林分密度對北京山區(qū)不同齡級油松人工林生長的影響

梁佳寧，周曉東，薛柳，田會鵬

(北京市西山試驗林場，北京 100093)

油松(PinustabulaeformisCarr.)是我國暖溫帶森林的主要建群種，是華北地區(qū)重要造林樹種。油松在北京地區(qū)分布廣泛，特別是北京山區(qū)，多分布于海拔200～1 500 m、陰坡，能耐比較干旱和貧瘠的土壤[1]。油松是北京山區(qū)重要的針葉林類型，以人工林為主，天然林分布面積較少[2]。20世紀(jì)50年代以來，由于初植密度過大，撫育工作滯后，油松普遍長勢衰弱，生態(tài)功能不高，未能充分發(fā)揮其生態(tài)效益[3]。為充分發(fā)揮油松人工林的生態(tài)效益，必須對其進(jìn)行科學(xué)的經(jīng)營[4]。由于油松林在起源、樹齡、群落結(jié)構(gòu)、立地條件等方面均不相同，為經(jīng)營策略的制定帶來了困難。林分密度是影響林木生長發(fā)育的重要因子[5]，研究影響油松人工林生長情況的林分密度，并提出相應(yīng)的經(jīng)營策略，對于全面了解和掌握油松人工林資源情況，指導(dǎo)營林實踐，進(jìn)一步提高林分質(zhì)量，發(fā)揮更大的生態(tài)和景觀效益，具有重要意義。

1 研究區(qū)概況

北京市地處華北平原的北部，位于39°28′—41°05′ N，115°25′—117°30′ E，毗鄰渤海灣，上靠遼東半島，下臨山東半島，地形西北高，東南低，其中山區(qū)占總面積的62%，平原約占38%。北京屬暖溫帶半濕潤大陸性季風(fēng)氣候，夏季高溫多雨，冬季寒冷干燥，春、秋短促。全年無霜期為180～200 d，年日照時數(shù)為2 000～2 800 h，年降水量為600 mm，70%～80%降水量集中在夏季，冬季只占全年的2%。其原始植被類型為暖溫帶落葉闊葉林和溫帶針葉林，由于人為破壞，現(xiàn)已不多見。中山陰坡大面積分布著遼東櫟、蒙古櫟萌生林和灌叢；陽坡主要有側(cè)柏、臭椿、山杏等。低山區(qū)以酸棗，荊條為主；山間盆地及溝谷地帶生長有楊、柳、榆、桑、核桃楸、板栗、柿樹等[5]。常見人工栽植的樹種主要有油松、側(cè)柏、落葉松、刺槐、楊、柳、國槐、黃櫨、元寶楓等。

2 數(shù)據(jù)來源及處理

數(shù)據(jù)資料主要來源于2014年北京市森林資源二類清查。油松人工林10年為一個齡級，根據(jù)對油松樹齡統(tǒng)計的結(jié)果，本研究篩選平均林齡≤60 a的小班，共計4451個。設(shè)≤20 a為Ⅰ齡級，21～30 a為Ⅱ齡級，31～40 a為Ⅲ齡級，41～60 a為Ⅳ齡級。運用Excel2016，SPSS23.0等軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

3 結(jié)果與分析

3.1 油松人工林林分密度分布分析

用SPSS23.0對不同林分密度樣地分布情況進(jìn)行統(tǒng)計，結(jié)果如表1及圖1所示。

表1 油松人工林林分密度分布

通過對北京山區(qū)油松人工林密度研究發(fā)現(xiàn)，其林分密度跨度較大，從6～4 936株hm-2不等，根據(jù)不同林分密度的小班樣地頻率(個數(shù))，北京山區(qū)油松人工林98.9%的小班集中分布在林分密度為2 000株hm-2之下，90%以上分布在300～1 500株hm-2之間，林分密度300株hm-2以下的小班僅為1%左右。分布最多的林分密度為600株hm-2，共計647個小班，其次為800株hm-2，共計526個小班。根據(jù)統(tǒng)計結(jié)果，其密度分布按油松人工林小班個數(shù)頻數(shù)的大小，依次為600、800、1 200、900、700和500株hm-2，其小班總數(shù)為2 865，占小班總數(shù)的60%以上。

圖1 北京山區(qū)不同林分密度油松林分布

林分密度對油松人工林整體各生長因子的相關(guān)性如表2所示。在0.01顯著水平下，林分密度與平均樹高、平均胸徑、平均蓄積量顯著相關(guān)，與平均樹高、平均胸徑呈負(fù)相關(guān)，其Pearson相關(guān)系數(shù)分別為-0.074和-0.152，與平均蓄積量成正相關(guān)，其Pearson相關(guān)系數(shù)為0.407。

