晋西黄土丘陵区柠条生长规律研究

武秀娟，张彩红，奥小平，雍 鹏

(山西省林业科学研究院，山西 太原 030012)

柠条(Caragana korshinskii)为豆科灌木类植物，具有强大的防风固沙和保持水土能力，是人工造林的优良灌木树种。在黄土高原地区，其生态、经济和社会效益显著。目前，对于柠条的研究主要集中在土壤水分变化规律、土壤水分利用深度、柠条对土壤理化性质的影响，和平茬对柠条林地土壤水分、根系数量和分布的影响等方面。长期以来，由于对柠条灌木林分生长过程方面缺乏定量和定型的研究，导致合理经营柠条的决策难度很大，造成了林地生产力低下、轮伐期过长，严重影响了柠条林的经济、生态和社会效益。笔者对晋西黄土丘陵区退耕还林中柠条人工林枝径、枝高的生长模型进行拟合，分析柠条枝径、枝高的生长规律，以期为晋西黄土丘陵区柠条灌木林的培育和管理提供理论依据和技术支持。

1 研究区概况

研究区域位于方山县麻地会乡，属于晋西黄土丘陵沟壑区。气候属温带半干旱季风气候区，年均温4℃ ～9℃，≥10℃的年活动积温2246℃ ～3088℃，无霜期110 d～150 d，年均降水量562mm.造林地的土壤为黄绵土，由黄土母质直接发育形成，层次过渡不明显，土层深厚，质地均匀，属中壤土。乔木树种主要有刺槐(Robinia pseudoacacia)、白榆(Ulmus pumila)、油松(Pinus tabulaeformis)、华北落叶松(Larix principis-rupprechtii)、侧柏(Platycladus orientalis)，灌木主要有柠条、黄刺玫(Rosa xanthina)、沙棘(Hippophae rhamnoides)等。

2 研究方法

在方山县麻地会乡柠条灌木林分的典型地段设置10 m×20 m的样地。调查样地的立地条件、地形因子等并进行记录。通过对样地内柠条进行检尺，以株高、基径、冠幅的平均值为基准，选择标准丛。从中选择年龄最大的、最接近平均高的枝条作为标准枝，进行室内解析。选择不同的数学模型，通过回归分析，分别拟合出方山县柠条枝径、枝高生长的最优数学模型。通过实测枝径、枝高的连年生长量与平均生长量，分析柠条的生长规律。

通过Sigmaplot 10.0和SPSS 16.0软件建立生长方程。参考白文斌等的研究结果，选取逻辑斯蒂、理查德、舒马克、韦布尔、坎派兹、高斯和二次曲线7个生长方程作为柠条生长的备选模型。分别将柠条枝解析的枝径、枝高数据进行拟合，通过回归分析得出各生长模型的拟合曲线，从中选择决定系数最大、残差平方和最小的生长方程确定为柠条的适宜生长模型。

3 结果与分析

3.1 枝径与枝高生长模型的确立

3.1.1 枝径生长模型的确定

柠条枝径生长模型的回归分析见表1.

表1 柠条枝径生长模型的回归分析

由表1可知，7个拟合模型的决定系数(R2)均达到0.90以上。经显著性检验发现，所有模型方程均能显著描述晋西黄土丘陵区柠条枝径与枝龄的关系(P＜0.05)。其中，韦布尔模型拟合的决定系数最大，且残差平方和最小，即枝径Y与枝龄X的回归关系最好。故确定韦布尔模型为黄土丘陵区柠条的枝径生长模型。

3.1.2 枝高生长模型的确定

柠条枝高生长模型的回归分析见第10页表2.

由表2可知，7种拟合模型的决定系数(R2)均达0.90以上。显著性检验结果表明，所有模型方程均能显著描述晋西黄土丘陵区柠条枝高与枝龄的关系(P＜0.05)。但韦布尔模型对枝高的拟合效果最好，残差平方和最小。故黄土丘陵区柠条的枝高Y与枝龄X间的枝高生长模型确定为韦布尔模型。

3.2 枝径与枝高生长分析

3.2.1 枝径生长分析

柠条枝径的生长曲线和枝径连年生长量与平均生长量曲线见第10页图1，图2.

由图1，图2可以看出，黄土丘陵区柠条枝径随年龄的增长呈显著的“S”型曲线，13 a时枝径达40 mm.在枝龄＜4 a时，连年生长量和平均生长量均增长缓慢，4 a内枝径平均增长量为1.33 mm.4 a＜枝龄＜9 a时，枝径的连年生长量和平均生长量的增长速度均加快;且连年生长量的增幅较大，并在8 a时达到最大值，为6.60 mm，随后连年生长量的增速开始减慢;在11 a时连年生长量与平均生长量曲线相交，此时平均生长量达到最大值，为3.28 mm，随后缓慢下降;13 a时枝径的连年生长量与平均生长量分别降至1.80 mm和3.00 mm.

表2 柠条枝高生长模型的回归分析

图1 柠条枝径生长曲线

图2 柠条枝径连年生长量与平均生长量曲线

3.2.2 枝高生长分析

柠条枝高的生长曲线和枝高连年生长量与平均生长量曲线见图3，图4.

由图3，图4可以看出，黄土丘陵区柠条枝高的生长随年龄的增长表现的与枝径一致，也呈显著的“S”型曲线。4 a＜枝龄＜9 a时，枝高生长相对较快，10 a时枝高生长开始趋于稳定，13 a时枝高达2.8m.在枝龄＜8 a时，柠条枝高的连年生长量和平均生长量均有持续增长的趋势，且连年生长量的增长相对较快。枝高连年生长量和平均生长量均在第8 a时达到最大值，分别为0.40m和0.27 m.此后2者均开始衰减，13 a时枝高的连年生长量和平均生长量分别减小至0.06 m和0.22 m.

图3 柠条枝高生长曲线

图4 柠条枝高连年生长量与平均生长量曲线

4 结论

研究所拟合的各模型精度均较高，但用于晋西黄土丘陵区柠条枝径和枝高生长的模型均以韦布尔生长模型最佳，该模型可用于晋西黄土丘陵区柠条的生长过程预测和今后柠条林的生产经营。

晋西黄土丘陵区柠条枝径的连年生长量在8 a时达到最大值，为6.6 mm;平均生长量在11 a时达到最大值，为3.28 mm.枝高连年生长量的最大值出现时间与枝径相同，但平均生长量最大值比枝径提早3 a，也出现在第8 a.可见，晋西黄土丘陵区柠条在前11 a枝径和枝高生长速率较大。在此时间内进行柠条的人工干预有助于延长柠条灌木林的速生期，保证林地拥有最大的生产力。

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