天然云冷杉針闊混交林林木年齡的估測

中國的森林資源主要是天然林。根據第六次全國森林資源清查結果,我國森林總面積1.75億hm2,森林蓄積124.56億m2;其中人工林面積0.53億hm2,蓄積15.05億m2。可見,我國的天然林面積占總面積的70%,而其蓄積占森林蓄積總量的88%。在未來相當長的時間里,國民經濟用材主要還是來源于天然林。因此,對天然林的深入研究非常有必要。受樹種多、空間分布復雜和發育階段各異等的影響,天然林中樹木年齡的測定難度很大。許多研究表明,林木的直徑生長與年齡呈正相關,并可建立一定的生長模型。筆者進一步探索天然林林木年齡和胸徑間的定量關系,為林木林分年齡的測定和預估提供參考,從而提高林分收獲預估模型的精度;并簡單分析相同徑階的林木年齡變動的原因,對以后林分年齡的深入研究(如建立林分年齡的模型)有一定的意義。1云冷杉林總經營面積及年際變化試驗地區位于吉林省汪清縣境內東北部金溝嶺林場,屬長白山系,東經129°56′～131°04′,北緯43°05′～43°40′。全林林場經營面積共16286hm2。在全部林分中,云冷杉林占80%,是本地區分布最廣的森林類型,平均年齡約60a。現有的云冷杉針闊混交過伐林是在原始林經過2～3次強度為30%～50%的擇伐后形成的,林分蓄積量100～200m3/hm2(原始林多為350～450m3/hm2),林分株數分布以小徑木為多。2不同徑階樹的生長曲線所用數據為1988年吉林省汪清林業局金溝嶺林場8塊過伐林區皆伐樣地的1678株標準木數據。其中,針葉樹主要包括470株冷杉(Abiesnephrolepis)、420株云杉(Piceakoraiensis)和251株紅松(Pinuskoraiensis),闊葉樹主要包括217株椴樹(Tiliaamurensis)、128色木(Acermono)、147株楓樺(Betulacostata)、45株榆樹(Ulmuspumila),具體情況見表1。從表1中可以看出,8個皆伐樣地林型基本一致,每公頃蓄積160～325m2。將所有林木的實測胸徑轉化為徑階(2cm),再計算出不同徑階的平均年齡;采用Excel、ForStat2.0繪制林木年齡與徑階之間的散點圖,選擇最優的生長曲線擬合。用于擬合的曲線類型見表2。3結果與分析3.1不同樹種生長的最優方程從圖1可看出,紅松、冷杉和云杉3種針葉樹的胸徑生長與年齡呈明顯的正相關,隨著年齡的增大,胸徑生長量總體趨勢在增加。冷杉生長最快;紅松生長速度較冷杉和云杉慢,胸徑隨著年齡的變化增長幅度較小。從圖2可以看出,4種闊葉樹的胸徑與樹齡也呈明顯的正相關,且胸徑生長變化的趨勢較一致。可以粗略地看出,隨著年齡的增加,楓樺相對其它3種闊葉樹生長速度最快;其他樹種的生長速度在所調查的樹齡范圍內沒有很明顯的變化。榆樹的胸徑到90a以后波動較大,主要是該樹齡段的林木株數較少,且同一齡級內胸徑差異較大。采用研究方法中提出的6種方程對7個樹種的胸徑隨年齡變化的趨勢進行模擬,結果見表3。從表3可以看出,由擬合結果根據相關系數最大、剩余方差最小的原則,得出7個樹種的最優方程,不同樹種其生長的最優方程有所不同。紅松、楓樺、色木和榆樹用乘冪函數很好地表達;冷杉、云杉和椴樹用拋物線方程能很好地擬合。比較相關系數可看出,榆樹相對較低,這可能與榆樹胸徑生長后期的統計數據有關。將7個樹種由模擬方程得出的胸徑繪制其生長隨樹齡變化的過程曲線,見圖3。從圖3中可以看出,生長到相同的胸徑,針葉樹所需的時間要比闊葉樹短。針葉樹在幼年生長期,冷杉和紅松比云杉生長稍快些;隨著年齡的增加,冷杉的生長超過紅松和云杉。闊葉樹中楓樺例外,初期的生長比較慢,35a以后,生長速度急劇增加,先后超過椴樹、云杉、紅松,50a以后超過臭松。由胸徑生長方程擬合的相關性可以看出,各樹種的最優生長方程能很好地表達其胸徑生長規律;由生長方程得出的胸徑生長過程曲線,可以看出樹種的生長規律基本符合其本身的生物學特性。因此,在當地的林分生長收獲預估中,可采用該生長方程預估林分以后的生長狀況,對當地林分的合理經營有一定的指導意義。本研究區樹種生長規律變化的主要原因可能是本地區原始林為云冷杉暗針葉林及闊葉紅松林,是當地的頂級群落;雖然經過長期的經營活動及其他人為干擾,部分天然紅松針闊混交林已經演替成多種森林類型,但仍保留其優勢樹種。3種針葉樹處在林分的主林層,在上層生長不受抑制,受競爭影響較小,故生長較快;4種闊葉樹具有強大的有性或無性更新能力,一般處在二、三層,樹木生長于上層不連續樹冠之間,生長易受周圍環境影響。在林分生長后期,椴樹、色木和榆樹逐漸成為針葉樹的伴生樹種,生長速度與針葉樹較一致;而楓樺為伐區或火燒跡地的先鋒樹種,對土壤適應性廣,萌芽能力強,生長最快。3.2不同徑階林木的年齡差異從圖4可以看出,3種針葉樹的徑階平均年齡隨徑階增大而增大,但并不呈簡單的線性關系。