不同坡向望天树人工林径级和高度级结构分布

刘奎 朱友飞 杨梅 吴敏 程飞 吴英

摘要：【目的】分析不同坡向望天樹人工林的径级和高度级结构分布，揭示其生长发育规律，为望天树人工造林立地条件选择和树高估测提供参考依据。【方法】在北坡向和南坡向分别选取具有代表性的望天树人工林样地进行每木检尺，采用上限排外法划分径级和高度级，分析两个坡向的径级和高度级结构分布；使用线性函数、对数函数、二次函数、幂函数、指数函数和Logistic等6种模型拟合胸径（D）—树高（H）生长曲线。【结果】北坡向和南坡向望天树人工林的径级结构分布差异不明显，均在第Ⅵ径级（32.00 cm≤D<36.00 cm）分布株数最多，分别占各坡向总株数的32.26%和35.09%，总体上呈正态分布，低、高径级株数较少，中等径级株数相对较多。北坡向望天树人工林高度级结构呈正态分布，在第Ⅴ高度级（27.00 m≤H<30.00 m）出现峰值；南坡向望天树人工林高度级结构呈右偏正态分布，在第Ⅶ高度级（33.00 m≤H<36.00 m）出现峰值，且明显高于北坡向高度级峰值。对两坡向的望天树人工林胸径—树高曲线进行拟合，最优的是幂函数，其方程为H=3.096D0.656（R2=0.809）。【结论】南坡向对望天树人工林树高生长具有一定的促进作用，幂函数H=3.096D0.656（R2=0.809）可作为望天树人工林树高—胸径生长曲线，用于树高估测和造林立地选择。

关键词： 望天树；坡向；径级；高度级；拟合曲线

中图分类号： S792.99 文献标志码：A 文章编号：2095-1191（2018）04-0763-05

Diameter and height class structure distribution of Parashorea chinensis Wang Hsie. plantations in different slope directions

LIU Kui1， ZHU You-fei2， YANG Mei1*， WU Min2， CHENG Fei1， WU Ying1

（1College of Forestry， Guangxi University， Nanning 530004， China； 2Liangfengjiang National Forest Park，

Nanning 530000， China）

Abstract：【Objective】Diameter and height class structure distribution of Parashorea chinensis Wang Hsie. plantations in different slope directions was analyzed to reveal the growth and development laws of P. chinensis， and provide re-ference for the selection of site conditions and the estimation on tree height of P. chinensis. 【Method】Representative sample plots of P. chinensis plantations were respectively selected from north and south slope directions and every tree was measured. The upper limit exclusive method was used to divide the diameter and height class， and analyze the diameter and height class structure distribution in north and south slope directions. Six models including linear function， logarithmic function， quadratic function， power function，exponential function and Logistic model were used to fit the diameter at breast height（D）-plant height（H） curve. 【Result】The differences of diameter class distribution of P. chinensis plantations were not obvious between the north and south slopes. Ⅵ diameter class on both north and south directions had the most numerous trees（32.00 cm≤D<36.00 cm）， which accounted for 32.26% and 35.09% of the total respectively. As a whole， the distribution was normal distribution. The tree number was small in low and high diameter classes， and tree number was large in medium diameter class. The height class structure distribution in north slope of P. chinensis plantations presented normal distribution and the peak of height class distribution appeared at Ⅴ class（27.00 m≤H<30.00 m）. While right-devia-ted normal distribution appeared in height class structure of P. chinensis plantations in south slope， with the peak of height class structure distribution at Ⅶ class（33.00 m≤H<36.00 m）. It was obviously higher than the peak of height class in north slope. Power function H=3.096D0.656（R2=0.809） was the optimal equation to fit D-H of P. chinensis plantations in north and south slopes. 【Conclusion】South slope has certain promoting effects on the plant height growth of P. chinensis plantations. The power function H=3.096D0.656（R2=0.809） can be used as D-H growth curve of P. chinensis plantations， which is used to select afforestation site and estimate plant height.

Key words： Parashorea chinensis Wang Hsie.； slope direction； diameter class； height class； fitting curve

