蒙古栎材积生长的变异性研究

赵德兴 赵西平

摘要 [目的]研究蒙古栎材积生长的变异性。[方法]对7株蒙古栎材积生长的株内和株间变异性进行分析，拟合经验生长方程和理论生长方程。[结果]蒙古栎材积生长株间变异在幼龄期不明显，随时间增加而增大，生长速率稳定后，差异性存在且稳定增加。蒙古栎材积生长在株内的变异性较小，幼龄期至生长期生长速率加快，变异性有所增加，生长稳定后，差异性存在且稳定。[结论]蒙古栎在生长过程中材积变化受外界因素的干扰较小，可较准确预测未来几年的材积生长状况。

关键词 蒙古栎；材积；变异

Study on Variability of Volume Growth of Quercus mongolica

ZHAO De-xing1，ZHAO Xi-ping2

（1.Ruyang County Economic Forest Office， Ruayng， Henan 471200；2.Forestry College，Henan University of Science & Technology，Luoyang，Henan 471023）

Abstract [Objective]To study the variability of volume growth in Quercus mongolica. [Method]The intra-and inter plant variability of the volume growth of 7 Quercus mongolica trees was analyzed， and the empirical growth equation and the theoretical growth equation were fitted. [Result]The variation of tree volume growth in Quercus mongolica was not obvious in young period， and increased with time. After the growth rate was stable， the difference existed and increased steadily. The variation of Quercus mongolica volume growth within the plant was small， and the growth rate increased from the young to the growth stage， and the variability was increased. After the growth was stable， the difference existed and stabilized.[Conclusion]The growth of Quercus mongolica is less disturbed by external factors during its growth， so it can predict the volume growth of trees in the next few years.

Key words Quercus mongolica；Volume；Variability

蒙古栎（Quercus mongolica）是辽西地区很有发展潜力的阔叶乔木树种[1]，在目前木材需求愈发大的情况下，受到人们的青睐[2-5]。不同树龄时期都有其生长发育特点，对外界环境和栽培管理都有一定要求。研究树木不同年龄时期的生长发育规律，采取相应的栽培措施，促进或控制各年龄时期的生长发育节律，可达到幼树适龄开花结实，延长盛花盛果的观赏期，延缓树木衰老进程等树木栽培目的。笔者研究了蒙古栎在生长过程中材积生长量的变异性，特别是株间和株内的变异性，旨在为蒙古栎的栽培及采伐提供重要指导依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

样地位于东北林业大学帽儿山森林生态系统定位研究站老爷岭生态站（127°30′～127°34′ E，45°20′～45°25′ N，海拔300 m），属于低山丘陵，坡向为西北，样地气候属温带大陸性季风气候，年均温21.6 ℃，年降水量723 mm，集中在7—8月，无霜期120～140 d，土壤为暗棕壤。

1.2 研究材料

以7株蒙古栎为对象。7株蒙古栎基本情况见表1。

1.3 测定指标

采用树干解析方法，对其材积生长进行测算，查定各圆盘上的年轮个数、测量各年轮的直径、各年龄树的高度，研究其材积生长在株内和株间的变异性。

1.4 数据处理

采用Excel和SPSS 13.0 for Windows软件，计算每棵树达各断面时每年的材积，然后计算出各棵树每年所能达到的总材积，然后通过图形来对比其株间及株内材积生长的变异性，最后根据所得到的材积数据运用SPSS进行拟合得出最适合的生长方程，对其生长进行预算[6]。

1.5 计算方法

以树木生长的理论方程为基础，对树木生长方程的参数进行了研究，给出了树木生长方程参数的一种估计树木生长模型的统计方法，多年来一直被广泛研究并应用于国内外森林经营管理中。为了便于树干横断面积和树干材积的计算，把树干横断面看成近似的圆形，将树干的平均粗度作为圆的直径。中央断面区分求积式的材积误差在±2%之内。采用平均断面近似求积式[7]，其公式为：

V=12（g0+gn）L或V=π4（d20+d2n2）L

式中，V为材积；g0为大头断面积；gn为小头断面积；d0、dn为横断面上、下2个表面的直径；L为断面长度。

2 结果与分析

2.1 材积

通过蒙古栎材积变化曲线与平均值所做曲线的对比，对蒙古栎株间和株内的变异性进行分析。从图1可以看出，早期材积增长最快的是M6，之后M8的生长速率逐渐超过M6，总材积逐渐大于M6。早期增长速率最慢的是M1，之后M1的材积增长加快，M5速率显得相对较慢。62、63 a时M8的材积最大，70、74、76 a的M6材积最大。

