王 偉，馬履一，賈忠奎，段 劼，王 凱，陳 雪，谷凌云，游偉斌，王西洋

（北京林業(yè)大學 省部共建森林培育與保護教育部重點實驗室，北京 100083）

河北平泉地區(qū)油松人工林生長過程的研究

王 偉，馬履一，賈忠奎，段 劼，王 凱，陳 雪，谷凌云，游偉斌，王西洋

（北京林業(yè)大學 省部共建森林培育與保護教育部重點實驗室，北京 100083）

采用樹干解析的方法對河北平泉地區(qū)不同林齡油松人工林生長過程進行了分析。研究表明：油松人工林胸徑的連年生長量在10～15 a時達到生長高峰，峰值為0.39～0.44 cm·a-1，平均生長量的高峰出現(xiàn)在15～30 a時，峰值為0.28～0.30 cm·a-1，兩者在17～26 a時相交；樹高的連年生長量的峰值出現(xiàn)在10～20 a，峰值為0.28～0.30 m·a-1，平均生長量在5～20 a時達到高峰，峰值為0.25～0.28 m·a-1，在5～20 a時連年生長量與平均生長量相交；油松材積的連年生長量在25～40 a時出現(xiàn)其最大值，峰值為0.000 80～0.002 99 m3·a-1，之后逐年下降，與平均生長量在35 年前后相交；該地區(qū)油松人工林應在15～20年之間進行第一次生長撫育，在35年前后則達到數(shù)量成熟，此期間應進行主伐；同時研究結果顯示：胸徑Y最優(yōu)生長方程為：Y=exp(2.810-19.311/T)；樹高最優(yōu)生長方程為：Y=exp(2.348-11.324/T) ；材積最優(yōu)生長方程為：Y=0.005-0.001T+0.000 05T2(T為樹齡)。

油松；人工林；生長過程

油松Pinus tabulae formis是我國北方地區(qū)主要造林樹種之一，科學地培育、經(jīng)營和利用油松人工林，對于我國北方地區(qū)的木材供應、植被恢復、水土保持、園林綠化等方面具有重要意義[1]。目前對油松人工林的研究主要集中在林分生長過程[2-7]、冠層特性[8]、群落特征及群落多樣性差異[9-10]、光合作用[11-12]等方面，且主要集中在北京地區(qū)和黃土高原[13-16]，為這些地區(qū)的油松人工林經(jīng)營管理提供了重要的依據(jù)。近些年對河北平泉地區(qū)油松人工林的生長規(guī)律和生長預測模型的研究較少。為此，本研究對油松胸徑（D）、樹高（H）、材積（v）與樹齡（T）間的關系進行研究，擬合油松生長回歸模型，通過對油松平均木的胸徑、樹高、材積的總生長量、連年生長量、平均生長量等指標進行分析，闡明平泉地區(qū)油松的生長規(guī)律，為該地區(qū)科學營林提供一定參考。

1 試驗區(qū)概況

本試驗是在北京林業(yè)大學北方教科研基地（河北省承德市平泉縣）的核心試驗區(qū)內進行，地理位 置 為 東 經(jīng) 115°54′～ 119°15′， 北 緯 40°12′～42°40′，平均海拔660 m；年平均氣溫6.6℃，降雨量540 mm，8月份降雨量占70%，晝夜溫差大，日照2 000～2 900 h，年日照率65%，屬中溫帶大陸性干旱季風山地氣候。土壤類型包括：草甸土、棕壤土、草甸褐土、褐土，土壤pH6.5～7.5，且以棕壤土為主。

2 研究方法

2.1 樣地設置

2010年在上述林場不同林齡的油松人工林內，設置36塊樣地，樣地面積50 m×60 m，在進行樣地選擇時盡量使地形因子和土壤條件基本保持一致，以保證調查的準確性，樣地的具體情況見表1。

