叢 健

(遼寧省林業(yè)廳，沈陽110036)

紅松生長與光照關系十分密切，光因子是影響紅松生長諸因子中的主導因子［1-2］，但是在不同發(fā)育階段，紅松需要的光照條件不同。生長初期，紅松幼苗和幼樹具有一定的耐蔭性，隨年齡增長需光量逐漸增大［3-4］，耐蔭能力逐漸減弱，直至需要全光條件才能維持正常生長［5］。由于紅松幼樹生長過程中需光量逐漸增強，應及時撫育、逐漸加大透光伐的強度，以滿足紅松幼樹生長的需要［2，6］，因此科學確定紅松林分調(diào)整時期成為亟待解決的首要問題?？茖W合理確定紅松人工林透光撫育時期，能夠優(yōu)化樹種和徑級結構，提高紅松闊葉混交林結構的穩(wěn)定性，為群落正向演替提供良好的環(huán)境基礎［7-8］。關于撫育時期的確定目前主要依據(jù)胸徑大小、營林經(jīng)驗或徑向生長等方面［9-10］，且多數(shù)研究認為林分的調(diào)整時期應該在10～15 a［10-12］。

節(jié)間生長在單子葉植物中普遍存在，在禾本科植物中尤為典型，尤其是植物的節(jié)間分生組織與節(jié)間生長曾有過許多研究和記載［13-14］。近年來對多年生竹類植物也展開了相關研究［15］。利用節(jié)間反映針葉樹生長情況的相關研究較少，且主要集中在反映立地質量方面的研究［16-17］。紅松生長初期主要以樹高生長為主，以樹高生長量來判斷紅松林分調(diào)整時期的研究目前尚無報道。本研究通過建立紅松實測樹高與根據(jù)節(jié)間長度讀取樹高的回歸方程，用紅松樹高年生長量來判斷冠下栽植紅松的調(diào)整時期，為次生林冠下栽植紅松的撫育提供研究方法和理論依據(jù)。

1 研究方法

1．1 研究區(qū)域

研究地點位于黑龍江省尚志市境內(nèi)的東北林業(yè)大學帽兒山實驗林場，屬張廣才嶺西坡小嶺余脈，地理位置 127°30'～127°34'E，45°21'～45°25'N，平均海拔300 m，屬溫帶大陸性季風氣候區(qū)。年平均氣溫2．8℃，極端最高氣溫38．0℃(7月份)，極端最低氣溫-37．3℃(1月份)，年平均濕度70%，年平均降水量723．8 mm(集中在6～8月)，年蒸發(fā)量1 093．9 mm，年日照時數(shù) 2 471．3 h，無霜期120～140 d。地帶性土壤為暗棕壤。次生林主要以槺椴、色木、柞樹、水曲柳和榆樹等為主。

1．2 樣地設立

選擇次生闊葉樹與人工紅松處于相持狀態(tài)的紅松闊葉樹人工混交林作為試驗林分，1989年于次生林下營造的紅松林。紅松的初植密度為2 500株/hm2，造林后3 a內(nèi)均進行了幼林撫育，其后未進行林分調(diào)整。林分中紅松平均地徑是3．78 cm，于2004年設立樣地，選取林分中直立生長的紅松50株編號掛牌，對紅松進行跟蹤調(diào)查。

1．3 調(diào)查方法

1．3．1 紅松樹高

從2004年到2009年，每年11月份使用同一型號塔尺對所有編號的紅松樹高進行測量，記錄備案。

1．3．2 照片采集和數(shù)據(jù)讀取

2010年6月，使用Nikon D70數(shù)碼相機對紅松進行數(shù)據(jù)圖像采集，將圖片導入電腦備用。照相時，塔尺直立于紅松前方，與紅松主干保持平行，枝條要擋在塔尺后面，以保證讀數(shù)精確。

使用Photoshop 7．0軟件對紅松相片數(shù)據(jù)進行讀取，利用紅松節(jié)間長度的特點逐級讀數(shù)，梢頭視為2010年的生長量，從第一個輪枝節(jié)點的高度開始讀數(shù)，記為2009年紅松樹高，第二輪枝節(jié)點的高度記為2008年樹高，依此類推，數(shù)據(jù)讀到1999年。根據(jù)節(jié)間長度的生長量來衡量樹高生長狀況，結合本研究在固定樣地的連年數(shù)據(jù)，對相持狀態(tài)紅松實測樹高和照片讀取樹高進行相關性分析。

1．4 相關參數(shù)及數(shù)據(jù)處理方法

本研究對節(jié)和節(jié)間的定義為:樹干上著生枝的部位稱為節(jié)(node)，相鄰兩節(jié)之間的無葉部分稱為節(jié)間(internode)，紅松節(jié)間長度指兩個輪枝間的長度。

利用Excel 2007進行數(shù)據(jù)整理與繪圖，采用SPSS 13．0軟件利用Linear中stepwise變量選擇方法對相持狀態(tài)紅松實測樹高和照片讀取樹高進行回歸分析與檢驗。

2 結果與分析

2．1 回歸模型的建立

基于每年所測定的紅松樹高與根據(jù)節(jié)間長度在照片中讀取的數(shù)據(jù)間的關系，依照時間序列，即照片上反映紅松樹高的節(jié)間長度由上而下，對二者進行線性回歸，如圖1所示，回歸模型如下:

