华北落叶松人工林树高和胸径的坡位差异与坡面尺度效应——以六盘山香水河小流域为例

邓秀秀 ，王云霓 ，王彦辉 ，王忠诚 ，熊 伟 ，于澎涛 ，张 桐 ,

（1. 中南林业科技大学 林学院，湖南 长沙 410004；2. 中国林业科学研究院 森林生态环境与保护研究所 国家林业局森林生态环境重点实验室，北京 100091；3. 北京林业大学 水土保持学院，北京 100083）

华北落叶松人工林树高和胸径的坡位差异与坡面尺度效应
——以六盘山香水河小流域为例

邓秀秀1,2，王云霓2，王彦辉2，王忠诚1，熊 伟2，于澎涛2，张 桐2,3

（1. 中南林业科技大学 林学院，湖南 长沙 410004；2. 中国林业科学研究院 森林生态环境与保护研究所 国家林业局森林生态环境重点实验室，北京 100091；3. 北京林业大学 水土保持学院，北京 100083）

在六盘山香水河小流域选择了一个水平长398.2 m和生长33年生华北落叶松人工林的典型坡面，调查分析了华北落叶松胸径与树高的坡位差异及随坡面水平长度变化的空间尺度效应。结果表明：（1）林分的胸径和树高都存在明显的坡位差异，从坡顶向下均表现为先增加后减小的变化趋势。（2）林分平均胸径、平均树高、优势木平均高均存在坡面尺度效应，即平均胸径的坡面滑动平均值在离开坡顶的0～200 m和200～398 m的水平距离范围内每增加100 m时增大0.33 cm和减少0.21 cm；平均树高的滑动平均值在0～67 、67～305、305～398 m的水平距离范围内每增加100 m时分别减少1.12 m、增大0.31 m、减少0.10 m；优势木平均高的坡面滑动平均值在0～250 m、250～398 m的水平距离范围内每增加100 m时增大0.42 m和0.07 m。（3)各样地的平均胸径、平均树高、优势木平均高与坡面加权平均值的比值（Y1、Y2、Y3，小数）随离开坡顶相对水平坡长（X，小数）变化的数量关系为：Y1= -0.312 8X2+ 0.239 1X+0.986 4（R2= 0.56）、Y2=-0.483 4X3+0.304 3X2+0.125 0X + 0.959 2 （R2= 0.43）、Y3= -0.177 5X2+ 0.230 8X+0.941 6（R2= 0.26），藉此可由特定坡位的样地调查值推算整个坡面平均值，实现树木生长指标从样地到坡面的尺度转换。

华北落叶松；胸径；树高；坡面变化；尺度效应；六盘山

林分结构指标是描述森林质量和制定经营决策的重要基础，是对更新、生长、竞争、自然稀疏等林分发育过程和人类经营干扰活动等的综合反映[1]，同时又是评价森林生态系统的生物多样性保护[2]、水土保持[3]、水文调节[4]、土壤改良[5-6]等服务功能的依据。不同林分结构会造成林下灌草生长[7]、树木病虫害抵抗能力[8]、土壤有机碳含量[9]、水源涵养能力[10]等的显著差异，并造成森林的生物量、碳密度、木材蓄积量及价值等的显著不同。

胸径和树高是最主要和最基本的林分结构指标，相关研究集中在林分胸径和树高的组成分布上[11-15]，但这些均是在林分样地尺度上开展的。林木的生长与立地及气候条件密切相关[16]。在西北地区，降水及温度等气象条件往往是限制树木生长的主要因子[17]，尤其土壤水分具有直接限制作用，但其限制作用具有地形差异[18]，如有关学者[19]研究了生物多样性、叶面积指数、胸高断面积等林分结构指标随海拔的变化，以及胸径和树高的组成结构[20]与分布范围[21]的海拔差异。树高和胸径的生长也存在着明显的坡位差异，如福建寿宁县的巨尾桉表现为坡下＞坡中＞坡上[22]。但是，当前对胸径和树高等树木生长指标空间变化的研究多集中在坡位比较和海拔差异方面，缺乏介于样地尺度和山体（海拔）尺度之间的山坡尺度范围内的变化规律研究。事实上，在坡面尺度范围内，存在着土壤厚度、土壤水分、土壤养分、微气候等方面的明显差异，并可能导致树木生长指标的坡面变化，然而目前还未见到树木胸径和树高的坡面变化规律及空间尺度效应的研究，这限制着对坡面森林结构的准确描述和精细经营。