表1 油松林試驗樣地的基本情況Table 1 Basic situation of Pinus tabulae formis plantation plots

2.2 樣地調查

樣地調查指標包括：調查地點、調查時間、林分類型、樹種、郁閉度、經(jīng)度、緯度、坡度、坡向、海拔；樣木號、胸徑、樹高、活枝高、冠幅。

2.3 樹干解析

對標準地內的林木進行每木檢尺后，在每個標準地內選擇1株平均標準木。在解析木伐倒前，用手持羅盤儀在每株解析木上定出南北向并作標記，并標記0 m、1.3 m處的位置。按每1 m為一區(qū)分段鋸取圓盤，厚度約3 cm。圓盤鋸取以后，在圓盤的非工作面上標明南北向，并以分式形式注記，分子為標準地號和解析木號，分母為圓盤號和斷面高度。此外，在0號盤上應加注樹種、采伐地點和時間等。圓盤帶回實驗室后，將圓盤工作面打磨平整，直徑按5 a為一個齡階測定，采用測樹學方法對圓盤進行年輪和直徑的判別和測量[17]。

3 結果與分析

3.1 油松人工林生長規(guī)律分析

3.1.1 胸徑生長過程

分別對36株平均木進行樹干解析后，計算各株胸徑的總生長量、連年生長量、平均生長量，取其平均值，并依此值繪制不同林齡油松的胸徑生長曲線（見圖1）。

由圖1可知，油松胸徑總生長量與林齡呈正相關；30 a生油松人工林平均胸徑總生長量達到7.4 cm，期間連年生長量波動較大，最大峰值出現(xiàn)在15年左右，連年生長量達到0.41 cm·a-1，之后開始明顯下降，25年后略微上升；平均生長量為單峰曲線，15年出現(xiàn)峰值0.28 cm·a-1，兩條曲線相交于第18年。40 a生油松人工林平均胸徑總生長量達到7.99 cm，連年生長量在第10年達到峰值0.44 cm·a-1，之后明顯下降，第40年時為0.05 cm·a-1；平均生長量在第15年達到峰值0.30 cm·a-1，之后逐年下降，第40年時為0.20 cm·a-1；在17年平均生長曲線與連年生長曲線相交。50 a生油松人工林平均胸徑總生長量達到13.47 cm，連年生長量波動較大，第一個高峰出現(xiàn)在第15年前后，達到0.39 cm·a-1，第二次高峰出現(xiàn)在第25年前后，達到0.38 cm·a-1，而后開始下降，第50年時為0.17 cm·a-1；平均生長量在0～30年期間隨著林齡的增大而增加，第30年前后達到峰值0.30 cm·a-1，之后略有下降，維持在0.28 cm·a-1左右的水平；平均生長量曲線與連年生長量曲線在26年前后相交。

出現(xiàn)上述現(xiàn)象原因是：油松為喜光樹種，前期生長較快，林木生長到15年之前尚未郁閉，且對養(yǎng)分的競爭相對較低，這為林木的生長提供了有利的環(huán)境，之后隨著林分的郁閉度的增大，林木在陽光、水肥等方面的競爭日趨激烈，因此，油松的人工林培育應抓緊前期管理；50 a生油松林分自然稀疏后，在一定程度上改善了活立木的生長環(huán)境，有利于林木的生長。

胸徑連年生長量的變化，可以作為是否需要進行第一次生長撫育的指標，當連年生長量出現(xiàn)明顯下降時可進行初次撫育。由圖1可知，平泉地區(qū)油松人工林應在15～20年之間進行第一次生長撫育。

