第26卷第3期 2 0 1 1年9月 河北林果研究 V01.26 No.3 Sep.2011 IIEBEI JOIJllNAI OFFORESTRYANDORCHARD砌 队RCH 文章编号:1007—4961(2011)03—227—04 白桦天然次生林生长规律研究 郭延朋 ,秦 琰。,金 辉 ,张立民 ,李兵兵 (1河北省木兰围场国有林场管理局,河北围场068450; 2中国二十二冶集团有限公司,河北唐山064000;3河北农业大学林学院,河北保定071000) 摘要:系统地了解和掌握林木生长规律,是科学合理经营森林的重要依据。本研究以河北省塞罕坝白桦(Bet— ulaplatyphylla Suk.)天然次生林为研究对象,利用多年调查的临时样地资料,借助Excel、SPSS11.0和ForStat统 计分析软件,对主要林分因子生长进行模拟,以了解其生长规律。结果表明:抛物线方程拟合其立木株数生长 过程效果最好,Logistic方程拟合其蓄积量生长过程效果最好,对数方程拟合其胸径、树高生长过程效果最好, Richards方程拟合其材积生长过程效果最好;胸径年平均生长量为0.30 cm,速生期前10 a;树高年平均生长量 为0.25 m,速生期为前5 a;材积年平均生长量为0.002 51 m3,速生期前20 a,数量成熟龄为38 a。 关键词:白桦;生长规律;生长方程;塞罕坝 中图分类号:S 718.5 文献标志码:A Study on the growth laws of Betula p Suk.secondary forest GUO Yan-peng ,QIN m2,JIN Hui3,ZHANG Li—mill ,LI Bing-bing3 (1 Mulan—weichang Forestry Administration ofHebei Province,Weichang 068400,China; 2 China 22Mcc Group Corporation Ltd,Tangshan 0640O0,China; 3 College ofForesty,Agricultural University foHebei,Baoding 071000,China) Abstract:It is very important for scientiifc forestry management to understand and grasp the forest growth systematically. Based on the data collected from experimental sample plots and analytical tl1ees of Betula platyphylla Suk.plantation in Saihanha,Excel,SPSS11.0 and Forstat are used to model the growth process of main stand factors for understanding forest growth nile.The results showed that:Parabola equation is the best model for describign the Number of Betula platyphylla Suk.,Logistic ̄llatioN is the best model for describign the stand Volume,Loqa ̄thm equation is the best model ofr describing hte DBH and Heigh,Richards equation is the best model for describing the Volmue,Mean annual DBH increment is 0.30 am,and earlylO years are the speed perido ofDBH growth;Mean annual height increment is 0.25 m,and early 5 years a/'e the speed growth perido;Mean annual volmue increment is 0.002 51 Hf.and early 20 years are the speed growth perido. the quantitative maturity age is 38. Key words:Betdaplatyphylla Suk.;growth rhythm;growth equation;Saihanba 林木生长规律是指林木生长发育随年龄变化 为模拟林分的生长、枯损、材种出材量及进行森林资 的规律。其主要研究内容是林分平均胸径、平均树 源数据更新,预测森林的未来,制定合理的经营措施 高、材积、生物量、以及利用数学模型拟合其生长曲 等提供了必要的理论依据…。