华北落叶松Larix principis-rupprechtii是我国北方地区的主要造林树种。在宁夏六盘山地区，自20世纪70年代引入后开展了大面积造林，已成为当地最重要的人工林树种，发挥着水源涵养、水土保持、木材生产和风景游憩等方面的重要作用。本研究在具半湿润气候的六盘山香水河小流域的一个华北落叶松同龄人工林典型坡面上，对不同坡位设立的空间连续样地进行林分结构调查，分析胸径和树高的坡位变化及其坡面空间尺度效应，以期为森林资源清查、森林经营方案制定、森林生长估计和森林生态水文功能评价等的精细化管理提供科学基础，并促进森林生态水文研究，理解坡面尺度效应和发展尺度转换理论。

1 研究区概况

香水河小流域地处宁夏固原市泾源县（E106°09′～ 106°30′，N35°15′～ 35°41′），呈西北—东南走向，海拔范围为2 060～2 931 m，面积43.73 km2；属温带半湿润气候，有春寒无夏、秋短冬长的特点，年均气温6.8 ℃，月均最高和最低气温分别为7月份的17.4 ℃和1月份的-7.0 ℃。年均降水量636.8 mm，但集中于7～9月份。土壤类型以灰褐土为主，部分为高山草甸土；土壤厚度一般在60 cm以上，枯落物层厚度在3.6 cm以上。

该小流域内森林植被类型丰富，天然林主要树种有辽东栎Quercus liaotungensis、白桦Betula platyphylla、少脉椴Tilia paucicostata；人工林主要为华北落叶松林，占人工林总面积的90%及小流域面积的24%。灌丛主要有甘肃山楂Crataegus kansuensis、华西箭竹Fargesia nitida、蒙古荚迷Viburnum mongolicum、刺蔷薇Rosa acicularis等。草本种类主要有铁杆蒿Artemisa vestita、蕨Pteridium aquilum、东方草莓Fragaria orientalis、苔草Carex gmelinii、艾蒿Artemisa argyi、糙苏Phlomis umbrosa等。

2 研究方法

香水河小流域内72%的华北落叶松人工林均分布在半阳坡。因此选择了一个代表性的东南坡向的半阳坡坡面，在2014年生长季中期进行样带布设及林分结构调查。该坡面斜坡全长480.6 m，水平坡长398.2 m，平均坡度33.7°，海拔变化在2 258.5～2 524.8 m之间。从坡顶至坡脚，布设了一条宽30 m的样带，将其划分为空间连续的16块宽30 m和斜坡长30 m的样地。

在坡顶和坡脚各设一林外自动气象站，将所测气象要素根据各样地海拔线性插值，求得各样地的林外气象要素。

在各样地中心用手持GPS测量并记录经纬度和海拔，用罗盘仪测量坡度和坡向。各样地进行每木调查：用胸径卷尺测胸径，精确到0.01 cm；用测高仪测量树高和枝下高，精确到0.1 m；从树干向东、南、西、北四个方向拉伸皮尺测定树冠半径，利用其平方平均值计算冠幅直径，精确到0.01 m。用目测法估测林冠郁闭度、林下灌木覆盖度和草本覆盖度。

根据样地内各株树木测定数据，计算样地的胸径、树高、优势木高的平均值。

样地平均胸径（D，cm）指各样地中所有树木胸径的平方平均值（式1）：

样地平均树高（H，m）指各样地内所有树木树高的算术平均值（式2）：

式中：Di指样地内第i株树木的胸径(cm)；n为各样地的树木株数；Hi为样地内第i株树木的树高(m)。

选各样地最高的5株树木作为优势木，用式（2）计算各样地的优势木平均高。

在得到各样地平均胸径和树高后，从坡顶样地到指定坡面水平长度的样地，进行样地胸径和树高的各样地代表坡段水平长度的加权平均，作为从坡顶到指定样地的坡面滑动平均胸径（Ds）和坡面滑动平均树高（Hs），其中树高进行算术平均 （式3），胸径进行平方平均（式4）。当所有样地参与计算后，即为整个坡面的平均胸径和平均树高。