2.2 生长方程

2.2.1 经验生长方程。

根據树木生长方程的性质，为了更严密地表达总生长过程曲线，各国学者曾提出许多经验生长方程[7]。对于该试验的7株蒙古栎，存在相关指数的有舒马切尔（Schumacher）方程、豪斯菲尔德（Hossfeld）方程、修正Weibull方程、吉田正男（Yoshida）方程、斯洛波达（Sloboda）5个方程。5个方程的材积拟合经验方程见表2。

根据经验方程绘制相应的拟合曲线（图4），观测各经验方程的拟合曲线与实际值的关系。由各经验方程的曲线图可知，Hossfeld方程与平均值差异最大，修正Weibull方程与Sloboda方程与平均值差异最小，重合度最高，可作为该地区蒙古栎材积最适经验方程。平均值在75 a处变化明显，与最适方程重合度很低。

2.2.2 理论生长方程。

理论方程可从理论上对未来生长趋势进行预测。现有的理论生长方程中，应用较多的有逻辑斯蒂（Logistic）方程、单分子式（Mischerlich）方程、坎派兹（Gompertz）方程、考尔夫（Korf）方程等。通过对各理论方程的非线性回归方程的分析，存在相关指数（R2）的有Logistic、Mischerlich、Gompertz、Korf方程，4个方程的材积拟合理论方程见表3。

根据理论方程绘制相应的拟合曲线（图5），可以更直观地观测到各理论方程的拟合曲线与实际值的关系。根据各理论方程所得R2的值，选择Logistic方程为该地区蒙古栎最合适的材积理论方程，该方程与树木实际生长情况方程重合度较高。个体树木的生长发育过程一般表现为“慢—快—慢”的“S”型曲线式总体生长规律，即开始阶段的生长比较缓慢，随后生长速度逐渐加速，直至达到生长高峰，随后会逐渐减慢，最后完全停止生长而死亡。

3 结论与讨论

蒙古栎材积生长株间变异在幼龄期不明显，生长过程中差异性开始显著，随着树龄的增加而增大，生长速率稳定后，差异性存在且稳定增加。蒙古栎材积生长在株内的变异性较小，幼龄期至生长期生长速率加快，变异性有所增加，生长稳

定后，差异性存在且稳定；环境改变，或立地因子改变，对蒙古栎生长速率造成影响，会导致材积生长在株内的变异增加。

引起树木生长速率不同的可能是树木的管理、立地因子的变化和环境因子的变化。引起变化的具体原因应根据树木萌苗至采伐前整个生长过程进行具体分析。修正Weibull方程与斯洛波达方程为该地区蒙古栎材积的最适经验方程，这2个方程与实际状况重合度最高，但经验方程是比较适宜数据的数学公式[8]。Logistic方程为该地区蒙古栎最合适的材积理论方程，其与树木实际生长情况方程重合度最高，该方程可用于该地区蒙古栎材积的预测，它具有初始值典型的对称型“S”型生长曲线，图5中方程的曲线未形成完整的“S”型是由于该试验所选取的树龄最大在85 a，未达到蒙古栎树种的生长衰退期。理论方程结果与实际结果整体差距不大，说明蒙古栎在生长过程中材积的变化受外界因素干扰较小，可以较准确地预测树木未来几年的材积生长状况。在蒙古栎经营管理中应选取遗传性较好的种苗，栽种时要合理安排株间距离，减少株间的竞争，幼苗注意管理，尽快适应外界条件，减小幼生期时间长度，材积变化趋于稳定后，可适当减少人为管理，但应注意极端的气候天气，如暴雨、风雪灾害及病虫害等，一旦发生极端状况，应尽快采取措施，减少不利条件对蒙古栎材积生长的影响。

参考文献

[1] 崔建国，崔文山，邓丽琴，等.蒙古栎育苗试验[J].辽宁林业科技，2005（3）：13-14.

[2] 陈建设，吴晓春，耿海东.蒙古栎地理分布的研究[J].黑龙江林业，2003（6）：35.

[3] 许中旗，王义弘.蒙古栎研究进展[J].河北林果研究，2002，17（4）：365-370.

[4] PINTO I，PEREIRA H，USENIUS A.Heartwood and sapwood development within maritime pine（Pinus pinaster Ait.）stems[J].Trees，2004，18（3）：284-294.

[5] CLIMENT J，CHAMBEL M R，PREZ E，et al.Relationship between heartwood radius and early radial growth，tree age，and climate in Pinus canariensis[J].Canadian journal of forest research，2002，32（1）：103-111.

[6] 高惠璇，耿直，李贵斌，等.SAS系统SAS/STAT软件使用手册[M].北京：中国统计出版社，1989.

[7] 孟宪宇.测树学[M].北京：中国林业出版社，2007.

[8] 刘喜仁，陈晓波，王继志.蒙古栎生长变异与早期选择的研究[J].吉林林学院学报，1997，13（3）：132-136.