華北落葉松人工林樹(shù)高和胸徑的坡位差異與坡面尺度效應(yīng)
——以六盤(pán)山香水河小流域?yàn)槔?/h1>
2016-12-20 09:08:19鄧秀秀王云霓王彥輝王忠誠(chéng)于澎濤
中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報(bào) 2016年5期
鄧秀秀 ，王云霓 ，王彥輝 ，王忠誠(chéng) ，熊 偉 ，于澎濤 ，張 桐 ,
（1. 中南林業(yè)科技大學(xué) 林學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410004；2. 中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院 森林生態(tài)環(huán)境與保護(hù)研究所 國(guó)家林業(yè)局森林生態(tài)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100091；3. 北京林業(yè)大學(xué) 水土保持學(xué)院，北京 100083）
華北落葉松人工林樹(shù)高和胸徑的坡位差異與坡面尺度效應(yīng)
——以六盤(pán)山香水河小流域?yàn)槔?/p>
鄧秀秀1,2，王云霓2，王彥輝2，王忠誠(chéng)1，熊 偉2，于澎濤2，張 桐2,3
（1. 中南林業(yè)科技大學(xué) 林學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410004；2. 中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院 森林生態(tài)環(huán)境與保護(hù)研究所 國(guó)家林業(yè)局森林生態(tài)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100091；3. 北京林業(yè)大學(xué) 水土保持學(xué)院，北京 100083）
在六盤(pán)山香水河小流域選擇了一個(gè)水平長(zhǎng)398.2 m和生長(zhǎng)33年生華北落葉松人工林的典型坡面，調(diào)查分析了華北落葉松胸徑與樹(shù)高的坡位差異及隨坡面水平長(zhǎng)度變化的空間尺度效應(yīng)。結(jié)果表明：（1）林分的胸徑和樹(shù)高都存在明顯的坡位差異，從坡頂向下均表現(xiàn)為先增加后減小的變化趨勢(shì)。（2）林分平均胸徑、平均樹(shù)高、優(yōu)勢(shì)木平均高均存在坡面尺度效應(yīng)，即平均胸徑的坡面滑動(dòng)平均值在離開(kāi)坡頂?shù)?～200 m和200～398 m的水平距離范圍內(nèi)每增加100 m時(shí)增大0.33 cm和減少0.21 cm；平均樹(shù)高的滑動(dòng)平均值在0～67 、67～305、305～398 m的水平距離范圍內(nèi)每增加100 m時(shí)分別減少1.12 m、增大0.31 m、減少0.10 m；優(yōu)勢(shì)木平均高的坡面滑動(dòng)平均值在0～250 m、250～398 m的水平距離范圍內(nèi)每增加100 m時(shí)增大0.42 m和0.07 m。（3)各樣地的平均胸徑、平均樹(shù)高、優(yōu)勢(shì)木平均高與坡面加權(quán)平均值的比值（Y1、Y2、Y3，小數(shù)）隨離開(kāi)坡頂相對(duì)水平坡長(zhǎng)（X，小數(shù)）變化的數(shù)量關(guān)系為：Y1= -0.312 8X2+ 0.239 1X+0.986 4（R2= 0.56）、Y2=-0.483 4X3+0.304 3X2+0.125 0X + 0.959 2 （R2= 0.43）、Y3= -0.177 5X2+ 0.230 8X+0.941 6（R2= 0.26），藉此可由特定坡位的樣地調(diào)查值推算整個(gè)坡面平均值，實(shí)現(xiàn)樹(shù)木生長(zhǎng)指標(biāo)從樣地到坡面的尺度轉(zhuǎn)換。
華北落葉松；胸徑；樹(shù)高；坡面變化；尺度效應(yīng)；六盤(pán)山
林分結(jié)構(gòu)指標(biāo)是描述森林質(zhì)量和制定經(jīng)營(yíng)決策的重要基礎(chǔ)，是對(duì)更新、生長(zhǎng)、競(jìng)爭(zhēng)、自然稀疏等林分發(fā)育過(guò)程和人類經(jīng)營(yíng)干擾活動(dòng)等的綜合反映[1]，同時(shí)又是評(píng)價(jià)森林生態(tài)系統(tǒng)的生物多樣性保護(hù)[2]、水土保持[3]、水文調(diào)節(jié)[4]、土壤改良[5-6]等服務(wù)功能的依據(jù)。不同林分結(jié)構(gòu)會(huì)造成林下灌草生長(zhǎng)[7]、樹(shù)木病蟲(chóng)害抵抗能力[8]、土壤有機(jī)碳含量[9]、水源涵養(yǎng)能力[10]等的顯著差異，并造成森林的生物量、碳密度、木材蓄積量及價(jià)值等的顯著不同。
胸徑和樹(shù)高是最主要和最基本的林分結(jié)構(gòu)指標(biāo)，相關(guān)研究集中在林分胸徑和樹(shù)高的組成分布上[11-15]，但這些均是在林分樣地尺度上開(kāi)展的。林木的生長(zhǎng)與立地及氣候條件密切相關(guān)[16]。在西北地區(qū)，降水及溫度等氣象條件往往是限制樹(shù)木生長(zhǎng)的主要因子[17]，尤其土壤水分具有直接限制作用，但其限制作用具有地形差異[18]，如有關(guān)學(xué)者[19]研究了生物多樣性、葉面積指數(shù)、胸高斷面積等林分結(jié)構(gòu)指標(biāo)隨海拔的變化，以及胸徑和樹(shù)高的組成結(jié)構(gòu)[20]與分布范圍[21]的海拔差異。樹(shù)高和胸徑的生長(zhǎng)也存在著明顯的坡位差異，如福建壽寧縣的巨尾桉表現(xiàn)為坡下＞坡中＞坡上[22]。但是，當(dāng)前對(duì)胸徑和樹(shù)高等樹(shù)木生長(zhǎng)指標(biāo)空間變化的研究多集中在坡位比較和海拔差異方面，缺乏介于樣地尺度和山體（海拔）尺度之間的山坡尺度范圍內(nèi)的變化規(guī)律研究。事實(shí)上，在坡面尺度范圍內(nèi)，存在著土壤厚度、土壤水分、土壤養(yǎng)分、微氣候等方面的明顯差異，并可能導(dǎo)致樹(shù)木生長(zhǎng)指標(biāo)的坡面變化，然而目前還未見(jiàn)到樹(shù)木胸徑和樹(shù)高的坡面變化規(guī)律及空間尺度效應(yīng)的研究，這限制著對(duì)坡面森林結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)確描述和精細(xì)經(jīng)營(yíng)。
華北落葉松Larix principis-rupprechtii是我國(guó)北方地區(qū)的主要造林樹(shù)種。在寧夏六盤(pán)山地區(qū)，自20世紀(jì)70年代引入后開(kāi)展了大面積造林，已成為當(dāng)?shù)刈钪匾娜斯ち謽?shù)種，發(fā)揮著水源涵養(yǎng)、水土保持、木材生產(chǎn)和風(fēng)景游憩等方面的重要作用。本研究在具半濕潤(rùn)氣候的六盤(pán)山香水河小流域的一個(gè)華北落葉松同齡人工林典型坡面上，對(duì)不同坡位設(shè)立的空間連續(xù)樣地進(jìn)行林分結(jié)構(gòu)調(diào)查，分析胸徑和樹(shù)高的坡位變化及其坡面空間尺度效應(yīng)，以期為森林資源清查、森林經(jīng)營(yíng)方案制定、森林生長(zhǎng)估計(jì)和森林生態(tài)水文功能評(píng)價(jià)等的精細(xì)化管理提供科學(xué)基礎(chǔ)，并促進(jìn)森林生態(tài)水文研究，理解坡面尺度效應(yīng)和發(fā)展尺度轉(zhuǎn)換理論。
1 研究區(qū)概況
香水河小流域地處寧夏固原市涇源縣（E106°09′～ 106°30′，N35°15′～ 35°41′），呈西北—東南走向，海拔范圍為2 060～2 931 m，面積43.73 km2；屬溫帶半濕潤(rùn)氣候，有春寒無(wú)夏、秋短冬長(zhǎng)的特點(diǎn)，年均氣溫6.8 ℃，月均最高和最低氣溫分別為7月份的17.4 ℃和1月份的-7.0 ℃。年均降水量636.8 mm，但集中于7～9月份。土壤類型以灰褐土為主，部分為高山草甸土；土壤厚度一般在60 cm以上，枯落物層厚度在3.6 cm以上。
該小流域內(nèi)森林植被類型豐富，天然林主要樹(shù)種有遼東櫟Quercus liaotungensis、白樺Betula platyphylla、少脈椴Tilia paucicostata；人工林主要為華北落葉松林，占人工林總面積的90%及小流域面積的24%。灌叢主要有甘肅山楂Crataegus kansuensis、華西箭竹Fargesia nitida、蒙古莢迷Viburnum mongolicum、刺薔薇Rosa acicularis等。草本種類主要有鐵桿蒿Artemisa vestita、蕨Pteridium aquilum、東方草莓Fragaria orientalis、苔草Carex gmelinii、艾蒿Artemisa argyi、糙蘇Phlomis umbrosa等。
2 研究方法
香水河小流域內(nèi)72%的華北落葉松人工林均分布在半陽(yáng)坡。因此選擇了一個(gè)代表性的東南坡向的半陽(yáng)坡坡面，在2014年生長(zhǎng)季中期進(jìn)行樣帶布設(shè)及林分結(jié)構(gòu)調(diào)查。該坡面斜坡全長(zhǎng)480.6 m，水平坡長(zhǎng)398.2 m，平均坡度33.7°，海拔變化在2 258.5～2 524.8 m之間。從坡頂至坡腳，布設(shè)了一條寬30 m的樣帶，將其劃分為空間連續(xù)的16塊寬30 m和斜坡長(zhǎng)30 m的樣地。
在坡頂和坡腳各設(shè)一林外自動(dòng)氣象站，將所測(cè)氣象要素根據(jù)各樣地海拔線性插值，求得各樣地的林外氣象要素。