式中：Hj和Dj指不同坡位第j个样地的平均树高（m）和胸径（cm）；Sj指第j个样地代表的水平坡长（m）。

用于评价树高和胸径的空间尺度效应的指标是其沿坡滑动平均值随水平坡长变化的速率，即水平坡长每增加100 m对应的胸径和树高变化量的绝对值。

3 结果与分析

3.1 坡面树木生长整体特征及坡位差异

研究坡面上的华北落叶松人工林均为33年生，各样地的林下灌木发育不明显，覆盖度在15%左右，主要种类为刺蔷薇、华西箭竹、甘肃山楂等。林下草本层发育明显，覆盖度约40%；各样地草本种类组成相近，以东方草莓和苔草为优势种。

坡面上各样地的基本信息见表1。在整个坡面上，华北落叶松林的林龄均为33 a，平均胸径为20.42 cm，平均树高为16.9 m；优势木平均高为20.6 m，郁闭度变化在0.62～0.81之间，平均为0.74；除个别样地密度较低外，绝大多数样地的林分密度为800～950株·hm-2，平均为891株·hm-2。

表1 典型坡面上华北落叶松人工林样地基本信息Table 1 The basic information of sample plots of L. principis-rupprechtii plantation on representative slope

由于优势木高较少受密度影响，比平均树高更能反映立地质量，因此进行了不同坡位样地的胸径和优势木高的单因素方差分析，得到结果见表2。胸径有如下坡位变化规律：坡中上＞坡中＞坡中下＞坡上＞坡下，坡下样地除了与坡上样地无显著差异外，与其它样地均存在显著差异， 而其他样地间差异性不显著。优势木平均高在不同坡位的变化为坡中＞坡中下＞坡下＞坡中上＞坡上，坡上样地的优势木平均高与坡中样地出现显著的差异。

表2 不同坡位处的胸径、优势木高生长情况†Table 2 Growing states of DBH and mean dominant tree height at different slope positions

3.2 样地树木胸径与树高的坡面变化

坡面上各样地的平均胸径和平均树高都存在着明显的差异，其中平均胸径变化在18.47～21.57 cm之间，变幅为3.10 cm；平均树高变化在15.0～18.6 m之间，变幅为3.6 m。各样地优势木平均高变化为19.4～22.0 m，变幅为2.6 m。

由图1可知，从坡顶到坡脚，随坡面水平坡长增加，样地平均胸径、平均树高和优势木平均高都呈现先增加后减小的变化趋势，其中平均胸径和平均树高的最大值分别出现在水平坡长150、220 m处；优势木平均高最大值出现在240 m处，且坡位差异小于平均树高。

为定量评价林分生长指标的坡位差异，进一步分析了各样地平均胸径、树高、优势木高与其坡面加权平均值的比值随样地离开坡顶的相对水平坡长的变化（见图2）。在离开坡顶的相对水平坡长0～0.71范围内，平均胸径的比值先增加后降低，且其值除在相对水平坡长0.04之前均大于1；之后从0.71到坡脚，比值持续下降且都小于1。平均树高比值的坡面变化较胸径一致，从坡顶到离开坡顶的相对水平坡长0.22范围内，树高比值持续增加但小于1，在0.22～0.80 范围内比值都大于1，呈现先增加后降低的变化；从0.80到坡脚，其值小于1，且持续下降。样地优势木高比值的坡面变化与平均树高有明显差异，虽然整体变化趋势一致，但各坡段具体情况不同，在从坡顶到离开坡顶相对水平坡长的0.36范围内，其比值都小于1，随坡位下降而升高；在0.36～0.93范围内，比值基本上都大于1，虽然有先增加后降低的变化，但坡位差异较小；在0.93至坡脚的小段范围内，其比值又开始小于1。

3.3 树木胸径和树高的坡面空间尺度效应

为分析样地的树木胸径和树高随坡长增加而变化的尺度效应，计算了它们从坡顶向坡脚沿水平坡长增加的滑动平均值，表明存在明显的坡面尺度效应（见图3）。

图1 华北落叶松人工林样地的平均胸径、树高和优势木高随离坡顶水平距离的变化Fig. 1 Variation of mean DBH, tree height and height of dominant trees of Larix principis-rupprechtii plantation plots along horizontal distance from slope top

