不同立地條件下杉木徑生長過程研究

韓金,王新杰*,張鵬,解雅麟,劉江

不同立地條件下杉木徑生長過程研究

韓金1,王新杰1*,張鵬2,解雅麟1,劉江3

1. 北京林業大學林學院森林經理學科, 北京 100083 2. 北京林業大學實驗林場, 北京 100095 3. 烏蘭察布市野生動植物和濕地保護管理站, 內蒙古 烏蘭察布 012000

本研究基于幾種常見的理論生長方程對將樂國有林場不同立地條件下杉木人工林胸徑的生長過程進行了擬合，并對不同立地條件下的杉木數量成熟齡進行了分析。結果表明：不同立地條件的胸徑生長最優方程不同，其中地位指數為10和18的最優模型為Weibull方程，地位指數為12和16的最優模型為Richards方程，地位指數為14的最優模型為Korf方程，不同地位指數下杉木的數量成熟齡也有差異，基本上表現為隨著地位指數的增加而縮短。

地位指數; 生長方程; 平均生長量

杉木()具有生長快、材質好、產量高、病蟲害少、用途廣的特點，是中國南方大量種植的用材樹種[1]，如何實現杉木林的速生、高效、優質、豐產、穩定等目標是學者們研究的主要內容[2-5]，森林資源質量取決于森林經營水平和森林生長的立地條件，森林立地是指一定空間內對林木生長發育有影響的所有環境因子的綜合體[6-9]。地位指數是一個能夠直觀地反映立地質量的數量指標，也是立地質量評價中廣泛采用的一種評定方法[10]。林分立地因子與林分生長關系研究己經得到充分重視，1994年，段文標等對樟子松在各種立地條件下的生長狀況進行了普遍調查，分析了樟子松生長與其立地條件之間的相互關系[11]。2002年，閆德仁等對影響內蒙古黃土高原華北落葉松人工林的主要立地條件進行了分析[12]。周國模等對浙江不同立地條件下的杉木生長進行了擬合，并對不同立地條件下的杉木主伐年齡進行了研究，為當地杉木經營提供了理論依據[13]。福建將樂是杉木的主栽區，在將樂國有林場杉木種植面積3142.37 hm2，約占林場有林地面積的48.3%，為了合理的開展杉木林經營，對林場不同條件下杉木的生長分析是有必要的，本文以福建將樂國有林場的杉木純林為研究對象，分不同的地位指數，分析杉木單木胸徑生長過程，建立適宜的生長模型，并對不同立地條件下的杉木成熟年齡進行分析，以期為合理開展杉木經營提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

研究區域位于福建省將樂國有林場，將樂縣（117°05′-117°40′E，26°26′-27°04′N）位于福建省西北部，屬于中亞熱帶季風區，具有海洋性和大陸性氣候特點,年平均溫度18.7 ℃，年平均降雨量2027 mm，年平均蒸發量1204 mm。境內地勢復雜，以中低山為主，最高峰海拔1640.2 m，最低海拔140 m，境內土層深厚，土壤肥沃，土壤以紅壤為主，并分布有黃紅壤，適宜培育以杉木、馬尾松為主的用材林和鄉土珍貴樹種。林場以經營用材林為主，用材林面積約為5800 hm2，森林總蓄積量114.3萬m3，森林覆蓋率93.76%，其中杉木純林面積為445.68 hm2，樹齡在3~30年之間。

1.2 數據的收集

在將樂國有林場森林資源二類調查的基礎上，結合將樂國有林場杉木人工林立地分類圖進行踏查，共設置29塊杉木人工純林標準地，樣地分布見圖1。標準地為陰坡或半陰坡，坡度在27°左右。其中，幼齡林16塊，近熟林4塊，成熟林7塊，過熟林2塊，樣地面積為400~600 m2。調查樹種、胸徑、樹高、生長狀況等。并根據林分平均胸徑和平均樹高，在每個標準地中選擇不少于5株平均木和2株優勢木做為樣木, 共選取平均木145株平均木和63株優勢木，用生長錐在樣木的1.3 m處，分別由南向北和由東向西鉆取2根年輪條，并作好記錄，共鉆取平均木年輪條290根，優勢木126根，其中，有28根年輪條（優勢木10根，平均木18根）偏離了髓心，在分析時剔除。年輪條內業處理流程見圖2。

