劉金義
(國有清原滿族自治縣大邊溝林場,遼寧 清原 113309)
紅松Pinuskoraiensis屬于裸子植物,是常綠喬木,在我國東北地區(qū)的長白山到小興安嶺分布廣泛,是著名的珍貴經(jīng)濟(jì)樹木,同時也是優(yōu)良的用材樹種[2]。為此,對紅松人工林進(jìn)行可持續(xù)合理的經(jīng)營不僅有助于提高經(jīng)濟(jì)效益,還能夠提高木材的質(zhì)量。樹木的干形影響木材的出材量,為此研究樹木干形具有重要的現(xiàn)實意義。近年來,隨著氣候變化加劇,有研究表明較高的高徑比導(dǎo)致樹木更容易遭受極端氣候的損害,使得人們對大面積人工林的氣候適應(yīng)性和穩(wěn)定性更加關(guān)注[3]。
胸徑與樹高是我們衡量林木生長好壞的兩個非常重要的因子[4],隨著對林木胸徑與樹高關(guān)系研究的不斷深入,1982年黃其泰[5]提出樹高與胸徑的比值具有明顯規(guī)律性,即高徑比,是說明樹高與胸徑相關(guān)關(guān)系的一個統(tǒng)計指標(biāo)[6],在實踐中被廣泛應(yīng)用。黃其泰總結(jié)了高徑比與林相、徑階、林木年齡、林分密度、林分結(jié)構(gòu)、樹種的關(guān)系,提出了林木株數(shù)和小班塊數(shù)按高徑比的分布規(guī)律。后來廖澤釗等[7]、張更新等[8]對林木高徑比的關(guān)系和分布規(guī)律進(jìn)行了補(bǔ)充完善,王彩云等[8]結(jié)合地位級、林齡和疏密度對云南松天然林高徑比進(jìn)行了探討。通過林木高徑比的關(guān)系及高徑比指標(biāo),李旭等[9]通過高徑比法來確定落葉松人工林生長率,計算材積生長量,預(yù)測林分蓄積量。戴繼進(jìn)等[10]通過平均高徑比先后研制并完善了一元材積式,測定林分蓄積量時更加簡便,精度也較高。梁景生等[11]利用林木高徑比先后編制了雷州尾葉桉和雷州剛果12號桉的高徑比立木材積表,在保證精度的同時,更加高質(zhì)高效。近年來,馬嬌嬌等[12]對豐寧縣富貴山林場白樺中幼齡林高徑比進(jìn)行誤差分析,利用高徑比指標(biāo)可以進(jìn)行林分平均高和平均胸徑的相互估算,同時在森林的撫育經(jīng)營方面也能起到一定的作用[12]。雖然對高徑比的研究不多,但是高徑比作為能夠直接或間接反映林木干形一個指標(biāo)[13],對出材率、林分密度、修枝強(qiáng)度、肥料種類、枝條縱向抗壓抗彎性能等方面都有著極其重要的參考價值,目前的研究大多都集中在此,探討得出更加合理完備的造林營林措施。
基于以上研究現(xiàn)狀,本研究以遼東山區(qū)清原滿族自治縣大邊溝林場人工紅松中齡林為對象,以高徑比作為反映樹木干形的指標(biāo),分析不同林齡間人工紅松干形的差異及變異規(guī)律,人工紅松高徑比與樹冠結(jié)構(gòu)(冠幅、冠長)的相關(guān)性,通過控制冠長來調(diào)控干形,為遼東山區(qū)紅松人工林優(yōu)質(zhì)木材培育奠定了重要的基礎(chǔ)。
研究區(qū)位于遼寧省撫順市清原縣國有大邊溝林場(124°4′~125°18′E,41°51′~42°00′N)。該林場屬于我國長白山西南延伸地區(qū),氣候?qū)俦睖貛Т箨懠撅L(fēng)氣候,冬季寒冷干燥,夏季高溫多雨。該地區(qū)的年均氣溫為5℃,最低氣溫為-37.7℃,最高氣溫約36.5℃。年均降水量750 mm左右,主要集中在6-9月。暗棕壤和棕壤是主要的土壤類型,植被類型屬于長白植物區(qū)系。大邊溝林場的森林資源以人工林為主,主要包括落葉松林、紅松林。
2020年6月在清原縣國有大邊溝林場進(jìn)行外業(yè)調(diào)查。選取不同林齡的小班作為調(diào)查對象,所有小班能夠基本代表該林場紅松人工林的資源狀況。對所選取的小班進(jìn)行初步踏查,然后進(jìn)行固定樣地的設(shè)置,以便進(jìn)行長期連續(xù)觀測。每個小班共設(shè)置6塊固定樣地,樣地面積20 m×30 m。固定樣地的閉合差標(biāo)準(zhǔn)為1/200。首先利用GPS對每塊固定樣地進(jìn)行定位,記錄經(jīng)緯度。對固定樣地內(nèi)的所有樹木進(jìn)行每木檢尺,用胸徑尺測量所有活立木的帶皮胸徑(DBH,cm),用超聲波測高器測量所有活立木的全樹高(HT,m)、第一活枝高(HLB,m)及第一死枝高(HDB,m)。用皮尺測量樹冠在東、南、西、北4個方向的冠幅(CW,m),
高徑比(HD)的計算公式為:
HD=HT/DBH
冠長(CL,m)的計算公式為:
CL=HT-HLB
單株樹木冠幅的計算公式為:
CW=(CW東+CW南+CW西+CW北)/4
為方便進(jìn)行復(fù)位,在每木檢尺結(jié)束后進(jìn)行每木定位,以矩形樣地的30 m邊為X軸,以矩形樣地的20 m邊為Y軸,記錄所有樹木的相對位置坐標(biāo)。