随着坡面水平坡长增加，胸径滑动平均值先增加后降低。具体表现为：在离开坡顶的水平坡长为0～200 m的范围内，胸径滑动平均值持续增加。样地平均胸径的坡面滑动平均值（y1，cm）与水平坡长（x，m）的统计关系为：

样地树木平均树高的坡面滑动平均值随水平坡长的变化与胸径有所不同，由于坡顶样地树高明显大于其低处几个样地，故而呈现出先降低后增加再降低的变化趋势。在离开坡顶的水平坡长0～67 m的比值基本上都大于1，虽然有先增加后降低的变化，但坡位差异较小；在0.93至坡脚的小段范围内，其比值又开始小于1。

图2 华北落叶松人工林样地平均胸径、树高和优势木高与坡面平均值的比值随相对水平坡长的变化Fig. 2 Variation of ratios of DBH, tree height and dominant tree height of Larix principis-rupprechtii plantation plots to their whole slope average along relative horizontal slope length

图3 华北落叶松林样地胸径、树高和优势木高的坡面滑动平均值随离开坡顶水平距离的变化Fig.3 Variation of moving averages of DBH, tree height and dominant tree height of Larix principis-rupprechtii plantation plots along distance from slope top

随着坡面水平坡长的增加，胸径滑动平均值先增加后降低。具体表现为：在离开坡顶的水平坡长为0～200 m的范围内，胸径滑动平均值持续增加。样地平均胸径的坡面滑动平均值（y1，cm）与水平坡长（x，m）的统计关系为：

样地树木平均树高的坡面滑动平均值随水平坡长的变化与胸径有所不同，由于坡顶样地树高明显大于其低处几个样地，故而呈现出先降低后增加再降低的变化趋势。在离开坡顶的水平坡长0～67 m的范围内，树高滑动平均值降低，之后在水平坡长67～300 m范围内持续增加，增到最大值后又开始急剧降低。样地平均树高的坡面滑动平均值（y2，cm）与水平坡长（x，m）的统计关系为：

由于样地优势木树高较少受密度影响，其坡面滑动平均值随离开坡顶的水平坡长增加的变化规律性明显强于平均树高，表现为随水平坡长增加的单调上升，但在水平坡长0～250 m范围内为快速上升，在大于250 m的范围内转为缓慢上升或渐趋稳定。样地优势木树高坡面滑动平均值（y3，cm）与水平坡长（x，m）的统计关系为：

4 结论和讨论

4.1 胸径和树高坡位变化的主要影响因子

不少学者研究了胸径和树高这两个重要生长指标的坡位差异，如吉灵波等[23]在云南腾冲的秃杉人工林研究表明，胸径和树高的生长量均随坡位下降呈递增趋势，这主要与地势较低的山坡下部汇集了坡上流入的水分和养分以及坡下部的日照相对短、风力较弱导致蒸散量小和湿度大有关。甘国勇[24]对福建多个林场不同立地的红豆树人工林研究表明，林木的胸径与树高年生长量从下坡、中坡和上坡依次递减。这两个研究结果与本文的优势木高坡位变化较为一致，但没有样地平均胸径和平均树高随坡位下降而先增加后降低的复杂变化，这可能与本文研究地区的环境限制更突出有关。目前对于华北落叶松虽然没有直接研究胸径和树高的坡位差异，但已有学者研究了其生长量的坡位差异，如袁明龙等[25]在冀北山地的研究表明其材积连年及平均生长速率均随坡位上升依次减小，这主要是因在高坡位立地的土层薄和水分养分条件差，导致林木生长较慢。