尤其是从建立森林资 线,分析的指标主要有总生长量、平均生长量、连年 源管理信息系统以来,了解林分生长过程的动态信 生长量,研究方法主要是根据临时样地或固定样地 息对森林调查和森林经营有着极其重要的意义。目 资料编制生长过程表。在林木自然生长过程中,林 前,国内外众多学者已对其进行了研究,且建立了许 分内部存在着比较稳定的生长规律,探讨这些规律 多理论和数学模型_2-7.,其中已有相当一部分用于 收稿日期:201l一07—11;修改稿收期:0211—08—19 基金项目:科技部公益专项(2008O4o27)。 作者简介:郭延朋(1985一),男,河北邢台人,助理工程师,主要从事森林资源管理工作。 通讯作者:李兵兵(1988一),男,江西上饶人,在读硕士研究生,主要从事森林可持续经营方面的研究。 228 河北林果研究 第26卷 林业牛产实践中。 是集生态公益林建设、商品林经营、森林旅游和多种 自桦天然次生林是塞罕坝机械林场重要的森林 类型之r一,在维护环京津生态安全、为社会发展提供 小材中具有 叮替代的作用。本研究利用不同的生 经营于一体的河北省最大的林场。 2 研究方法 2.1资料收集及筛选 研究工作所用资料,来自河北省林业勘察规划 长模型对白桦天然次生林生长过程进行拟合,找到 最优模型,计算各生长指标(胸径、树高、材积)的总 生长量及其连年生长量、平均生长量、生长率以及各 年龄林分所代表的立木株数和蓄积量,编制白桦天 然次生林生长过程表,分析各生长指标的生长过程, 揭示其动态生长规律,为白桦天然次生林的经营和 管理提供科学依据。 设计院,2007--2010年连续3年在塞罕坝机械林场 调查的临时样地数据。所选样地均为白桦天然单层 纯林,共计448块。该资料详细记录样地的地理位 置(林班、小班、细班),地形地貌,林分起源、类型、年 龄、平均胸径、平均高、郁闭度、亩株数、亩蓄积等情 况。 l 研究区概况 研究区位于河北省最北端的塞罕坝机械林场境 内,北纬42。02 ~42。36 ,东经116。51 ~117。39 。主 所有样地资料:林分年龄为3~50 a,胸径为2.4 ~16.2 cm,树高为3.3~16.3 m,密度为160~9 000 株/hm ,郁闭度为0.1~0.9,海拔为1 40O~1 980 m, 土层厚度主要集中在4O~50 cm,母质为风积物、残 积物、堆积物等。 为保证样地资料完整性和一致性,在收集的样 地中,剔除有以下情况的地块: 要地貌分为内蒙古高原和冀北山地两部分,海拔在 1 010~1 940 m之间;该区属寒温性高原气候,冬季 寒冷,夏季无酷暑,年均气温一1.4 ̄C,无霜期67 d, 年均降水量452.6 nun,年均日照时间2 367.8 h。 塞罕坝机械林场总经营面积为9.507万hm2,其 首先,剔除林分因子记录不详的地块。其次,选 中有林地面积7.067万 ,森林覆盖率77.5%,林 择立地条件中等、郁闭度为0.7~0.9的地块。第 三,采用标准差过大剔除法,根据林分调查因子问的 相互关系,对超过N—D,D—A(N,D,A分别为林分 每公顷平均株数、胸径、和年龄)曲线平均值3倍标 准差的地块进行剔除l8 J。共剔除样地167块,最后 选用的样地为275块。基本情况见表1。 木总蓄积462万 ,平均年生长率9.7%。按起源 分:人工林5.053万}1n12,天然林2.014万}1nl2;按龄 组分:幼龄林2.773万} ,中龄林3.447万hm2,近 熟林0.847万hm。,树种主要为落叶松、樟子松、白 桦、云杉等。林区野生动植物资源丰富。有自生维 管植物8l科312属659种;有野生动物100余种。 表1所选样地基本情况 Table 1 General situation of selective plot 2.2数据处理 利用常用的生长方程(线性方程、Richards方 根据筛选的资料求出白桦天然次生林不同林龄 所代表的立木株数、树高、胸径和材积的总生长量, 使用Excel、SPSS11.0统计软件 J、ForStat统计软 件 进行曲线拟合运算_9 ,并对拟合结果采用差 异显著性置信椭圆F检验法进行模型适用性检验, 找出年龄与各林分调查因子的关系,编制林分生长 程、Logistic方程、指数生长方程、幂函数方程、Schu. macher方程、抛物线方程、对数方程、Gompertz方程、 反曲线方程)分别对白桦天然次生林立木株数、树 高、胸径和材积随年龄变化过程进行拟合计算,最优 方程见表2。 表2方程式中,Y是所要拟合的林分因子;t是 过程表,再用Excel软件进行数据计算及绘生长曲 线图,最后分析各林分调查因子的生长规律。 年龄。其拟合结果表明:抛物线方程拟合其立木株 数生长过程效果最好;Logistic方程拟合其蓄积量生 长过程效果最好;对数方程拟合其胸径、树高生长过 程效果最好;Richards方程拟合其材积生长过程效 果最好。相关系数 均为0.9以上。 3结果与分析 3.1生长过程的曲线拟合与检验 第3期 郭延朋等:白桦天然次生林生长规律研究 229 表2白桦天然次生林各调查因子 表3各调查因子模型检验 生长过程拟合结果 Table 3 Stand description factor test table Table 2 The fitting results for stand descrip ̄on factor of Betu/aplatyphyUa Suk.secondary forest 由表3可知:a和b分别接近于0和1,表明所 拟合的模型适用于描述华北落叶松人工林的生长过 程。 