3.1.2 樹高生長過程

分別對36株平均木進行樹干解析后，計算各株樹高的總生長量、連年生長量、平均生長量，取其平均值，并依此值繪制不同林齡油松的樹高生長曲線（見圖2）。

由圖2可知，油松人工林樹高隨著林齡的增長而增大；30 a生油松人工林平均樹高達到了6.7 m，在0～10年間，連年生長量逐漸增大，10年時達到0.30 m·a-1，而后開始下降，第30年時僅為0.07 m·a-1；平均生長量在0～10 a期間逐年增大，峰值為0.30 m·a-1，之后開始下降并維持在0.25 m·a-1左右的水平；兩直線相交于第15年。40 a生油松人工林平均樹高達到了7.8 m，連年生長量波動較大，在第5年前后達到第一個峰值0.28 m·a-1，之后開始下降，在第20年前后達到第二個高峰，峰值為0.24 m·a-1，之后迅速下降，第40年時為0.11 m·a-1。平均生長量在第5年前后達到峰值0.28 m·a-1，之后開始降低，維持在0.20 m·a-1左右的水平。兩直線在第5年相交。50 a生油松人工林平均樹高達到10.3 m，在0～50 a期間，連年生長量出現(xiàn)了2個峰值，最大峰值出現(xiàn)在第10年前后，峰值為0.30 m·a-1，之后開始下降，第二個峰值出現(xiàn)在第20年前后，峰值為0.27 m·a-1，之后開始下降，50年時為0.10 m··a-1；0～20年期間，平均生長量逐漸增大，第20年前后達到峰值0.26 m·a-1，而后逐漸下降并趨于平緩，50年時平均生長量為0.21 m·a-1，平均生長曲線和連年生長曲線相交于第20年前后。

在林木生長早期，林內光照充足，有利于林木的生長，林分郁閉后，林木之間的生長競爭劇烈，高生長減弱。通過撫育間伐可以改善林分狀況，增加營養(yǎng)空間和透光度，促進林木生長，提高林木質量。

3.1.3 材積生長過程

分別對36株平均木進行樹干解析后，計算各株材積的總生長量、連年生長量、平均生長量，取其平均值，并依此值繪制不同林齡油松的材積生長曲線（見圖3）。

由圖3可知，油松人工林材積的總生長量隨著林齡的增加而增加；30 a生油松人工林平均單株材積在第30年總生長量達到了0.015 56 m3，平均生長量與林齡呈正相關，在第30年達到了0.000 52 m3·a-1，連年生長量在第25年時達到峰值 0.000 92 m3·a-1，而后降至 0.000 65 m3·a-1。40 a生油松人工林平均單株材積總生長量在40年達到峰值0.020 72 m3，在0～35年期間，平均生長量隨著林齡的增大而增大，在第35年平均生長量達到峰值0.000 57 m3·a-1，在第40年降至0.000 52 m3·a-1；連年生長量在第25年前后達到第一個高峰0.000 80 m3·a-1，第二個高峰則出現(xiàn)在第35年前后，峰值為0.000 86 m3·a-1，而后急劇下降，在第40年降至0.000 12 m3·a-1，連年生長量與平均生長量曲線相交于第37年前后。50年生油松人工林平均單株材積總生長量在第50年達到0.081 69 m3，平均生長量逐年上升，在第50年上升至0.001 63 m3·a-1，連年生長量在0～40 a期間隨著林齡的增加而增大，在第40年前后達到峰值0.002 99 m3·a-1，而后開始下降，第50年時為0.002 14 m3·a-1。50年生油松人工林在1994年進行了生長伐，以加速林木徑生長與材積生長，生產(chǎn)大徑材，故其連年生長量在第30～40年間有明顯的上升。

材積是衡量林木生長的一個重要指標，它是林木的高生長和直徑生長的綜合表現(xiàn)，也是森林經(jīng)營管理中非常重要的指標之一。林分或林木的材積平均生長量達到最大值時，稱為林分或林木的數(shù)量成熟。達到此狀態(tài)時的年齡稱為數(shù)量成熟齡，此時應進行主伐[18]。在相似林分密度條件下，可以將50 a生油松的生長看作是40 a 、30 a生油松未來生長的預估，由圖3可以看出，油松人工林在35年前后達到數(shù)量成熟，此期間應該進行主伐。

3.2 胸徑、樹高、材積生長方程的擬合

采用SPSS軟件進行回歸方程的擬合，建立測樹因子與樹齡間的回歸方程[19-20]。根據(jù)最優(yōu)原則，將殘差平方和最小、相關系數(shù)最大的模型選為油松的生長預測模型，從表2可知，確定的生長模型擬合的效果比較理想，具有較高的精度，可應用于實際的生產(chǎn)中。

