塞罕壩地區(qū)華北落葉松生長(zhǎng)過(guò)程的研究方法

胡忠學(xué)

摘 要：該文運(yùn)用測(cè)樹(shù)學(xué)、森林經(jīng)理學(xué)等有關(guān)理論和技術(shù)，運(yùn)用地面樣地調(diào)查和統(tǒng)計(jì)學(xué)知識(shí)，為塞罕壩地區(qū)主要針葉樹(shù)種華北落葉松生長(zhǎng)過(guò)程研究提供研究方法，即利用解析木資料，構(gòu)建Richards生長(zhǎng)方程，對(duì)當(dāng)?shù)刂饕樔~樹(shù)種華北落葉松生長(zhǎng)過(guò)程進(jìn)行分析。通過(guò)對(duì)多年從事塞罕壩機(jī)械林場(chǎng)森林調(diào)查設(shè)計(jì)實(shí)踐所總結(jié)材料研究，結(jié)果表明，利用理查德（Richards）生長(zhǎng)方程擬合單木生長(zhǎng)模型，其相關(guān)性較好，精度較高，具有良好的實(shí)際應(yīng)用效果。

關(guān)鍵詞：塞罕壩；華北落葉松；理查德（Richards）生長(zhǎng)方程；解析木

中圖分類號(hào) S79 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-7731（2018）07-0102-2

1 試驗(yàn)區(qū)設(shè)置與調(diào)查方法

在收集資料基礎(chǔ)上，在各林場(chǎng)調(diào)查區(qū)選擇有代表性地段進(jìn)行臨時(shí)標(biāo)準(zhǔn)地調(diào)查。在調(diào)查過(guò)程中，使用羅盤儀、標(biāo)桿、測(cè)繩等設(shè)置面積為600m2的矩形標(biāo)準(zhǔn)地，坡度大于5°時(shí)進(jìn)行改正，控制閉合差小于1/200。其中喬木樣方的面積為60m2（20m×30m），在喬木樣方的4個(gè)角各設(shè)置一個(gè)25m2（5m×5m）樣方調(diào)查灌木，在每個(gè)灌木樣方的4個(gè)角各設(shè)置一個(gè)1m2（1m×1m）草本樣方。記錄喬木層樹(shù)種名稱、胸徑、樹(shù)高、健康狀況等；灌木層植物名稱、株數(shù)、平均高度、蓋度、生長(zhǎng)狀況等；草本層植物種類、數(shù)量、蓋度、平均高度、生長(zhǎng)狀況等，試驗(yàn)中使用圍尺測(cè)量喬木的胸徑，用電子測(cè)高儀實(shí)測(cè)樹(shù)高。同時(shí)依據(jù)林分平均胸徑和林分平均高，每塊標(biāo)準(zhǔn)地選取3～5株平均木用生長(zhǎng)錐在樹(shù)干1m處鉆取通過(guò)髓心的年輪條，并記錄1m處的直徑、胸徑和樹(shù)高，將年輪條保存好并帶回以研究林木的生長(zhǎng)過(guò)程。另外，對(duì)森林枯死樹(shù)木與新生幼苗幼樹(shù)進(jìn)行調(diào)查統(tǒng)計(jì)，枯樹(shù)記錄樹(shù)木種類、胸徑，對(duì)幼苗幼樹(shù)的樹(shù)種、地徑、平均高度和株數(shù)進(jìn)行調(diào)查統(tǒng)計(jì)。在標(biāo)準(zhǔn)地內(nèi)用鐵鍬開(kāi)設(shè)簡(jiǎn)易土壤剖面，調(diào)查土壤母質(zhì)、土壤層次、厚度、濕度、結(jié)構(gòu)等。用GPS精確定位標(biāo)準(zhǔn)地的海拔高度、經(jīng)緯度，使用羅盤儀測(cè)量坡度，并記錄坡向、坡位和地形等因子。

2 生長(zhǎng)過(guò)程研究方法

樹(shù)高曲線回歸方程中相關(guān)指數(shù)最大的即是優(yōu)選出來(lái)的樹(shù)高曲線函數(shù)式，利用理查德方程擬合樹(shù)高曲線，研究樹(shù)木生長(zhǎng)的規(guī)律。發(fā)現(xiàn)華北落葉松胸徑較樹(shù)高對(duì)密度變得更為敏感。通過(guò)對(duì)華北落葉松林主要測(cè)樹(shù)因子的生長(zhǎng)規(guī)律進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)落葉松幼、中齡林的主要測(cè)樹(shù)因子呈冪函數(shù)型生長(zhǎng)曲線。

