賀義才

(山西省林業(yè)科學(xué)研究院，山西 太原 030012)

林木生長(zhǎng)發(fā)育隨著林分年齡的變化會(huì)表現(xiàn)出相應(yīng)的規(guī)律，即林木生長(zhǎng)規(guī)律，胸徑、樹(shù)高和材積等指標(biāo)的生長(zhǎng)量能夠直觀地反映出林木的生長(zhǎng)規(guī)律。通過(guò)樹(shù)干解析，測(cè)定林木每年的生長(zhǎng)量，可以建立起林木胸徑、樹(shù)高和材積生長(zhǎng)模型。建立生長(zhǎng)模型有利于林業(yè)生產(chǎn)者了解林木的生長(zhǎng)過(guò)程，掌握其各生長(zhǎng)階段的特點(diǎn)，合理安排生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)措施，并采用最佳的培育技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)林分的科學(xué)經(jīng)營(yíng)、管理和規(guī)劃，使林木達(dá)到速生、豐產(chǎn)和優(yōu)質(zhì)的目的。

華北落葉松(Larixprincipis-rupprechtiiMayr)是華北地區(qū)的主要針葉樹(shù)種之一，是寒溫帶針葉林和其它高海拔地區(qū)森林的重要組成樹(shù)種。華北落葉松具有速生、材質(zhì)好、用途廣、耐腐蝕、涵養(yǎng)水源作用顯著等優(yōu)點(diǎn)，是速生豐產(chǎn)林和水源涵養(yǎng)林常用的優(yōu)良樹(shù)種。

筆者對(duì)太岳林區(qū)華北落葉松胸徑、樹(shù)高和材積的生長(zhǎng)模型進(jìn)行擬合，研究其生長(zhǎng)規(guī)律，旨在為太岳地區(qū)華北落葉松人工林的科學(xué)經(jīng)營(yíng)及管理提供技術(shù)參考和理論依據(jù)。

1 研究地概況

研究地為山西省太岳山國(guó)有林管理局七里峪林場(chǎng)，位于太岳林區(qū)中部，行政區(qū)劃隸屬于山西省臨汾市霍州市，地理坐標(biāo)為36°21′～36°45′N(xiāo)，111°40′～112°20′E.屬暖溫帶大陸性半濕潤(rùn)山區(qū)季風(fēng)氣候，四季分明，年平均氣溫9.3 ℃，極端最低溫-25 ℃，極端最高溫37 ℃.無(wú)霜期120 d～155 d，年平均降水量550 mm～600 mm.研究區(qū)土壤為石灰?guī)r母巖發(fā)育而成的山地褐土、山地淋溶褐土和山地棕壤。

2 研究方法

2.1 樣地調(diào)查

在研究區(qū)華北落葉松人工林林分中，設(shè)置7塊標(biāo)準(zhǔn)樣地，樣地大小為20 m×20 m，調(diào)查各樣地的立地條件和林木的生長(zhǎng)因子，見(jiàn)表1.

2.2 樹(shù)干解析

在每塊樣地選擇1株平均標(biāo)準(zhǔn)木，采用孟憲宇樹(shù)干解析方法對(duì)其進(jìn)行樹(shù)干解析內(nèi)業(yè)工作，齡階為3 a.整理出華北落葉松單木直徑、樹(shù)高生長(zhǎng)過(guò)程表，并計(jì)算出各解析木在每個(gè)齡階的胸徑、樹(shù)高、材積生長(zhǎng)量和材積生長(zhǎng)率、形數(shù)生長(zhǎng)變化情況。將各樣地樹(shù)干解析結(jié)果統(tǒng)一匯總后，繪制出七里峪林場(chǎng)華北落葉松平均生長(zhǎng)過(guò)程表，見(jiàn)表2.

2.3 生長(zhǎng)模型建立

根據(jù)華北落葉松林木平均生長(zhǎng)過(guò)程數(shù)據(jù)，利用ForStat軟件對(duì)生長(zhǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析。筆者主要采用測(cè)樹(shù)學(xué)常用的Mitscherlich，Richards，Logistic，Korf，Gompertz 5種生長(zhǎng)模型進(jìn)行建模，依據(jù)決定系數(shù)的大小確定華北落葉松的最優(yōu)生長(zhǎng)模型，并提出華北落葉松胸徑、樹(shù)高、材積的生長(zhǎng)方程。

表1 七里峪華北落葉松樣地基本概況

表2 七里峪華北落葉松平均生長(zhǎng)過(guò)程

3 結(jié)果與分析

3.1 生長(zhǎng)模型的建立

3.1.1 胸徑生長(zhǎng)模型

華北落葉松胸徑生長(zhǎng)模型的擬合結(jié)果見(jiàn)表3.

