金溝嶺林場楓樺的生長過程分析

羅 梅，鄭小賢，王 方

金溝嶺林場楓樺的生長過程分析

羅 梅，鄭小賢，王 方

（北京林業(yè)大學(xué) 林學(xué)院 省部共建森林培育與保護(hù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100083）

用金溝嶺林場29棵楓樺解析木數(shù)據(jù)，研究了楓樺的生長過程。結(jié)果表明Richards方程能較好地?cái)M合胸徑、樹高、材積生長過程，最優(yōu)方程分別為：D=21.79780(1-e-0.03442A)1.85426；H=19.12484(1-e-0.04184A)1.48722；V=0.78503(1-e-0.01956A)3.67191。胸徑、樹高連年生長量分別在20 a和10 a達(dá)到最大，最大值分別為0.39 cm、0.45 m；材積連年生長量處于上升階段，50 a內(nèi)未達(dá)到最大。通過對東北地區(qū)重要的硬闊樹種之一楓樺生長過程的研究，旨在進(jìn)一步掌握楓樺的生長動(dòng)態(tài)，為該地區(qū)森林資源管理提供依據(jù)。

楓樺；解析木；生長過程；Richards方程

楓樺Betula costata又稱碩樺、黃驊、驢腳樺，高大喬木，集中分布在中國東北小興安嶺、長白山林區(qū)，是東北地區(qū)珍貴的硬闊葉樹種。樹皮表面光滑，黃白色，木材較為堅(jiān)硬，心材黃褐色，邊材白色， 紋理直，供柱材、板材、膠合板材等用。在東北林區(qū)，楓樺常常生長在紅松、云杉的混交林中，是紅松良好的伴生樹種，也是構(gòu)成針闊混交林相對比較穩(wěn)定的闊葉樹種，并能單獨(dú)形成一個(gè)楓樺紅松林的林型[1]。

對于東北地區(qū)樹種生長過程，前人做了較多的研究。黃文彬等通過分析黑龍江青山林場人工落葉松復(fù)層林解析木，擬合了人工落葉松復(fù)層林上層木生長方程[2]；孫曉梅等基于Korf生長方程，導(dǎo)出了落葉松人工林分?jǐn)嗝娣e生長模型[3]；周寧等建立了生長模型研究金溝嶺林場過伐林云杉生長過程[4]；蘇姍姍等利用解析木數(shù)據(jù)分析了吉林省汪清林業(yè)局紅松單木胸徑、樹高、材積的生長過程，并選擇模型進(jìn)行了擬合[5]。

可以看出，東北地區(qū)樹種生長過程及模型研究的熱點(diǎn)集中于針葉樹種[6-14]，特別是落葉松、紅松、云杉等主要用材樹種，對闊葉樹種的研究較少[15-17]，針對楓樺生長過程研究還未見報(bào)道。然而，闊葉樹種對于東北地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性有著重要意義，同時(shí)，楓樺的面積和蓄積量是東北闊葉樹中較多的一種。所以研究楓樺的生長過程，對掌握楓樺的生長動(dòng)態(tài)，制定有效的經(jīng)營措施，提高森林資源的質(zhì)量和數(shù)量有著十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 研究區(qū)概況及數(shù)據(jù)來源與分析

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于吉林省汪清縣境內(nèi)東北部金溝嶺林場，屬長白山系，其地理位置為東經(jīng)129°15′～131°04′，北緯43°05′～43°40′，地貌為低山丘陵，海拔360～1 477 m，坡度5°～25°，個(gè)別陡坡在35°以上。本區(qū)屬季風(fēng)氣候，全年平均氣溫為3.9 ℃，≥10℃活動(dòng)積溫2 144.0 ℃；1月最低氣溫-15.9 ℃，7月最高氣溫20.6 ℃；年降水量600～700 mm，且多集中在7月份；早霜始于9月中旬，晚霜延至翌年5月末，生長期為120 d，積雪平均厚達(dá)50 cm。林場經(jīng)營面積共16 286 hm2，主要是以云冷杉為主的針闊混交林，其中闊葉樹種主要是椴樹Tilia amurensis、榆樹Ulmus pumila、楓樺Betula costata、白樺Betula platyphylla等，灌木以胡榛子Pistaciavera、忍冬Lonicera japonica、珍珠梅Sorbaria kirilowii為主，草本主要為山茄子Anisodus acutangulus、苔草Carex tristachya、山芹菜Sanicula lamelligera和蕨類Pteridophyta。本區(qū)屬汪清縣東北低山灰化土灰棕壤區(qū)，母巖為玄武巖。在海拔800～1 000 m為針葉林灰棕壤土，溝谷是草甸土、泥炭土、沼澤土或沖積土，結(jié)構(gòu)一般為粘壤土類，粒狀結(jié)構(gòu)，濕松，根系多，平均厚度在40 cm左右。

1.2 數(shù)據(jù)來源與分析

本文選取29棵楓樺解析木數(shù)據(jù)，解析木資料來源于吉林省汪清縣金溝嶺林場的29塊標(biāo)準(zhǔn)地。標(biāo)準(zhǔn)地面積為0.06 hm2（20 m×30 m），在標(biāo)準(zhǔn)地內(nèi)進(jìn)行每木檢尺，全面調(diào)查其樹高、胸徑、冠幅、冠長、第一活枝高、第一死枝高，郁閉度等。在每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)地內(nèi)選擇平均標(biāo)準(zhǔn)木1株，進(jìn)行樹干解析。伐倒后測帶皮胸徑、去皮胸徑、皮厚，用2 m區(qū)分段法測帶皮材積和去皮材積。解析木基本情況見表1所示。