把检验样本的实际值与模型值代入适用性检 3.2生长过程表的编制 验公式:。显然,如果模型拟合效果好,实际值与理 以5 a为一个龄阶,利用拟合的最优模型计算 论值就会很接近,那么方程中a趋近于0,b趋近于 各生长指标的总量、以及胸径、树高、材积的连年生 1;当a不趋近于0,b不趋近于1时,表示该型有误 长量、平均生长量,得其林分生长过程见表4,并进 差,需要做F检验。各调查因子检验结果见表3。 行林分生长因子分析(图1~3)。 表4白桦天然次生林林分生长过程 Table 4 Growth process table of Betula platyphyHa Suk.secondary forest 3.3生长过程分析 50 a生白桦树高总生长量仅为l2.4 m,年平均生长 3.3.1胸径生长过程分析 由表4和图1可知, 量0.25 m。树高连年生长量从5 a生开始就呈现递 50 a生白桦胸径总生长量为14.7 cm,年平均生长量 减的趋势,25 a生后树高连年生长量不足0.2 m,到 0.30 cm。胸径连年生长量和平均生长量相交于13 a 50 a生时仅为0.08 in。这与天然次生林缺乏人为经 生左右,其高峰期均出现在10 a生时,分别为0.76 营息息相关,若能适当的加以人为干扰将能大幅提 cm、0.60 cm。前10 a是胸径生长的旺盛期,连年生 高白桦树高总生长量。 长量为0。45—0.76 cm,随后胸径生长逐渐减弱,连 3.3.3材积生长过程分析 由表4和图3可知: 年生长量下降,平均生长量也呈下降趋势,20 a后胸 50 aP-[=白桦材积总生长量为0.12:5 47 TI13,年平均生 径连年生长量不足0.3 cm,到50 aP- ̄=时仅为0.11 长量为0.002 51 m3。连年生长量前15 a较小,不足 cm。因此,前10 a为白桦天然次生林胸径生长的速 0.002 5 m3,但是呈迅速上升的趋势,20 a生时达到 生期,在这个时期若加强水肥管理和注意林分 最大,为0.004 26 m3,此阶段为白桦材积生长的速生 密度,适度间伐可以培育大径材林木。 期,随后迅速下降,材积生长进入慢生期。平均生长 3.3.2树高生长过程分析 由表4和图2可知, 量在38 a生左右达到最大,达0.00:2 7 Hl3左右,其曲 230 河北林果研究 第26卷 毒蓍台 蓥茎 每慧|& Age 图1白桦胸径连年生长量与平均生长量变化曲线 Fig.1 DBH annual increment and average growth curv ̄of Betu/aptaty ̄yUa Suk. 年龄/a Age 图2 白桦树高连年生长量与平均生长量变化曲线 Fig.2 Height annual ill‘T哪leIIt and average growth curves of Betu/aplatyphylla Silk. 年龄/a ^ge 图3 白桦材积连年生长■与平均生长■变化曲线 .3 Volume anmlai increraent and average growth curv of Betu/aplatyphylla Shik. 线并与连年生长量曲线相交,此后呈下降趋势,由 此,白桦天然次生林的数量成熟龄确定为38 a生左 右。 4 结论 (1)塞罕坝白桦天然次生林立木株数变化过程 目/I举删恒霉 ptlo皇 .● Iuc一皇 f霉 I1.o Ilm薯∞ uI可以用抛物线方程描述;蓄积量生长过程可以用 I一^|l 【J 霉 Logistic方程描述;材积生长过程可以用Richards方 程来描述,而胸径、树高生长过程用对数方程拟合效 果最好。拟合的方程相关系数R均在0.9以上。 (2)50 a生白桦天然次生林立木株数随年龄的 增大而变少,由5 a生4 085株/hⅡ】2降为50 a生时的 1 087株/ ;蓄积量逐渐增大,50 a生时为136.38 rn3/hrn2;胸径平均生长量为0.30 cm,10 a生时生长最 快,连年生长量为0.76 cm,速生期为前10 a;树高年 平均生长量为0.25 m,连年生长量从5 a生开始就呈 现递减的趋势,25 a生后树高连年生长量不足0.2 m;材积年平均生长量为0.001 83 nl3,20 a生时生长 最快,其连年生长量达0.004 26 r玎『。该地区白桦天 然次生林缺乏人为经营,若能适当的加以人为干扰 将能大幅提高其各林分因子的生长空间。 (3)白桦天然次生林材积连年生长量与平均生 长量曲线在30 a生左右时相交,表明此时林分已进 入数量成熟状态,可以进行人工采伐。 参考文献: [1]周春国,国红,彭世揆.基于森林连清数据的林分直径结构生长 规律研究[J].南京林业大学学报,2OO0,24(6):41—43. 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