辽东山区人工红松中龄林干形规律及与树冠结构的关联性研究

刘金义

（国有清原满族自治县大边沟林场，辽宁 清原 113309）

红松Pinuskoraiensis属于裸子植物，是常绿乔木，在我国东北地区的长白山到小兴安岭分布广泛，是著名的珍贵经济树木，同时也是优良的用材树种[2]。为此，对红松人工林进行可持续合理的经营不仅有助于提高经济效益，还能够提高木材的质量。树木的干形影响木材的出材量，为此研究树木干形具有重要的现实意义。近年来，随着气候变化加剧，有研究表明较高的高径比导致树木更容易遭受极端气候的损害，使得人们对大面积人工林的气候适应性和稳定性更加关注[3]。

胸径与树高是我们衡量林木生长好坏的两个非常重要的因子[4]，随着对林木胸径与树高关系研究的不断深入，1982年黄其泰[5]提出树高与胸径的比值具有明显规律性，即高径比，是说明树高与胸径相关关系的一个统计指标[6]，在实践中被广泛应用。黄其泰总结了高径比与林相、径阶、林木年龄、林分密度、林分结构、树种的关系，提出了林木株数和小班块数按高径比的分布规律。后来廖泽钊等[7]、张更新等[8]对林木高径比的关系和分布规律进行了补充完善，王彩云等[8]结合地位级、林龄和疏密度对云南松天然林高径比进行了探讨。通过林木高径比的关系及高径比指标，李旭等[9]通过高径比法来确定落叶松人工林生长率，计算材积生长量，预测林分蓄积量。戴继进等[10]通过平均高径比先后研制并完善了一元材积式，测定林分蓄积量时更加简便，精度也较高。梁景生等[11]利用林木高径比先后编制了雷州尾叶桉和雷州刚果12号桉的高径比立木材积表，在保证精度的同时，更加高质高效。近年来，马娇娇等[12]对丰宁县富贵山林场白桦中幼龄林高径比进行误差分析，利用高径比指标可以进行林分平均高和平均胸径的相互估算，同时在森林的抚育经营方面也能起到一定的作用[12]。虽然对高径比的研究不多，但是高径比作为能够直接或间接反映林木干形一个指标[13]，对出材率、林分密度、修枝强度、肥料种类、枝条纵向抗压抗弯性能等方面都有着极其重要的参考价值，目前的研究大多都集中在此，探讨得出更加合理完备的造林营林措施。

基于以上研究现状，本研究以辽东山区清原满族自治县大边沟林场人工红松中龄林为对象，以高径比作为反映树木干形的指标，分析不同林龄间人工红松干形的差异及变异规律，人工红松高径比与树冠结构（冠幅、冠长）的相关性，通过控制冠长来调控干形，为辽东山区红松人工林优质木材培育奠定了重要的基础。

1 研究区自然概况

研究区位于辽宁省抚顺市清原县国有大边沟林场（124°4′～125°18′E，41°51′～42°00′N）。该林场属于我国长白山西南延伸地区，气候属北温带大陆季风气候，冬季寒冷干燥，夏季高温多雨。该地区的年均气温为5℃，最低气温为-37.7℃，最高气温约36.5℃。年均降水量750 mm左右，主要集中在6-9月。暗棕壤和棕壤是主要的土壤类型，植被类型属于长白植物区系。大边沟林场的森林资源以人工林为主，主要包括落叶松林、红松林。

2 研究方法

2.1 数据获取

2020年6月在清原县国有大边沟林场进行外业调查。选取不同林龄的小班作为调查对象，所有小班能够基本代表该林场红松人工林的资源状况。对所选取的小班进行初步踏查，然后进行固定样地的设置，以便进行长期连续观测。每个小班共设置6块固定样地，样地面积20 m×30 m。固定样地的闭合差标准为1/200。首先利用GPS对每块固定样地进行定位，记录经纬度。对固定样地内的所有树木进行每木检尺，用胸径尺测量所有活立木的带皮胸径（DBH，cm），用超声波测高器测量所有活立木的全树高（HT，m）、第一活枝高（HLB，m）及第一死枝高（HDB，m）。用皮尺测量树冠在东、南、西、北4个方向的冠幅（CW，m），

高径比（HD）的计算公式为：

HD=HT/DBH

冠长（CL，m）的计算公式为：

CL=HT-HLB

单株树木冠幅的计算公式为：

CW=（CW东+CW南+CW西+CW北）/4

为方便进行复位，在每木检尺结束后进行每木定位，以矩形样地的30 m边为X轴，以矩形样地的20 m边为Y轴，记录所有树木的相对位置坐标。

本研究以林龄为51年生、54年生、58年生的红松人工中龄林为研究对象，密度为233～433株·hm-2，以高径比作为反映单木树干形状的指标，深入分析人工红松中龄林单木的干形变化规律，分析干形变化与树冠结构因子冠长、冠幅的相关性，为红松人工林制定合理可持续的经营措施奠定基础。固定样地的高径比、冠幅、冠长信息见表1。