表1 解析木基本情況Table 1 Basic situations of analytical wood

2 結(jié)果與分析

國內(nèi)外學(xué)者對樹木生長進(jìn)行了大量的研究，建立了相應(yīng)的生長模型[18-27]。本研究利用相關(guān)統(tǒng)計(jì)軟件（Excel、SPSS16.0、ForStat2.0）及解析木數(shù)據(jù)，采用線性方程、拋物線方程、冪函數(shù)方程、指數(shù)方程、S曲線方程、Richards方程分別對楓樺的胸徑、樹高、材積的生長過程進(jìn)行擬合，根據(jù)相關(guān)系數(shù)最大、剩余方差最小的原則，確定胸徑-年齡、樹高-年齡、材積-年齡生長方程，結(jié)果如表2～表4所示。

表2 胸徑生長方程Table 2 Growth equations of DBH

表3 樹高生長方程Table 3 Growth equations of tree height

表4 材積生長方程Table 4 Growth equations of volume

從表2～4中可以看出，Richard方程擬合的相關(guān)系數(shù)最高，因此可以用Richards方程對楓樺胸徑、樹高和材積的生長進(jìn)行擬合預(yù)估，得出楓樺生長過程，其結(jié)果如表5所示。

2.1 胸徑生長過程

由圖1可知，胸徑連年生長量在0～20 a處于旺盛期，增幅較快，在20 a左右達(dá)到最大值，約為0.39 cm，之后逐年下降且速率較快；胸徑平均生長量在0～20 a期間增幅較連年生長量小，在35 a左右與連年生長量相等，達(dá)到最大值約為0.32 cm，即平均生長曲線與連年生長曲線相交，此后平均生長量大于連年生長量。當(dāng)楓樺胸徑的連年生長量出現(xiàn)下降趨勢時(shí)，可以考慮對林分進(jìn)行撫育間伐，以保證楓樺對營養(yǎng)和空間的需求，提高胸徑生長速率。

表5 楓樺生長過程Table 5 Growth process of Betula costata

圖1 胸徑生長曲線Fig.1 Growth curves of diameter at breast height

2.2 樹高生長過程

由圖2可知，樹高連年生長量在10左右達(dá)到最大值，約為0.45 m，之后迅速下降；樹高平均生長量增長較為穩(wěn)定，在20年左右達(dá)到最大值，約為0.41 m，即與連年生長量相交，之后平均生長量大于連年生長量。

2.3 材積生長過程

由圖3可知，材積連年生長量和平均生長量在0～15 a增長緩慢，15 a以后增幅均加快，連年生長量的增長速率較平均生長量大。由于年齡所限，平均生長量曲線與連年生長量曲線沒有相交，還無法判定楓樺的數(shù)量成熟齡。

圖2 樹高生長曲線Fig.2 Growth curves of tree height

圖3 材積生長曲線Fig.3 Growth curves of volume

3 結(jié)論與討論

(1)用Richards曲線方程擬合楓樺的胸徑、樹高、材積生長過程效果較其他方程最優(yōu)。擬合的最優(yōu)生長方程如下：胸徑D=21.797 80(1-e-0.03442A)1.85426；樹高H=19.124 84(1-e-0.04184A)1.48722；材積 V=0.785 03(1-e-0.01956A)3.67191。

(2)通過擬合的楓樺胸徑、樹高、材積生長曲線，可以得知胸徑連年生長量在在20 a左右達(dá)到最大值0.39 cm，平均生長量在35 a左右達(dá)到最大值0.32 cm且與連年生長量相等；樹高連年生長量在10 a左右達(dá)到最大值0.45 m，平均生長量在20 a左右達(dá)到最大值0.41 m且與連年生長量相等；材積連年生長量和平均生長量在0～15 a增長緩慢，15 a后增長加快。

(3)本研究用來擬合模型的數(shù)據(jù)量較少，僅用了29棵楓樺解析木數(shù)據(jù)，解析木的年齡偏低，因此模型的使用還存在一定的局限性，有待于今后在實(shí)踐中不斷檢驗(yàn)、修正和完善。

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Analysis of growth process of Betula costata in Jingouling forest farm

LUO Mei，ZHENG Xiao-xian，WANG Fang
( Key Lab. for Silviculture and Conservation of Education Ministry, College of Forestry,Beijing Forestry University, Beijing 100083, China)

The growth process of Betula costata has been investigated based on the data of 29 analytical wood in Jingouling forest farm.The results show that the Richards equation can fit the growth process of DBH, tree height, volume with better effects, the their optimal equations are: D = 21.79780 (1-e-0.03442A)1.85426; H=19.12484 (1-e-0.04184A)1.48722; V=0.78503(1-e-0.01956A)3.67191. The current annual increment of DBH and tree height reached the maximum values in 20 years and 10 years respectively, the corresponding values were 0.39 cm and 0.45 m; The current annual increment of volume growth was in the rising stage, not reached the maximum within 50 years. The aims studying the growth process of Betula costata，which is one of the important hard broadly tree species in the northeast region of China,is to further study the dynamic growth of Betula costata, provide a basis for the forest resources management of the region.

Betula costata; analytical wood; process of growth; Richards equation

S792.159

A

1673-923X (2012)07-0045-04

2012-03-22

林業(yè)公益性行業(yè)科研專項(xiàng)（20100400203）

羅 梅（1987—），女，湖南人，碩士研究生，主要從事的森林可持續(xù)經(jīng)營研究；E-mail : meimeiyouxiang0719@163.com

鄭小賢（1956—），男，上海人，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事森林可持續(xù)經(jīng)營理論與技術(shù)的研究；

E-mail : zheng8355@bjfu.edu.cn

[本文編校：歐陽欽]