在各樣地中心用手持GPS測(cè)量并記錄經(jīng)緯度和海拔，用羅盤(pán)儀測(cè)量坡度和坡向。各樣地進(jìn)行每木調(diào)查：用胸徑卷尺測(cè)胸徑，精確到0.01 cm；用測(cè)高儀測(cè)量樹(shù)高和枝下高，精確到0.1 m；從樹(shù)干向東、南、西、北四個(gè)方向拉伸皮尺測(cè)定樹(shù)冠半徑，利用其平方平均值計(jì)算冠幅直徑，精確到0.01 m。用目測(cè)法估測(cè)林冠郁閉度、林下灌木覆蓋度和草本覆蓋度。
根據(jù)樣地內(nèi)各株樹(shù)木測(cè)定數(shù)據(jù)，計(jì)算樣地的胸徑、樹(shù)高、優(yōu)勢(shì)木高的平均值。
樣地平均胸徑（D，cm）指各樣地中所有樹(shù)木胸徑的平方平均值（式1）：
樣地平均樹(shù)高（H，m）指各樣地內(nèi)所有樹(shù)木樹(shù)高的算術(shù)平均值（式2）：
式中：Di指樣地內(nèi)第i株樹(shù)木的胸徑(cm)；n為各樣地的樹(shù)木株數(shù)；Hi為樣地內(nèi)第i株樹(shù)木的樹(shù)高(m)。
選各樣地最高的5株樹(shù)木作為優(yōu)勢(shì)木，用式（2）計(jì)算各樣地的優(yōu)勢(shì)木平均高。
在得到各樣地平均胸徑和樹(shù)高后，從坡頂樣地到指定坡面水平長(zhǎng)度的樣地，進(jìn)行樣地胸徑和樹(shù)高的各樣地代表坡段水平長(zhǎng)度的加權(quán)平均，作為從坡頂?shù)街付拥氐钠旅婊瑒?dòng)平均胸徑（Ds）和坡面滑動(dòng)平均樹(shù)高（Hs），其中樹(shù)高進(jìn)行算術(shù)平均 （式3），胸徑進(jìn)行平方平均（式4）。當(dāng)所有樣地參與計(jì)算后，即為整個(gè)坡面的平均胸徑和平均樹(shù)高。
式中：Hj和Dj指不同坡位第j個(gè)樣地的平均樹(shù)高（m）和胸徑（cm）；Sj指第j個(gè)樣地代表的水平坡長(zhǎng)（m）。
用于評(píng)價(jià)樹(shù)高和胸徑的空間尺度效應(yīng)的指標(biāo)是其沿坡滑動(dòng)平均值隨水平坡長(zhǎng)變化的速率，即水平坡長(zhǎng)每增加100 m對(duì)應(yīng)的胸徑和樹(shù)高變化量的絕對(duì)值。
3 結(jié)果與分析
3.1 坡面樹(shù)木生長(zhǎng)整體特征及坡位差異
研究坡面上的華北落葉松人工林均為33年生，各樣地的林下灌木發(fā)育不明顯，覆蓋度在15%左右，主要種類為刺薔薇、華西箭竹、甘肅山楂等。林下草本層發(fā)育明顯，覆蓋度約40%；各樣地草本種類組成相近，以東方草莓和苔草為優(yōu)勢(shì)種。
坡面上各樣地的基本信息見(jiàn)表1。在整個(gè)坡面上，華北落葉松林的林齡均為33 a，平均胸徑為20.42 cm，平均樹(shù)高為16.9 m；優(yōu)勢(shì)木平均高為20.6 m，郁閉度變化在0.62～0.81之間，平均為0.74；除個(gè)別樣地密度較低外，絕大多數(shù)樣地的林分密度為800～950株·hm-2，平均為891株·hm-2。
表1 典型坡面上華北落葉松人工林樣地基本信息Table 1 The basic information of sample plots of L. principis-rupprechtii plantation on representative slope
由于優(yōu)勢(shì)木高較少受密度影響，比平均樹(shù)高更能反映立地質(zhì)量，因此進(jìn)行了不同坡位樣地的胸徑和優(yōu)勢(shì)木高的單因素方差分析，得到結(jié)果見(jiàn)表2。胸徑有如下坡位變化規(guī)律：坡中上＞坡中＞坡中下＞坡上＞坡下，坡下樣地除了與坡上樣地?zé)o顯著差異外，與其它樣地均存在顯著差異， 而其他樣地間差異性不顯著。優(yōu)勢(shì)木平均高在不同坡位的變化為坡中＞坡中下＞坡下＞坡中上＞坡上，坡上樣地的優(yōu)勢(shì)木平均高與坡中樣地出現(xiàn)顯著的差異。
表2 不同坡位處的胸徑、優(yōu)勢(shì)木高生長(zhǎng)情況?Table 2 Growing states of DBH and mean dominant tree height at different slope positions
3.2 樣地樹(shù)木胸徑與樹(shù)高的坡面變化
坡面上各樣地的平均胸徑和平均樹(shù)高都存在著明顯的差異，其中平均胸徑變化在18.47～21.57 cm之間，變幅為3.10 cm；平均樹(shù)高變化在15.0～18.6 m之間，變幅為3.6 m。各樣地優(yōu)勢(shì)木平均高變化為19.4～22.0 m，變幅為2.6 m。
由圖1可知，從坡頂?shù)狡履_，隨坡面水平坡長(zhǎng)增加，樣地平均胸徑、平均樹(shù)高和優(yōu)勢(shì)木平均高都呈現(xiàn)先增加后減小的變化趨勢(shì)，其中平均胸徑和平均樹(shù)高的最大值分別出現(xiàn)在水平坡長(zhǎng)150、220 m處；優(yōu)勢(shì)木平均高最大值出現(xiàn)在240 m處，且坡位差異小于平均樹(shù)高。
為定量評(píng)價(jià)林分生長(zhǎng)指標(biāo)的坡位差異，進(jìn)一步分析了各樣地平均胸徑、樹(shù)高、優(yōu)勢(shì)木高與其坡面加權(quán)平均值的比值隨樣地離開(kāi)坡頂?shù)南鄬?duì)水平坡長(zhǎng)的變化（見(jiàn)圖2）。在離開(kāi)坡頂?shù)南鄬?duì)水平坡長(zhǎng)0～0.71范圍內(nèi)，平均胸徑的比值先增加后降低，且其值除在相對(duì)水平坡長(zhǎng)0.04之前均大于1；之后從0.71到坡腳，比值持續(xù)下降且都小于1。平均樹(shù)高比值的坡面變化較胸徑一致，從坡頂?shù)诫x開(kāi)坡頂?shù)南鄬?duì)水平坡長(zhǎng)0.22范圍內(nèi)，樹(shù)高比值持續(xù)增加但小于1，在0.22～0.80 范圍內(nèi)比值都大于1，呈現(xiàn)先增加后降低的變化；從0.80到坡腳，其值小于1，且持續(xù)下降。樣地優(yōu)勢(shì)木高比值的坡面變化與平均樹(shù)高有明顯差異，雖然整體變化趨勢(shì)一致，但各坡段具體情況不同，在從坡頂?shù)诫x開(kāi)坡頂相對(duì)水平坡長(zhǎng)的0.36范圍內(nèi)，其比值都小于1，隨坡位下降而升高；在0.36～0.93范圍內(nèi)，比值基本上都大于1，雖然有先增加后降低的變化，但坡位差異較??；在0.93至坡腳的小段范圍內(nèi)，其比值又開(kāi)始小于1。
3.3 樹(shù)木胸徑和樹(shù)高的坡面空間尺度效應(yīng)
為分析樣地的樹(shù)木胸徑和樹(shù)高隨坡長(zhǎng)增加而變化的尺度效應(yīng)，計(jì)算了它們從坡頂向坡腳沿水平坡長(zhǎng)增加的滑動(dòng)平均值，表明存在明顯的坡面尺度效應(yīng)（見(jiàn)圖3）。
圖1 華北落葉松人工林樣地的平均胸徑、樹(shù)高和優(yōu)勢(shì)木高隨離坡頂水平距離的變化Fig. 1 Variation of mean DBH, tree height and height of dominant trees of Larix principis-rupprechtii plantation plots along horizontal distance from slope top
隨著坡面水平坡長(zhǎng)增加，胸徑滑動(dòng)平均值先增加后降低。具體表現(xiàn)為：在離開(kāi)坡頂?shù)乃狡麻L(zhǎng)為0～200 m的范圍內(nèi)，胸徑滑動(dòng)平均值持續(xù)增加。樣地平均胸徑的坡面滑動(dòng)平均值（y1，cm）與水平坡長(zhǎng)（x，m）的統(tǒng)計(jì)關(guān)系為：
樣地樹(shù)木平均樹(shù)高的坡面滑動(dòng)平均值隨水平坡長(zhǎng)的變化與胸徑有所不同，由于坡頂樣地樹(shù)高明顯大于其低處幾個(gè)樣地，故而呈現(xiàn)出先降低后增加再降低的變化趨勢(shì)。在離開(kāi)坡頂?shù)乃狡麻L(zhǎng)0～67 m的比值基本上都大于1，雖然有先增加后降低的變化，但坡位差異較??；在0.93至坡腳的小段范圍內(nèi)，其比值又開(kāi)始小于1。
圖2 華北落葉松人工林樣地平均胸徑、樹(shù)高和優(yōu)勢(shì)木高與坡面平均值的比值隨相對(duì)水平坡長(zhǎng)的變化Fig. 2 Variation of ratios of DBH, tree height and dominant tree height of Larix principis-rupprechtii plantation plots to their whole slope average along relative horizontal slope length
圖3 華北落葉松林樣地胸徑、樹(shù)高和優(yōu)勢(shì)木高的坡面滑動(dòng)平均值隨離開(kāi)坡頂水平距離的變化Fig.3 Variation of moving averages of DBH, tree height and dominant tree height of Larix principis-rupprechtii plantation plots along distance from slope top
隨著坡面水平坡長(zhǎng)的增加，胸徑滑動(dòng)平均值先增加后降低。具體表現(xiàn)為：在離開(kāi)坡頂?shù)乃狡麻L(zhǎng)為0～200 m的范圍內(nèi)，胸徑滑動(dòng)平均值持續(xù)增加。樣地平均胸徑的坡面滑動(dòng)平均值（y1，cm）與水平坡長(zhǎng)（x，m）的統(tǒng)計(jì)關(guān)系為：