由表3可知，5個(gè)生長(zhǎng)模型的擬合效果都較好，相關(guān)性均較強(qiáng)，決定系數(shù)均在0.9以上。其中，Korf模型的擬合效果最好，決定系數(shù)達(dá)到0.999 94.所以，選擇Korf模型作為七里峪林場(chǎng)華北落葉松的胸徑生長(zhǎng)模型：

3.1.2 樹(shù)高生長(zhǎng)模型

華北落葉松樹(shù)高生長(zhǎng)模型的擬合結(jié)果見(jiàn)表4.

由表4可知，5個(gè)生長(zhǎng)模型的擬合效果都較好，相關(guān)性均較強(qiáng)，決定系數(shù)均在0.9以上。其中，Richards模型的擬合效果最好，決定系數(shù)達(dá)0.999 96.所以，選擇Richards模型作為七里峪林場(chǎng)華北落葉松的樹(shù)高生長(zhǎng)模型：

H=33.082(1-e-0.028x)1.199.

3.1.3 材積生長(zhǎng)模型

華北落葉松材積生長(zhǎng)模型的擬合結(jié)果見(jiàn)表5.

表3 胸徑生長(zhǎng)模型擬合結(jié)果

表4 樹(shù)高生長(zhǎng)模型擬合結(jié)果

表5 材積生長(zhǎng)模型擬合結(jié)果

由表5可知，Mitscherlich，Richards，Korf和Gompertz生長(zhǎng)模型的擬合效果均較好，相關(guān)性均較強(qiáng)，決定系數(shù)均在0.9以上。其中，Richards模型的擬合效果最好，決定系數(shù)達(dá)到0.999 44.所以，選擇Richards模型作為七里峪林場(chǎng)華北落葉松的材積生長(zhǎng)模型：

V=0.5(1-e-0.057x)5.142.

3.2 華北落葉松生長(zhǎng)過(guò)程分析

3.2.1 胸徑生長(zhǎng)過(guò)程

華北落葉松胸徑生長(zhǎng)量見(jiàn)圖1.

圖1 華北落葉松胸徑生長(zhǎng)量

從圖1中可以看出，七里峪林場(chǎng)的華北落葉松前6 a胸徑生長(zhǎng)不明顯，6 a～9 a生長(zhǎng)加速并進(jìn)入高峰期，連年生長(zhǎng)量在第9 a達(dá)到最大值0.95 cm.9 a以后連年生長(zhǎng)量逐步減小，在第17 a處連年生長(zhǎng)量曲線(xiàn)與平均生長(zhǎng)量曲線(xiàn)相交。在17 a后連年生長(zhǎng)量均低于平均生長(zhǎng)量。到第27 a，連年生長(zhǎng)量為0.2 cm.由此可見(jiàn)，七里峪林場(chǎng)的華北落葉松在9 a以后，由于林分過(guò)密，且缺乏撫育間伐措施，抑制了林木胸徑的生長(zhǎng)。因此，連年生長(zhǎng)量出現(xiàn)了下降趨勢(shì)。

3.2.2 樹(shù)高生長(zhǎng)過(guò)程

華北落葉松樹(shù)高生長(zhǎng)量見(jiàn)圖2.

圖2 華北落葉松樹(shù)高生長(zhǎng)量

從圖2中可以看出，七里峪林場(chǎng)華北落葉松樹(shù)高的連年生長(zhǎng)量曲線(xiàn)呈正態(tài)分布，在1 a～2 a逐漸加速生長(zhǎng)并進(jìn)入高峰期，在第9 a連年生長(zhǎng)量達(dá)到最大值0.63 m，且9 a～12 a連年高生長(zhǎng)量保持在0.63 m.此后生長(zhǎng)量逐步減小，在第16 a連年生長(zhǎng)量曲線(xiàn)與平均生長(zhǎng)量曲線(xiàn)相交，并在16 a后連年生長(zhǎng)量均低于平均生長(zhǎng)量，到第27 a連年生長(zhǎng)量為0.43 m.許多研究證明，樹(shù)高對(duì)立地環(huán)境因子的反應(yīng)最為敏感。由此可見(jiàn)，華北落葉松在12 a以后，因?yàn)榱帜玖⒌貤l件的影響，加上林分管理措施較差，樹(shù)高生長(zhǎng)受到抑制。因此，連年生長(zhǎng)量出現(xiàn)了下降趨勢(shì)。

3.2.3 材積生長(zhǎng)過(guò)程

華北落葉松材積生長(zhǎng)量見(jiàn)圖3.

