹干的回歸擬合程度最好，其次是總生物量預(yù)測模型。隨著林齡的增長，多項(xiàng)式回歸模型對樹干及總生物量的預(yù)測精度要優(yōu)于地下生物量預(yù)測模型。

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