冀北山地落葉松人工林直徑生長與空間結構的關系

史文兵

（河北塞罕壩機械林場林業調查規劃設計院，河北 圍場068450）

林木空間結構決定了樹木之間的競爭勢及其空間生態位，同時決定了該林分的穩定性、發展的可能性和經營空間的大小[1-3]。研究森林結構對深入了解各種森林植物與環境的關系，以及森林的生長發育和更新、演替規律具有重要意義，并可為制訂科學的經營措施提供理論依據。目前，國內外對森林空間結構的研究已經屢見不鮮，但空間結構和直徑生長關系的研究卻報道較少，本文通過研究河北省圍場縣桃山林場落葉松人工林競爭指數，為制定華北土石山區落葉松人工林科學經營措施提供一定的理論依據。

1 研究區概況

研究對象為河北省圍場縣桃山林場的華北落葉松人工林，林內零散伴有天然萌生的白樺、山楊、蒙古櫟等林木個體。林下灌木主要有臭柳、平榛、胡枝子等，草本植物主要有龍牙草、烏蘇里苔草、鳳毛菊等。

2 研究方法

2.1 標準地的設置與數據測定

通過實地考察和對比研究，選擇符合要求且具有代表性的落葉松人工林設置40m×50m 的標準樣地。樣地要求林木密度分布均勻、距離林緣較遠且樣地內沒有河流、道路或明顯的溝壑等。使用羅盤儀測向，確定樣地邊界走向，然后使用皮尺測量水平距離（坡度大于5°測量斜距后改算為水平距離）。為保障樣地邊界清楚明顯，清除邊界線上的灌木和雜草，并用自噴漆在邊界樹干上進行標記。對每塊樣地進行每木檢尺，測量并記錄樣地內胸徑大于5cm 的每棵樹木的樹種、胸徑、樹高、第一活枝下高、冠幅、位于樣地內的坐標值（網格定位）和林分郁閉度。

（1）每木定位。在標準地順坡的兩邊上按5m 的間隔定樁，用皮尺或測繩拴在樁上，將標準地劃分為若干小區，在每個小區內依一定的順序確定每株樹木的坐標位置，順坡方向為縱坐標Y，橫坡方向為橫坐標X。

（2）每木測定。①在胸高位置（測定1.3m）用直徑胸圍尺測胸徑（精確到0.1cm）。②測樹高及枝下高（精確到0.1m）。③測東、西、南、北4 個方向的樹冠半徑（精確到0.01m）。

2.2 樣木選擇和木芯鉆取

本研究主要選擇大小比數為1 和0.5 的林木，大小比數依據胸徑劃分。選擇生長正常、冠幅良好、無病蟲害的林木，以中心樹及其周圍4 株相鄰木組成結構單元。確定好樹木后，將生長錐沿樹木縱軸離地面1m 左右垂直鉆入，鉆取部位不宜太高或太低。生長錐要保持平穩，避免所鉆年輪木芯折斷。若一次沒有鉆取成功，要重新鉆取，直到所鉆木芯正過髓心，同時對其進行編號（編號格式為大小比數+組數+株數），用報紙包裝，集中保存。記錄參照木與相鄰木之間的距離、角度、樹高情況，以及每株樹的冠幅。其中中心樹的冠幅要分別記錄東西南北4 個方向。相鄰木冠幅分為與中心樹垂直冠幅和連線冠幅，并以中心樹為中點分別記錄。

2.3 木芯處理與年輪量測

將野外采集的木芯帶回實驗室進行自然風干，然后固定到拖木槽內。經過打磨，標出窄輪、偽輪、缺（斷）輪，并作記錄。對樣本進行掃描，并使用Photoshop 進行處理，然后對掃描和拼接樣本進行定年和劃線，最后通過CooRecorder7 TRIAL 和Auto－CAD 軟件進一步處理，得出每個年輪的相關數據，并將數據導入表中，計算出每個年輪寬度。然后作出曲線圖，找出樣本直徑生長規律。

2.4 數據分析

大小比數（Ui）被定義為大于中心樹的相鄰木株數占所考察的全部最近相鄰木的比例[4]。所謂的“大小”用胸徑、樹高和冠幅均可表示。用公式表示為：

3 結果與分析

3.1 林分空間結構特征

林分直徑分布是指林分內各直徑樹木的分布狀況，其特征體現了林分的生長及組成結構，直接影響到樹木的樹高、干型、材積、樹種、樹冠因子等[5]。落葉松林分密度為1145 株/hm2，大于5cm 的喬木有2種，以落葉松為主。落葉松人工林直徑分布呈正態分布，在5～28cm，主要集中分布于10～22cm 徑階范圍內，大徑階和小徑階的林木株數占比例較小，14～18cm 徑級的林木株數最多，占林分總株數的60.85%。落葉松徑階分布如圖1。