表2 油松人工林生長模型的擬合結果Table 2 The regression growth equations of Pinus tabulaeformis

4 結 論

筆者研究了36塊3種不同林齡的油松人工林樣地，分析了油松人工林胸徑、樹高、材積的生長過程，并建立了胸徑、樹高、材積生長的數(shù)學模型，得出以下結論：

（1）油松人工林胸徑的連年生長量在10～15 a時達到生長高峰，峰值為0.39～0.44 cm·a-1，平均生長量的高峰出現(xiàn)在15～30 a時，峰值為0.28～0.30 cm·a-1，兩者在17～26 a時相交；平泉地區(qū)油松人工林應在15～20 a之間進行第一次生長撫育，以促進林木生長。

（2）樹高的連年生長量的峰值出現(xiàn)在10～20 a，峰值為0.28～0.30 m·a-1，平均生長量在5～20 a時達到高峰，峰值為0.25～0.28 m·a-1，在5～20 a時連年生長量與平均生長量相交。

（3）油松材積的連年生長量在25～40 a時出現(xiàn)其最大值，峰值為0.000 80～0.002 99 m3·a-1，之后逐年下降，平均生長量在35 a達到峰值0.000 57 m3·a-1；平泉地區(qū)油松人工林在35年前后達到數(shù)量成熟，此期間應該進行主伐。

（4）胸徑最優(yōu)生長方程為：Y=exp(2.810-19.311/T)；樹高最優(yōu)生長方程為：Y=exp(2.348-11.324/T) ；材積最優(yōu)生長方程為：Y=0.005-0.001T+0.000 05T2，T為樹齡。

林木的生長受立地條件、林分密度、營林措施等影響較大，同一樹種在不同區(qū)域的生長表現(xiàn)存在差異性，故本研究所獲得的林分生長過程及擬合的生長方程只能反映當時當?shù)氐纳L狀況，可為該地區(qū)的科學營林提供指導。

[1] 徐化成. 油松[M]. 北京:中國林業(yè)出版社, 1993.

[2] 彭道黎，賀姍姍. 基于Agent的油松林分生長模擬[J]. 北京林業(yè)大學學報. 2009: 69-72.

[3] 彭劍峰，楊愛榮，田沁花. 萬仙山油松徑向生長與氣候因子的關系[J]. 生態(tài)學報， 2011,(20): 5977-5983.

[4] 劉 平，王玉濤，馬履一，等. 油松人工林林分生長過程動態(tài)預測及檢驗[J]. 東北林業(yè)大學學報，2010,(1): 40-43.

[5] Kirschbaum MUF, Watt M S. Use of a process-based model to describe spatial variation in Pinus radiate productivity in New Zealand[J]. Forset Ecology and Manangme,2011,262(6):1008-1019.

[6] Girard F, Vennetier M. Polycyclism, a fundamental tree growth process, decline with recent climate change: the example of Pinus halepensis Mill[J]. Trees-Structure and Function, 2011,25(2):311-322.

[7] Calama R, Mutke S, Tome J, et al. Modeling spatial and temporal variability in a zero-inflated variable: The case of stone pine(Pinus pine L.) cone production [J]. Ecological Modelling,2011,222(3):606-618.

[8] 公寧寧，馬履一，賈黎明，等. 不同密度和立地條件對北京山區(qū)油松人工林樹冠的影響[J]. 東北林業(yè)大學學報，2010,(5): 9-12.

[9] 張笑菁，趙秀海，康峰峰，等. 太岳山油松天然林林木的空間格局[J]. 生態(tài)學報，2010,(18): 4821-4827.

[10] 王 梅，張文輝.不同坡向人工油松林的生長狀況與林下物種多樣性分析[J].西北植物學報，2009,29(8):1678-1683

[11] Kulmala L, Pumpanen L, Kolari P, et al. Photosynthetic production of ground vegetation in different-aged Scots pine(Pinus sylvestris)forests[J]. Canadian Journal of Forest Researchrevue Canadienne Derecherche Forestiere, 2011, 41(10):2020-2030.