樣地樹(shù)木平均樹(shù)高的坡面滑動(dòng)平均值隨水平坡長(zhǎng)的變化與胸徑有所不同，由于坡頂樣地樹(shù)高明顯大于其低處幾個(gè)樣地，故而呈現(xiàn)出先降低后增加再降低的變化趨勢(shì)。在離開(kāi)坡頂?shù)乃狡麻L(zhǎng)0～67 m的范圍內(nèi)，樹(shù)高滑動(dòng)平均值降低，之后在水平坡長(zhǎng)67～300 m范圍內(nèi)持續(xù)增加，增到最大值后又開(kāi)始急劇降低。樣地平均樹(shù)高的坡面滑動(dòng)平均值（y2，cm）與水平坡長(zhǎng)（x，m）的統(tǒng)計(jì)關(guān)系為：
由于樣地優(yōu)勢(shì)木樹(shù)高較少受密度影響，其坡面滑動(dòng)平均值隨離開(kāi)坡頂?shù)乃狡麻L(zhǎng)增加的變化規(guī)律性明顯強(qiáng)于平均樹(shù)高，表現(xiàn)為隨水平坡長(zhǎng)增加的單調(diào)上升，但在水平坡長(zhǎng)0～250 m范圍內(nèi)為快速上升，在大于250 m的范圍內(nèi)轉(zhuǎn)為緩慢上升或漸趨穩(wěn)定。樣地優(yōu)勢(shì)木樹(shù)高坡面滑動(dòng)平均值（y3，cm）與水平坡長(zhǎng)（x，m）的統(tǒng)計(jì)關(guān)系為：
4 結(jié)論和討論
4.1 胸徑和樹(shù)高坡位變化的主要影響因子
不少學(xué)者研究了胸徑和樹(shù)高這兩個(gè)重要生長(zhǎng)指標(biāo)的坡位差異，如吉靈波等[23]在云南騰沖的禿杉人工林研究表明，胸徑和樹(shù)高的生長(zhǎng)量均隨坡位下降呈遞增趨勢(shì)，這主要與地勢(shì)較低的山坡下部匯集了坡上流入的水分和養(yǎng)分以及坡下部的日照相對(duì)短、風(fēng)力較弱導(dǎo)致蒸散量小和濕度大有關(guān)。甘國(guó)勇[24]對(duì)福建多個(gè)林場(chǎng)不同立地的紅豆樹(shù)人工林研究表明，林木的胸徑與樹(shù)高年生長(zhǎng)量從下坡、中坡和上坡依次遞減。這兩個(gè)研究結(jié)果與本文的優(yōu)勢(shì)木高坡位變化較為一致，但沒(méi)有樣地平均胸徑和平均樹(shù)高隨坡位下降而先增加后降低的復(fù)雜變化，這可能與本文研究地區(qū)的環(huán)境限制更突出有關(guān)。目前對(duì)于華北落葉松雖然沒(méi)有直接研究胸徑和樹(shù)高的坡位差異，但已有學(xué)者研究了其生長(zhǎng)量的坡位差異，如袁明龍等[25]在冀北山地的研究表明其材積連年及平均生長(zhǎng)速率均隨坡位上升依次減小，這主要是因在高坡位立地的土層薄和水分養(yǎng)分條件差，導(dǎo)致林木生長(zhǎng)較慢。
林分的樹(shù)高和胸徑生長(zhǎng)受到土壤養(yǎng)分[26]和水分、林木間競(jìng)爭(zhēng)[27]、氣象（降水、溫度、輻射等）[28]、地形（海拔（坡位）、坡度、坡向）[29-30]等多因素的共同影響。已有研究[31]表明，六盤(pán)山區(qū)土層厚度、坡向、坡度、海拔高度等立地條件對(duì)華北落葉松生長(zhǎng)都有顯著影響，而在本文研究的坡面上，各樣地土壤厚度均在100 cm以上（見(jiàn)表1），能滿足樹(shù)木根系發(fā)育和營(yíng)養(yǎng)吸收的需求；且該坡面上各坡位樣地的土壤物理性質(zhì)變化不大[32]，故土壤養(yǎng)分和物理性質(zhì)的坡位差異不會(huì)是影響樹(shù)木生長(zhǎng)特征坡位差異的主要因素，因而土壤水分的坡位差異影響可能比養(yǎng)分更重要，尤其在干旱年份和干旱季節(jié)。在該研究坡面上，各坡位樣地的坡向相同，所以不存在坡向的影響。樣地的海拔高度有較大差異（2276.6～2524.5 m），并由此帶來(lái)氣溫和降水的一定差異；樣地的坡度有明顯差異（26.5～37.2°），加之存在水分和養(yǎng)分的坡面再分配，所以會(huì)存在坡位（海拔）和坡度的樹(shù)木生長(zhǎng)影響。本研究坡面上生長(zhǎng)的是人工同齡純林，不存在樹(shù)種和林齡影響，但密度變化范圍較大（704～948株·hm-2），會(huì)對(duì)樹(shù)木胸徑及樹(shù)高產(chǎn)生一定影響。
對(duì)地形和氣象因子與林分平均胸徑、平均樹(shù)高、優(yōu)勢(shì)木平均高的相關(guān)分析（見(jiàn)表3）表明，平均胸徑與坡度呈極顯著負(fù)相關(guān)，與坡位（海拔）引起的降水和氣溫變化相關(guān)性較大，其中與海拔和降水正相關(guān)，與氣溫負(fù)相關(guān)。林分平均樹(shù)高和優(yōu)勢(shì)木平均高與各氣象因子及地形因子均無(wú)顯著相關(guān)，只是胸徑與樹(shù)高、樹(shù)高與優(yōu)勢(shì)木高間存在極顯著和顯著正相關(guān)。
表3 坡面林分樣地的胸徑和樹(shù)高與地形、氣象、植被因子的相關(guān)分析?Table 3 Correlation of DBH and tree height of stand plots with factors of landform, climate and vegetation at the slope studied
綜合來(lái)看，各樣地的坡度和坡位是造成樹(shù)木生長(zhǎng)坡位差異的主要因素，其直接影響可能在于它們會(huì)引起水分和養(yǎng)分的坡面再分配，以及坡位（海拔）會(huì)引起氣溫和降水的差異。然而，由于沒(méi)有進(jìn)行土壤水分、養(yǎng)分和各樣地氣象條件的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，不能進(jìn)行定量分析，需在未來(lái)結(jié)合森林生態(tài)定位研究揭示其數(shù)量關(guān)系和作用機(jī)理。
4.2 坡面樣地樹(shù)高和胸徑變化的尺度效應(yīng)
在分析坡面樣地的平均胸徑、樹(shù)高和優(yōu)勢(shì)木高的空間尺度效應(yīng)時(shí)，將其順坡滑動(dòng)平均值隨水平坡長(zhǎng)增加的變化速率作為評(píng)價(jià)指標(biāo)。圖3表明，坡面樣地平均胸徑的坡面滑動(dòng)平均值隨水平坡長(zhǎng)增加呈現(xiàn)先增加后降低的非單調(diào)變化；平均樹(shù)高的坡面滑動(dòng)平均值表現(xiàn)出比胸徑更復(fù)雜的變化曲線，兼有一個(gè)低谷和一個(gè)高峰；優(yōu)勢(shì)木平均高的坡面滑動(dòng)平均值隨水平坡長(zhǎng)增加呈非線性單調(diào)增加，先是升高較快，后趨于緩慢增加或穩(wěn)定在最大值附近。表明在不同水平坡長(zhǎng)范圍內(nèi)的坡面尺度效應(yīng)存在明顯差異，具體表現(xiàn)為：平均胸徑的坡面滑動(dòng)平均值在離開(kāi)坡頂?shù)?～200 m和200～398 m（至坡腳）的水平距離范圍內(nèi)每增加100 m時(shí)增大0.33 cm和減少0.21 cm；平均樹(shù)高的滑動(dòng)平均值在0～67、67～305、305～398 m（至坡腳）的水平距離范圍內(nèi)每增加100 m時(shí)分別減少1.12 m、增大0.31 m、減少0.10 m；優(yōu)勢(shì)木平均高的坡面滑動(dòng)平均值在0～250、250～398 m（至坡腳）的水平距離范圍內(nèi)每增加100 m時(shí)增大0.42 m和0.07 m。這主要是由于坡度、坡位等的差異，造成土壤含水量的坡面再分配的結(jié)果[34]。在本研究中，坡中位置的坡度分別小于坡中上和坡中下的位置，因此更利于土壤水分的聚集，從而使樹(shù)木生長(zhǎng)較好，使滑動(dòng)平均值在坡中位置相應(yīng)增大。
4.3 樣地值推算坡面均值的尺度轉(zhuǎn)換途徑
胸徑和樹(shù)高是森林經(jīng)營(yíng)管理的最常用生長(zhǎng)指標(biāo)，也是測(cè)算森林生物量、蓄積量的基礎(chǔ)指標(biāo)。由于存在坡面森林生長(zhǎng)的明顯差異，需對(duì)坡面森林的胸徑和樹(shù)高進(jìn)行精確測(cè)算與估計(jì)。由于實(shí)際森林調(diào)查中不可能在坡面上設(shè)立很多樣地進(jìn)行全面調(diào)查，特別是坡面很長(zhǎng)時(shí)，因此往往將典型樣地的調(diào)查值視為整個(gè)坡面的平均值。本研究表明，華北落葉松林坡面樣地的胸徑、樹(shù)高、優(yōu)勢(shì)木高與其坡面加權(quán)平均值的比值存在非線性的沿坡變化。與坡面平均值的比值為1的代表性點(diǎn)位對(duì)胸徑為離開(kāi)坡頂 15 m（相對(duì)坡長(zhǎng)0.04）和274 m（相對(duì)坡長(zhǎng)0.71）處，對(duì)樹(shù)高為85 m（相對(duì)坡長(zhǎng)0.22）和309 m（相對(duì)坡長(zhǎng)0.80）處，對(duì)優(yōu)勢(shì)木高為139 m（相對(duì)坡長(zhǎng)0.36）和359 m（相對(duì)水平坡長(zhǎng)0.93）處，這些特殊坡位樣地的調(diào)查值可代表整個(gè)坡面。與常規(guī)想象的不同，代表性坡位不是在坡面中部，而是隨生長(zhǎng)指標(biāo)不同出現(xiàn)在坡面中下部或中上部。
研究坡面上各樣地的平均胸徑、平均樹(shù)高和優(yōu)勢(shì)木平均高與其坡面平均值的比值（Y1、Y2、Y3，小數(shù)）隨相對(duì)水平坡長(zhǎng)（樣地離開(kāi)坡頂水平距離/整個(gè)坡面水平坡長(zhǎng)）（X，小數(shù)）變化的回歸關(guān)系式分別為：Y1= -0.312 8X2+ 0.239 1X+0.98 64（R2= 0.56）、Y2=-0.483 4X3+ 0.304 3X2+0.125 0X +0.959 2（R2= 0.43）、Y3= -0.177 5X2+ 0.230 8X +0.941 6（R2= 0.26）。與同處六盤(pán)山區(qū)但具有半干旱氣候的疊疊溝小流域的坡面華北落葉松林的生物量及葉面積指數(shù)相比[33]，香水河小流域坡面華北落葉松林的樹(shù)高和胸徑與坡面平均值的比值的坡位變化回歸關(guān)系式的R2值較低，是由于香水河小流域處于半濕潤(rùn)區(qū)，土壤水分的坡位差異較小，導(dǎo)致樹(shù)木生長(zhǎng)的坡位差異也較小。即便如此，仍可利用這些關(guān)系將不同長(zhǎng)度坡面上不同坡位的樣地調(diào)查值推算出整個(gè)坡面的平均值。當(dāng)然，如果應(yīng)用地區(qū)的氣候條件、坡面長(zhǎng)度等與本文調(diào)查坡面相差較大，可能會(huì)因坡面水分再分配格局不同而產(chǎn)生較大估計(jì)偏差，因此一方面需在推廣應(yīng)用時(shí)有所限制，一方面需未來(lái)在更多地域和更多坡面開(kāi)展研究，以尋找樹(shù)木生長(zhǎng)指標(biāo)的坡位差異和尺度效應(yīng)與尺度轉(zhuǎn)換的普遍規(guī)律。