表2 林分密度與油松人工林生長因子的相關(guān)系數(shù)

3.2 林分密度對Ⅰ齡級油松人工林生長的影響分析

取林分密度為500、600、700、800、900、1 000和1 200株hm-2的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，林分密度與平均樹高、平均胸徑成直線關(guān)系，與平均蓄積量成二次多項式關(guān)系。林分密度對Ⅰ齡級各油松人工林各生長因子影響的重要程度依次是：平均蓄積量>平均胸徑>平均樹高。

林分密度與平均胸徑呈正相關(guān)。已有研究表明，13年生之前的油松，林木胸徑與林分密度呈正相關(guān)，對平均樹高相關(guān)性不顯著[6]。林分密度與油松各生長因子之間的回歸關(guān)系如表3所示。

表3 林分密度與油松各生長因子之間的回歸關(guān)系

圖2 Ⅰ齡級油松人工林林分密度與生長因子的關(guān)系

3.3 林分密度對Ⅱ齡級油松人工林生長的影響

林分密度與油松各生長因子之間的回歸關(guān)系如表4所示。林分密度與平均樹高呈線性關(guān)系，與平均胸徑、平均蓄積量成二次多項式關(guān)系。

表4 林分密度與Ⅱ齡級油松各生長因子之間的回歸關(guān)系

圖3 Ⅱ齡級油松人工林林分密度與生長因子的關(guān)系

3.4 林分密度對Ⅲ齡級油松人工林生長的影響

林分密度與油松各生長因子之間的回歸關(guān)系如表5所示。同樣的，林分密度與平均樹高呈線性關(guān)系，與平均胸徑、平均蓄積量成二次多項式關(guān)系。

表5 林分密度與Ⅲ齡級油松各生長因子之間的回歸關(guān)系

如圖4所示，隨著林分密度的增加，Ⅲ齡級油松人工林平均樹高逐漸呈減小的趨勢。已有研究表明，隨著林分密度的增大，油松樹冠長度會減小，這可能一定程度上影響了平均樹高。當(dāng)林分密度為900～1 000株hm-2時，減小量最大，為0.53 m。林分密度對平均胸徑的影響與平均樹高的影響趨勢相似，在一定的密度范圍內(nèi)，均隨密度的增加而減小，林分密度為800～900株hm-2時，其平均胸徑減小量最大，為1.22 cm。在一定林分密度范圍內(nèi)，隨著林分密度的增大，平均蓄積量呈增大的趨勢，當(dāng)林分密度大于800株hm-2時，Ⅲ齡級油松人工林平均蓄積量增長趨勢變平緩。由此可見，林分密度在800株hm-2左右，Ⅲ齡級油松人工林生長較好。

圖4 Ⅲ齡級油松人工林林分密度與生長因子的關(guān)系

3.5 林分密度對Ⅳ齡級油松人工林生長的影響

如表6所示，林分密度與油松各生長因子之間的回歸關(guān)系依次為，林分密度與平均樹高呈線性關(guān)系，與平均胸徑、平均蓄積量呈二次多項式關(guān)系。

表6 林分密度與Ⅳ齡級油松各生長因子之間的回歸關(guān)系

如圖5所示，平均樹高隨林分密度的變化趨勢與Ⅲ齡級油松人工林表現(xiàn)出較高一致性。當(dāng)林分密度為900～1 000株hm-2時，其減小量最大為0.60 m。當(dāng)林分密度為900～1 000株hm-2時，Ⅳ齡級油松人工林平均胸徑減小量最大，為0.88 cm。林分密度對Ⅳ齡級油松人工林蓄積量影響最大，同樣，當(dāng)林分密度為900～1 000株hm-2時，Ⅳ齡級油松人工林平均蓄積量減少，密度為1 000～1 200株hm-2時，平均蓄積量增量最大。

圖5 Ⅳ齡級油松人工林林分密度與生長因子的關(guān)系

從整體來看，林分密度對同一林齡級油松人工林的各生長量的影響不同，林分密度對Ⅰ齡級油松人工林平均樹高幾乎沒有什么相關(guān)性，對Ⅱ齡級油松平均胸徑、平均蓄積量具有相關(guān)性，以平均蓄積量為標(biāo)準(zhǔn)，其營林密度控制在900～1 000株hm-2之間時，油松生長較好；林分密度對Ⅲ齡級、Ⅳ齡級油松人工林各生長量影響最大的均為平均蓄積量，對平均樹高的相關(guān)性要高于平均胸徑，其營林密度分別為800、800和1 000株hm-2時，生長較好。