圖1 標準地設置分布圖

圖2 年輪條內業處理流程圖

1.3 徑生長過程方程

本研究選用Richards方程、Weibull方程、Korf方程、Logistic方程和Schumacher方程5個常用于描述樹木生長過程的方程擬合杉木胸徑生長過程，其中Richards方程和Korf方程應用最為廣泛[14,15]。5個方程均呈現“S”型分布，而且具有漸近值和拐點，其中，Richards方程、Weibull方程和Korf方程具有可變拐點，而Logistic方程和Schumacher方程的拐點是固定的[16,17]。各理論生長方程的基本信息見表1。

表1 各生長方程的基本信息

利用常見的模型評價指標絕對平均殘差（Absolute mean residual,）、均方根誤差（Root mean square error,）和調整后的決定系數（The adjusted coefficient of determination, adj-2）對模型進行精度評價，選擇擬合精度最高的作為最優模型，和的值越接近0而adj-2的值越接近1，說明模型的精度越高[18]。

2 結果與分析

2.1 立地條件劃分

立地質量是決定森林生產力高低的首要因素，立地質量評價常采用地位指數進行。地位指數是指在某一立地上特定基準年齡時林分優勢木的平均高度值，根據林分優勢木平均高與林分優勢木年齡的關系所編制的地位指數表可查找相應立地對應的地位指數。本研究根據優勢木年輪條確定林分年齡，每木檢尺結果確定優勢木樹高，依據實生杉木林的基準年齡為20年，以吳仲倫主持編制的“全國(分帶)杉木地位指數表”[19]對29塊標準地進行地位指數劃分。劃分結果見表2。

表2 不同立地條件標準地基本信息

從上表可以看出，29塊樣地中，地位指數為10、12、14、16和18 的分別有2、4、7、12塊和4塊樣地。

根據立地條件劃分結果，將年輪條依據立地條件進行分類，將同一立地條件的年輪條統一進行整理（表3）。地位指數為10的有24根年輪條，地位指數為12的有56根，地位指數為14的有90根，地位指數為16的有164根，地位指數為18的有54根。

表3 年輪條數量統計

2.2 不同立地下杉木徑生長的最優模型

運用Richards方程、Weibull方程、Korf方程、Logistic方程和Schumacher方程5個模型對不同地位指數的杉木胸徑生長過程進行擬合，并以、、adj-2對模型進行精度評價，根據各模型的評價指標，選出不同立地條件下杉木胸徑生長的最優模型，評價結果見表4。

表4 不同立地條件下生長方程精度比較

從上表可以看出，不同的生長方程其擬合精度不同，其中對于地位指數10的胸徑生長過程，含有三個參數的生長方程中，Weibull方程的擬合精度最高，、、adj-2分別為0.0051、0.1599和0.9983，且與含有兩個參數方程的差異顯著（=61.57，<0.01），所以選擇Weibull方程作為擬合地位指數10的胸徑生長過程最優方程；對于地位指數12的胸徑生長過程，含有三個參數的生長方程中，Richards方程的擬合精度最高，、、adj-2分別為0.0257、1.0868和0.9752，且與含有兩個參數方程的差異顯著（=8.33，<0.01），所以選擇Richards方程作為擬合地位指數12的生長過程最優方程；對于地位指數14的杉木胸徑生長過程，含有三個參數的生長方程中，Korf方程的擬合精度最高，、、adj-2分別為0.0017、1.1461和0.9437，且與含有兩個參數方程的差異顯著（=8.33，<0.01），所以選擇Korf方程作為擬合地位指數14的杉木胸徑生長過程的最優方程；對于地位指數16的杉木胸徑生長過程，含有三個參數的生長方程中，Richards方程的擬合精度最高，、、adj-2分別為0.0175、1.0967和0.9435，且與含有兩個參數方程的差異顯著（=8.33，<0.01），所以選擇Richards方程作為擬合地位指數16的杉木胸徑生長過程的最優方程；對于地位指數18的杉木胸徑生長過程，含有三個參數的生長方程中，Weibull方程的擬合精度最高，、、adj-2分別為0.0004、1.2146和0.9351，且與含有兩個參數方程的差異顯著（=8.33，<0.01），所以選擇Weibull方程作為擬合地位指數18的杉木胸徑生長過程的最優方程。各地位指數的胸徑生長最優模型方程見表5。

表5 各地位指數的胸徑生長最優模型方程

2.3 不同立地下杉木生長量變化的比較

以各地位指數的胸徑生長最優模型，繪制不同地位指數的杉木胸徑平均生長量和連年生長量的變化過程，見圖3，從圖中可以看出，在各個地位指數條件下，杉木胸徑的平均生長量和連年生長量在起初階段都處于增長趨勢，且連年生長量比平均生長量增長得更快，經過幾年的生長，連年生長量達到最大值，之后開始下降，而平均生長量此段時期仍處在上升階段，再經過幾年的生長，平均生長量與連年生長量出現交集點，平均生長量達到最大，此時稱為數量成熟齡，可以作為合理采伐年齡的依據。

注：A、B、C、D、E分別指地位指數為10、12、14、16、18。Note:A, B, C, D and E respectively refer to the status index of 10, 12, 14, 16 and 18.