4.4 結(jié) 論
（1）生長(zhǎng)指標(biāo)存在坡位差異
在整個(gè)調(diào)查坡面上，華北落葉松人工林的胸徑、樹(shù)高、優(yōu)勢(shì)木高平均值分別為20.42 cm、16.9 m、20.6 m，其變化范圍分別為18.47～21.57 cm、15.0～18.6 m、19.4～22.0 m。由于坡位和坡度等地形因子導(dǎo)致了土壤水分和養(yǎng)分的坡面再分配及降水和溫度等氣象條件的坡位差異，使得林分生長(zhǎng)指標(biāo)存在明顯坡面變化，表現(xiàn)為隨坡位下降先增加后減小的整體變化趨勢(shì)，但具體指標(biāo)有所差異，平均胸徑、平均樹(shù)高和優(yōu)勢(shì)木平均高的最大值分別出現(xiàn)在水平坡長(zhǎng)150、220、240 m處。
（2）生長(zhǎng)指標(biāo)具有坡面尺度效應(yīng)
林分的胸徑、樹(shù)高以及優(yōu)勢(shì)木高的平均值存在明顯的坡面尺度效應(yīng)，且在不同坡段表現(xiàn)不同。平均胸徑在0～200、200～398 m（至坡腳）范圍內(nèi)，離開(kāi)坡頂水平距離每增加100 m，滑動(dòng)平均值分別增加0.33 cm和減少0.21 cm；平均樹(shù)高在0～67、67～305、305～398 m（至坡腳）范圍內(nèi)，水平距離每增加100 m，滑動(dòng)平均值分別減少1.12 m、增加0.31 m、減少0.10 m；優(yōu)勢(shì)木平均高在0～250 m、250～398 m范圍內(nèi)，水平距離每增加100 m，滑動(dòng)平均值分別增加0.42 m和0.07 m。
（3）可實(shí)現(xiàn)樣地到坡面的尺度轉(zhuǎn)換
建立了不同坡位各樣地的胸徑、樹(shù)高、優(yōu)勢(shì)木高的平均值與坡面加權(quán)平均值的比值隨離開(kāi)坡頂相對(duì)水平坡長(zhǎng)的關(guān)系式，藉此可由特定樣地的測(cè)定值推算整個(gè)坡面的平均值及其它樣地的數(shù)值，從而實(shí)現(xiàn)從樣地到坡面的尺度轉(zhuǎn)換。
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Slope variation and scale effect of tree height and DBH of Larix principisrupprechtii plantations along a slope: A case study of Xiangshui watershed of Liupan Mountains
DENG Xiu-xiu1,2, WANG Yun-ni2, WANG Yan-hui2, WANG Zhong-cheng1, XIONG Wei2, YU Peng-tao2, ZHANG Tong2,3
(1. Colleague of Forestry, Central South University of Forestry and Technology, Changsha 410004, Hunan, China; 2. Institute of Forest Ecology, Environment and Protection, Key Laboratory of Forestry Ecology and Environment of State Forestry Administration, Chinese Academy of Forestry, Beijing 100091, China; 3. School of Soil and Water Conservation, Beijing Forestry University, Beijing 100083, China)
This paper selected a representative slope with a horizontal length of 398.2 m and covered by 33 years-old Larix principisrupprechtii plantation in the small watershed of Xiangshuihe of Liupan Mountains, the variation of tree height and DBH along the slope length and their scale effect were investigated and analyzed. Results showed that: (1) Both the DBH and tree height presented a changing tendency of fi rstly increase and then decrease along the slope from top to foot. (2) The regression relations showing the variation of the moving averages of mean DBH, mean tree height and mean height of dominant trees with increasing horizontal distance from slope top were fi tted. With these relations, the slope scale effect of the three growth parameters was calculated. With a 100 m increase of the horizontal distance downwards, the moving average of the stand mean DBH increased by 0.33 m in the horizontal distance range of 0～200 m, and decreased by 0.21 m in the range of 200～398 m; the moving average of tree height decreased by 1.12 m in the range of 0～67 m, increased by 0.31 m in the range of 67～305 m, and decreased by 0.10 m in the range of 305～398 m; the moving average of the height of dominant trees increased by 0.42 m in the range of 0～250 m, and increased by 0.07 m in the range of 250～398 m. (3)The relations were fi tted to express the slope variation of the ratios of the plots means of DBH, tree height and the height of dominant trees(Y1, Y2, Y3, decimal) to their slope average with the relative horizontal distance from slope top (X, decimal): Y1= -0.312 8X2+ 0.239 1X+0.986 4 (R2= 0.56), Y2=-0.483 4X3+0.304 3X2+0.125 0X+ 0.959 2 (R2= 0.43), Y3= -0.177 5X2+0.230 8X +0.941 6 (R2= 0.26). Using these relations, the whole slope averages of stand growth parameters can be calculated based on the measured values of a plot with a certain slope position, and the up-scaling of stand growth parameters can be realized.
Larix principis-rupprechtii; DBH; tree height; slope variation; scale effect; Liupan Mountains
S718.51
A
1673-923X(2016)05-0121-08
10.14067/j.cnki.1673-923x.2016.05.022
2015-07-10
科技部“十二五”農(nóng)村領(lǐng)域國(guó)家科技計(jì)劃（2012BAD22B03）；國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（41230852、41390461、41471029）；長(zhǎng)沙市典型森林生態(tài)系統(tǒng)固土保肥價(jià)值研究；國(guó)家林業(yè)局寧夏六盤(pán)山森林生態(tài)站資助目
鄧秀秀，碩士研究生 通訊作者：王忠誠(chéng)，副教授，博士；E-mail：wzc366@163.com
鄧秀秀，王云霓，王彥輝，等. 華北落葉松人工林樹(shù)高和胸徑的坡位差異與坡面尺度效應(yīng)——以六盤(pán)山香水河小流域?yàn)槔齕J].中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2016, 36(5): 121-128.