0 引言

【研究意义】望天树又名擎天树（Parashorea chinensis Wang Hsie.），属龙脑香科，是热带雨林的标志性树种。其树干较通直圆满，尖削度小，是一种优质用材树种。云南西双版纳保护区和广西是望天树的主要分布区，其数量稀少且濒危，被列为我国一级保护树种（黄松殿等，2011），其中广西现存的望天树天然种群主要分布在大化、田阳、那坡、龙州和巴马等地（闫兴富和曹敏，2008）。虽然已在部分望天树种群中建立了自然保护区，但由于望天树分布范围狭窄、种子寿命相对较短、自然条件下更新较难，加上人为干扰较强，使得其生态环境受到极大程度破坏（严理等，2014）。因此，分析不同坡向望天树人工林的径级和高度级结构分布，揭示其生长发育规律，对望天树人工造林立地条件选择及防止珍贵树种灭绝具有重要意义。【前人研究进展】目前，有关望天树人工林的研究主要集中在生态效益、生长量、幼苗培育等方面。苏勇等（2011）对望天树人工林的碳储量及分布格局进行研究，结果显示望天树生态系统的碳储量为300.7 t/ha。黄承标等（2013）对广西那坡县百合乡望天树天然林生长量进行研究，结果显示林分平均胸径28.49 cm、平均树高28.3 m、平均蓄积量440.5 m3/ha。赵丽华（2015）研究了望天树从采种、育苗到造林一系列技术。杜加加等（2016）研究了不同遮荫处理对望天树幼苗生长的影响，结果表明过度遮荫及完全裸露均不利于幼苗的生长。韦灵龙等（2016）研究了生长调节剂对望天树生长的影响，结果表明GGR 20和40 mg/L两个浓度处理及IBA 20 mg/L处理对望天树幼苗高生长影响显著。张海东等（2017）以11个不同家系望天树1年生苗木为研究对象，采用生长量实测法和统计分析法研究其生长特性，结果显示苗高生长最快的是那坡百南02家系，地径生长最快的是河口01家系；质量指数显示最优家系是那坡百南02家系。【本研究切入点】目前，针对不同坡向对望天树生长影响的研究未见报道。【拟解决的关键问题】研究不同坡向望天树人工林的生长差异，利用线性函数、对数函数、二次函数、幂函数、指数函数和Logistic等6种模型对望天树人工林的胸径—树高生长曲线进行拟合，探讨望天树人工林的生长规律，为望天树人工造林的立地条件选择和树高估测提供参考依据。

1 材料与方法

1. 1 研究区概况

那坡县位于广西西南部，地处云贵高原余脉六韶山南麓，西北地势较高，向东南倾斜，以德隆坡为南北分界线。属南亚热带季风气候，年均气温18 ℃，年降水量1421.8 mm，气候温和湿润。年均日照时间1754 h左右，无霜期332 d。调查对象为地处广西那坡县境内的望天树人工林，东经24°01′、北纬106°59′，海拔416 m，面积2 ha。林下植被以小灌木、藤本、草本和蕨类植物为主，主要有盐肤木（Rhus chinensis Mill.）、粗叶悬钩子（Rubus alceaefolius Poir.）、瓜馥木[Fissistigma oldhamii（Hemsl.） Merr.]、鸡矢藤[Paederia scandens（Lour.） Merr.]、苦郎藤（Cissus assamica（Laws.） Craib）、两面针[Zanthorμlum nitidum（Roxb.） DC.]、菝葜（Smilax china L.）、龙芽草（Agrimonia pilosa Ldb.）、野菊（Chrysanthemum indicum）、竹葉草（Oplismensus compositus）等。

1. 2 试验材料

2016年8月选取那坡县德隆乡望天树人工林内具有代表性的林分进行样地调查，该林分于1978年造林，造林初期每年春秋季节均进行除草、松土扩穴、培蔸等处理，在林分郁闭时，进行2～3次抚育间伐。目前该林分内郁闭度0.7～0.8，株行距4 m×5 m，初始密度800株/ha，现存密度500株/ha。

1. 3 试验方法

在南坡向和北坡向分别设置3个规格为20 m×20 m样地，对样地内所有胸径大于5 cm的望天树进行每木检尺，共获得119株望天树样本数据，其中北坡向收集62株，南坡向收集57株，样地基本情况见表1。

根据统计学原理及树木的生物生态学特性，为了使数据更符合正态分布且各径级和高度级结构分布均匀，望天树人工林径级和高度级均采用上限排外法划分。胸径（D）<16.00 cm为第Ⅰ径级，16.00 cm≤D<20.00 cm为第Ⅱ径级，每4.00 cm为1个递增单位，20.00 cm≤D<24.00 cm为第Ⅲ径级，以此类推，40.00 cm≤D<44.00 cm为第Ⅷ径级，D≥44.00 cm为第Ⅸ径级。高度级划分方法与径级划分相似，树高（H）<18.00 m为第Ⅰ高度级，18.00 m≤H<21.00 m为第Ⅱ高度级，每3.00 m为1个递增单位，以此类推，36.00 m≤H<39.00 m为第Ⅷ高度级，H≥39.00 m为第Ⅸ高度级。

采用线性函数、对数函数、二次函数、幂函数、指数函数和Logistic等6种模型拟合胸径—树高生长曲线。

1. 4 统计分析

试验数据采用Excel 2010和SPSS 20.0进行统计分析。

2 结果与分析

2. 1 不同坡向望天树人工林径级结构分布

从图1可看出，望天树人工林受人为干扰较强，分布不均匀，波动较大，低径级林木较少，高径级林木相对较多，群落结构趋于不稳定状态。在第Ⅵ径级（32.00 cm≤D<36.00 cm），北坡向和南坡向同时出现峰值，分别占各坡总株数的32.26%和35.09%，其次所占比例较多的是第Ⅴ和第Ⅶ径级，其余径级在北坡向和南坡向分别占总株数的29.03%和12.28%。说明南坡向主要是中高径级林木，低径级相对较少，而北坡向的径级结构近乎呈正态分布，从总体上看，两个坡向的径级结构变化趋势均为先增加后减少。

