不同林龄桉树林分结构及生物量模型研究

摘要  为揭示不同林龄桉树（Eucalyptus robusta）林分结构特征及其生物量分配状况，采用空间代替时间法和典型抽样方法，以广西贵港市覃塘林场桉树人工林为研究对象，综合分析不同林龄期（2、4、6年生）林分结构规律与不同阶段生物量分配模型。结果表明：桉树人工林胸径与树高随林龄的增长而发生明显变化，胸径及树高的变幅随着林龄的增加也逐渐变大。随着林龄的增加径级数增加，且各径级所占比例数值均呈单峰型变化，6年生时，林分中大径级（d＞20 cm）所占林分比例为55.72%，6年生桉树为适宜轮伐年限。对桉树单株不同林龄生物量进行拟合表明，多项式拟合度最优，且随着林龄的增加，总生物量的拟合精度越高，其决定系数为0.962 7，6年生总生物量的拟合方程为y=-6E-07x2+0.037 8x-50.993 0。

关键词  桉树人工林；林分结构；生物量

中图分类号  S750  文献标识码  A

文章编号  0517-6611（2024）04-0106-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.04.023

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Study on Stand Structure and Biomass Model of Eucalyptus at Different Ages

MENG Qing.song

（Guigang Qintang Forest Farm，Qintang，Guangxi 537100）

Abstract  In order to reveal the structural characteristics and biomass distribution of Eucalyptus stands at different ages，the spatial substitution time method and typical sampling method were used to comprehensively analyze the structural rules of Eucalyptus robusta plantation at different ages （2，4 and 6 years old） and biomass distribution models at different stages in Qintang Forest Farm，Guigang City，Guangxi. The results showed that the DBH and tree height of eucalyptus plantation changed significantly with the growth of forest age，and the variation range of DBH and tree height also gradually increased with the increase of forest age. With the increase of forest age，the diameter grade increases，and the proportion value of each diameter grade changes in a single peak. At the age of 6 years，the proportion of the large diameter grade （d>20 cm） in the stand is 55.72%，and the 6.year old eucalyptus is the suitable rotation age. The fitting of biomass of single eucalyptus at different forest ages showed that the polynomial fitting degree was the best，and with the increase of the forest age，the fitting accuracy of the total biomass was higher，its determination coefficient was 0.962 7，and the fitting equation of the total biomass at the age of 6 years was y=- 6E-07x2+0.037 8x-50.993 0.

Key words  Eucalyptus plantation;Stand structure;Biomass

作者簡介  蒙青松（1978—），男，广西贵港人，工程师，从事森林培育研究。

收稿日期  2023-03-06

林分结构是林分生长量化的重要指标，它对森林组成和空间分布有直接影响［1］。通过调整林分结构能够有效调控林龄［2］、优势度［3］和林分密度［4］等森林要素的变化。对人工林空间结构进行调控，发挥森林功能和提高效益是研究林分结构的主要任务之一［5］。通过建立胸径、树高和蓄积量响应林龄、密度的耦合模型能较好地阐述林分结构特征［6］。在研究林分结构变化的同时，还能够通过建立林分结构、立地条件、林分胸径等因子模型预测林分生物量［7］。

生物量是定量描述林业和森林系统问题的基本要素，其分布因林分结构的不同而存在差异［8］。采用生物量与胸径等一些解释变量幂函数形式之间的拟合关系来计算生物量是较常用的方法［9］，并以此来研究林分结构及各组成部分生物量的变化规律，建立不同林分类型、不同树种、不同起源以及不同区域尺度内森林生物量模型，从而提高林业精细化管理效能［10］。

桉树在植物分类学上是桃金娘科（Myrtaceae）桉属（Eucaly ptus）树种的统称，桉树是世界三大速生丰产造林树种之一，也是我国南方重要的速生人工林树种［11］。其以生长迅速、适应性强、轮伐期短、经济价值高等特点，作为工业用材林、防护林等在全球大面积推广种植［12］。国内外许多学者采用多种分布函数拟合和检验桉树人工林直径分布，但有关桉树人工林林分结构的研究鲜见报道［13］。桉树人工林因其高强度的集约化经营，通过了解桉树人工林林分结构进行优化和调整，实现林分生产力的提高以及良好的生态效益、经济效益，达到森林可持续经营的目的。笔者依托森林资源调查项目，以覃塘林场不同林龄桉树人工林为研究对象，共设置不同林龄（2年生、4年生、6年生）桉树人工林样地9个，拟建立符合当地不同林龄桉树人工林地下、地上和单株生物量模型，并分析林分结构及林分生物量变化的规律，旨在为精细化经营桉树人工林及生物量估算提供科学依据。

1  材料与方法

1.1  试验地概况

试验地位于广西覃塘林场（109°28′E，23°06′N），属南亚热带湿润季风气候，受季风影响显著，冬、春季降水偏少，夏、秋季降水偏多。年日照数1 885.5 h，年均无霜期345 d，平均相对湿度86.7%，年平均气温21.6  ℃，1月最冷，平均为9.5  ℃，7月最热，平均为32.4 ℃。年降水量为1 450～1 950 mm。地势平坦，以平原及低山丘陵为主，海拔在30～150 m。土壤主要为水稻土、赤红壤、石灰岩土、紫色土、冲积土五大类，土壤肥沃，pH呈弱酸性。植被类型以马尾松（pinus）、杉木（Cuninghamia lanceolata）、枫香（Liquidamber）及其他常绿阔叶（Anglatofolio）树种为主。灌木主要有悬钩子（Rubus）、野蔷薇（Rosa canina）等。