林分的树高和胸径生长受到土壤养分[26]和水分、林木间竞争[27]、气象（降水、温度、辐射等）[28]、地形（海拔（坡位）、坡度、坡向）[29-30]等多因素的共同影响。已有研究[31]表明，六盘山区土层厚度、坡向、坡度、海拔高度等立地条件对华北落叶松生长都有显著影响，而在本文研究的坡面上，各样地土壤厚度均在100 cm以上（见表1），能满足树木根系发育和营养吸收的需求；且该坡面上各坡位样地的土壤物理性质变化不大[32]，故土壤养分和物理性质的坡位差异不会是影响树木生长特征坡位差异的主要因素，因而土壤水分的坡位差异影响可能比养分更重要，尤其在干旱年份和干旱季节。在该研究坡面上，各坡位样地的坡向相同，所以不存在坡向的影响。样地的海拔高度有较大差异（2276.6～2524.5 m），并由此带来气温和降水的一定差异；样地的坡度有明显差异（26.5～37.2°），加之存在水分和养分的坡面再分配，所以会存在坡位（海拔）和坡度的树木生长影响。本研究坡面上生长的是人工同龄纯林，不存在树种和林龄影响，但密度变化范围较大（704～948株·hm-2），会对树木胸径及树高产生一定影响。

对地形和气象因子与林分平均胸径、平均树高、优势木平均高的相关分析（见表3）表明，平均胸径与坡度呈极显著负相关，与坡位（海拔）引起的降水和气温变化相关性较大，其中与海拔和降水正相关，与气温负相关。林分平均树高和优势木平均高与各气象因子及地形因子均无显著相关，只是胸径与树高、树高与优势木高间存在极显著和显著正相关。

表3 坡面林分样地的胸径和树高与地形、气象、植被因子的相关分析†Table 3 Correlation of DBH and tree height of stand plots with factors of landform, climate and vegetation at the slope studied

综合来看，各样地的坡度和坡位是造成树木生长坡位差异的主要因素，其直接影响可能在于它们会引起水分和养分的坡面再分配，以及坡位（海拔）会引起气温和降水的差异。然而，由于没有进行土壤水分、养分和各样地气象条件的长期监测，不能进行定量分析，需在未来结合森林生态定位研究揭示其数量关系和作用机理。

4.2 坡面样地树高和胸径变化的尺度效应

在分析坡面样地的平均胸径、树高和优势木高的空间尺度效应时，将其顺坡滑动平均值随水平坡长增加的变化速率作为评价指标。图3表明，坡面样地平均胸径的坡面滑动平均值随水平坡长增加呈现先增加后降低的非单调变化；平均树高的坡面滑动平均值表现出比胸径更复杂的变化曲线，兼有一个低谷和一个高峰；优势木平均高的坡面滑动平均值随水平坡长增加呈非线性单调增加，先是升高较快，后趋于缓慢增加或稳定在最大值附近。表明在不同水平坡长范围内的坡面尺度效应存在明显差异，具体表现为：平均胸径的坡面滑动平均值在离开坡顶的0～200 m和200～398 m（至坡脚）的水平距离范围内每增加100 m时增大0.33 cm和减少0.21 cm；平均树高的滑动平均值在0～67、67～305、305～398 m（至坡脚）的水平距离范围内每增加100 m时分别减少1.12 m、增大0.31 m、减少0.10 m；优势木平均高的坡面滑动平均值在0～250、250～398 m（至坡脚）的水平距离范围内每增加100 m时增大0.42 m和0.07 m。这主要是由于坡度、坡位等的差异，造成土壤含水量的坡面再分配的结果[34]。在本研究中，坡中位置的坡度分别小于坡中上和坡中下的位置，因此更利于土壤水分的聚集，从而使树木生长较好，使滑动平均值在坡中位置相应增大。

4.3 样地值推算坡面均值的尺度转换途径

胸径和树高是森林经营管理的最常用生长指标，也是测算森林生物量、蓄积量的基础指标。由于存在坡面森林生长的明显差异，需对坡面森林的胸径和树高进行精确测算与估计。由于实际森林调查中不可能在坡面上设立很多样地进行全面调查，特别是坡面很长时，因此往往将典型样地的调查值视为整个坡面的平均值。本研究表明，华北落叶松林坡面样地的胸径、树高、优势木高与其坡面加权平均值的比值存在非线性的沿坡变化。与坡面平均值的比值为1的代表性点位对胸径为离开坡顶 15 m（相对坡长0.04）和274 m（相对坡长0.71）处，对树高为85 m（相对坡长0.22）和309 m（相对坡长0.80）处，对优势木高为139 m（相对坡长0.36）和359 m（相对水平坡长0.93）处，这些特殊坡位样地的调查值可代表整个坡面。与常规想象的不同，代表性坡位不是在坡面中部，而是随生长指标不同出现在坡面中下部或中上部。