[本文編校：謝榮秀]
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中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報(bào)2016年5期
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鄧秀秀 ，王云霓 ，王彥輝 ，王忠誠(chéng) ，熊 偉 ，于澎濤 ，張 桐 ,
（1. 中南林業(yè)科技大學(xué) 林學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410004；2. 中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院 森林生態(tài)環(huán)境與保護(hù)研究所 國(guó)家林業(yè)局森林生態(tài)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100091；3. 北京林業(yè)大學(xué) 水土保持學(xué)院，北京 100083）
華北落葉松人工林樹(shù)高和胸徑的坡位差異與坡面尺度效應(yīng)
——以六盤(pán)山香水河小流域?yàn)槔?/p>
鄧秀秀1,2，王云霓2，王彥輝2，王忠誠(chéng)1，熊 偉2，于澎濤2，張 桐2,3
（1. 中南林業(yè)科技大學(xué) 林學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410004；2. 中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院 森林生態(tài)環(huán)境與保護(hù)研究所 國(guó)家林業(yè)局森林生態(tài)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100091；3. 北京林業(yè)大學(xué) 水土保持學(xué)院，北京 100083）
在六盤(pán)山香水河小流域選擇了一個(gè)水平長(zhǎng)398.2 m和生長(zhǎng)33年生華北落葉松人工林的典型坡面，調(diào)查分析了華北落葉松胸徑與樹(shù)高的坡位差異及隨坡面水平長(zhǎng)度變化的空間尺度效應(yīng)。結(jié)果表明：（1）林分的胸徑和樹(shù)高都存在明顯的坡位差異，從坡頂向下均表現(xiàn)為先增加后減小的變化趨勢(shì)。（2）林分平均胸徑、平均樹(shù)高、優(yōu)勢(shì)木平均高均存在坡面尺度效應(yīng)，即平均胸徑的坡面滑動(dòng)平均值在離開(kāi)坡頂?shù)?～200 m和200～398 m的水平距離范圍內(nèi)每增加100 m時(shí)增大0.33 cm和減少0.21 cm；平均樹(shù)高的滑動(dòng)平均值在0～67 、67～305、305～398 m的水平距離范圍內(nèi)每增加100 m時(shí)分別減少1.12 m、增大0.31 m、減少0.10 m；優(yōu)勢(shì)木平均高的坡面滑動(dòng)平均值在0～250 m、250～398 m的水平距離范圍內(nèi)每增加100 m時(shí)增大0.42 m和0.07 m。（3)各樣地的平均胸徑、平均樹(shù)高、優(yōu)勢(shì)木平均高與坡面加權(quán)平均值的比值（Y1、Y2、Y3，小數(shù)）隨離開(kāi)坡頂相對(duì)水平坡長(zhǎng)（X，小數(shù)）變化的數(shù)量關(guān)系為：Y1= -0.312 8X2+ 0.239 1X+0.986 4（R2= 0.56）、Y2=-0.483 4X3+0.304 3X2+0.125 0X + 0.959 2 （R2= 0.43）、Y3= -0.177 5X2+ 0.230 8X+0.941 6（R2= 0.26），藉此可由特定坡位的樣地調(diào)查值推算整個(gè)坡面平均值，實(shí)現(xiàn)樹(shù)木生長(zhǎng)指標(biāo)從樣地到坡面的尺度轉(zhuǎn)換。
華北落葉松；胸徑；樹(shù)高；坡面變化；尺度效應(yīng)；六盤(pán)山
林分結(jié)構(gòu)指標(biāo)是描述森林質(zhì)量和制定經(jīng)營(yíng)決策的重要基礎(chǔ)，是對(duì)更新、生長(zhǎng)、競(jìng)爭(zhēng)、自然稀疏等林分發(fā)育過(guò)程和人類經(jīng)營(yíng)干擾活動(dòng)等的綜合反映[1]，同時(shí)又是評(píng)價(jià)森林生態(tài)系統(tǒng)的生物多樣性保護(hù)[2]、水土保持[3]、水文調(diào)節(jié)[4]、土壤改良[5-6]等服務(wù)功能的依據(jù)。不同林分結(jié)構(gòu)會(huì)造成林下灌草生長(zhǎng)[7]、樹(shù)木病蟲(chóng)害抵抗能力[8]、土壤有機(jī)碳含量[9]、水源涵養(yǎng)能力[10]等的顯著差異，并造成森林的生物量、碳密度、木材蓄積量及價(jià)值等的顯著不同。
胸徑和樹(shù)高是最主要和最基本的林分結(jié)構(gòu)指標(biāo)，相關(guān)研究集中在林分胸徑和樹(shù)高的組成分布上[11-15]，但這些均是在林分樣地尺度上開(kāi)展的。林木的生長(zhǎng)與立地及氣候條件密切相關(guān)[16]。在西北地區(qū)，降水及溫度等氣象條件往往是限制樹(shù)木生長(zhǎng)的主要因子[17]，尤其土壤水分具有直接限制作用，但其限制作用具有地形差異[18]，如有關(guān)學(xué)者[19]研究了生物多樣性、葉面積指數(shù)、胸高斷面積等林分結(jié)構(gòu)指標(biāo)隨海拔的變化，以及胸徑和樹(shù)高的組成結(jié)構(gòu)[20]與分布范圍[21]的海拔差異。樹(shù)高和胸徑的生長(zhǎng)也存在著明顯的坡位差異，如福建壽寧縣的巨尾桉表現(xiàn)為坡下＞坡中＞坡上[22]。但是，當(dāng)前對(duì)胸徑和樹(shù)高等樹(shù)木生長(zhǎng)指標(biāo)空間變化的研究多集中在坡位比較和海拔差異方面，缺乏介于樣地尺度和山體（海拔）尺度之間的山坡尺度范圍內(nèi)的變化規(guī)律研究。事實(shí)上，在坡面尺度范圍內(nèi)，存在著土壤厚度、土壤水分、土壤養(yǎng)分、微氣候等方面的明顯差異，并可能導(dǎo)致樹(shù)木生長(zhǎng)指標(biāo)的坡面變化，然而目前還未見(jiàn)到樹(shù)木胸徑和樹(shù)高的坡面變化規(guī)律及空間尺度效應(yīng)的研究，這限制著對(duì)坡面森林結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)確描述和精細(xì)經(jīng)營(yíng)。
華北落葉松Larix principis-rupprechtii是我國(guó)北方地區(qū)的主要造林樹(shù)種。在寧夏六盤(pán)山地區(qū)，自20世紀(jì)70年代引入后開(kāi)展了大面積造林，已成為當(dāng)?shù)刈钪匾娜斯ち謽?shù)種，發(fā)揮著水源涵養(yǎng)、水土保持、木材生產(chǎn)和風(fēng)景游憩等方面的重要作用。本研究在具半濕潤(rùn)氣候的六盤(pán)山香水河小流域的一個(gè)華北落葉松同齡人工林典型坡面上，對(duì)不同坡位設(shè)立的空間連續(xù)樣地進(jìn)行林分結(jié)構(gòu)調(diào)查，分析胸徑和樹(shù)高的坡位變化及其坡面空間尺度效應(yīng)，以期為森林資源清查、森林經(jīng)營(yíng)方案制定、森林生長(zhǎng)估計(jì)和森林生態(tài)水文功能評(píng)價(jià)等的精細(xì)化管理提供科學(xué)基礎(chǔ)，并促進(jìn)森林生態(tài)水文研究，理解坡面尺度效應(yīng)和發(fā)展尺度轉(zhuǎn)換理論。
1 研究區(qū)概況
香水河小流域地處寧夏固原市涇源縣（E106°09′～ 106°30′，N35°15′～ 35°41′），呈西北—東南走向，海拔范圍為2 060～2 931 m，面積43.73 km2；屬溫帶半濕潤(rùn)氣候，有春寒無(wú)夏、秋短冬長(zhǎng)的特點(diǎn)，年均氣溫6.8 ℃，月均最高和最低氣溫分別為7月份的17.4 ℃和1月份的-7.0 ℃。年均降水量636.8 mm，但集中于7～9月份。土壤類型以灰褐土為主，部分為高山草甸土；土壤厚度一般在60 cm以上，枯落物層厚度在3.6 cm以上。
該小流域內(nèi)森林植被類型豐富，天然林主要樹(shù)種有遼東櫟Quercus liaotungensis、白樺Betula platyphylla、少脈椴Tilia paucicostata；人工林主要為華北落葉松林，占人工林總面積的90%及小流域面積的24%。灌叢主要有甘肅山楂Crataegus kansuensis、華西箭竹Fargesia nitida、蒙古莢迷Viburnum mongolicum、刺薔薇Rosa acicularis等。草本種類主要有鐵桿蒿Artemisa vestita、蕨Pteridium aquilum、東方草莓Fragaria orientalis、苔草Carex gmelinii、艾蒿Artemisa argyi、糙蘇Phlomis umbrosa等。
2 研究方法
香水河小流域內(nèi)72%的華北落葉松人工林均分布在半陽(yáng)坡。因此選擇了一個(gè)代表性的東南坡向的半陽(yáng)坡坡面，在2014年生長(zhǎng)季中期進(jìn)行樣帶布設(shè)及林分結(jié)構(gòu)調(diào)查。該坡面斜坡全長(zhǎng)480.6 m，水平坡長(zhǎng)398.2 m，平均坡度33.7°，海拔變化在2 258.5～2 524.8 m之間。從坡頂至坡腳，布設(shè)了一條寬30 m的樣帶，將其劃分為空間連續(xù)的16塊寬30 m和斜坡長(zhǎng)30 m的樣地。
在坡頂和坡腳各設(shè)一林外自動(dòng)氣象站，將所測(cè)氣象要素根據(jù)各樣地海拔線性插值，求得各樣地的林外氣象要素。