表1 红松人工林固定样地因子

2.2 数据处理

采用Excel 2013绘制各林龄段各固定样地的单木高径比与冠幅、冠长之间的散点图，建立各样地所有树木高径比与冠幅、冠长的相关关系，分析相关系数随林龄的变化规律，并采用单因素方差（One-way ANOVA）分析各林龄之间树木高径比是否有显著性差异（α=0.05）。

3 结果与分析

3.1 不同林龄人工红松干形变化规律

由表1可知，51年生人工红松单木高径比最小值为0.46，最大值为0.75，平均值为0.57。54年生人工红松单木高径比最小值为0.48，最大值为0.90，平均值为0.62。58年生人工红松单木高径比最小值为0.44，最大值为0.74，平均值为0.57。总体上，54年生人工红松高径比最大，说明54年生人工红松林的尖削度最大，而51年和58年的尖削度相对较小。此外，54年生人工红松高径比的波动范围较大，说明该年龄段人工红松单木个体干形差异较大。出现这种差异的原因可能与林分条件有关，林分与干形存在较大的关系。当林分密度较大时，树木个体为了争夺光资源而出现树木的高生长大于胸径生长，因此高径比会变大。

3.2 单木干形与树冠结构的关系

3.2.1 单木干形与冠长的关系

由图1可知，51年生人工红松林单木高径比与冠长的变化规律不明显，决定系数R2值较低。说明冠长对51年生人工红松的干形没有产生明显的影响。

图1 51年生人工红松高径比与冠长的关系

由图2可知，冠长对54年生的人工红松干形影响较低，除样地1外，单木高径比与冠长拟合方程的决定系数R2都达到了0.11以上，最大为0.26，且单木高径比与冠长基本呈线性关系。说明54年生人工红松冠长对单木干形产生了较大的影响，即随着冠长的增加，高径比也逐渐增加，树冠的尖削度也越大。在森林经营活动中，可以通过控制冠长来调控树干的形状，从而为提高出材率奠定基础。

图2 54年生人工红松高径比与冠长的关系

与54年生红松人工林相比，58年生红松人工林高径比与冠长的相关性明显下降，线性拟合方程的决定系数R2均在0.1以下（图3）。出现这种结果的原因可能与树木生长阶段的生理特性及光合产物在树干垂直分布规律有较大的关系。

图3 58年生人工红松高径比与冠长的关系

3.2.2 单木干形与冠幅的关系

单木冠幅反映了树木在水平方向上的竞争水平，与林木的竞争活力密切相关，为此，本文分析人工红松干形与冠幅的关系，为深入理解影响树木干形的因素提供基础条件。

图4 51年生人工红松高径比与冠幅的关系

由图4可知，51年生红松人工林单木高径比与冠幅之间具有很好的线性关系，决定系数R2均达0.25以上。随着冠幅增加，单木高径比逐渐减小。出现这种现象的原因可能是由于冠幅增加，树木积累的光合产物越多，从而将更多的光合产物用于树干的径向生长而不是高生长。

图5 54年生人工红松高径比与冠幅的关系

从图5可以看出，54年生人工红松林固定样地内单木高径比与冠幅拟合方程的决定系数R2达到0.11以上，最高0.57。58年生红松人工林单木高径比与冠幅的拟合方程决定系数为0.37～0.45，分布范围较其他年龄段小，波动程度小（图6）。这说明对于该地区人工红松林来说，在没有干扰的情况下，干形随着林龄的增加而趋向平稳。

4 结论

本文以辽东山区人工红松中龄林为研究对象，系统研究了单木干形的变化规律及其影响因素，得出结论：

辽东山区人工红松中龄林高径比为0.46～0.75，3个年龄段间的单木高径比未发现明显的规律。

人工红松中龄林高径比与冠长具有一定的线性关系，其中54年生红松的高径比与冠长关系较为明显，而51年生、58年生的红松干形与冠长关系不明显。

人工红松单木干形与冠幅存在较好的线性关系，决定系数R2最高达0.57。随着单木冠幅的增加，高径比呈减小的趋势。树冠结构中的冠幅与干形关系最密切，而冠幅与林分密度最相关，说明可以通过控制林分密度来调节树木的高生长和径生长，从而改善干形，提高出材率。