研究坡面上各样地的平均胸径、平均树高和优势木平均高与其坡面平均值的比值（Y1、Y2、Y3，小数）随相对水平坡长（样地离开坡顶水平距离/整个坡面水平坡长）（X，小数）变化的回归关系式分别为：Y1= -0.312 8X2+ 0.239 1X+0.98 64（R2= 0.56）、Y2=-0.483 4X3+ 0.304 3X2+0.125 0X +0.959 2（R2= 0.43）、Y3= -0.177 5X2+ 0.230 8X +0.941 6（R2= 0.26）。与同处六盘山区但具有半干旱气候的叠叠沟小流域的坡面华北落叶松林的生物量及叶面积指数相比[33]，香水河小流域坡面华北落叶松林的树高和胸径与坡面平均值的比值的坡位变化回归关系式的R2值较低，是由于香水河小流域处于半湿润区，土壤水分的坡位差异较小，导致树木生长的坡位差异也较小。即便如此，仍可利用这些关系将不同长度坡面上不同坡位的样地调查值推算出整个坡面的平均值。当然，如果应用地区的气候条件、坡面长度等与本文调查坡面相差较大，可能会因坡面水分再分配格局不同而产生较大估计偏差，因此一方面需在推广应用时有所限制，一方面需未来在更多地域和更多坡面开展研究，以寻找树木生长指标的坡位差异和尺度效应与尺度转换的普遍规律。

4.4 结 论

（1）生长指标存在坡位差异

在整个调查坡面上，华北落叶松人工林的胸径、树高、优势木高平均值分别为20.42 cm、16.9 m、20.6 m，其变化范围分别为18.47～21.57 cm、15.0～18.6 m、19.4～22.0 m。由于坡位和坡度等地形因子导致了土壤水分和养分的坡面再分配及降水和温度等气象条件的坡位差异，使得林分生长指标存在明显坡面变化，表现为随坡位下降先增加后减小的整体变化趋势，但具体指标有所差异，平均胸径、平均树高和优势木平均高的最大值分别出现在水平坡长150、220、240 m处。

（2）生长指标具有坡面尺度效应

林分的胸径、树高以及优势木高的平均值存在明显的坡面尺度效应，且在不同坡段表现不同。平均胸径在0～200、200～398 m（至坡脚）范围内，离开坡顶水平距离每增加100 m，滑动平均值分别增加0.33 cm和减少0.21 cm；平均树高在0～67、67～305、305～398 m（至坡脚）范围内，水平距离每增加100 m，滑动平均值分别减少1.12 m、增加0.31 m、减少0.10 m；优势木平均高在0～250 m、250～398 m范围内，水平距离每增加100 m，滑动平均值分别增加0.42 m和0.07 m。

（3）可实现样地到坡面的尺度转换

建立了不同坡位各样地的胸径、树高、优势木高的平均值与坡面加权平均值的比值随离开坡顶相对水平坡长的关系式，藉此可由特定样地的测定值推算整个坡面的平均值及其它样地的数值，从而实现从样地到坡面的尺度转换。

[1]宁 波. 樟子松人工林结构动态及生物量的研究 [D]. 哈尔滨:东北林业大学, 2007.

[2]Nagaike T, Kamitani T, Nakashizuka T. Plant species diversity in abandoned coppice forests in a temperate deciduous forest area of central Japan [J]. Plant Ecology, 2003,166: 45-156

[3]杨 红, 周 刚, 傅绍春, 等. 湘中丘陵不同林分结构水土流失特征分析 [J]. 湖南林业科技, 1996, 23(4): 17-21.

[4]高 岗. 以水源涵养为目标的低功能人工林更新技术研究 [D].呼和浩特: 内蒙古农业大学, 2009.

[5]党宏忠, 周泽福, 赵雨森, 等. 祁连山水源涵养林土壤水文特征研究 [J]. 林业科学研究, 2006, 19(1): 39-44.

[6]吴家胜, 曾燕如, 黎章矩. 油茶丰产林土壤肥力与林分结构调查 [J]. 北京林业大学学报, 2009, 31(6): 203-208.

[7]林 霞, 刘洪见, 赵 雪, 等. 不同针阔叶林分结构对方枝野海棠生长的影响 [J]. 浙江林业科技, 2009, 29(3): 30-34.