在各樣地中心用手持GPS測(cè)量并記錄經(jīng)緯度和海拔，用羅盤(pán)儀測(cè)量坡度和坡向。各樣地進(jìn)行每木調(diào)查：用胸徑卷尺測(cè)胸徑，精確到0.01 cm；用測(cè)高儀測(cè)量樹(shù)高和枝下高，精確到0.1 m；從樹(shù)干向東、南、西、北四個(gè)方向拉伸皮尺測(cè)定樹(shù)冠半徑，利用其平方平均值計(jì)算冠幅直徑，精確到0.01 m。用目測(cè)法估測(cè)林冠郁閉度、林下灌木覆蓋度和草本覆蓋度。
根據(jù)樣地內(nèi)各株樹(shù)木測(cè)定數(shù)據(jù)，計(jì)算樣地的胸徑、樹(shù)高、優(yōu)勢(shì)木高的平均值。
樣地平均胸徑（D，cm）指各樣地中所有樹(shù)木胸徑的平方平均值（式1）：
樣地平均樹(shù)高（H，m）指各樣地內(nèi)所有樹(shù)木樹(shù)高的算術(shù)平均值（式2）：
式中：Di指樣地內(nèi)第i株樹(shù)木的胸徑(cm)；n為各樣地的樹(shù)木株數(shù)；Hi為樣地內(nèi)第i株樹(shù)木的樹(shù)高(m)。
選各樣地最高的5株樹(shù)木作為優(yōu)勢(shì)木，用式（2）計(jì)算各樣地的優(yōu)勢(shì)木平均高。
在得到各樣地平均胸徑和樹(shù)高后，從坡頂樣地到指定坡面水平長(zhǎng)度的樣地，進(jìn)行樣地胸徑和樹(shù)高的各樣地代表坡段水平長(zhǎng)度的加權(quán)平均，作為從坡頂?shù)街付拥氐钠旅婊瑒?dòng)平均胸徑（Ds）和坡面滑動(dòng)平均樹(shù)高（Hs），其中樹(shù)高進(jìn)行算術(shù)平均 （式3），胸徑進(jìn)行平方平均（式4）。當(dāng)所有樣地參與計(jì)算后，即為整個(gè)坡面的平均胸徑和平均樹(shù)高。
式中：Hj和Dj指不同坡位第j個(gè)樣地的平均樹(shù)高（m）和胸徑（cm）；Sj指第j個(gè)樣地代表的水平坡長(zhǎng)（m）。
用于評(píng)價(jià)樹(shù)高和胸徑的空間尺度效應(yīng)的指標(biāo)是其沿坡滑動(dòng)平均值隨水平坡長(zhǎng)變化的速率，即水平坡長(zhǎng)每增加100 m對(duì)應(yīng)的胸徑和樹(shù)高變化量的絕對(duì)值。
3 結(jié)果與分析
3.1 坡面樹(shù)木生長(zhǎng)整體特征及坡位差異
研究坡面上的華北落葉松人工林均為33年生，各樣地的林下灌木發(fā)育不明顯，覆蓋度在15%左右，主要種類為刺薔薇、華西箭竹、甘肅山楂等。林下草本層發(fā)育明顯，覆蓋度約40%；各樣地草本種類組成相近，以東方草莓和苔草為優(yōu)勢(shì)種。
坡面上各樣地的基本信息見(jiàn)表1。在整個(gè)坡面上，華北落葉松林的林齡均為33 a，平均胸徑為20.42 cm，平均樹(shù)高為16.9 m；優(yōu)勢(shì)木平均高為20.6 m，郁閉度變化在0.62～0.81之間，平均為0.74；除個(gè)別樣地密度較低外，絕大多數(shù)樣地的林分密度為800～950株·hm-2，平均為891株·hm-2。
表1 典型坡面上華北落葉松人工林樣地基本信息Table 1 The basic information of sample plots of L. principis-rupprechtii plantation on representative slope
由于優(yōu)勢(shì)木高較少受密度影響，比平均樹(shù)高更能反映立地質(zhì)量，因此進(jìn)行了不同坡位樣地的胸徑和優(yōu)勢(shì)木高的單因素方差分析，得到結(jié)果見(jiàn)表2。胸徑有如下坡位變化規(guī)律：坡中上＞坡中＞坡中下＞坡上＞坡下，坡下樣地除了與坡上樣地?zé)o顯著差異外，與其它樣地均存在顯著差異， 而其他樣地間差異性不顯著。優(yōu)勢(shì)木平均高在不同坡位的變化為坡中＞坡中下＞坡下＞坡中上＞坡上，坡上樣地的優(yōu)勢(shì)木平均高與坡中樣地出現(xiàn)顯著的差異。
表2 不同坡位處的胸徑、優(yōu)勢(shì)木高生長(zhǎng)情況?Table 2 Growing states of DBH and mean dominant tree height at different slope positions
3.2 樣地樹(shù)木胸徑與樹(shù)高的坡面變化
坡面上各樣地的平均胸徑和平均樹(shù)高都存在著明顯的差異，其中平均胸徑變化在18.47～21.57 cm之間，變幅為3.10 cm；平均樹(shù)高變化在15.0～18.6 m之間，變幅為3.6 m。各樣地優(yōu)勢(shì)木平均高變化為19.4～22.0 m，變幅為2.6 m。
由圖1可知，從坡頂?shù)狡履_，隨坡面水平坡長(zhǎng)增加，樣地平均胸徑、平均樹(shù)高和優(yōu)勢(shì)木平均高都呈現(xiàn)先增加后減小的變化趨勢(shì)，其中平均胸徑和平均樹(shù)高的最大值分別出現(xiàn)在水平坡長(zhǎng)150、220 m處；優(yōu)勢(shì)木平均高最大值出現(xiàn)在240 m處，且坡位差異小于平均樹(shù)高。
為定量評(píng)價(jià)林分生長(zhǎng)指標(biāo)的坡位差異，進(jìn)一步分析了各樣地平均胸徑、樹(shù)高、優(yōu)勢(shì)木高與其坡面加權(quán)平均值的比值隨樣地離開(kāi)坡頂?shù)南鄬?duì)水平坡長(zhǎng)的變化（見(jiàn)圖2）。在離開(kāi)坡頂?shù)南鄬?duì)水平坡長(zhǎng)0～0.71范圍內(nèi)，平均胸徑的比值先增加后降低，且其值除在相對(duì)水平坡長(zhǎng)0.04之前均大于1；之后從0.71到坡腳，比值持續(xù)下降且都小于1。平均樹(shù)高比值的坡面變化較胸徑一致，從坡頂?shù)诫x開(kāi)坡頂?shù)南鄬?duì)水平坡長(zhǎng)0.22范圍內(nèi)，樹(shù)高比值持續(xù)增加但小于1，在0.22～0.80 范圍內(nèi)比值都大于1，呈現(xiàn)先增加后降低的變化；從0.80到坡腳，其值小于1，且持續(xù)下降。樣地優(yōu)勢(shì)木高比值的坡面變化與平均樹(shù)高有明顯差異，雖然整體變化趨勢(shì)一致，但各坡段具體情況不同，在從坡頂?shù)诫x開(kāi)坡頂相對(duì)水平坡長(zhǎng)的0.36范圍內(nèi)，其比值都小于1，隨坡位下降而升高；在0.36～0.93范圍內(nèi)，比值基本上都大于1，雖然有先增加后降低的變化，但坡位差異較??；在0.93至坡腳的小段范圍內(nèi)，其比值又開(kāi)始小于1。
3.3 樹(shù)木胸徑和樹(shù)高的坡面空間尺度效應(yīng)
為分析樣地的樹(shù)木胸徑和樹(shù)高隨坡長(zhǎng)增加而變化的尺度效應(yīng)，計(jì)算了它們從坡頂向坡腳沿水平坡長(zhǎng)增加的滑動(dòng)平均值，表明存在明顯的坡面尺度效應(yīng)（見(jiàn)圖3）。
圖1 華北落葉松人工林樣地的平均胸徑、樹(shù)高和優(yōu)勢(shì)木高隨離坡頂水平距離的變化Fig. 1 Variation of mean DBH, tree height and height of dominant trees of Larix principis-rupprechtii plantation plots along horizontal distance from slope top
隨著坡面水平坡長(zhǎng)增加，胸徑滑動(dòng)平均值先增加后降低。具體表現(xiàn)為：在離開(kāi)坡頂?shù)乃狡麻L(zhǎng)為0～200 m的范圍內(nèi)，胸徑滑動(dòng)平均值持續(xù)增加。樣地平均胸徑的坡面滑動(dòng)平均值（y1，cm）與水平坡長(zhǎng)（x，m）的統(tǒng)計(jì)關(guān)系為：
樣地樹(shù)木平均樹(shù)高的坡面滑動(dòng)平均值隨水平坡長(zhǎng)的變化與胸徑有所不同，由于坡頂樣地樹(shù)高明顯大于其低處幾個(gè)樣地，故而呈現(xiàn)出先降低后增加再降低的變化趨勢(shì)。在離開(kāi)坡頂?shù)乃狡麻L(zhǎng)0～67 m的比值基本上都大于1，雖然有先增加后降低的變化，但坡位差異較??；在0.93至坡腳的小段范圍內(nèi)，其比值又開(kāi)始小于1。
圖2 華北落葉松人工林樣地平均胸徑、樹(shù)高和優(yōu)勢(shì)木高與坡面平均值的比值隨相對(duì)水平坡長(zhǎng)的變化Fig. 2 Variation of ratios of DBH, tree height and dominant tree height of Larix principis-rupprechtii plantation plots to their whole slope average along relative horizontal slope length
圖3 華北落葉松林樣地胸徑、樹(shù)高和優(yōu)勢(shì)木高的坡面滑動(dòng)平均值隨離開(kāi)坡頂水平距離的變化Fig.3 Variation of moving averages of DBH, tree height and dominant tree height of Larix principis-rupprechtii plantation plots along distance from slope top
隨著坡面水平坡長(zhǎng)的增加，胸徑滑動(dòng)平均值先增加后降低。具體表現(xiàn)為：在離開(kāi)坡頂?shù)乃狡麻L(zhǎng)為0～200 m的范圍內(nèi)，胸徑滑動(dòng)平均值持續(xù)增加。樣地平均胸徑的坡面滑動(dòng)平均值（y1，cm）與水平坡長(zhǎng)（x，m）的統(tǒng)計(jì)關(guān)系為：
樣地樹(shù)木平均樹(shù)高的坡面滑動(dòng)平均值隨水平坡長(zhǎng)的變化與胸徑有所不同，由于坡頂樣地樹(shù)高明顯大于其低處幾個(gè)樣地，故而呈現(xiàn)出先降低后增加再降低的變化趨勢(shì)。在離開(kāi)坡頂?shù)乃狡麻L(zhǎng)0～67 m的范圍內(nèi)，樹(shù)高滑動(dòng)平均值降低，之后在水平坡長(zhǎng)67～300 m范圍內(nèi)持續(xù)增加，增到最大值后又開(kāi)始急劇降低。樣地平均樹(shù)高的坡面滑動(dòng)平均值（y2，cm）與水平坡長(zhǎng)（x，m）的統(tǒng)計(jì)關(guān)系為：
