不同立地条件下杉木径生长过程研究

韩金,王新杰*,张鹏,解雅麟,刘江

不同立地条件下杉木径生长过程研究

韩金1,王新杰1*,张鹏2,解雅麟1,刘江3

1. 北京林业大学林学院森林经理学科, 北京 100083 2. 北京林业大学实验林场, 北京 100095 3. 乌兰察布市野生动植物和湿地保护管理站, 内蒙古 乌兰察布 012000

本研究基于几种常见的理论生长方程对将乐国有林场不同立地条件下杉木人工林胸径的生长过程进行了拟合，并对不同立地条件下的杉木数量成熟龄进行了分析。结果表明：不同立地条件的胸径生长最优方程不同，其中地位指数为10和18的最优模型为Weibull方程，地位指数为12和16的最优模型为Richards方程，地位指数为14的最优模型为Korf方程，不同地位指数下杉木的数量成熟龄也有差异，基本上表现为随着地位指数的增加而缩短。

地位指数; 生长方程; 平均生长量

杉木()具有生长快、材质好、产量高、病虫害少、用途广的特点，是中国南方大量种植的用材树种[1]，如何实现杉木林的速生、高效、优质、丰产、稳定等目标是学者们研究的主要内容[2-5]，森林资源质量取决于森林经营水平和森林生长的立地条件，森林立地是指一定空间内对林木生长发育有影响的所有环境因子的综合体[6-9]。地位指数是一个能够直观地反映立地质量的数量指标，也是立地质量评价中广泛采用的一种评定方法[10]。林分立地因子与林分生长关系研究己经得到充分重视，1994年，段文标等对樟子松在各种立地条件下的生长状况进行了普遍调查，分析了樟子松生长与其立地条件之间的相互关系[11]。2002年，闫德仁等对影响内蒙古黄土高原华北落叶松人工林的主要立地条件进行了分析[12]。周国模等对浙江不同立地条件下的杉木生长进行了拟合，并对不同立地条件下的杉木主伐年龄进行了研究，为当地杉木经营提供了理论依据[13]。福建将乐是杉木的主栽区，在将乐国有林场杉木种植面积3142.37 hm2，约占林场有林地面积的48.3%，为了合理的开展杉木林经营，对林场不同条件下杉木的生长分析是有必要的，本文以福建将乐国有林场的杉木纯林为研究对象，分不同的地位指数，分析杉木单木胸径生长过程，建立适宜的生长模型，并对不同立地条件下的杉木成熟年龄进行分析，以期为合理开展杉木经营提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

研究区域位于福建省将乐国有林场，将乐县（117°05′-117°40′E，26°26′-27°04′N）位于福建省西北部，属于中亚热带季风区，具有海洋性和大陆性气候特点,年平均温度18.7 ℃，年平均降雨量2027 mm，年平均蒸发量1204 mm。境内地势复杂，以中低山为主，最高峰海拔1640.2 m，最低海拔140 m，境内土层深厚，土壤肥沃，土壤以红壤为主，并分布有黄红壤，适宜培育以杉木、马尾松为主的用材林和乡土珍贵树种。林场以经营用材林为主，用材林面积约为5800 hm2，森林总蓄积量114.3万m3，森林覆盖率93.76%，其中杉木纯林面积为445.68 hm2，树龄在3~30年之间。

1.2 数据的收集

在将乐国有林场森林资源二类调查的基础上，结合将乐国有林场杉木人工林立地分类图进行踏查，共设置29块杉木人工纯林标准地，样地分布见图1。标准地为阴坡或半阴坡，坡度在27°左右。其中，幼龄林16块，近熟林4块，成熟林7块，过熟林2块，样地面积为400~600 m2。调查树种、胸径、树高、生长状况等。并根据林分平均胸径和平均树高，在每个标准地中选择不少于5株平均木和2株优势木做为样木, 共选取平均木145株平均木和63株优势木，用生长锥在样木的1.3 m处，分别由南向北和由东向西钻取2根年轮条，并作好记录，共钻取平均木年轮条290根，优势木126根，其中，有28根年轮条（优势木10根，平均木18根）偏离了髓心，在分析时剔除。年轮条内业处理流程见图2。

