長嶺崗林場日本落葉松人工林適宜經營密度研究

孫擁康 湯景明 徐紅梅 林孝培

摘要：依據湖北省建始縣國營長嶺崗林場日本落葉松人工林標準地調查資料，研究了胸徑、樹冠面積、株數的相關關系及規律，結果表明：①日本落葉松人工林樹冠面積與胸徑最優回歸方程為：Y = 2823-0129 4X+0014 9X2；②編制出日本落葉松不同徑階林分理論密度及郁閉度為07～09時的適宜經營密度表；③確定郁閉度08時為研究區最適宜經營密度，并計算出各標準地間伐強度。

關鍵詞：日本落葉松；經營密度；長嶺崗林場

中圖分類號：S753.3；S791.223文獻標識碼：A文章編號：1004-3020（2014）03-0017-04

Study on the Suitable Management Density of Larix kaempferi in Changlinggang Forest Farm

Sun Yongkang（1）Tang Jingming（1）Xu Hongmei（1）Lin Xiaopei（2）

（1.Hubei Academy of ForestryWuhan430075； 2.Jianshi County National Changlinggang Forest FarmEnshi445300）

Abstract： Based on the stationary observations of Larix kaempferi plantation in Jianshi County national Changlinggang Forest Farm located in Hubei， the correlation and rule between the diameter at breast height， canopy area and number of trees was studied. The results showed that： ①The fittest model of the canopy area and diameter at breast height of Larix kaempferi plantation was Y = 2.823 0-0.129 4X+0.014 9X2； ②A suitable management density table of Larix kaempferi was charted when the theoretical density and canopy density of Larix kaempferi with different diameter class was between 0.7 and 0.9； ③We confirmed the optimal management density in the study area when the canopy density was 0.8， and calculated the thinning intensity for each sample plot.

Key words：Larix kaempferi；management density；Changlinggang forest farm

合理的林分經營密度，不僅是提高林分質量和生產力，維護森林生態系統穩定的重要生態指標，也是確定合理撫育間伐方式和間伐強度，實現森林可持續經營的關鍵技術 [1-2 ]。林分經營過程中最優密度管理問題一直都是林業科學研究的熱點問題 [3-4 ]。目前，我國學者對于林分合理經營密度的研究，主要采用間伐試驗或密度試驗 [5-6 ]、遺傳算法 [7-8 ]、動態規劃法 [9 ]及最優控制理論 [10-11 ]等。采用定性和定量相結合的方法確定林分不同生長階段合理經營密度，對于指導林業生產實踐和科學經營具有重要意義。建始縣國營長嶺崗林場是我國南方最大的日本落葉松基地 [12 ]。過去，該地區日本落葉松撫育間伐和采伐利用主要借鑒北方經營經驗，但南、北方生態環境差異較大，在具體應用中具有一定的局限性 [13 ]。為此，本文以湖北建始縣長嶺崗林場日本落葉松人工林為研究對象，通過設置并調查不同立地條件、不同年齡日本落葉松臨時標準地，利用胸徑、樹冠面積、株數三者相關關系及規律，推算出該地區日本落葉松人工林不同生長階段適宜經營密度，以期為長嶺崗林場日本落葉松人工林不同生長階段的撫育間伐及森林可持續經營管理提供理論依據和技術支撐。

1研究區概況

建始縣國營長嶺崗林場，地處鄂西山區巫山余脈南端，林場中心位置地理坐標為北緯30°48′ 、東經110°03′，海拔高度1 600～1 900 m之間， 平均坡度25°；屬北亞熱帶季風氣候，林場年均氣溫117 ℃，極端最高氣溫29 ℃， 極端最低氣溫-172 ℃， 無霜期203天；年降水量1 8843 mm， 年蒸發量9333 mm， 相對濕度85%；年日照時數1 533 h；土壤主要為山地黃壤、黃棕壤，成土母質主要為石灰巖、硅質頁巖等，土壤平均厚度為80 cm左右，pH值56～65，呈酸性，有機質含量豐富，但氮磷含量較低。林場內森林植被豐富，除日本落葉松Larix kaempferi外， 主要鄉土喬木樹種有水冬瓜Idesia polycarpa、檫木Sassafras tzumu、漆樹Toxicodendron delavayi、鵝掌楸、樺木、錐栗Castanea henryi等。

2研究方法

2.1樣地設置及調查

2013年7～8月，通過對長嶺崗林場進行實地踏查，并結合林場林相圖及經營規劃方案，選取并設置有代表性的不同立地條件、不同年齡日本落葉松人工林樣地20塊，標準地面積為20 m×20 m，對各標準地內喬木進行每木檢尺，詳細記錄胸徑、樹高、枝下高、冠幅（取南北方向和東西方向平均值）、經緯度、海拔、坡度、坡向等樣地基本信息見表1。

