大興安嶺天然偃松干長生長過程分析

路彩云,唐仲秋,李海臣,朱萬昌,劉會鋒*

(1.呼中林業(yè)局營林管理處，黑龍江 呼中 165036；2.大興安嶺地區(qū)農(nóng)業(yè)林業(yè)科學(xué)研究院，黑龍江 加格達奇 165000)

偃松(Pinuspumila)屬松科松屬，五針?biāo)山M植物，蔓生性常綠灌木，偶見小喬木，樹干通常伏臥地面匍匐生長，最長達10m以上。分布范圍很廣，適應(yīng)性強，東起白令海岸，西至貝加爾湖附近，北自勒拿河入海口，向南分布到朝鮮北部，日本富士山以北各列島也有分布[1]。在我國境內(nèi)，偃松資源的分布范圍不大，僅在大興安嶺林區(qū)、小興安嶺、張廣才嶺及長白山的高海拔地帶有集中分布[2]。在大興安嶺地區(qū)共有75.5×104hm2的偃松林，主要林型為偃松矮曲林和偃松興安落葉松林，呈塊狀分布在土壤貧瘠、海拔較高的山體上[3]。我國對偃松資源的研究主要集中在開發(fā)利用[4-5]、形態(tài)及遺傳學(xué)[6]、引種栽培等方面[7]，對偃松樹干生長過程研究的較少，本文通過對天然偃松干長生長過程分析，為偃松天然林集約經(jīng)營提供參考。

1 試驗地概況

1.1 試驗地基本情況

試驗地位于黑龍江省呼中林業(yè)局，位于黑龍江省西北部大興安嶺伊勒呼里山北麓，地理坐標(biāo)為E122°39′-124°20′，N51°14′-52°25′。東與新林林業(yè)局相連，南以伊勒呼里山為分水嶺與松嶺林業(yè)局、內(nèi)蒙古大興安嶺的阿里河、甘河兩個林業(yè)局相鄰，西與內(nèi)蒙古大興安嶺的阿龍山、滿歸兩個林業(yè)局接壤，北與阿木爾林業(yè)局、塔河縣毗鄰。林業(yè)局施業(yè)區(qū)經(jīng)營總面積約為0.77×104km2，森林覆蓋率96.24%，活立木蓄積量為6459×104m3。平均海拔810m左右，無霜期僅有83d，年平均氣溫-4.3℃，歷史最低氣溫達-53℃。被譽為中國的偃松之鄉(xiāng)。

1.2 樣地基本情況

調(diào)查地為越桔-偃松矮曲林，海拔為1020m的陽坡，坡度27°，土壤為薄層生草灰化土，沒有喬木層，常見植物僅39種。以偃松、越桔為建群種，其它植物種有扇葉樺、高山蓼、茸枝地衣等。苔蘚植物和地衣蓋度小，在群落中僅占有一定地位。偃松年齡在120a左右，覆蓋度為95%，平均叢高為3.58m，平均干長為10.27m，平均地徑為8.7cm。

2 研究方法

2.1 調(diào)查方法

根據(jù)偃松樹干年生長輪枝或輪枝脫落痕明顯的特點，從樹稍向根部逐年測定干長生長量，直到輪枝生長痕不清楚為止，在其根部用生長錐取木芯、實測樹齡，同時測量全干長。測量包括幼苗、幼樹等不同樹齡的單株，經(jīng)換算再以10年為一個齡級計算偃松干長生長平均值(表1)，保證每個齡級參與計算平均值的偃松單株不少于30個。

2.2 模型選擇

樹木生長屬限制性生長，隨個體增大，所需營養(yǎng)不斷提高，而供給植物營養(yǎng)的基質(zhì)在自然狀態(tài)下也持續(xù)下降，使植物的生長過程呈現(xiàn)出“慢-快-慢”的“S”型變化節(jié)律。不少學(xué)者曾提出許多理論方程及經(jīng)驗方程用于模擬樹木的生長過程，本研究中選用Logistic方程對偃松干長生長進行擬合[5]。生長模型參數(shù)的求解采用迭代法，取偃松干長生長觀測值與樹高估計殘差平方和最小的那組參數(shù)值為方程中參數(shù)的值，模擬計算過程由計算機完成。

式中：

h——偃松干長生長量(m);

K——實測值;

e——自然對數(shù)函數(shù)的底數(shù)(常數(shù)取值2.71828);

m——實際計算值(取95.2);

r——運算參數(shù)(取0.0781);

t——樹齡(a)。

3 結(jié)果與分析

3.1 天然偃松干長生長過程

利用實測數(shù)據(jù)，經(jīng)運算：K=10.07，m=95.2，r=0.0781，相關(guān)系數(shù)為0.9744，并計算出偃松干長生長模擬值(表1)。

表1 天然偃松干長生長過程Tab.1 Growth Process of Pinus pumila

從表1中看出：天然偃松個體120a平均干長生長累積生長量不超過10.07m，100a年以后偃松樹干生長逐漸貼近模擬值。偃松干長生長在前30a生長較慢，年平均僅為2.4cm；30-90a為速生期，10a最高生長量出現(xiàn)在60-70a，達到180cm；90a后干長生長量逐漸下降，100-120a的干長總生長量為40cm(圖1)。

圖1 天然偃松樹干生長模擬Fig.1 Growth Simulation of Pinus pumila

3.2 Logistic生長模型模擬

天然偃松干長生長過程與Logistic生長模型模擬的結(jié)果基本吻合，通過參數(shù)顯著性檢驗，干長生長與年齡的回歸關(guān)系顯著。由于我們分析使用的是120a生的偃松干長生長數(shù)據(jù)，結(jié)果可能有局限性，僅適用于小于120a生的偃松樹干長生長預(yù)測，對于大于120a生的偃松干長生長情況還有待進一步研究。

4 結(jié)論

綜上所述，Logistic模型是研究樹木高生長的有效手段，運用計算機得到的偃松樹干長生長量與樹齡間的回歸方程能較好地擬合偃松樹干長生長過程，可運用此方程對偃松天然林樹干干長生長過程進行生長預(yù)測，為偃松天然林資源的合理經(jīng)營提供參考。偃松在120a前都保持高生長，但在60-70a生長速度最快。偃松的生長過程由生長曲線可劃分為“慢-快-慢”3個生長階段，與偃松干長自然生長相一致。偃松干長生長在前30a生長較慢，總生長量僅為48cm；30～90a為速生期，總生長量達805cm；90a后干長生長量逐漸下降，100～120a的干長總生長量為40cm。