由于樣地優(yōu)勢(shì)木樹(shù)高較少受密度影響，其坡面滑動(dòng)平均值隨離開(kāi)坡頂?shù)乃狡麻L(zhǎng)增加的變化規(guī)律性明顯強(qiáng)于平均樹(shù)高，表現(xiàn)為隨水平坡長(zhǎng)增加的單調(diào)上升，但在水平坡長(zhǎng)0～250 m范圍內(nèi)為快速上升，在大于250 m的范圍內(nèi)轉(zhuǎn)為緩慢上升或漸趨穩(wěn)定。樣地優(yōu)勢(shì)木樹(shù)高坡面滑動(dòng)平均值（y3，cm）與水平坡長(zhǎng)（x，m）的統(tǒng)計(jì)關(guān)系為：
4 結(jié)論和討論
4.1 胸徑和樹(shù)高坡位變化的主要影響因子
不少學(xué)者研究了胸徑和樹(shù)高這兩個(gè)重要生長(zhǎng)指標(biāo)的坡位差異，如吉靈波等[23]在云南騰沖的禿杉人工林研究表明，胸徑和樹(shù)高的生長(zhǎng)量均隨坡位下降呈遞增趨勢(shì)，這主要與地勢(shì)較低的山坡下部匯集了坡上流入的水分和養(yǎng)分以及坡下部的日照相對(duì)短、風(fēng)力較弱導(dǎo)致蒸散量小和濕度大有關(guān)。甘國(guó)勇[24]對(duì)福建多個(gè)林場(chǎng)不同立地的紅豆樹(shù)人工林研究表明，林木的胸徑與樹(shù)高年生長(zhǎng)量從下坡、中坡和上坡依次遞減。這兩個(gè)研究結(jié)果與本文的優(yōu)勢(shì)木高坡位變化較為一致，但沒(méi)有樣地平均胸徑和平均樹(shù)高隨坡位下降而先增加后降低的復(fù)雜變化，這可能與本文研究地區(qū)的環(huán)境限制更突出有關(guān)。目前對(duì)于華北落葉松雖然沒(méi)有直接研究胸徑和樹(shù)高的坡位差異，但已有學(xué)者研究了其生長(zhǎng)量的坡位差異，如袁明龍等[25]在冀北山地的研究表明其材積連年及平均生長(zhǎng)速率均隨坡位上升依次減小，這主要是因在高坡位立地的土層薄和水分養(yǎng)分條件差，導(dǎo)致林木生長(zhǎng)較慢。
林分的樹(shù)高和胸徑生長(zhǎng)受到土壤養(yǎng)分[26]和水分、林木間競(jìng)爭(zhēng)[27]、氣象（降水、溫度、輻射等）[28]、地形（海拔（坡位）、坡度、坡向）[29-30]等多因素的共同影響。已有研究[31]表明，六盤(pán)山區(qū)土層厚度、坡向、坡度、海拔高度等立地條件對(duì)華北落葉松生長(zhǎng)都有顯著影響，而在本文研究的坡面上，各樣地土壤厚度均在100 cm以上（見(jiàn)表1），能滿足樹(shù)木根系發(fā)育和營(yíng)養(yǎng)吸收的需求；且該坡面上各坡位樣地的土壤物理性質(zhì)變化不大[32]，故土壤養(yǎng)分和物理性質(zhì)的坡位差異不會(huì)是影響樹(shù)木生長(zhǎng)特征坡位差異的主要因素，因而土壤水分的坡位差異影響可能比養(yǎng)分更重要，尤其在干旱年份和干旱季節(jié)。在該研究坡面上，各坡位樣地的坡向相同，所以不存在坡向的影響。樣地的海拔高度有較大差異（2276.6～2524.5 m），并由此帶來(lái)氣溫和降水的一定差異；樣地的坡度有明顯差異（26.5～37.2°），加之存在水分和養(yǎng)分的坡面再分配，所以會(huì)存在坡位（海拔）和坡度的樹(shù)木生長(zhǎng)影響。本研究坡面上生長(zhǎng)的是人工同齡純林，不存在樹(shù)種和林齡影響，但密度變化范圍較大（704～948株·hm-2），會(huì)對(duì)樹(shù)木胸徑及樹(shù)高產(chǎn)生一定影響。
對(duì)地形和氣象因子與林分平均胸徑、平均樹(shù)高、優(yōu)勢(shì)木平均高的相關(guān)分析（見(jiàn)表3）表明，平均胸徑與坡度呈極顯著負(fù)相關(guān)，與坡位（海拔）引起的降水和氣溫變化相關(guān)性較大，其中與海拔和降水正相關(guān)，與氣溫負(fù)相關(guān)。林分平均樹(shù)高和優(yōu)勢(shì)木平均高與各氣象因子及地形因子均無(wú)顯著相關(guān)，只是胸徑與樹(shù)高、樹(shù)高與優(yōu)勢(shì)木高間存在極顯著和顯著正相關(guān)。
表3 坡面林分樣地的胸徑和樹(shù)高與地形、氣象、植被因子的相關(guān)分析?Table 3 Correlation of DBH and tree height of stand plots with factors of landform, climate and vegetation at the slope studied
綜合來(lái)看，各樣地的坡度和坡位是造成樹(shù)木生長(zhǎng)坡位差異的主要因素，其直接影響可能在于它們會(huì)引起水分和養(yǎng)分的坡面再分配，以及坡位（海拔）會(huì)引起氣溫和降水的差異。然而，由于沒(méi)有進(jìn)行土壤水分、養(yǎng)分和各樣地氣象條件的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，不能進(jìn)行定量分析，需在未來(lái)結(jié)合森林生態(tài)定位研究揭示其數(shù)量關(guān)系和作用機(jī)理。
4.2 坡面樣地樹(shù)高和胸徑變化的尺度效應(yīng)
在分析坡面樣地的平均胸徑、樹(shù)高和優(yōu)勢(shì)木高的空間尺度效應(yīng)時(shí)，將其順坡滑動(dòng)平均值隨水平坡長(zhǎng)增加的變化速率作為評(píng)價(jià)指標(biāo)。圖3表明，坡面樣地平均胸徑的坡面滑動(dòng)平均值隨水平坡長(zhǎng)增加呈現(xiàn)先增加后降低的非單調(diào)變化；平均樹(shù)高的坡面滑動(dòng)平均值表現(xiàn)出比胸徑更復(fù)雜的變化曲線，兼有一個(gè)低谷和一個(gè)高峰；優(yōu)勢(shì)木平均高的坡面滑動(dòng)平均值隨水平坡長(zhǎng)增加呈非線性單調(diào)增加，先是升高較快，后趨于緩慢增加或穩(wěn)定在最大值附近。表明在不同水平坡長(zhǎng)范圍內(nèi)的坡面尺度效應(yīng)存在明顯差異，具體表現(xiàn)為：平均胸徑的坡面滑動(dòng)平均值在離開(kāi)坡頂?shù)?～200 m和200～398 m（至坡腳）的水平距離范圍內(nèi)每增加100 m時(shí)增大0.33 cm和減少0.21 cm；平均樹(shù)高的滑動(dòng)平均值在0～67、67～305、305～398 m（至坡腳）的水平距離范圍內(nèi)每增加100 m時(shí)分別減少1.12 m、增大0.31 m、減少0.10 m；優(yōu)勢(shì)木平均高的坡面滑動(dòng)平均值在0～250、250～398 m（至坡腳）的水平距離范圍內(nèi)每增加100 m時(shí)增大0.42 m和0.07 m。這主要是由于坡度、坡位等的差異，造成土壤含水量的坡面再分配的結(jié)果[34]。在本研究中，坡中位置的坡度分別小于坡中上和坡中下的位置，因此更利于土壤水分的聚集，從而使樹(shù)木生長(zhǎng)較好，使滑動(dòng)平均值在坡中位置相應(yīng)增大。
4.3 樣地值推算坡面均值的尺度轉(zhuǎn)換途徑
胸徑和樹(shù)高是森林經(jīng)營(yíng)管理的最常用生長(zhǎng)指標(biāo)，也是測(cè)算森林生物量、蓄積量的基礎(chǔ)指標(biāo)。由于存在坡面森林生長(zhǎng)的明顯差異，需對(duì)坡面森林的胸徑和樹(shù)高進(jìn)行精確測(cè)算與估計(jì)。由于實(shí)際森林調(diào)查中不可能在坡面上設(shè)立很多樣地進(jìn)行全面調(diào)查，特別是坡面很長(zhǎng)時(shí)，因此往往將典型樣地的調(diào)查值視為整個(gè)坡面的平均值。本研究表明，華北落葉松林坡面樣地的胸徑、樹(shù)高、優(yōu)勢(shì)木高與其坡面加權(quán)平均值的比值存在非線性的沿坡變化。與坡面平均值的比值為1的代表性點(diǎn)位對(duì)胸徑為離開(kāi)坡頂 15 m（相對(duì)坡長(zhǎng)0.04）和274 m（相對(duì)坡長(zhǎng)0.71）處，對(duì)樹(shù)高為85 m（相對(duì)坡長(zhǎng)0.22）和309 m（相對(duì)坡長(zhǎng)0.80）處，對(duì)優(yōu)勢(shì)木高為139 m（相對(duì)坡長(zhǎng)0.36）和359 m（相對(duì)水平坡長(zhǎng)0.93）處，這些特殊坡位樣地的調(diào)查值可代表整個(gè)坡面。與常規(guī)想象的不同，代表性坡位不是在坡面中部，而是隨生長(zhǎng)指標(biāo)不同出現(xiàn)在坡面中下部或中上部。
研究坡面上各樣地的平均胸徑、平均樹(shù)高和優(yōu)勢(shì)木平均高與其坡面平均值的比值（Y1、Y2、Y3，小數(shù)）隨相對(duì)水平坡長(zhǎng)（樣地離開(kāi)坡頂水平距離/整個(gè)坡面水平坡長(zhǎng)）（X，小數(shù)）變化的回歸關(guān)系式分別為：Y1= -0.312 8X2+ 0.239 1X+0.98 64（R2= 0.56）、Y2=-0.483 4X3+ 0.304 3X2+0.125 0X +0.959 2（R2= 0.43）、Y3= -0.177 5X2+ 0.230 8X +0.941 6（R2= 0.26）。與同處六盤(pán)山區(qū)但具有半干旱氣候的疊疊溝小流域的坡面華北落葉松林的生物量及葉面積指數(shù)相比[33]，香水河小流域坡面華北落葉松林的樹(shù)高和胸徑與坡面平均值的比值的坡位變化回歸關(guān)系式的R2值較低，是由于香水河小流域處于半濕潤(rùn)區(qū)，土壤水分的坡位差異較小，導(dǎo)致樹(shù)木生長(zhǎng)的坡位差異也較小。即便如此，仍可利用這些關(guān)系將不同長(zhǎng)度坡面上不同坡位的樣地調(diào)查值推算出整個(gè)坡面的平均值。當(dāng)然，如果應(yīng)用地區(qū)的氣候條件、坡面長(zhǎng)度等與本文調(diào)查坡面相差較大，可能會(huì)因坡面水分再分配格局不同而產(chǎn)生較大估計(jì)偏差，因此一方面需在推廣應(yīng)用時(shí)有所限制，一方面需未來(lái)在更多地域和更多坡面開(kāi)展研究，以尋找樹(shù)木生長(zhǎng)指標(biāo)的坡位差異和尺度效應(yīng)與尺度轉(zhuǎn)換的普遍規(guī)律。