本研究以林齡為51年生、54年生、58年生的紅松人工中齡林為研究對象,密度為233~433株·hm-2,以高徑比作為反映單木樹干形狀的指標(biāo),深入分析人工紅松中齡林單木的干形變化規(guī)律,分析干形變化與樹冠結(jié)構(gòu)因子冠長、冠幅的相關(guān)性,為紅松人工林制定合理可持續(xù)的經(jīng)營措施奠定基礎(chǔ)。固定樣地的高徑比、冠幅、冠長信息見表1。
表1 紅松人工林固定樣地因子
采用Excel 2013繪制各林齡段各固定樣地的單木高徑比與冠幅、冠長之間的散點圖,建立各樣地所有樹木高徑比與冠幅、冠長的相關(guān)關(guān)系,分析相關(guān)系數(shù)隨林齡的變化規(guī)律,并采用單因素方差(One-way ANOVA)分析各林齡之間樹木高徑比是否有顯著性差異(α=0.05)。
由表1可知,51年生人工紅松單木高徑比最小值為0.46,最大值為0.75,平均值為0.57。54年生人工紅松單木高徑比最小值為0.48,最大值為0.90,平均值為0.62。58年生人工紅松單木高徑比最小值為0.44,最大值為0.74,平均值為0.57??傮w上,54年生人工紅松高徑比最大,說明54年生人工紅松林的尖削度最大,而51年和58年的尖削度相對較小。此外,54年生人工紅松高徑比的波動范圍較大,說明該年齡段人工紅松單木個體干形差異較大。出現(xiàn)這種差異的原因可能與林分條件有關(guān),林分與干形存在較大的關(guān)系。當(dāng)林分密度較大時,樹木個體為了爭奪光資源而出現(xiàn)樹木的高生長大于胸徑生長,因此高徑比會變大。
3.2.1 單木干形與冠長的關(guān)系
由圖1可知,51年生人工紅松林單木高徑比與冠長的變化規(guī)律不明顯,決定系數(shù)R2值較低。說明冠長對51年生人工紅松的干形沒有產(chǎn)生明顯的影響。
圖1 51年生人工紅松高徑比與冠長的關(guān)系
由圖2可知,冠長對54年生的人工紅松干形影響較低,除樣地1外,單木高徑比與冠長擬合方程的決定系數(shù)R2都達(dá)到了0.11以上,最大為0.26,且單木高徑比與冠長基本呈線性關(guān)系。說明54年生人工紅松冠長對單木干形產(chǎn)生了較大的影響,即隨著冠長的增加,高徑比也逐漸增加,樹冠的尖削度也越大。在森林經(jīng)營活動中,可以通過控制冠長來調(diào)控樹干的形狀,從而為提高出材率奠定基礎(chǔ)。
圖2 54年生人工紅松高徑比與冠長的關(guān)系
與54年生紅松人工林相比,58年生紅松人工林高徑比與冠長的相關(guān)性明顯下降,線性擬合方程的決定系數(shù)R2均在0.1以下(圖3)。出現(xiàn)這種結(jié)果的原因可能與樹木生長階段的生理特性及光合產(chǎn)物在樹干垂直分布規(guī)律有較大的關(guān)系。
圖3 58年生人工紅松高徑比與冠長的關(guān)系
3.2.2 單木干形與冠幅的關(guān)系
單木冠幅反映了樹木在水平方向上的競爭水平,與林木的競爭活力密切相關(guān),為此,本文分析人工紅松干形與冠幅的關(guān)系,為深入理解影響樹木干形的因素提供基礎(chǔ)條件。
圖4 51年生人工紅松高徑比與冠幅的關(guān)系
由圖4可知,51年生紅松人工林單木高徑比與冠幅之間具有很好的線性關(guān)系,決定系數(shù)R2均達(dá)0.25以上。隨著冠幅增加,單木高徑比逐漸減小。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因可能是由于冠幅增加,樹木積累的光合產(chǎn)物越多,從而將更多的光合產(chǎn)物用于樹干的徑向生長而不是高生長。
圖5 54年生人工紅松高徑比與冠幅的關(guān)系
從圖5可以看出,54年生人工紅松林固定樣地內(nèi)單木高徑比與冠幅擬合方程的決定系數(shù)R2達(dá)到0.11以上,最高0.57。58年生紅松人工林單木高徑比與冠幅的擬合方程決定系數(shù)為0.37~0.45,分布范圍較其他年齡段小,波動程度?。▓D6)。這說明對于該地區(qū)人工紅松林來說,在沒有干擾的情況下,干形隨著林齡的增加而趨向平穩(wěn)。
本文以遼東山區(qū)人工紅松中齡林為研究對象,系統(tǒng)研究了單木干形的變化規(guī)律及其影響因素,得出結(jié)論:
遼東山區(qū)人工紅松中齡林高徑比為0.46~0.75,3個年齡段間的單木高徑比未發(fā)現(xiàn)明顯的規(guī)律。
人工紅松中齡林高徑比與冠長具有一定的線性關(guān)系,其中54年生紅松的高徑比與冠長關(guān)系較為明顯,而51年生、58年生的紅松干形與冠長關(guān)系不明顯。
人工紅松單木干形與冠幅存在較好的線性關(guān)系,決定系數(shù)R2最高達(dá)0.57。隨著單木冠幅的增加,高徑比呈減小的趨勢。樹冠結(jié)構(gòu)中的冠幅與干形關(guān)系最密切,而冠幅與林分密度最相關(guān),說明可以通過控制林分密度來調(diào)節(jié)樹木的高生長和徑生長,從而改善干形,提高出材率。