[12] Zhou Y M, Wang C G, Han S J, et al. Photosynthesis in two Pinus species to long-term exposure to elevated CO2concentration[J].Trees-Structure and Function,2011,25(2):163-173.

[13] 段 劼，馬履一，賈黎明，等. 北京低山地區(qū)油松人工林立地指數(shù)表的編制及應用[J]. 林業(yè)科學，2009,(3): 7-12.

[14] 史 宇，余新曉，張佳音，等. 北京山區(qū)油松人工林單木材積生長量BP神經(jīng)網(wǎng)絡模型[J]. 東北林業(yè)大學學報，2010,(2):20-22.

[15] 曹旭平，王 梅，周建云，等. 陜北黃土高原油松人工林林分結構及個體生長[J]. 西北林學院學報，2011,(2): 155-159.

[16] 張光燦，劉 霞，周澤福，等. 黃土丘陵區(qū)油松水土保持林生長過程與直徑結構[J]. 應用生態(tài)學報，2007,(4): 728-734.

[17] 孟憲宇. 測樹學[M]. 3版. 北京: 中國林業(yè)出版，2006.

[18] 亢新剛.森林資源經(jīng)營管理[M]. 北京: 中國林業(yè)出版社，2001.

[19] ZEID E B. Analysis of Growth Equations[J]. Forest Science,1993,39(3):594-616.

[20] 張雄清，雷淵才. 基于定期調查數(shù)據(jù)的全林分年生長預測模型研究[J]. 中南林業(yè)科技大學學報，2010,30(4):69-74.

A study of growing process of Pinus tabulae formis plantation in Pingquan, Hebei

WANG Wei, MA Lu-yi, JIA Zhong-kui, DUAN Jie, WANG Kai, CHEN Xue, GU Ling-yun, YOU Wei-bin, WANG Xi-yang
(Key Lab. for Silviculture and Conservation of Ministry of Education, College of Forestry, Beijing Forestry University, Beijing 100083, China)

∶ The growing process of Pinus tabulae formis plantation in Pingquan of Hebei was investigated by adopting the method of stem analysis. The results indicate that the peak value of current annual diameter increment appeared at age of 10～15 years, the value was 0.39～0.44 cm·a-1, and that of the average annual increment appeared at age of 15～30 years , the value was 0.28～0.30 cm·a-1, the two curves intersected at age of 17～26 years; The peak value of tree height current annual increment (the value was 0.28～0.30 m·a-1)appeared at age of 10～20 years and the average annual increment (the value was 0.25～0.28 m·a-1) appeared at age of 5～20 years, the two increment curves intersected at age of 5～20 years; The peak value of volume current annual increment appeared at age of 25～40 years,the value was 0.000 80 ～ 0.002 99 m3·a-1, the curve of volume current annual increment and average annual increment intersected at the age of 35 years. The studying results show that the Pinus tabulae formis forest should be firstly fostered by thinning probably at age of 15～20 years, and by final cutting at age of 35 years according to the local management targets. The superior diameter growth equation is Y=exp(2.810-19.311/T) and the height growth equation is Y=exp(2.348-11.324/T), the tree volume growth equation is Y=0.005-0.001T+0.00005T2.

∶ Pinus tabulae formis; artificial forest; growing process

S791.15

A

1673-923X (2012)06-0013-05

2012-01-12

國家林業(yè)局林業(yè)公益性行業(yè)科研專項項目（201004021）；教育部科技創(chuàng)新計劃項目（BLJD200904）；林業(yè)科學技術推廣項目（[2011]44號）；中央高?；究蒲袠I(yè)務費專項（TD2011-08）；國際科技合作項目（2009DFA92900）

王 偉(1986—)，男，碩士，現(xiàn)主要從事森林培育研究工作；E-mail:wwhzau860411@126.com

馬履一（1957—），男，云南大理人，博士，教授，主要研究方向：森林培育； E-mail：maluyi@bjfu.edu.cn賈忠奎（1976—），男，遼寧海城人，博士，副教授，主要研究方向：森林培育； E-mail：jiazk@bjfu.edu.cn

[本文編校：羅 列]