樹木任意部位直徑干形預測研究

劉春光,呂曉麗,王曉梅,仝貴文,孫曉環*

(1.黑龍江省農業科學院牡丹江分院,黑龍江 牡丹江157041;2.黑龍江農業經濟職業學院,黑龍江 牡丹江157041)

赤松(Pinusdensiflora)為暖溫帶和溫帶樹種。在朝鮮半島和日本、俄羅斯等地區有分布。在我國,多分布于黑龍江東部(雞西、東寧)、吉林長白山區、遼寧中部至遼東半島、山東膠東地區及江蘇北部云臺山區,自沿海地帶上達920 m山區,常形成次生純林,赤松為深根性喜光樹種,抗風力強,生于溫帶沿海山區及平原,年降雨達800 mm 以上,能耐貧瘠土壤;能生于由花崗巖、片麻巖及沙巖風化的中性土或酸質土(pH5～6)山地,不耐鹽堿土。赤松林的垂直分布,一般多在海拔600 m以下中腹部至脊部的陽坡和半陽坡上。在海拔800～1100 m之間只見有零散的單株[1]。吉林省的天然赤松林,多集中分布于圖們江,鴨綠江流域,其中龍井,安圖,汪清等地區有較大面積的純林。如龍井市南部圖們江北岸的智新,三合,東明和安圖縣的福興等鄉就分別有近1000 hm2的天然赤松純林[2]。

干形是樹干形狀的簡稱。樹干形狀是確定樹木材積、林分蓄積以及單木出材質量和數量的重要指標,一般有通直、飽滿彎曲、尖削和主干是否明顯之分。造成樹木間干形差異的原因,除受遺傳性,年齡和枝條著生情況等內因的影響外,還受生長環境,如立地條件、氣候因素、林分密度和經營措施等外因的影響。沈家智[3]針對我國現行一元立木材積表對林分或樣地材積估計偏差太大,建立了吉安市杉木、國外松、闊葉樹等3個主要樹類的相對樹高曲線模型。

張鵬飛等[4]人研究發現:赤松各無性系嫁接口上粗、樹高和冠幅差異達到極顯著(P<0.01 ),園內各指標遺傳力較高,遺傳較為穩定,受環境和外力的影響較小,作為無性系評價的指標較為可靠。王仁卿等[5]通過對昆崳山天然赤松種群的年齡結構、徑級結構、高度結構等數量特征與其土壤種子庫及幼苗分布特點等方面的研究,對赤松的種群結構及動態有一初步了解。

不少學者從不同角度對赤松進行了研究[6-8]。同時還有對赤松受蟲害的影響的研究(此外是對赤松群落學的研究、分類的研究,以及松茸生態、資源保護等方面的工作。國內對松屬植物的研究主要集中在油松林、紅松闊葉林、馬尾松以及黃山松方面。研究的重點則側重于群落特征、生物多樣性分析、演替模型、生理生態學特征以及生產力格局等方面。

1 材料與方法

1.1 調查區的選擇

共設4個調查區,即延吉市林業局的帽兒山林場(129°37′E,42°45′N)、 龍井市林業局的智新林場(129°32′E,42°41′N)、勇新林場(129°20′E,42°41′N)和延邊大學農學院后馬蹄山(129°23′E,42°47′N)。選擇的單株赤松對所預定的要求有充分的代表性,遠離林緣且避開道路或伐開的調查線,包括了存在的各徑階的單株赤松。地形大多為山地,地勢有陡峭的,也有平緩的;坡度大小不一,從0°～30°不等;涉及全部坡向,包括上、中、下不同的坡位;土壤類型以暗棕壤為主。