試驗(yàn)中應(yīng)采集林分平均木在樹(shù)干1m高處的年輪條作為研究樹(shù)木生長(zhǎng)過(guò)程的材料，對(duì)采集的年輪條打磨光滑，掃描成圖片，然后使用Photoshop軟件測(cè)量各個(gè)年齡段的半徑長(zhǎng)度，并確定的各段年輪條的年齡，則相應(yīng)的針葉樹(shù)的年齡為1m處年輪條的年齡加上該樹(shù)木長(zhǎng)到1m高時(shí)的年齡。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，一般油松、側(cè)柏加3年，華北落葉松加1年。而林分的平均年齡則為相應(yīng)的各標(biāo)準(zhǔn)木年齡與胸高斷面積的加權(quán)值。

半徑的2倍即為林木在1m處經(jīng)過(guò)生長(zhǎng)錐壓縮的直徑d1′。而根據(jù)壓縮系數(shù)P=d1′/d1，同時(shí)本試驗(yàn)定義一個(gè)形率（q），q為樹(shù)干1m處的直徑與該樹(shù)木的胸徑之比，即q=d1/d1.3，于是就得到1m處經(jīng)過(guò)生長(zhǎng)錐壓縮的直徑d1′與樹(shù)木胸徑d1.3之間的一個(gè)互相轉(zhuǎn)化關(guān)系f=d1′/d1.3=Pq。根據(jù)上述關(guān)系，就可以計(jì)算出樹(shù)干上相對(duì)應(yīng)于1m處各個(gè)年齡段的壓縮直徑d1′的胸徑d1.3，d1.3=d1′/f。

壓縮系數(shù)：P=d1′/d1

相對(duì)形率：q=d1/d1.3

轉(zhuǎn)化關(guān)系：f=d1′/d1.3=Pq，d1.3=d1′/f

其中，d1′為1m處由年輪條推算出的經(jīng)生長(zhǎng)錐壓縮后的樹(shù)干直徑；d1為1m處圍尺量測(cè)的直徑結(jié)果，d1.3為1.3m處圍尺量測(cè)的直徑。轉(zhuǎn)化關(guān)系f為采集年輪條的所有林分平均木相應(yīng)關(guān)系的胸高斷面積的加權(quán)平均值。

[f=i=1nGifii=1nGi]

其中Gi為第i株平均木的胸高斷面積，fi為第i株平均木的轉(zhuǎn)化系數(shù)，n為平均木的株數(shù)。

對(duì)于1m處年輪條內(nèi)側(cè)沒(méi)有樹(shù)皮的各個(gè)年齡段的壓縮直徑d1′，可先由上述關(guān)系轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的去皮胸徑。再根據(jù)帶皮胸徑與樹(shù)皮厚度的直線關(guān)系[30]：T=ad1.3+b，得到去皮胸徑d1.3′與樹(shù)皮厚度的關(guān)系式：T=a（d1.3′+2T）+b，于是T=（ad1.3′+b）/（1-2a），是一個(gè)樹(shù)皮厚度T與去皮胸徑d1.3′的直線關(guān)系，則樹(shù)木各個(gè)年齡段帶皮胸徑：d1.3=d1.3′+2T。

T=ad1.3+b=a（d1.3′+2T）+b

T=（ad1.3′+b）/（1-2a）

d1.3=d1.3′+2T

T為樹(shù)干胸高處的樹(shù)皮厚度，d1.3′為去皮胸徑，d1.3為帶皮胸徑，a、b相關(guān)的參數(shù)。

在得到樹(shù)木各個(gè)年齡段帶皮胸徑的基礎(chǔ)上，以5年為一個(gè)齡階單位劃分華北落葉松的齡階，根據(jù)擬合的樹(shù)高曲線計(jì)算出相應(yīng)于齡階的樹(shù)高，同時(shí)查閱當(dāng)?shù)匾辉⒛静姆e表得到相應(yīng)齡階的材積。從而繪制出針葉樹(shù)的胸徑、樹(shù)高和材積生長(zhǎng)過(guò)程曲線，并分析比較不同立地和環(huán)境中樹(shù)木生長(zhǎng)過(guò)程的差異。

3 林木生長(zhǎng)方程

目前，關(guān)于林木生長(zhǎng)方程的種類很多，常用的主有以下幾種：

拋物線方程：[Y=a+bX+cX2]

Logistic方程：[Y=1/[1/u+a（bX）]]