4.4 結(jié) 論
（1）生長(zhǎng)指標(biāo)存在坡位差異
在整個(gè)調(diào)查坡面上，華北落葉松人工林的胸徑、樹(shù)高、優(yōu)勢(shì)木高平均值分別為20.42 cm、16.9 m、20.6 m，其變化范圍分別為18.47～21.57 cm、15.0～18.6 m、19.4～22.0 m。由于坡位和坡度等地形因子導(dǎo)致了土壤水分和養(yǎng)分的坡面再分配及降水和溫度等氣象條件的坡位差異，使得林分生長(zhǎng)指標(biāo)存在明顯坡面變化，表現(xiàn)為隨坡位下降先增加后減小的整體變化趨勢(shì)，但具體指標(biāo)有所差異，平均胸徑、平均樹(shù)高和優(yōu)勢(shì)木平均高的最大值分別出現(xiàn)在水平坡長(zhǎng)150、220、240 m處。
（2）生長(zhǎng)指標(biāo)具有坡面尺度效應(yīng)
林分的胸徑、樹(shù)高以及優(yōu)勢(shì)木高的平均值存在明顯的坡面尺度效應(yīng)，且在不同坡段表現(xiàn)不同。平均胸徑在0～200、200～398 m（至坡腳）范圍內(nèi)，離開(kāi)坡頂水平距離每增加100 m，滑動(dòng)平均值分別增加0.33 cm和減少0.21 cm；平均樹(shù)高在0～67、67～305、305～398 m（至坡腳）范圍內(nèi)，水平距離每增加100 m，滑動(dòng)平均值分別減少1.12 m、增加0.31 m、減少0.10 m；優(yōu)勢(shì)木平均高在0～250 m、250～398 m范圍內(nèi)，水平距離每增加100 m，滑動(dòng)平均值分別增加0.42 m和0.07 m。
（3）可實(shí)現(xiàn)樣地到坡面的尺度轉(zhuǎn)換
建立了不同坡位各樣地的胸徑、樹(shù)高、優(yōu)勢(shì)木高的平均值與坡面加權(quán)平均值的比值隨離開(kāi)坡頂相對(duì)水平坡長(zhǎng)的關(guān)系式，藉此可由特定樣地的測(cè)定值推算整個(gè)坡面的平均值及其它樣地的數(shù)值，從而實(shí)現(xiàn)從樣地到坡面的尺度轉(zhuǎn)換。
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Slope variation and scale effect of tree height and DBH of Larix principisrupprechtii plantations along a slope: A case study of Xiangshui watershed of Liupan Mountains
DENG Xiu-xiu1,2, WANG Yun-ni2, WANG Yan-hui2, WANG Zhong-cheng1, XIONG Wei2, YU Peng-tao2, ZHANG Tong2,3
(1. Colleague of Forestry, Central South University of Forestry and Technology, Changsha 410004, Hunan, China; 2. Institute of Forest Ecology, Environment and Protection, Key Laboratory of Forestry Ecology and Environment of State Forestry Administration, Chinese Academy of Forestry, Beijing 100091, China; 3. School of Soil and Water Conservation, Beijing Forestry University, Beijing 100083, China)
This paper selected a representative slope with a horizontal length of 398.2 m and covered by 33 years-old Larix principisrupprechtii plantation in the small watershed of Xiangshuihe of Liupan Mountains, the variation of tree height and DBH along the slope length and their scale effect were investigated and analyzed. Results showed that: (1) Both the DBH and tree height presented a changing tendency of fi rstly increase and then decrease along the slope from top to foot. (2) The regression relations showing the variation of the moving averages of mean DBH, mean tree height and mean height of dominant trees with increasing horizontal distance from slope top were fi tted. With these relations, the slope scale effect of the three growth parameters was calculated. With a 100 m increase of the horizontal distance downwards, the moving average of the stand mean DBH increased by 0.33 m in the horizontal distance range of 0～200 m, and decreased by 0.21 m in the range of 200～398 m; the moving average of tree height decreased by 1.12 m in the range of 0～67 m, increased by 0.31 m in the range of 67～305 m, and decreased by 0.10 m in the range of 305～398 m; the moving average of the height of dominant trees increased by 0.42 m in the range of 0～250 m, and increased by 0.07 m in the range of 250～398 m. (3)The relations were fi tted to express the slope variation of the ratios of the plots means of DBH, tree height and the height of dominant trees(Y1, Y2, Y3, decimal) to their slope average with the relative horizontal distance from slope top (X, decimal): Y1= -0.312 8X2+ 0.239 1X+0.986 4 (R2= 0.56), Y2=-0.483 4X3+0.304 3X2+0.125 0X+ 0.959 2 (R2= 0.43), Y3= -0.177 5X2+0.230 8X +0.941 6 (R2= 0.26). Using these relations, the whole slope averages of stand growth parameters can be calculated based on the measured values of a plot with a certain slope position, and the up-scaling of stand growth parameters can be realized.
Larix principis-rupprechtii; DBH; tree height; slope variation; scale effect; Liupan Mountains
S718.51
A
1673-923X(2016)05-0121-08
10.14067/j.cnki.1673-923x.2016.05.022
2015-07-10
科技部“十二五”農(nóng)村領(lǐng)域國(guó)家科技計(jì)劃（2012BAD22B03）；國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（41230852、41390461、41471029）；長(zhǎng)沙市典型森林生態(tài)系統(tǒng)固土保肥價(jià)值研究；國(guó)家林業(yè)局寧夏六盤(pán)山森林生態(tài)站資助目
鄧秀秀，碩士研究生 通訊作者：王忠誠(chéng)，副教授，博士；E-mail：wzc366@163.com
鄧秀秀，王云霓，王彥輝，等. 華北落葉松人工林樹(shù)高和胸徑的坡位差異與坡面尺度效應(yīng)——以六盤(pán)山香水河小流域?yàn)槔齕J].中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2016, 36(5): 121-128.
[本文編校：謝榮秀]
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