1.2 調查區生態情況

該地區屬于長白山北部低山區,山體以花崗巖和玄武巖構成,中溫帶大陸性濕潤季風氣候,年平均氣溫5.0～5.5 ℃,年平均降水量520 mm,蒸發量為1251.1 mm,有效積溫2600 ℃,無霜期122～132 d,土壤為暗棕壤。天然赤松林中以赤松占絕對優勢,少量伴生有白樺(Betulaplatyphylla)、山楊(Populusdavidiana)、蒙古櫟(Quercusmongolica)等闊葉樹種;林下灌木以胡枝子(Lespedezabicolor)、興安杜鵑(Rhododendrondauricum)和烏蘇里繡線菊(Spiraeaussuriensis)為主;草本主要有羊胡苔草(Carexcallitricihos)、大油芒(Spodipogonsibiricus)、桔梗(Platycodongrandiflorum)、黃花敗醬(Patriniascabiosaefolia)、萬年蒿(Areemisiagmelinii)等[6]。此外,赤松林下還是生長珍貴食用菌—松茸(Tricholomamatautake)的主要場所。

1.3 主要儀器及設備

調查選擇了適用于森林資源調查中的各種測量工作的DQL-6光學測樹羅盤儀、皮尺、砍刀、圍尺、布魯萊測高器等工具。DQL-6光學測樹羅盤儀可以測定如水平距離、傾斜距離、高差、坡度等數據。同時,此羅盤儀可以直接測定和標定樹干上任意部位的高度和直徑,從而間接求得形數、單木形率、胸高斷面積等。

1.3.1 儀器的介紹。調查所選用的主要儀器為DQL-6光學測樹羅盤儀,此羅盤儀主要由望遠鏡組、豎盤組、羅盤組、安平組四部分組成。望遠鏡組為16倍內調焦式,并可在垂直面內作360度回轉,它不僅用來瞄準和測距,而且在分劃板上設有標尺可用來測定樹干直徑。豎盤組不僅是望遠鏡的回轉軸支架,而且裝有與望遠鏡同步轉動的豎直度盤,盤面上刻有水平距為10、15、20、30 m的測高尺,在水平距30 m處可測量±40 m高度。盤面上部還刻有角度尺,可供傾角測量用。為操作方便,備有橫軸止動螺旋和微調螺旋,可用于精確調整。

羅盤組由磁針和磁針度盤組成。主要用于磁方位測量,為保證測量精度,羅盤盒上還裝有圓形水準器。安平機構,是球臼式結構,即可以與三腳架聯接,又可以隨意調節,可迅速方 便地將儀器安平。

望遠鏡:放大倍率:16X;有效孔徑:20 mm 視場角:圖1 觀測示意圖 2°30; 視距乘常數:50,100;視距加常數:0;最短視距:2 m;磁羅盤:磁針長度:67 mm;度盤格值:1;游標值:6′;測高量程:±40 mm;圓水準器:15′/2 mm

圖1 觀測示意圖

1.3.2 測量方法。 根據作業條件和實際需要,可將儀器安置在水平距為10、15、20、30 m任意一點,安平儀器后,用望遠鏡橫絲瞄準被測目標,然后可以在豎直度盤上所對應的水平距高度尺上讀取其高度。

觀測點的確定:在調查地點,隨機選定一株天然赤松單木,在該株天然赤松同一等高線方向選定觀測點,安置光學測樹羅 盤儀,測站至赤松樣木水平距離為D(D的大小因通視條件,地形,地勢,坡度等具體環境因素可選擇10、15、20、30 m)。

樹高的測定:觀測者手持布魯萊測高器,按下背面的按鈕,使指針自由擺動。通過望遠鏡瞄準選定樣木的樹梢,當望遠鏡的十字絲橫絲準確切于樹梢時,按動儀器前面的扳機,在儀器的讀數盤上讀出該水平距離對應的高度值,再加眼高即為樹高。

樹干上部直徑的測定:根據該株赤松樣木的樹高,用計算器算得0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9 h部位的高度。根據三角函數與反三角函數:tgβ=(h1-h眼)/D與arctgβ(hi表示樣木各相對高度)可以求得相各相對高度的豎直角(β)。調整光學測樹羅盤儀上的望遠鏡,使豎盤讀數(豎直角)β為,此時轉動羅盤儀的照準部,通過羅盤儀的望遠鏡的豎絲零刻度線切到樹干的右側。此時,用樹干的左側所在切線讀取望遠鏡的刻度,刻度的數值即為該株樣木的高度直徑。