2.2數據處理及分析

利用長嶺崗林場日本落葉松臨時標準地調查資料，以2 cm徑階對胸徑進行劃分和取整，統計各徑階日本落葉松株數，并計算各徑階林木對應的樹冠面積。在Excel和Spss 170軟件支持下，分析胸徑、樹冠面積、株數三者相關關系及規律，推算出日本落葉松不同徑階林分經營理論密度（最大密度）和適宜經營密度，并在此基礎上，計算出各調查樣地撫育間伐強度。

3結果與分析

3.1胸徑與樹冠面積相關關系模擬

胸徑與冠幅關系一般不受立地條件及林分年齡差異的影響，根據這一規律，在不考慮林 分郁閉度情況下，利用日本落葉松各立木胸徑及樹冠面積（樹冠垂直投影面積）對應值數據，進行回歸分析，經反復擬合優選發現，二次多項式函數能更好的反應胸徑與樹冠面積的相關關系，模擬回歸方程為：

Y = A+ BX + CX2（1）

式中：X 為胸徑；Y為樹冠面積（樹冠垂直投影面積理論值）；A、B、C為參數。在Spss 170軟件支持下，獲回歸方程為：

Y =2823 0-0129 4X+0014 9X2（2）

通過模型精度檢驗，R2 = 0979 7，p<0001，表明胸徑與樹冠面積的相關關系極為緊密，回歸效果十分顯著，可應用于該地區不同徑階日本落葉松樹冠營養面積的預測與計算。

3.2理論密度與適宜經營密度的確定

林分的理論密度（即最大密度）為假定樹冠之間既不重疊也無空隙時單位面積上立木株數，要求林分中每株林木都有一個適宜生長空間。應用公式：

N0=10 000/Y（3）

式中：N0為理論密度，即單位面積上立木株數（株·hm-2）；Y為各徑階林木樹冠面積（樹冠垂直投影面積理論值）。

由式（2）和式（3）即可求得日本落葉松各徑階樹冠面積理論值和理論密度。根據研究區日本落葉松經營實際情況，一般經營郁閉度取值在07～09之間，由此推算出日本落葉松郁閉度分別為07，08，0.9時的適宜經營密度，建立長嶺崗林場日本落葉松人工林不同徑階林分密度表見表2。

由表2可以看出：日本落葉松人工林成林過程中，隨著林木的生長，其所占有的生長空間也在相應的增加，徑階越大，樹冠面積也越大，所需營養空間也越大，根據日本落葉松的這一生長特性，利用胸徑、樹冠面積及株數的相關關系及規律來確定不同徑階林分適宜經營密度是合理可行的。同時，由表2也可以準確判斷出現實中日本落葉松林分是否需要進行撫育間伐及間伐強度的大小，根據林分的平均胸徑及所要達到的郁閉度，就可得到該林分的適宜經營密度。當現實林分密度大于適宜經營密度時，即確定該林分屬于間伐對象，此時，現實林分密度與適宜經營密度之差即為間伐量（間伐株數）。

另外，祁萬宜等 [14 ]對北亞熱帶高山區日本落葉松紙漿用材林初值密度研究時發現，高山地區日本落葉松人工林宜適當密植，初值密度每公頃可達到3 333株或4 050株，這也間接證明了表2適宜經營密度的合理性。

3.3各調查標準地間伐強度的確定

根據長嶺崗林場日本落葉松人工林立地條件及生長狀況，在確保林下植物多樣性，有效促進林下植被更新前提下，確定郁閉度08時為日本落葉松人工林經營的最適密度。因此，參照以上編制的日本落葉松人工林不同徑階林分密度表，即可根據各調查樣地的平均胸徑，得到各樣地郁閉度為08時的適宜經營密度（即單位面積上應保留株數），林分現有密度與林分適宜經營密度的差值即為間伐株數，間伐株數與林分現有株數的比值即為撫育間伐強度見表3。

從表3可以看出：大部分的調查樣地林分現有密度均超出林分適宜經營密度，但各標準地間伐強度大小不一，在027%～2094%之間，反映出長嶺崗林場日本落葉松人工林現有林分密度較大的現狀，應進行適當撫育間伐，確保林分質量和生產力的提高。另外，5號、7號、11號樣地間伐株數出現負值，主要是由于受2008年雪災影響，造成林分內部分林木死亡，林分現有密度低于適宜經營密度 [15-16 ]。這3塊樣地是否需要進行撫育間伐，應根據實際情況而定，對于受災較輕的林分，根據林分現狀選擇輕撫后適當補植或不間伐不補植，對于受災較重的林分，則應對其進行及時補植或更新改造。