[8]李顺平, 张 力. 不同林分结构对天牛抗性的调查研究 [J]. 宁夏农林科技, 2011, 52(9): 41-42.

[9]刘梦云, 常庆瑞, 齐雁冰, 等. 黄土台塬不同林分结构土壤有机碳质量分数特征 [J]. 植物营养与肥料学报, 2012, 18(6):1418-1427.

[10]鲁绍伟, 刘凤芹, 余新晓. 北京山区不同密度油松结构与功能研究 [J]. 水土保持研究, 2007, 14(4): 46-51.

[11]Bailey R L. Individual tree growth derived from diameter distribution models [J]. Forest Science, 1980, 26: 626-632.

[12]Kilkki P, Maltamo M, Mykkanen R, et al. Use of the Weibull function in estimating the basal area DBH-distribution [J]. Silva Fennica, 1989, 23: 311-318.

[13]Borders B E, Patterson W D. Projecting stand tables: A comparison of the Weibull diameter distribution method, a percentile-based projection method, and a basal area growth projection method [J]. Forest Science, 1990, 36(12): 413-424.

[14]杨艳锋, 郑小贤, 梁 雨, 等. 北京八达岭林场元宝枫人工林林分结构研究 [J]. 林业资源管理, 2008, (2): 57-60.

[15]王春香, 张秋良, 春 兰, 等. 大青山落叶松人工林直径分布规律的研究 [J]. 山东农业大学学报:自然科学版, 2011, 42(3):349-355.

[16]李书靖, 党宏忠, 何虎林, 等. 华北落叶松生长量与立地气候因子关系的研究 [J]. 甘肃林业科技, 1999, 24(1): 2-6.

[17]管 伟, 熊 伟, 王彦辉, 等. 六盘山北侧华北落叶松树干直径生长变化及其对环境因子的响应 [J]. 林业科学, 2007,43(9): 1-6.

[18]Cavelier J. Environmental factors and ecophysiological processes along altitudinal gradients in wet tropical mountains [M].Tropical Forest Plant Ecophysiology, Publisher: Chapman and Hall, 1996: 399-439.

[19]Homeier J, Breckle S W, Gu¨nter S, et al. Tree diversity, forest structure and productivity along altitudinal and topographical gradients in a Species-Rich Ecuadorian Montane Rain Forest [J].Biotropica, 2010, 42(2): 140-148.

[20]邓坤枚, 邵 彬, 李 飞. 长白山北坡云冷杉林胸径、树高结构及其生长规律的分析 [J]. 资源科学, 1999, 21(1): 77-84.

[21]冯愿楠. 晋西黄土区林草植被特征数量化研究 [D]. 北京:北京林业大学, 2008.

[22]韦 华. 巨尾桉生长量与不同坡向、坡位关系的研究 [J]. 亚热带植物科学, 2011, 40(4): 50-51.

[23]吉灵波, 许彦红, 李 骄, 等. 腾冲县秃杉人工林立地条件与林分生长关系分析 [J]. 林业调查规划, 2014, 39(2): 147-154.

[24]甘国勇. 不同立地质量红豆树人工林造林效果分析 [J]. 福建热作科技, 2011, 36(1): 8-11.

[25]袁明龙, 姜 韬, 刘 琳, 等. 冀北山地华北落叶松人工林与天然次生油松林不同坡位生长状况研究 [J]. 河北林果研究,2011, 26(4): 327-333.

[26]欧光龙, 王俊峰, 胥 辉, 等. 思茅松天然林胸径与树高结构的变化 [J]. 中南林业科技大学学报, 2014, 34(1): 37-41.

[27]谌红辉, 方升佐, 丁贵杰, 等. 马尾松间伐的密度效应 [J]. 林业科学, 2010, 46(5): 84-91.

[28]姜荣春,王国兰. 落叶松胸径生长量与气象因子相关的初步研究 [J]. 吉林林业科技, 1985, (1):30-36.

[29]王向荣, 孙海龙, 余 鑫, 等. 坡向和坡位对水曲柳中龄林生长的影响 [J]. 山西农业大学学报：自然科学版, 2011, 31(1):30-34.