相對直徑的計算:樹干各部位直徑和胸徑的比值。將外業得到的13株天然林赤松樣木和15株人工赤松樣木各高度位置直徑換算為相對直徑,其范圍包括吉林省延吉市林業局的帽兒山林場(人工林5株)、龍井市林業局的智新林場(天然林6株)、勇新林場(天然林7株)和延邊大學農學院后馬蹄山(人工林10株),共計選伐樣木28株,每株樣木實測0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9 h的相對高處直徑。

2 數據分析

2.1 不同起源赤松樣木各相對高度處的相對直徑差異顯著性檢驗

運用生物統計的假設推斷理論,按照大樣本總體平均數的差異顯著性檢驗方法計算各相對高度對應的統計量,見表1。

表1 不同起源赤松相對直徑差異顯著性檢驗

可以看出全部相對高度對應的統計量的絕對值均小于臨界值(1.96),所以天然赤松與人工赤松各相對高度處的相對直徑差異均不顯著,表明赤松天然林和人工林由于起源的不同并未引起干形變異,即同樹種林木的相對干形具有一定的穩定性。

2.2 赤松樣木相對直徑分析

表2中除0．8 h和0．9 h處的相對直徑的精度較低(93.5%和91%)外。其余均在95%以上,且前兩處均在樹干梢端,故對于整個樹干干形影響不大,基本上可以反映赤松樹干相對直徑的平均水平。

表2 赤松相對直徑分析表

2.3 各相對高度處直徑經驗公式的確定

B．K札哈絡夫的研究表明,單木胸徑與同一相對高度處的直徑間存在著線性關系(DH…nH=aD1…3+b.式中n為距干基0.0、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9處的相對位置),根據上述資料,其關系如表4所示,不難看出,不僅各相對高度處的直徑與胸徑間存在著明顯的線性關系,同時,a與b值均有隨相對高度的上移而不斷減少的趨勢,且可近似地用線性方程表示,其具體模型如下:

a=-1.2763(1-n)十1.4078=0.1315+1.2763n

b=-1.9645(1-n)十1.938=-0.0265+1.9645n

將上述a,b值代入式中Dn=aD1…3+b

可得Dn與D1…3和n之間的綜合模型:Dn=(0.1315+1.2763n)D1…3+(-0.0265+1.9645n),Dn=0.1315D1…3+1.2763D1…3+1.9645n-0.0265(r=0．981 54) 即在已知胸徑的情況下,可利用上式求算出赤松人工林單木任意相對高度(1一n)H處的直徑,從而大大減化了測算工作。

上述研究表明,赤松單木的相對干形具有一定的穩定性,起源不同并未引起干形的變異,并且同一林分內不同單木的相對干形基本一致。

3 結論

赤松林木的相對干形具有一定的穩定性,起源不同并未引起相對干形的變異,并且同一林分內不同單木的相對干形基本上是一致的。

應用赤松單木各相對高度處的直徑模型:Dn=0.1315D1…3+1.2763nD1…3+1.9645n-0.0265可以方便的預測赤松單木任意部位的直徑。凡進行單木干形研究調查,建議首先需要為各樹種建立相對樹高建立模型。 在樹干干形的測算理論中,干形一直是人們研究的熱點問題。有關赤松相對干形的研究尚未見報道,為林業生產實踐與科學的研究提供理論依據。以個體樣本建模可充分利用已有的樣地資料,預測平均直徑和平均高的變化幅度;計算各株樣木的相對直徑,并進行了對比分析,結果為天然林赤松和人工林赤松的相對直徑不因起源的不同而不同;進而對同一林分內不同赤松樣木的干形進行了分析,結果為其相對干形基本一致可開展和清查中對每個樣地實測樹高曲線作為建模樣本,即可預測赤松單木的直徑。為簡化測量直徑的難度,提高研究效率起作用,建議在測量樹木研究推廣應用。