图1 标准地设置分布图

图2 年轮条内业处理流程图

1.3 径生长过程方程

本研究选用Richards方程、Weibull方程、Korf方程、Logistic方程和Schumacher方程5个常用于描述树木生长过程的方程拟合杉木胸径生长过程，其中Richards方程和Korf方程应用最为广泛[14,15]。5个方程均呈现“S”型分布，而且具有渐近值和拐点，其中，Richards方程、Weibull方程和Korf方程具有可变拐点，而Logistic方程和Schumacher方程的拐点是固定的[16,17]。各理论生长方程的基本信息见表1。

表1 各生长方程的基本信息

利用常见的模型评价指标绝对平均残差（Absolute mean residual,）、均方根误差（Root mean square error,）和调整后的决定系数（The adjusted coefficient of determination, adj-2）对模型进行精度评价，选择拟合精度最高的作为最优模型，和的值越接近0而adj-2的值越接近1，说明模型的精度越高[18]。

2 结果与分析

2.1 立地条件划分

立地质量是决定森林生产力高低的首要因素，立地质量评价常采用地位指数进行。地位指数是指在某一立地上特定基准年龄时林分优势木的平均高度值，根据林分优势木平均高与林分优势木年龄的关系所编制的地位指数表可查找相应立地对应的地位指数。本研究根据优势木年轮条确定林分年龄，每木检尺结果确定优势木树高，依据实生杉木林的基准年龄为20年，以吴仲伦主持编制的“全国(分带)杉木地位指数表”[19]对29块标准地进行地位指数划分。划分结果见表2。

表2 不同立地条件标准地基本信息

从上表可以看出，29块样地中，地位指数为10、12、14、16和18 的分别有2、4、7、12块和4块样地。

根据立地条件划分结果，将年轮条依据立地条件进行分类，将同一立地条件的年轮条统一进行整理（表3）。地位指数为10的有24根年轮条，地位指数为12的有56根，地位指数为14的有90根，地位指数为16的有164根，地位指数为18的有54根。

表3 年轮条数量统计

2.2 不同立地下杉木径生长的最优模型

运用Richards方程、Weibull方程、Korf方程、Logistic方程和Schumacher方程5个模型对不同地位指数的杉木胸径生长过程进行拟合，并以、、adj-2对模型进行精度评价，根据各模型的评价指标，选出不同立地条件下杉木胸径生长的最优模型，评价结果见表4。

表4 不同立地条件下生长方程精度比较

从上表可以看出，不同的生长方程其拟合精度不同，其中对于地位指数10的胸径生长过程，含有三个参数的生长方程中，Weibull方程的拟合精度最高，、、adj-2分别为0.0051、0.1599和0.9983，且与含有两个参数方程的差异显著（=61.57，<0.01），所以选择Weibull方程作为拟合地位指数10的胸径生长过程最优方程；对于地位指数12的胸径生长过程，含有三个参数的生长方程中，Richards方程的拟合精度最高，、、adj-2分别为0.0257、1.0868和0.9752，且与含有两个参数方程的差异显著（=8.33，<0.01），所以选择Richards方程作为拟合地位指数12的生长过程最优方程；对于地位指数14的杉木胸径生长过程，含有三个参数的生长方程中，Korf方程的拟合精度最高，、、adj-2分别为0.0017、1.1461和0.9437，且与含有两个参数方程的差异显著（=8.33，<0.01），所以选择Korf方程作为拟合地位指数14的杉木胸径生长过程的最优方程；对于地位指数16的杉木胸径生长过程，含有三个参数的生长方程中，Richards方程的拟合精度最高，、、adj-2分别为0.0175、1.0967和0.9435，且与含有两个参数方程的差异显著（=8.33，<0.01），所以选择Richards方程作为拟合地位指数16的杉木胸径生长过程的最优方程；对于地位指数18的杉木胸径生长过程，含有三个参数的生长方程中，Weibull方程的拟合精度最高，、、adj-2分别为0.0004、1.2146和0.9351，且与含有两个参数方程的差异显著（=8.33，<0.01），所以选择Weibull方程作为拟合地位指数18的杉木胸径生长过程的最优方程。各地位指数的胸径生长最优模型方程见表5。

表5 各地位指数的胸径生长最优模型方程

2.3 不同立地下杉木生长量变化的比较

以各地位指数的胸径生长最优模型，绘制不同地位指数的杉木胸径平均生长量和连年生长量的变化过程，见图3，从图中可以看出，在各个地位指数条件下，杉木胸径的平均生长量和连年生长量在起初阶段都处于增长趋势，且连年生长量比平均生长量增长得更快，经过几年的生长，连年生长量达到最大值，之后开始下降，而平均生长量此段时期仍处在上升阶段，再经过几年的生长，平均生长量与连年生长量出现交集点，平均生长量达到最大，此时称为数量成熟龄，可以作为合理采伐年龄的依据。

注：A、B、C、D、E分别指地位指数为10、12、14、16、18。Note:A, B, C, D and E respectively refer to the status index of 10, 12, 14, 16 and 18.

