冀北山地落叶松人工林直径生长与空间结构的关系

史文兵

（河北塞罕坝机械林场林业调查规划设计院，河北 围场068450）

林木空间结构决定了树木之间的竞争势及其空间生态位，同时决定了该林分的稳定性、发展的可能性和经营空间的大小[1-3]。研究森林结构对深入了解各种森林植物与环境的关系，以及森林的生长发育和更新、演替规律具有重要意义，并可为制订科学的经营措施提供理论依据。目前，国内外对森林空间结构的研究已经屡见不鲜，但空间结构和直径生长关系的研究却报道较少，本文通过研究河北省围场县桃山林场落叶松人工林竞争指数，为制定华北土石山区落叶松人工林科学经营措施提供一定的理论依据。

1 研究区概况

研究对象为河北省围场县桃山林场的华北落叶松人工林，林内零散伴有天然萌生的白桦、山杨、蒙古栎等林木个体。林下灌木主要有臭柳、平榛、胡枝子等，草本植物主要有龙牙草、乌苏里苔草、凤毛菊等。

2 研究方法

2.1 标准地的设置与数据测定

通过实地考察和对比研究，选择符合要求且具有代表性的落叶松人工林设置40m×50m 的标准样地。样地要求林木密度分布均匀、距离林缘较远且样地内没有河流、道路或明显的沟壑等。使用罗盘仪测向，确定样地边界走向，然后使用皮尺测量水平距离（坡度大于5°测量斜距后改算为水平距离）。为保障样地边界清楚明显，清除边界线上的灌木和杂草，并用自喷漆在边界树干上进行标记。对每块样地进行每木检尺，测量并记录样地内胸径大于5cm 的每棵树木的树种、胸径、树高、第一活枝下高、冠幅、位于样地内的坐标值（网格定位）和林分郁闭度。

（1）每木定位。在标准地顺坡的两边上按5m 的间隔定桩，用皮尺或测绳拴在桩上，将标准地划分为若干小区，在每个小区内依一定的顺序确定每株树木的坐标位置，顺坡方向为纵坐标Y，横坡方向为横坐标X。

（2）每木测定。①在胸高位置（测定1.3m）用直径胸围尺测胸径（精确到0.1cm）。②测树高及枝下高（精确到0.1m）。③测东、西、南、北4 个方向的树冠半径（精确到0.01m）。

2.2 样木选择和木芯钻取

本研究主要选择大小比数为1 和0.5 的林木，大小比数依据胸径划分。选择生长正常、冠幅良好、无病虫害的林木，以中心树及其周围4 株相邻木组成结构单元。确定好树木后，将生长锥沿树木纵轴离地面1m 左右垂直钻入，钻取部位不宜太高或太低。生长锥要保持平稳，避免所钻年轮木芯折断。若一次没有钻取成功，要重新钻取，直到所钻木芯正过髓心，同时对其进行编号（编号格式为大小比数+组数+株数），用报纸包装，集中保存。记录参照木与相邻木之间的距离、角度、树高情况，以及每株树的冠幅。其中中心树的冠幅要分别记录东西南北4 个方向。相邻木冠幅分为与中心树垂直冠幅和连线冠幅，并以中心树为中点分别记录。

2.3 木芯处理与年轮量测

将野外采集的木芯带回实验室进行自然风干，然后固定到拖木槽内。经过打磨，标出窄轮、伪轮、缺（断）轮，并作记录。对样本进行扫描，并使用Photoshop 进行处理，然后对扫描和拼接样本进行定年和划线，最后通过CooRecorder7 TRIAL 和Auto－CAD 软件进一步处理，得出每个年轮的相关数据，并将数据导入表中，计算出每个年轮宽度。然后作出曲线图，找出样本直径生长规律。

2.4 数据分析

大小比数（Ui）被定义为大于中心树的相邻木株数占所考察的全部最近相邻木的比例[4]。所谓的“大小”用胸径、树高和冠幅均可表示。用公式表示为：

3 结果与分析

3.1 林分空间结构特征

林分直径分布是指林分内各直径树木的分布状况，其特征体现了林分的生长及组成结构，直接影响到树木的树高、干型、材积、树种、树冠因子等[5]。落叶松林分密度为1145 株/hm2，大于5cm 的乔木有2种，以落叶松为主。落叶松人工林直径分布呈正态分布，在5～28cm，主要集中分布于10～22cm 径阶范围内，大径阶和小径阶的林木株数占比例较小，14～18cm 径级的林木株数最多，占林分总株数的60.85%。落叶松径阶分布如图1。