不同地位指數條件下，連年生長量達到最大值的年齡有差別，地位指數為10的在第15年左右達到最大，地位指數12的在13年左右達到最大，地位指數14的在8年左右達到最大，地位指數16的在10年左右達到最大，而地位指數18的立地條件下的杉木在12年達到胸徑連年生長量的最大值。隨著地位指數的增加，杉木胸徑的連年生長量達到最大值的年限先減小后增大，地位指數為14時所用年限最短為8年即達到最大值。

不同地位指數條件下，平均生長量達到最大值的年齡也有差別，即連年生長量等于平均生長量的年齡有差別，其中地位指數為10的在第24年至25年左右，地位指數12的在23年左右達到最大，地位指數14和地位指數16的在第17年左右，而地位指數18的在16-17年左右達到數量成熟齡。

3 討 論

周國模等人在計算浙江杉木數量成熟齡時認為杉木人工林數量成熟齡隨著林分地位指數的增加而減少[13]，這與本研究的結論基本一致，關于數量成熟齡的結論為地位指數10的數量成熟齡為29年，地位指數12和14的為27~28年，地位指數16的為26~27年，地位指數18的為24~25年，成熟年齡的結果與本研究的結果相比，年齡更長，可能是由于地理位置不同，導致林木接收到的光溫水等環境因子的差異引起的，也可能與本研究的取樣沒有覆蓋各個立地條件下的各個生長階段有關。此外，本文在劃分立地條件時僅以地位指數作為分類依據，而沒有考慮地形地貌、坡向、坡度、坡位以及海拔等信息，在以后的研究中可以綜合這些因素和地位指數作為立地條件劃分的依據。同時由于一些客觀條件的影響，在年輪條樣本采集上沒有完全覆蓋各個立地條件下的各個生長階段，導致出現地位指數18的杉木生長變化過程只能預測到18年，在以后會進一步深入研究。

4 結 論

本研究基于幾種常見的理論生長方程分析了將樂國有林場不同地位指數條件下杉木人工純林胸徑的生長過程，在不同地位指數條件下，杉木胸徑的最優生長方程不同，其中地位指數為10和18的最優模型為Weibull方程，地位指數為12和16的最優模型為Richards方程，地位指數為14的最優模型為Korf方程。不同地位指數條件下，連年生長量達到最大值的年齡有差別，隨著地位指數的增加，杉木胸徑的連年生長量達到最大值的年限先減小后增大，地位指數為14時所用年限最短為8年即達到最大值。不同地位指數條件下，數量成熟齡也有差異，地位指數10、12、14、16、18達到數量成熟齡的年限分別為24年至25年，23年，17年，16年，16年至17年，表現為隨著地位指數的增加而縮短。

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Study on the Growth Process ofDiameter under Different Site Conditions

HAN Jin1, WANG Xin-jie1*, ZHANG Peng2, XIE Ya-lin1, LIU Jiang3

1.100083,2.100095,3.012000,

Based on several common growth equations, we fitted the growth process of DBH of Chinese fir plantation under different site conditions in Jiangle state-owned forest farm and analyzed the mature age of Chinese fir under different site conditions. Results show that the optimal DBH growth equation under the different site conditions is different, the optimal model with position index 10 and 18 is Weibull equation, the optimal model with status index 12 and 16 is Richards equation, the optimal model with status index 14 is Korf equation, the mature age of Cunninghamia lanceolata under different status index was also different and it decreases with the increase of status index.

Site index; growth equation; average increment

S791.27

A

1000-2324(2019)05-0768-06

10.3969/j.issn.1000-2324.2019.05.007

2018-04-21

2018-08-09

林業公益性行業科研專項林改后南方林地可持續經營關鍵技術研究與集成示范(201004008)

韓金(1991-),男,碩士研究生,主要研究森林可持續經營. E-mail:tshanjin@foxmail.com

Author for correspondence. E-mail:xinjiew@bjfu.edu.cn