不同地位指数条件下，连年生长量达到最大值的年龄有差别，地位指数为10的在第15年左右达到最大，地位指数12的在13年左右达到最大，地位指数14的在8年左右达到最大，地位指数16的在10年左右达到最大，而地位指数18的立地条件下的杉木在12年达到胸径连年生长量的最大值。随着地位指数的增加，杉木胸径的连年生长量达到最大值的年限先减小后增大，地位指数为14时所用年限最短为8年即达到最大值。

不同地位指数条件下，平均生长量达到最大值的年龄也有差别，即连年生长量等于平均生长量的年龄有差别，其中地位指数为10的在第24年至25年左右，地位指数12的在23年左右达到最大，地位指数14和地位指数16的在第17年左右，而地位指数18的在16-17年左右达到数量成熟龄。

3 讨 论

周国模等人在计算浙江杉木数量成熟龄时认为杉木人工林数量成熟龄随着林分地位指数的增加而减少[13]，这与本研究的结论基本一致，关于数量成熟龄的结论为地位指数10的数量成熟龄为29年，地位指数12和14的为27~28年，地位指数16的为26~27年，地位指数18的为24~25年，成熟年龄的结果与本研究的结果相比，年龄更长，可能是由于地理位置不同，导致林木接收到的光温水等环境因子的差异引起的，也可能与本研究的取样没有覆盖各个立地条件下的各个生长阶段有关。此外，本文在划分立地条件时仅以地位指数作为分类依据，而没有考虑地形地貌、坡向、坡度、坡位以及海拔等信息，在以后的研究中可以综合这些因素和地位指数作为立地条件划分的依据。同时由于一些客观条件的影响，在年轮条样本采集上没有完全覆盖各个立地条件下的各个生长阶段，导致出现地位指数18的杉木生长变化过程只能预测到18年，在以后会进一步深入研究。

4 结 论

本研究基于几种常见的理论生长方程分析了将乐国有林场不同地位指数条件下杉木人工纯林胸径的生长过程，在不同地位指数条件下，杉木胸径的最优生长方程不同，其中地位指数为10和18的最优模型为Weibull方程，地位指数为12和16的最优模型为Richards方程，地位指数为14的最优模型为Korf方程。不同地位指数条件下，连年生长量达到最大值的年龄有差别，随着地位指数的增加，杉木胸径的连年生长量达到最大值的年限先减小后增大，地位指数为14时所用年限最短为8年即达到最大值。不同地位指数条件下，数量成熟龄也有差异，地位指数10、12、14、16、18达到数量成熟龄的年限分别为24年至25年，23年，17年，16年，16年至17年，表现为随着地位指数的增加而缩短。

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Study on the Growth Process ofDiameter under Different Site Conditions

HAN Jin1, WANG Xin-jie1*, ZHANG Peng2, XIE Ya-lin1, LIU Jiang3

1.100083,2.100095,3.012000,

Based on several common growth equations, we fitted the growth process of DBH of Chinese fir plantation under different site conditions in Jiangle state-owned forest farm and analyzed the mature age of Chinese fir under different site conditions. Results show that the optimal DBH growth equation under the different site conditions is different, the optimal model with position index 10 and 18 is Weibull equation, the optimal model with status index 12 and 16 is Richards equation, the optimal model with status index 14 is Korf equation, the mature age of Cunninghamia lanceolata under different status index was also different and it decreases with the increase of status index.

Site index; growth equation; average increment

S791.27

A

1000-2324(2019)05-0768-06

10.3969/j.issn.1000-2324.2019.05.007

2018-04-21

2018-08-09

林业公益性行业科研专项林改后南方林地可持续经营关键技术研究与集成示范(201004008)

韩金(1991-),男,硕士研究生,主要研究森林可持续经营. E-mail:tshanjin@foxmail.com

Author for correspondence. E-mail:xinjiew@bjfu.edu.cn