图1 落叶松林径阶分布

3.2 大小比数和直径生长的关系

3.2.1 大小比数为1 的结构单元 由落叶松木芯得到的直径生长量为依据，中心树大小比数为1 的空间结构单元，中心树生长落后有以下5 种过程：前期生长落后有10 组、中期生长落后有3 组、后期生长落后有8 组、前后期生长落后有6 组、一直生长落后有3 组，每种情况林木连年生长量如图2。

（1）由图2（a）可知：中心树在前期生长受压制，中后期两者竞争激烈。第15 年开始两者生长量都明显降低，并且最粗树生长速度下降快。最粗树个、生态位适宜，因此生长量较大；中后期逐渐形成森林环境，从而使林木之间为争夺营养空间而出现竞争，生长量呈下降趋势。但是最粗树受抑制作用越来越明显，中心树相对较小，所以最粗树的连年生长量下降的快，差异逐渐减小。

图2 大小比数1 的不同生长情况

（2）由图2（b、c、d、e）可知：最粗树连年生长量一直大于中心树，两者生长量整体从第15 年开始下降。最粗树可能因为生命力强，苗木质量好，小区立地质量高，栽植质量高，个体遗传性好而处于优势地位，成为优势木。

（3）由图2 可以得出林木在第8～10 年生长量达到高峰，由于落叶松属于强阳性树种，林分郁闭后开始进行激烈竞争。从第15 年开始明显下降，并且连年下降，此时林分内竞争激烈，营养空间减小，应该在出现明显下降之前进行抚育间伐。

3.2.2 大小比数为0.5 的结构单元 以落叶松木芯得到的直径生长量为依据，中心树大小比数为0.5的空间结构单元，生长有两种情况，中心树有明显被压过程19 组、无明显被压过程11 组。分别选取一组有代表性的数据做折线图如图3。

（1）由图3（a）可知：中心树和最粗树连年生长量接近，没有明显被压过程，最粗树和中心树胸径相差不大，该林木单元内中心树和最粗树生长良好，生长量在第12 年左右到达高峰，第15 年出现明显下降。两株林木的苗木质量、生态位等因素基本一致，所以两株林木生长分化不大。后期因为争夺营养空间而出现竞争导致林木生长量出现明显下降。

图3 大小比数0.5 的不同生长情况

（2）由图3（b）可知：在生长后期中心树生长明显下降，被最粗树压制。两者生长差异主要集中在后期。生长量在第12 年左右到达高峰，第15 年出现明显下降。前期生长无明显差异，两株林木苗木质量、立地条件等因素基本接近，而后期中心树生长受压，因为争夺营养空间而出现竞争，中心木竞争能力相对较弱而得不到充足阳光。

3.3 不同大小比数和直径生长的关系

从大小比数为0、0.5、1 的数据中分别随机选取10 组数据，做生长曲线图，如图4。

图4 不同大小比数生长曲线

根据大小比数代表林木的优势程度，本研究林木类型优势木、中庸木、劣汰木分别对应大小比数1、0.5、0。由图4 可以得出：优势木、中庸木前期生长快，后期生长速度下降快；劣汰木前期生长慢，后期生长速度下降慢。因为前期林分没有郁闭，林木生长快慢取决个体对立地环境的适应与生态位的恢复。但是优势木、中庸木受抑制作用越来越明显，中心树受抑制相对较小，所以最粗树的连年生长量下降的快，中心树连年生长量下降的慢，二者差异逐渐减小。

4 结论与讨论

通过对河北省围场县桃山林场落叶松人工林中选取65 组林木进行分析，发现落叶松人工林中心树前期出现被压可能是由于苗木质量差，生态位不适宜，个体对立地环境的不适应等原因造成；中后期被压则可能是因为林木之间竞争激烈，中心树竞争力较弱。林分竞争主要集中在8～15a，是进行抚育间伐的最佳时期，可以为林木提供更大的营养空间，保证林木正常健康生长。