圖3 華北落葉松材積生長(zhǎng)量

從圖3中可以看出，七里峪林場(chǎng)華北落葉松材積的連年生長(zhǎng)量曲線(xiàn)呈正態(tài)分布，隨著年齡增長(zhǎng)連年生長(zhǎng)量逐漸增大。在9 a～15 a時(shí)連年生長(zhǎng)量快速增大，15 a～21 a時(shí)連年生長(zhǎng)量逐漸減小，連年生長(zhǎng)量在21 a時(shí)達(dá)到0.007 90 m3.此后在21 a～27 a時(shí)，連年生長(zhǎng)量又呈現(xiàn)快速增長(zhǎng)趨勢(shì)，第27 a時(shí)連年生長(zhǎng)量達(dá)到0.012 05 m3.華北落葉松材積的連年生長(zhǎng)量曲線(xiàn)與平均生長(zhǎng)量曲線(xiàn)沒(méi)有相交，說(shuō)明七里峪林場(chǎng)的華北落葉松林分還沒(méi)有達(dá)到成熟期，正處于生長(zhǎng)時(shí)期。

4 結(jié)論

1)筆者選擇測(cè)樹(shù)學(xué)上常用的生長(zhǎng)模型對(duì)華北落葉松的生長(zhǎng)過(guò)程進(jìn)行擬合，選擇出適合胸徑生長(zhǎng)過(guò)程的最優(yōu)模型為Korf方程，適合樹(shù)高、材積生長(zhǎng)過(guò)程的最優(yōu)模型為Richards方程，決定系數(shù)R2值均大于0.99.

2)通過(guò)對(duì)華北落葉松的生長(zhǎng)過(guò)程進(jìn)行分析可知，胸徑在6 a～9 a時(shí)生長(zhǎng)加速并進(jìn)入高峰期，連年生長(zhǎng)量在第9 a達(dá)到最大值0.95 cm，9 a以后生長(zhǎng)量逐步減小。連年生長(zhǎng)量曲線(xiàn)與平均生長(zhǎng)量相交在第17 a.由此可見(jiàn)，在9 a以后，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)七里峪林場(chǎng)華北落葉松人工林的撫育間伐，減小林木間的競(jìng)爭(zhēng)，改善林內(nèi)小氣候，促進(jìn)胸徑生長(zhǎng)。

3)樹(shù)高連年生長(zhǎng)量在1 a～2 a時(shí)逐漸加速生長(zhǎng)并進(jìn)入高峰期，連年生長(zhǎng)量在第9 a時(shí)達(dá)到了最大值，9 a～12 a連年高生長(zhǎng)量相同，此后生長(zhǎng)量逐步減小。連年生長(zhǎng)量曲線(xiàn)與平均生長(zhǎng)量曲線(xiàn)在第16 a相交。由此可見(jiàn)，在12 a以后，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)華北落葉松人工林林地的管理，包括除草、施肥、灌溉等。

4)材積在9 a～15 a時(shí)連年生長(zhǎng)量快速增大，15 a～21 a時(shí)連年生長(zhǎng)量逐漸減小。此后在21 a～27 a時(shí)，連年生長(zhǎng)量又呈現(xiàn)快速增長(zhǎng)的趨勢(shì)。直到第27 a，華北落葉松材積的連年生長(zhǎng)曲線(xiàn)與平均生長(zhǎng)曲線(xiàn)沒(méi)有相交，說(shuō)明七里峪林場(chǎng)的華北落葉松林分還沒(méi)有達(dá)到成熟期，正處于生長(zhǎng)時(shí)期。因此，在27 a后，應(yīng)適時(shí)對(duì)林分進(jìn)行人工撫育間伐，合理控制密度及養(yǎng)分，延長(zhǎng)速生期，提高林分質(zhì)量和出材量。

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