1.2  试验方法

分别选取2年生、4年生、6年生桉树人工纯林，样地面积为30 m×30 m，每个龄级3个样地，记录样地的立地信息及土壤状况等。在样地内进行每木检尺，调查各样方乔木层树高、胸径的组成结构。采用标准木法测定生物量，按不同径阶选择标准木9株，将标准木伐倒后，地上部分采用分层切割法［14］。测定树干、枝叶鲜重，同时截取圆盘进行树干解析，伐倒后实测树干、枝叶、根各组分鲜质量。具体方法： 按2 m区分段进行树干解析，将树冠按分布高度分段称取枝、叶鲜质量，地下部分根系采用全挖法测定。根的粗细按照细根（<0. 2 cm ）、中根（0. 2～0. 5 cm ）、粗根（>0. 5 cm ） 和根桩（无分枝部分）分成4类，称取各部分鲜质量，置于80 ℃烘箱中烘至恒质量，分别求出各级样木各组分的干湿比，再将各器官的鲜质量换算成干质量，并将鲜重换算为干重。建立回归方程，估测单株立木各器官生物量和林分生物量［15］。

1.3  统计分析方法

采用Excel 2010对数据进行整理和计算，采用SPSS 19.0进行方差分析和回归分析。

2  结果与分析

2.1  不同林龄桉树林分结构特征

对3个林龄（2年生、4年生、6年生）桉树人工林进行生长统计，结果见表1。由表1可知，2年生3个样地桉树胸径与树高的平均值范围分别为6.34～6.99 cm、6.70～7.50 m，4年生胸径与树高的平均值范围分别为12.40～13.80 cm、15.60～16.60 m，6年生胸径与树高的平均值范围分别为19.70～21.10 cm、21.20～23.30 m。這表明桉树人工林胸径与树高随林龄的增长而发生明显变化，胸径及树高的变幅随着林龄的增加也逐渐变大，表明林分个体的差异随林龄增加差异增大，导致林分的结构产生显著不同。不同林龄桉树乔木层林分密度随林龄增长呈下降趋势，这是在一定立地条件下不同生长阶段个体之间与环境之间相互作用的结果。

2.2  桉树林分直径分布特征

经林分调查可知（图1），随着林龄的增加径阶数增加，且各径级所占比例数值均呈单峰型变化。不同林龄桉树的径级分布为6年生（5 cm径阶）在径级20 cm＜d≤25 cm的比例最大，占39.28%，其次是15 cm＜d≤20 cm径级，占比为31.17%，25 cm＜d≤30 cm径级比例也达到16.44%。4年生（3 cm径阶）中，径级9 cm＜d≤12 cm所占比例最大，占39.42%，其次是12 cm＜d≤15 cm，占36.91%，有49.18%比例胸径超过平均值。2年生桉树人工林（2 cm径阶）占最大比例的径级为4 cm＜d≤6 cm，其值为42.37%，其次是6 cm＜d≤8 cm径级，占比为26.61%。

2.3  不同林龄桉树林分单木生物量模型

采用桉树单株干生物量（W）与胸径（D）的平方乘以树高（H）的模型进行幂函数、多项式、对数及指数等函数回归拟合比较，结果表明（表2），树干、枝叶、根总生物量指标的拟合回归模型中多项式模型的决定系数（R2）均为各模型最大值（除4年生幂函数的R2大于多项式的R2），表明多项式模型是最优的回归模型。

不同林龄桉树各组分生物量模型如图2～4。

从多项式回归模型中可以看出（表3），在3个不同林龄间，树干的R2最高，拟合程度也最高，其R2均在0.950 0以上。在2年生时，根的拟合方程R2高于枝叶的R2，而在4年生和6年生时，该情况刚好相反，表明随着林龄的增加，多项式回归方程对树体地上部分生物量的预测更为准确。不同林龄间总生物量的预测R2均在0.920 0以上，表明总生物量的预测拟合程度较理想，2年生、4年生、6年生的总生物量拟合方程R2分别为0.919 2、0.961 1、0.962 7，表明随着林龄的增加其总生物量的预测更准确。

3  结论与讨论

林分直径分布是林分内不同直径林木按径阶的分布状态，无论从理论上还是实践上，林分直径是最重要、最基本的林分结构之一。林分内各种大小直径树木的分配状态将直接影响着林木的树高、干形、材积、材种及树冠等因子的变化［16］。对林分结构的研究为森林经营及森林生物量的估算、碳储量的分析以及经济价值的评估提供重要依据［17］。笔者对广西贵港覃塘林场不同林龄桉树人工林的直径分布特征研究表明，桉树人工林胸径与树高随林龄的增长而发生明显变化，胸径及树高的变幅随着林龄的增加也逐渐变大，表明林分个体的差异随林龄的增加差异增大，导致林分的结构产生显著不同。6年生时桉树大径级（25 cm＜d≤30 cm）的比例达到16.44%，是较为理想的林分结构类型，可以作为轮伐的年限参考标准。

回归式法是目前生物量估算中较为精确科学的方法［18］。在对桉树单株地下根部及地上树干、枝叶进行幂函数、多项式、对数及指数等函数回归拟合比较表明，多项式回归拟合效果最优，在多项式拟合模型中，树干的回归拟合程度最好，其次是总生物量预测模型。随着林龄的增长，多项式回归模型对树干及总生物量的预测精度要优于地下生物量预测模型。

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