三次曲線方程：[Y=a+bX+cX2+dX3]

對(duì)數(shù)曲線方程：[Y=a+blnX]

線形方程：[Y=a+bX]

S曲線方程：[Y=exp（a+bX）]

指數(shù)函數(shù)方程：[lnY=a+bX]

冪函數(shù)方程：[Y=a×b]

理查德方程：[H=a[1-exp（-bA）]c]

式中，a、b、c為方程參數(shù)。

Richards生長(zhǎng)方程是Richards，F(xiàn).J在著名的Bertalanffy生長(zhǎng)理論的基礎(chǔ)上擴(kuò)展而成的，理查德方程是近代應(yīng)用最為廣泛、適應(yīng)性較強(qiáng)的一類生長(zhǎng)方程曲線，自從Cooper和Turubull將Richards生長(zhǎng)方程引入森林生長(zhǎng)及收獲預(yù)估的研究之后，在國(guó)際林業(yè)界它已被廣泛地用于描述樹(shù)木或林分的生長(zhǎng)。其方程表達(dá)式如下：

[Y=M×（1-e-KA）B]

其中，M、K、B為方程參數(shù)，有著明顯的生物學(xué)意義，并且柔性強(qiáng)，適應(yīng)性廣。隨著方程中參數(shù)的取值不同，它構(gòu)成了不同的生物生長(zhǎng)或種群動(dòng)態(tài)方程。在研究生長(zhǎng)模型中，經(jīng)典的生長(zhǎng)模型都是里查德模型的特例，如米其立希（Mitsherlich），羅輯斯諦克（Logisric）方程等。

從表1可以看出：華北落葉松解析木在整個(gè)生長(zhǎng)期內(nèi)都維持了較高水平，符合樹(shù)木生長(zhǎng)的一般規(guī)律，即胸徑平均生長(zhǎng)量最大值比連年生長(zhǎng)量出現(xiàn)的峰值要晚，而且在峰值后胸徑平均生長(zhǎng)量總是大于連年生長(zhǎng)量。華北落葉松樹(shù)種胸徑平均生長(zhǎng)量出現(xiàn)峰值的年齡稍早一些，分別在樹(shù)齡31年與33年時(shí)的年平均生長(zhǎng)量達(dá)到最大值為0.4676cm、0.6795cm，此時(shí)與胸徑的平均生長(zhǎng)量相等，可以再適當(dāng)?shù)臅r(shí)候進(jìn)行撫育。

參考文獻(xiàn)

[1]亢新剛，崔相慧，王虹.冀北次生林3個(gè)樹(shù)種林分生長(zhǎng)過(guò)程表的編制[J].北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2001，21（3）：39-42.

[2]梁守倫，冀永敏，王萬(wàn)常，等.太行山區(qū)油松人工林地位指數(shù)表的編制[J].山西林業(yè)科技，1995（1）：18-21.

[3]劉明國(guó)，姚麗杰，孫玉梅.朝陽(yáng)縣油松、刺槐、華北落葉松樹(shù)高生長(zhǎng)模型研究[J].遼寧林業(yè)科技，2008，3：13-15.

[4]孟憲宇.測(cè)樹(shù)學(xué)（第3版）[J].北京：中國(guó)林業(yè)出版社，2005.

[5]彭鴻，Bernd Stimm.渭北黃土高原油松人工林生長(zhǎng)過(guò)程及其與立地和人為干擾的關(guān)系[J].陜西林業(yè)科技，2003（1）：1-6，26.

[6]任憲威.樹(shù)木學(xué)[J].北京：中國(guó)林業(yè)出版社，1997，6.

[7]楊長(zhǎng)職.福建青岡天然林生長(zhǎng)規(guī)律的研究[J].華東森林經(jīng)理，2005，19（3）：29-33.

[8]楊澄.油松飛播林生長(zhǎng)規(guī)律的研究[J].西北林學(xué)院學(xué)報(bào)，1996，11（4）：24-27.

[9]楊曉民.哈思山油松人工林生長(zhǎng)特性研究[J].林業(yè)科技，2003，28（5）：15-17.

[10]張光燦，劉霞，周澤福，等.黃土丘陵區(qū)油松水土保持林生長(zhǎng)過(guò)程與直徑結(jié)構(gòu)[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2007，18（4）：728-734.

[11]張景蘭，張恩生，趙久宇，等.落葉松幼中齡林主要測(cè)樹(shù)因子生長(zhǎng)規(guī)律的研究[J].河北林果研究，2006，21（4）：395-397.

（責(zé)編：張宏民）