式中:y為測量的紅松樹高，m;x為照片中根據(jù)節(jié)間長度讀取的紅松樹高，m，a和b為參數(shù)。

圖1 紅松樹高與照片中讀取樹高的回歸模型Fig．1 Height fitting between actual measurement in the field and interpretation from images

測量紅松樹高的生長情況與根據(jù)節(jié)間長度在照片中讀取的數(shù)據(jù)的建模結果見表1。共建立6個模型，模型1使用2009年紅松測量樹高與照片中根據(jù)節(jié)間長度讀取的紅松樹高間建立的線性回歸模型，模型2使用2008和2009兩年紅松測量樹高與照片中根據(jù)節(jié)間長度讀取的2008年和2009年紅松樹高間建立的線性回歸模型，模型3使用2007～2009年紅松測量樹高與照片中根據(jù)節(jié)間長度讀取的2007～2009年紅松樹高間建立的線性回歸模型，模型4使用2006～2009年紅松測量樹高與照片中根據(jù)節(jié)間長度讀取的2006～2009年紅松樹高間建立的線性回歸模型，模型5使用2005～2009年紅松測量樹高與照片中根據(jù)節(jié)間長度讀取的2005～2009年紅松樹高間建立的線性回歸模型，模型6使用2004～2009年紅松測量樹高與照片中根據(jù)節(jié)間長度讀取的2004～2009年紅松樹高間建立的線性回歸模型(見表1)。

由R2值判斷，紅松樹高與照片中讀取樹高均為極顯著的正相關關系，利用節(jié)間長度在照片中讀取的樹高數(shù)據(jù)可以反映紅松樹高生長情況的。

表1 線性回歸模型摘要Tab．1 Selective linear fitting model between actual measurement and interpretation from images

2．2 模型的應用

利用紅松樹高模型和根據(jù)節(jié)間長度在照片上的讀數(shù)計算2000年到2009年紅松樹高，見表2。各個模型計算的2004～2009年紅松樹高變化趨勢與測量的紅松樹高的變化趨勢一致，預測的2000～2003年紅松樹高的變化趨勢也全部一致，因此所有模型均可以計算紅松樹高生長(見表2)。模型2、模型3和模型4模型計算2000～2003年紅松樹高年生長量的結果完全相同，其中模型2和模型4對2004～2009年紅松樹高的模擬與實際測量樹高結果最接近，所以本研究采用模型2、模型4模型計算2000～2003年紅松的樹高生長量。

表2 紅松樹高模型計算結果Tab．2 Height of korean pine calculated by using the models

2002年紅松樹高年生長量達最低值，為0．087 m，低于相鄰年份紅松年生長量13%，2001年和2003年紅松樹高年生長量一致，均為0．100 m，2004年紅松樹高年生長量有所下降，為0．097 m，2005年紅松樹高年生長量升高到0．108 m，隨后逐年遞增，2007年紅松樹高年生長量達最高點，為0．120 m，2008年紅松年生長量出現(xiàn)第二個相對低谷，低于近兩年紅松的年生長量，到2009年紅松樹高年生長量增至0．113 m，如圖2所示。因此，在2001年末或2002年初和2007年末或2008年初對林分進行透光撫育是科學的調(diào)整時期。

圖2 紅松樹高年生長量Fig．2 Annual height growth of korean pine

3 結論與討論

研究表明利用節(jié)間長度可以估算紅松樹高生長。紅松樹高是由數(shù)個節(jié)間的長度決定的，根據(jù)節(jié)間長度原理，使用數(shù)碼相機成像技術，利用紅松樹高生長與根據(jù)節(jié)間長度在照片中讀取的樹高間的關系，建立了極顯著的線性回歸模型。根據(jù)模型生成紅松樹高生長量變化曲線，樹高在2002年和2008年進入生長緩慢期，因此需要更多光照來改善生長環(huán)境，即需要調(diào)整上層木。驗證了在次生林下，紅松初植密度為2 500株/hm2時，林分調(diào)整時期第一次應該在第十三年末或十四年初，第二次應該在第十九年末或二十年初。

關于冠下紅松造林撫育適宜時期的研究很多，包括根據(jù)胸徑大小來確定撫育時期［9］，大部分研究認為第一次撫育時期應該在10～15 a［10-12］，根據(jù)多年紅松人工林透光撫育實踐總結，紅松造林最好采用2 m×2 m規(guī)格，初植密度每公頃2 500株。如果造林后5 a，保存率在90%以上，林齡10～12 a時應進行第1次透光撫育;林齡18～20 a時進行第2次;林齡24～26 a時進行第3次;林齡31～35 a時進行第4次為宜［18］。有研究從徑向生長量分析紅松幼樹生長光需求，認為紅松在12 a生時需要對其進行透光撫育［9］，本研究與其結果相近。

撫育時期的確定對紅松的生長發(fā)育至關重要，撫育過早會耗費人力和財力，撫育過晚影響紅松的生長發(fā)育?；诠?jié)間成像技術確定林下紅松樹冠調(diào)整期的優(yōu)點在于無需破壞性取樣，操作簡單，減少野外工作量，讀數(shù)直觀、可靠。

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