2. 2 不同坡向望天树人工林高度级结构分布

从图2可看出，两个坡向的高度级分布表现出明显的差异性。北坡向的望天树人工林高度级结构分布与径级结构分布相似，均呈正态分布，在第Ⅴ高度级（27.00 m≤H<30.00 m）出现峰值。而南坡向的望天树人工林高度级分布呈右偏正态分布，在第Ⅶ高度级（33.00 m≤H<36.00 m）出现峰值，且明显高于北坡向高度级的峰值。与北坡向对比可知，南坡向望天树人工林树高明显高于北坡向，树种生长需要充足的阳光、空气、水、养分等，南坡阳光相对更充足，研究结果符合树木的生物学特性，南坡更适合望天树的种植，对人工栽培望天树的立地选择具有重要指导意义。

2. 3 不同坡向望天树胸径—树高的拟合模型

对北坡向和南坡向望天树人工林的胸径—树高进行拟合（图3），结合表2分析可知，北坡向望天树人工林胸径—树高6种拟合曲线的决定系数（R2）排序为幂函数（R2=0.809）>二次函数（R2=0.774）>对数函数（R2=0.767）>指数函数（R2=0.760）=Logistic（R2=0.760）>线性函数（R2=0.755），经F检验，6种拟合曲线的Sig.均小于0.001，说明拟合程度均较高。与北坡向相比，南坡向望天树人工林胸径—树高拟合曲线的R2普遍偏小，均在0.670左右，但R2最大的也是幂函数，说明幂函数最适合作为望天树胸径—树高的拟合曲线。R2最大值为1.000，其值越大表示曲线拟合效果越好，两坡向对比，北坡向幂函数拟合的曲线优度最佳，选择方程H=3.096D0.656作为望天树胸径—树高的曲线方程。

3 讨论

已有研究表明，坡向是最重要的生态因子之一，能反映光照条件差异（付梦瑶等，2016）。不同坡向的山坡接受光照强度明显不同，导致水热因子也会有所不同，进而影响群落分布结构、植物生长量等因素变化（Ferrer-Castán and Vetaas，2005）。植物群落的径级结构和高度级结构是最基本的林分结构，能综合反映植物生长与环境的关系，是用于预测林分结构发展的重要指标（韩文娟等，2012；郝建锋等，2014）。梁建平等（2017）研究广西田阳县望天树天然林，结果显示望天树的高度级在第Ⅱ（3.0～6.0 m）和第Ⅲ（6.0～9.0 m）的个体占43.00%，个体最少的是第Ⅹ（27.0～30.0 m）高度级，仅3.00%；在第Ⅰ（2.5～6.5 cm）径级的个体占42.00%，而第Ⅶ（26.5～30.5 cm）径级所占的比例最少。本研究结果表明，北坡和南坡两坡向的望天树人工林在第Ⅵ径级分布株数最多，分别占各坡总株数的32.26%和35.09%，总体上呈正态分布，低、高徑级的较少，中等径级的相对较多。北坡向望天树在第Ⅴ高度级出现峰值，南坡向望天树高度级结构分布呈右偏的正态分布，第Ⅶ高度级出现峰值，且明显高于北坡向高度级的峰值。本研究结果与梁建平等（2017）的研究结果相反，本研究对象为望天树人工林，而梁建平等（2017）的研究对象为望天树天然林，其林下物种多样性丰富且幼苗更新旺盛，望天树的高度级和径级主要分布在较低级别。

童洁和石玉立（2017）对加格达奇落叶松、樟子松和红松落叶松混合林的胸径—树高进行曲线拟合，结果表明幂函数模型的拟合效果最佳，树高—胸径关系符合异速生长规律。本研究对两坡向的望天树人工林胸径—树高曲线进行拟合，结果发现拟合曲线优度最佳的是幂函数，与童洁和石玉立（2017）的研究结果一致。树高的生长一般为前期速生，后期生长速率逐渐降低，因此幂函数也能符合望天树的生长规律，R2作为衡量方程拟合效果的指标之一，北坡向拟合曲线R2在0.700～0.800，而南坡向拟合曲线R2在0.670左右，说明南坡向望天树较北坡向长势均一，也从另一个侧面反映南坡向能够为望天树的生长发育提供充足条件。由于望天树自身树高的独特性，本研究拟合曲线仅能描述望天树一段时间的生长规律，若需要更合理的胸径—树高曲线，还应研究不同树龄望天树的生长情况，且考虑不同地域造成的生长差异。坡向的不同能够导致许多环境因子的变化，因此对望天树生长起主导作用的环境因素还有待进一步研究。

4 结论

坡向对望天树人工林的胸径生长影响不明显，南坡向对望天树人工林树高生长具有一定的促进作用，幂函数H=3.096D0.656（R2=0.809）可作为望天树人工林树高估测和造林立地选择的生长曲线。

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（责任编辑 罗 丽）