[30]王秀花, 马丽珍, 马雪红, 等. 木荷人工林生长和木材基本密度 [J]. 林业科学, 2011, 47(7): 138-144.

[31]姜华伟, 丁 保, 于培彦. 六盘山地区华北落叶松生长与立地条件的关系分析 [J]. 宁夏农林科技, 1988, (6): 16-20.

[32]曹恭祥. 六盘山香水河小流域植被结构水文影响及其坡面尺度效应 [D]. 北京：中国林业科学研究院, 2014.

[33]李振华. 六盘山叠叠沟典型植被蒸散及水文要素的坡面尺度效应 [D]. 北京: 中国林业科学研究院, 2014.

[34]韩新生, 邓莉兰, 王彦辉, 等. 六盘山叠叠沟华北落叶松人工林地上生物量的坡面变化[J]. 林业科学,2015,51(3):132-139.

Slope variation and scale effect of tree height and DBH of Larix principisrupprechtii plantations along a slope: A case study of Xiangshui watershed of Liupan Mountains

DENG Xiu-xiu1,2, WANG Yun-ni2, WANG Yan-hui2, WANG Zhong-cheng1, XIONG Wei2, YU Peng-tao2, ZHANG Tong2,3
(1. Colleague of Forestry, Central South University of Forestry and Technology, Changsha 410004, Hunan, China; 2. Institute of Forest Ecology, Environment and Protection, Key Laboratory of Forestry Ecology and Environment of State Forestry Administration, Chinese Academy of Forestry, Beijing 100091, China; 3. School of Soil and Water Conservation, Beijing Forestry University, Beijing 100083, China)

This paper selected a representative slope with a horizontal length of 398.2 m and covered by 33 years-old Larix principisrupprechtii plantation in the small watershed of Xiangshuihe of Liupan Mountains, the variation of tree height and DBH along the slope length and their scale effect were investigated and analyzed. Results showed that: (1) Both the DBH and tree height presented a changing tendency of fi rstly increase and then decrease along the slope from top to foot. (2) The regression relations showing the variation of the moving averages of mean DBH, mean tree height and mean height of dominant trees with increasing horizontal distance from slope top were fi tted. With these relations, the slope scale effect of the three growth parameters was calculated. With a 100 m increase of the horizontal distance downwards, the moving average of the stand mean DBH increased by 0.33 m in the horizontal distance range of 0～200 m, and decreased by 0.21 m in the range of 200～398 m; the moving average of tree height decreased by 1.12 m in the range of 0～67 m, increased by 0.31 m in the range of 67～305 m, and decreased by 0.10 m in the range of 305～398 m; the moving average of the height of dominant trees increased by 0.42 m in the range of 0～250 m, and increased by 0.07 m in the range of 250～398 m. (3)The relations were fi tted to express the slope variation of the ratios of the plots means of DBH, tree height and the height of dominant trees(Y1, Y2, Y3, decimal) to their slope average with the relative horizontal distance from slope top (X, decimal): Y1= -0.312 8X2+ 0.239 1X+0.986 4 (R2= 0.56), Y2=-0.483 4X3+0.304 3X2+0.125 0X+ 0.959 2 (R2= 0.43), Y3= -0.177 5X2+0.230 8X +0.941 6 (R2= 0.26). Using these relations, the whole slope averages of stand growth parameters can be calculated based on the measured values of a plot with a certain slope position, and the up-scaling of stand growth parameters can be realized.

Larix principis-rupprechtii; DBH; tree height; slope variation; scale effect; Liupan Mountains

S718.51

A

1673-923X(2016)05-0121-08

10.14067/j.cnki.1673-923x.2016.05.022

2015-07-10

科技部“十二五”农村领域国家科技计划（2012BAD22B03）；国家自然科学基金项目（41230852、41390461、41471029）；长沙市典型森林生态系统固土保肥价值研究；国家林业局宁夏六盘山森林生态站资助目

邓秀秀，硕士研究生 通讯作者：王忠诚，副教授，博士；E-mail：wzc366@163.com

邓秀秀，王云霓，王彦辉，等. 华北落叶松人工林树高和胸径的坡位差异与坡面尺度效应——以六盘山香水河小流域为例[J].中南林业科技大学学报，2016, 36(5): 121-128.

[本文编校：谢荣秀]