3.6 立地因子及林分密度對山區(qū)油松人工林生長的影響分析

以Ⅲ齡級(31～40年生)油松人工林為研究對象，研究其在不同海拔和坡向上林分密度與油松人工林林木生長的關(guān)系，對掌握油松人工林的生長和收獲情況、掌握不同立地條件下油松人工林生長合理林分密度，從而分類指導(dǎo)，并根據(jù)不同培育目標(biāo)來確定合理的經(jīng)營密度等有較大的現(xiàn)實意義[7]。

3.6.1 不同坡向林分密度對油松人工林生長的影響

圖6 不同坡向上林分密度與油松人工林平均樹高的關(guān)系

圖7 不同坡向上林分密度與油松人工林平均胸徑的關(guān)系

如圖6所示，在不同坡向上，林分密度與油松人工林平均樹高的相關(guān)性不同，在陰坡上，平均樹高與林分密度的R2值為0.9279，遠(yuǎn)大于林分密度在陽坡上的R2值0.518 9，說明林分密度在陰坡上對平均樹高的影響要高于陽坡。無論在哪個坡向上，平均樹高均隨林分密度的增大而減小，這與上述研究結(jié)果一致。陰坡上，當(dāng)林分密度為900～1 000株hm-2時，平均樹高減小量最大，為0.58 m，而在陽坡上，林分密度為1 000～1 200株hm-2時，平均樹高減小量最大，為0.48 m。

同樣的，從圖7中可以看出，林分密度對不同坡向上平均胸徑的影響也不相同，在陰坡上，林分密度與平均胸徑的R2值是0.879 3，大于在陽坡上的R2值。在陰坡上，林分密度為900～1 000株hm-2時，其減小量最大，為0.65 cm；在陽坡上，林分密度為1 000～1 200株hm-2時，減小量最大，為0.62 cm。

圖8 不同坡向上林分密度與油松人工林平均蓄積量的關(guān)系

如圖8所示，林分密度對油松人工林平均蓄積量的影響在不同坡向上表現(xiàn)出較高的一致性，其R2值相差不大，陽坡上林分密度對平均蓄積量的R2略大于陰坡，且平均蓄積量均隨著林分密度的增大而增大，同時，當(dāng)林分密度達(dá)到1 000株hm-2時，增勢均變緩。

在不同坡向上，林分密度對油松人林的平均樹高、平均胸徑及平均蓄積量的影響表現(xiàn)出較高的一致性，隨著密度變化，陰坡上油松人工林的平均樹高、平均胸徑受林分密度影響較大些，這與韓照日格圖[8]對大青山區(qū)油松人工林研究的結(jié)果不一致，這可能與兩地氣候、水熱條件以及林齡等因素不一致有關(guān)。

3.6.2 不同海拔林分密度對油松人工林生長的影響 低山區(qū)域和中山區(qū)域油松人工林密度和平均樹高的關(guān)系結(jié)果如圖9所示。不同海拔區(qū)域，林分密度對平均樹高的影響存在差異。在低山地區(qū)，其R2值為0.561 9，而在中山地區(qū)，其R2值為0.807 2，由此可見，林分密度對樹高的影響在中山地區(qū)要遠(yuǎn)高于在低山地區(qū)。從整體來看，無論是在中山地區(qū)還是低山地區(qū)，平均樹高隨著林分密度的增加均有減小的趨勢，在中山區(qū)域，林分密度為800～900株hm-2，平均樹高減小量最大，為1.62 m，而在低山區(qū)域，密度為900～ 1000株hm-2時，平均樹高減小量最大，為0.54 m。

圖9 不同海拔林分密度與油松人工林平均樹高的關(guān)系

不同海拔，林分密度對油松人工林平均胸徑的影響如圖10所示。在低山地區(qū)林分密度對油松人工林平均胸徑的R2值為0.501 6，低于在中山區(qū)域的R2值。說明在中山地區(qū)林分密度對油松人工林平均胸徑的影響要大于在低山地區(qū)。

圖10 不同海拔林分密度與油松人工林平均胸徑的關(guān)系

在低山地區(qū)，平均胸徑減小量最大為2.38 cm，其林分密度范圍為800～900株hm-2；而在中山地區(qū)，當(dāng)林分密度為900～1 000株hm-2時，平均胸徑減小量最大，為1.11 cm。

