日本花柏人工林生長過程及其模型研究

葉李波 江麗偉 江春華 鐘麗偉 季志利 杜有新

摘要：采用樹干解析法試驗研究了日本花柏人工林生長過程及其模擬模型。結果表明：日本花柏33年生平均木樹高為12.57m，胸徑為13.26cm，材積達0.1029m³;此時材積連年生長量仍然大于年平均生長量，樹木生長尚沒有到數量成熟階段。日本花柏生長過程中的樹高、胸徑、材積與樹齡之間的擬合方程分別為H=12.8278/（1+e^{2.893-0.1801x}）、Dbh=12.4696/（1+e^{3.8388-0.268x}）、V=0.126/（1+e^{5.1711-0.1998x}）。

關鍵詞：日本花柏;人工林;生長過程;模型

中圖分類號：$791文獻標識碼：A 文章編號：1674-9944（2019）17-0092-03

1引言

日本花柏（Chamaecyparis pisifra（Sieb.etZucc.）Endl.）原產日本，是當地山地主要的用材樹種，具有速生、耐寒、抗風、抗病蟲害等特點。從20世紀初開始，最初作為山地造林樹種，在江西廬山引種栽培成功，之后在20世紀70年代開始大面積推廣到我國遼寧、湖北、浙江、福建等地，作為中低海拔山地造林的優良速生樹種。之前關于日本花柏的栽培技術、生長發育、生態防護、木材材性、優良家系選育及其化學成分等方面的研究較多，但關于引種本地區后的生長表現報道鮮見。本研究通過對麗水市蓮都林場峰源林區20世紀70年代引進的日本花柏進行樹干解析，剖析其生長發育過程，以期為本地區日本花柏人工林的栽培推廣及科學營林提供參考。

2試驗材料與方法

2.1試驗地概況

試驗地位于蓮都林場大山峰林區（119°4522"E，28°1348"N），海拔1150m，坡向西南，土壤為黃棕壤。年平均氣溫12℃，極端最高氣溫30℃，極端低溫-12℃，日平均氣溫≥10℃的天數為227d，日平均氣溫≤O℃的天數為41d，年均降水量2069.5mm，年均相對濕度87%，有霧日280d，日平均日照時數1098h。

2.2試驗方法

試驗林為1984年2年生扦插苗營造的人工林，造林密度3000～3300株/hm°。造林后連續松土撫育4年，1995年間伐撫育1次，最后保留密度2220株/hm°。2016年8月，在林內設置20m×30m樣地進行每木檢尺，選取2株平均木進行樹干解析。伐倒前在樹干上標記南北方向，伐倒后測量樹高，沿離樹干基部O m、1.3m及1.3m以上按每間隔2m，分段截取3～5cm厚的圓盤，圓盤上一面標記解析木編號、南北方向以及圓盤編號。圓盤帶回實驗室后，對圓盤的下一面拋光并標記南北方向，然后采用萬深la-s年輪分析系統測定了每一個圓盤的去皮和帶皮的南北和東西兩個方向的直徑，O號圓盤從內往外標記年輪，以3年為一個齡階，每隔3輪測定直徑;O號以上的圓盤從外往內編輯年輪，每隔3輪測定其直徑。

2.3數據處理

采用函數及圖表工具的樹干解析法，分別計算了各解析木各年齡段的樹高、胸徑及材積的總生長量、年平均生長量和連年生長量。各齡階樹高、梢底直徑均采用內插法計算，材積生長率采用普雷斯勒生長率公式，各齡階梢頭長度、材積及各因子生長過程值計算均采用常規方法。

根據解析木數據，分年齡段建立胸徑、樹高與材積回歸方程，采用邏輯斯蒂（logistic）模型進行擬合。其擬合模型為y=k/（1+e^a-bx），式中x為年齡，y為生長量，a、b和k為待定參數，運用DPS數據處理系統麥考特法進行擬合計算。

3結果與分析

3.1樹高生長過程

通過以3年為齡級的數據統計，獲得33年生日本花柏平均木的樹高、胸徑和材積的生長情況（表1）。33年生日本花柏樹高達到12.57m，年平均生長量和連年生長量分別是0.38m和0.21m（表1和圖1）。樹高年均生長量介于0.22～0.43m，早期生長較快，后期有所放緩，18年生時達到最大值<0.43m）。日本花柏連年生長量處于0.22～0.61m范圍，生長軌跡呈雙峰型，峰值分別出現在第9年生（0.57m）和18年生（0.58m）。樹高連年生長量在12～15年生時出現一個低谷，也許與1995年即11年生時的間伐撫育有一定的關系。

3.2胸徑生長過程

根據表1和圖1可見，33年生日本花柏胸徑年平均生長量和連年生長量分別為0.40cm和0.24cm。胸徑年平均生長量介于0.24～0.49cm之間，15～18年生達最大值。胸徑連年生長量處于0.24～1.00cm范圍，峰值出現在12年生時，之后后較快下降，24年生后趨于平緩（圖2）。

3.3材積生長及胸高形數

3.3.1材積生長規律

根據日本花柏材積生長規律（表1和圖3），材積連年生長量在30年生時達到最大值（0.006m。），而后呈現逐漸下降的趨勢。材積年平均生長量和連年生長量分別是0.0031m³和0.0057m³，33年生時的材積連年生長量大于年平均生長量，說明此時日本花柏林尚沒有到數量成熟齡階段。

3.3.2材積生長率與胸高形數

33年生日本花柏材積生長率隨樹齡增長逐漸變小，從6年生至18年生時的材積生長率從57.16%迅速下降至17.87%，之后緩慢下降，33年生時最低為5.99%。胸高形數隨著樹齡增長不斷變小直至趨于穩定，9～12年生時胸高形數從1.66下降到0.61，之后維持在0.47～0.61之間，說明日本花柏干形在12年生后基本趨于穩定（圖4）。

4結論

（1）通過對33年生日本花柏林平均木的解析，發現日本花柏樹高連年生長量介于0.22～0.61m之間，2個峰值分別出現在第9年生和18年生時。胸徑連年生長量處于0.24～1.00cm之間，呈單峰型，第12年生時生長量最大。

（2）第33年生時的日本花柏材積連年生長量0.0057rn3大于年平均生長量0.0031m³/a，說明此時日本花柏人工林仍然沒有達到數量上的成熟階段。根據胸高形數隨樹齡的變化情況，12年生后的樹干形態趨于穩定。

（3）日本花柏的樹高、胸徑、材積與樹齡的擬合方程分別為H=12.8278/（1+e^{2.893-0.1801x}）、Dbh=12.4696/（1+e^{3.8388-0.268x}）和V=0.126/（1+e^{5.1711-0.1998x}），對日本花柏的樹高、胸徑和材積的生長狀況擬合效果較好，尚需進一步完善修正。