4結論與討論

（1）通過對日本落葉松人工林胸徑、樹冠面積進行回歸分析，得出樹冠面積與胸徑關系最優模擬回歸方程為：Y=2823 0-0129 4X+0014 9X2，模型精度符合對該地區日本落葉松樹冠面積預估要求。

（2）根據樹冠面積與胸徑的回歸方程，結合林分理論密度方程，推算出長嶺崗林場日本落葉松不同徑階林分理論密度（最大密度）及林分適宜經營密度，編制了長嶺崗林場日本落葉松不同徑階林分密度表，根據該表可以準確判斷出林分是否需要進行撫育間伐及確定間伐強度大小。

（3）確定郁閉度08時為最適經營密度，經計算各調查標準地間伐株數和間伐強度，發現長嶺崗林場多數日本落葉松人工林存在密度較大的現狀，應及時開展撫育間伐作業；部分受雪災影響樣地，間伐株數出現負值，是否需要進行撫育間伐，應視具體情況而定。

（4）雖然編制的日本落葉松人工林不同徑階林分密度表為其林分撫育間伐提供了準確的判定標準，但如何確定采伐木，采取何種采伐方式；如何描述林分調控后的分布格局，判定林木分布規律及變化趨勢等，還有待從日本落葉松人工林空間細節特征等方面展開研究 [17-19 ]。

致謝：長嶺崗林場全永壽在調查選點上提供協助，特致謝意！

參考文獻

[1]劉文楨，馬建偉，張宋智 等.日本落葉松人工林密度調控技術研究 [J ].甘肅林業科技，2009，34（2）：31-35.

[2 ]王緒芳，井趙斌，程積民 等.華北落葉松人工林生長的合理經營密度探討 [J ].貴州農業科學，2013，41（10）：168-171.

[3 ]沈作奎，徐偉聲，蔣劍波.日本落葉松人工林密度效應的研究 [J ].湖北民族學院學報（自然科學版），2002，20（4）：11-13.

[4 ]張麗楠，王得祥，郝亞中 等.陜西寧東林業局華北落葉松人工林最適經營密度研究 [J ].西北林學院學報，2013，28（1）：146-150.

[5 ]潘建中，潘攀，牟長城 等.長白落葉松人工林的適宜經營密度 [J ].東北林業大學學報，2007，35（9）：4-6.

[6 ]董健，趙文華，黃國學 等.日本落葉松紙漿林造林密度試驗 [J ].遼寧林業科技，2001，（5）：1-4.

[7 ]吳承禎，洪偉.人工林經營過程密度最優控制研究 [J ].自然資源學報，1998，13（2）：175-180.

[8 ]吳承禎，洪偉.馬尾松人工林經營過程密度優化研究 [J ].林業科學，2001，37（Z1）：72-77.

[9 ]王鵬程，劉宗友，戴新平 等.運用動態規劃進行湖北省太子山馬尾松紙漿林密度調控 [J ].華中農業大學學報，2002，21（4）：382-386.

[10 ]王迪生，李海文.華北落葉松人工林密度最優控制的研究 [J ].北京林業大學學報，1995，17（2）：32-39.

[11 ]張彩琴，郝敦元，李海平.人工林林分密度最優控制策略的數學模型 [J ].東北林業大學學報，2006，34（2）：24-26，53.

[12 ]張應團.長嶺崗林場日本落葉松幼齡材木材密度測定 [J ].西部林業科學，2004，33（3）：77-79，84.

[13 ]李時元，侯義梅，楊年友 等.北亞熱帶亞高山區日本落葉松人工林間伐技術初探 [J ].林業實用技術，2000，（2）：20-22.

[14 ]祁萬宜，孫曉梅，張守攻 等.北亞熱帶高山區日本落葉松紙漿用材林初植密度的研究 [J ].華中農業大學學報，2007，26（4）：552-556.

[15 ]湯景明，宋叢文，戴均華 等.湖北省主要造林樹種冰雪災害調查 [J ].林業科學，2008，44（11）：3-10.

[16 ]許業洲，孫曉梅，宋叢文 等.鄂西亞高山日本落葉松人工林雪災調查 [J ].林業科學，2008，44（11）：12-17.

[17 ]呂勇，熊露橋，臧顥.青椆混交林間伐指數初探 [J ].林業資源管理，2012，（5）：89-93.

[18 ]惠剛盈，李麗，趙中華 等.林木空間分布格局分析方法 [J ].生態學報，2007，27（11）：4717-4728.

[19 ]湯孟平.森林空間結構研究現狀與發展趨勢 [J ].林業科學，2010，46（1）：117-122.

（責任編輯：鄭京津）