圖1 落葉松林徑階分布

3.2 大小比數和直徑生長的關系

3.2.1 大小比數為1 的結構單元 由落葉松木芯得到的直徑生長量為依據，中心樹大小比數為1 的空間結構單元，中心樹生長落后有以下5 種過程：前期生長落后有10 組、中期生長落后有3 組、后期生長落后有8 組、前后期生長落后有6 組、一直生長落后有3 組，每種情況林木連年生長量如圖2。

（1）由圖2（a）可知：中心樹在前期生長受壓制，中后期兩者競爭激烈。第15 年開始兩者生長量都明顯降低，并且最粗樹生長速度下降快。最粗樹個、生態位適宜，因此生長量較大；中后期逐漸形成森林環境，從而使林木之間為爭奪營養空間而出現競爭，生長量呈下降趨勢。但是最粗樹受抑制作用越來越明顯，中心樹相對較小，所以最粗樹的連年生長量下降的快，差異逐漸減小。

圖2 大小比數1 的不同生長情況

（2）由圖2（b、c、d、e）可知：最粗樹連年生長量一直大于中心樹，兩者生長量整體從第15 年開始下降。最粗樹可能因為生命力強，苗木質量好，小區立地質量高，栽植質量高，個體遺傳性好而處于優勢地位，成為優勢木。

（3）由圖2 可以得出林木在第8～10 年生長量達到高峰，由于落葉松屬于強陽性樹種，林分郁閉后開始進行激烈競爭。從第15 年開始明顯下降，并且連年下降，此時林分內競爭激烈，營養空間減小，應該在出現明顯下降之前進行撫育間伐。

3.2.2 大小比數為0.5 的結構單元 以落葉松木芯得到的直徑生長量為依據，中心樹大小比數為0.5的空間結構單元，生長有兩種情況，中心樹有明顯被壓過程19 組、無明顯被壓過程11 組。分別選取一組有代表性的數據做折線圖如圖3。

（1）由圖3（a）可知：中心樹和最粗樹連年生長量接近，沒有明顯被壓過程，最粗樹和中心樹胸徑相差不大，該林木單元內中心樹和最粗樹生長良好，生長量在第12 年左右到達高峰，第15 年出現明顯下降。兩株林木的苗木質量、生態位等因素基本一致，所以兩株林木生長分化不大。后期因為爭奪營養空間而出現競爭導致林木生長量出現明顯下降。

圖3 大小比數0.5 的不同生長情況

（2）由圖3（b）可知：在生長后期中心樹生長明顯下降，被最粗樹壓制。兩者生長差異主要集中在后期。生長量在第12 年左右到達高峰，第15 年出現明顯下降。前期生長無明顯差異，兩株林木苗木質量、立地條件等因素基本接近，而后期中心樹生長受壓，因為爭奪營養空間而出現競爭，中心木競爭能力相對較弱而得不到充足陽光。

3.3 不同大小比數和直徑生長的關系

從大小比數為0、0.5、1 的數據中分別隨機選取10 組數據，做生長曲線圖，如圖4。

圖4 不同大小比數生長曲線

根據大小比數代表林木的優勢程度，本研究林木類型優勢木、中庸木、劣汰木分別對應大小比數1、0.5、0。由圖4 可以得出：優勢木、中庸木前期生長快，后期生長速度下降快；劣汰木前期生長慢，后期生長速度下降慢。因為前期林分沒有郁閉，林木生長快慢取決個體對立地環境的適應與生態位的恢復。但是優勢木、中庸木受抑制作用越來越明顯，中心樹受抑制相對較小，所以最粗樹的連年生長量下降的快，中心樹連年生長量下降的慢，二者差異逐漸減小。

4 結論與討論

通過對河北省圍場縣桃山林場落葉松人工林中選取65 組林木進行分析，發現落葉松人工林中心樹前期出現被壓可能是由于苗木質量差，生態位不適宜，個體對立地環境的不適應等原因造成；中后期被壓則可能是因為林木之間競爭激烈，中心樹競爭力較弱。林分競爭主要集中在8～15a，是進行撫育間伐的最佳時期，可以為林木提供更大的營養空間，保證林木正常健康生長。