不同海拔區(qū)域上油松人工林林分密度與平均蓄積量的關(guān)系如圖11所示，在低山地區(qū)，林分密度與平均蓄積量的R2值為0.642 3，小于在中山地區(qū)的R2值0.935 6，在中山地區(qū)，林分密度對油松人工林蓄積量的影響要遠(yuǎn)高于低山地區(qū)。整體來看，不同海拔高度，隨著林分密度的增大，油松人工林平均蓄積量也有增大的趨勢，在低山區(qū)域，當(dāng)林分密度大于1 000株hm-2時，增勢變緩，而在中山區(qū)域，當(dāng)林分密度為1 000～1 200株hm-2時，其增量最大，為6.82 m3hm-2。

圖11 不同海拔林分密度與油松人工林平均蓄積量的關(guān)系

整體來看，隨著林分密度的增加，在低山和中山區(qū)域，油松人工林各生長量變化的趨勢基本一致，中山區(qū)域林分密度對各生長量的影響更大。

綜合上述分析，根據(jù)油松三個生長指標(biāo)的變化，其在低山區(qū)的造林密度在800株hm-2左右，在中山區(qū)的造林密度在900株hm-2左右時生長較好。

4 結(jié)論

4.2 在一定林分密度范圍內(nèi)，林分密度對Ⅰ齡級油松人工林各生長因子影響不大，對Ⅱ齡級油松人工林平均樹高影響不大，對平均蓄積量影響最大，平均胸徑次之；對Ⅲ、Ⅳ齡級油松各生長因子影響較大，具有一致性，影響的大小依次為：平均蓄積量>平均樹高>平均胸徑。

4.3 以平均蓄積量為參考依據(jù)，其生長較好的林分密度依次為，Ⅰ齡級油松人工林在900～1 000株hm-2之間，Ⅱ、Ⅲ齡級油松人工林在800株hm2左右，Ⅳ齡級油松人工林則為1 000株hm-2。這幾個數(shù)值在實際營林過程中可作為參考值。

4.4 以Ⅲ齡級油松人工林為研究對象，林分密度在陰坡對平均樹高、平均胸徑的影響明顯高于陽坡；對平均蓄積量的影響則低于陽坡；不同海拔上，油松人工林林分密度在低山區(qū)域?qū)ζ骄鶚涓摺⑵骄貜郊捌骄罘e量的影響均低于中山區(qū)域。

5 討論與展望

5.1 本研究根據(jù)林分密度出現(xiàn)頻率的大小，篩選出林分密度不同的7種油松林進(jìn)行研究，這7種不同林分密度油松林的小班個數(shù)占總小班個數(shù)的60%，可以代表大部分北京山區(qū)油松人工林林分密度與生長的情況，但其他地區(qū)的油松人工林密度設(shè)置可能與本文篩選的密度有差異，研究結(jié)果會有所差異，需要根據(jù)具體地區(qū)再進(jìn)行具體分析。

5.2 林分密度對Ⅰ、Ⅱ齡級油松人工林平均樹高和平均胸徑影響不大，對Ⅲ、Ⅳ齡級影響較大。隨著林齡的增大，油松生長量增大，導(dǎo)致同一林分密度下個體間競爭加劇，從而使得林分密度對油松的影響加強(qiáng)。李世界等[7]研究發(fā)現(xiàn)，在13年生之前油松林木胸徑會隨著密度增大而增大，隨后，個體矛盾激化導(dǎo)致林木胸徑會隨密度增大而減小。這可能與兩地油松人工林林分密度的不同有關(guān)，北京山區(qū)油松人工林密度遠(yuǎn)低于遼西地區(qū)，當(dāng)林分密度較低時，生長空間較為充足，競爭作用表現(xiàn)不明顯[8]，當(dāng)林分密度大于2 000株hm-2時，林木之間競爭作用加劇，從而對生長產(chǎn)生較大影響。

5.3 本研究發(fā)現(xiàn)，Ⅲ齡級油松人工林的平均樹高、平均胸徑均及平均蓄積量在不同坡向時，林分密度對其影響不同，林分密度在陰坡對油松人工林胸徑的影響要高于陽坡，而韓照日格圖[9]對大青山區(qū)油松人工林研究表明，陽坡林分密度對林木胸徑的作用更強(qiáng)，本研究成果與之有較大不同。這可能與兩地氣候、水熱條件以及油松林林齡等因素不一致有關(guān)，同時，本研究僅僅選取了31～40年生的油松人工林為對象，而林齡不同油松人工林，生長規(guī)律大不一樣，且土壤因子等其他不同立地因子綜合作用之下，林分密度對油松人工林的影響規(guī)律可能非常不一樣[10]，將來有必要繼續(xù)細(xì)化各類條件，深入全面對各林齡油松人工林開展研究。