3個樹種在徑階為30～40cm時期,相同徑階林木年齡波動較大,在生長后期同徑階的年齡變動相對較小。冷杉同徑階的年齡波動最大,不太穩定。紅松等3種針葉樹的生長速度慢,外界環境影響也不大,故幼年期相同徑階林木的年齡差異不大。隨著樹木的不斷生長,其周圍的環境對其影響越來越大,特別是周圍鄰木會對其產生競爭,抑制其生長,使得處于相同徑階的林木年齡差異很大。從圖5看出,4種闊葉樹的徑階平均年齡隨徑階也呈規律性的變化;但其變動較針葉樹小,且不同樹種變動程度不同。楓樺和榆樹同徑階的年齡變動幅度小;椴樹和色木較大。由于闊葉樹的生長周期短,故其同徑階林木的年齡變動較針葉樹小。楓樺和榆樹的萌芽力強,且生長快,所以同徑階林木的年齡差異小;椴樹和色木稍耐蔭,隨著徑階增加,變動有所增大,周圍環境對其影響不可忽視。對需不同光強度的樹種來說,光因子對其生長有著很大的影響,進而會影響到林木的年輪形成,從而產生相同徑階林木年齡的差異。總的來說,林木的年齡隨著徑階增加,不同徑階其變化幅度不同,生長中期幅度較大,而后期減小。由于生長中期林木生長旺盛,養分競爭激烈,導致林木生長狀況差異很大;后期周圍林木間養分競爭有所減緩,保留下的林木生長差異減小,從而使林木總體年齡變動減小。故在林分生長后期應采取適當的經營措施改善林分環境,使保留木更好地生長。3.3徑階平均年齡與徑階關系的方差分析徑階平均年齡與徑階呈規律性變化(圖4和圖5),對7個樹種的徑階平均年齡與徑階關系方程,見表4。根據相關系數最大、剩余方差最小的原則,選出最優方程。從表4中可以看出,紅松、椴樹和色木的徑階平均年齡與徑階關系的規律較一致,均可以用乘冪函數很好地表達,指數函數能很好地描述冷杉和楓樺的徑階平均年齡規律,云杉和榆樹則分別用拋物線和對數函數表達效果更好。利用Excel對各樹種實際的徑階平均年齡與由方程得出的理論值進行方差分析,經F檢驗,結果無顯著差異,故這些方程可行。因此,外業調查中,由于胸徑很容易測定且準確,就可以通過此關系方程能較準確地估計當地林木的年齡,避免外業調查的不準確以及對林木的傷害。由林木的年齡就可以準確地估測林分的年齡,了解林分生長動態,提高收獲預估的精度。3.4不同樹種生長的時間將各徑階帶入7個樹種的年齡與徑階關系最優方程,得出各徑階平均年齡的理論值,繪制徑階與年齡的關系曲線,見圖6。從圖6可看出,所有樹種幼年期生長較快,隨著徑階增大,生長一個徑階所需時間增加;而榆樹在生長后期較其他幾個樹種快;楓樺隨著徑階增大,生長速度變小。針葉樹種初期生長較快,闊葉樹中期生長較快;隨著徑階的增大,后期闊葉樹生長到同一徑階時所需的時間比針葉樹種要長很多,而先鋒樹種楓樺逐漸退出生物群落,椴樹、榆樹和色木等蔭性樹種取而代之,成為頂級群落的伴生樹種。4林木年齡與密度根據數據資料,對林木從胸徑隨年齡的變動和相同徑階林木的年齡差異兩個方面進行分析,得出林木年齡和胸徑之間具有明顯的正相關,并呈一定的規律性變化。采用6種方程對7個樹種的胸徑隨年齡的變化進行模擬,結果表明,紅松、楓樺、色木和榆樹用乘冪函數很好地表達;冷杉、云杉和椴樹用拋物線方程能很好地擬合,相關系數均在0.91以上。因此,在當地的林分生長收獲預估中,可采用該生長方程預估林木林分以后的生長狀況,對當地林分的合理經營有一定的指導意義。由相同徑階林木的年齡差異分析,得出林木的徑階平均年齡隨徑階呈一定的規律性變化。紅松、椴樹和色木的徑階平均年齡與徑階關系的規律較一致,均可以用乘冪函數很好地表達,指數函數能很好地描述冷杉和楓樺的徑階平均年齡規律,云杉和榆樹則分別用拋物線和對數函數表達效果更好,相關系數均在0.95以上。故在外業實際調查中可采用該模型進行林木年齡的估測,節省了許多時間以及人物力資源,并減少林木因生長錐或其它方法調查林木年齡所受的傷害和不準確性。再由林木的年齡估算林分的年齡,提高森林資源調查監測和林分收獲預估的精度。然而,同徑階的林木年齡有一定的差異,尤其針葉樹差異更大。徑階林木的年齡在不同生長發育階段,其變化幅度不同,幼年期期變動較小,到生長中期幅度增加,隨著徑階繼續增大后期變動幅度減小并趨于穩定。主要是受周圍生長環境的影響,相鄰木的空間位置和其對養分競爭均會形成同徑階林木年齡的差異。因此,用該方程估測林木個體的年齡會產生一定的誤差。筆者對林木胸徑和年齡的相互關系研究,均從單因子出發,只建立了簡單的一元回歸統計模型。以后的研究可從多因素考慮,進行多元回歸統計分析,建立多因子的相關方程,提高預估的精度,指導林分的科學經營。目前林木相關性的研究逐漸發展,并有可能成為新的學科,將會在今后的林業建設中產生深遠的影響。研究得出林木的年齡與徑階的變動關系,可以看出相同徑階林木年齡的差異,但對其影響因素研究還較少。不同樹種其具體情況不同,影響因素除了其本身的生物學特性,還有林木周圍的生長環境,周圍林木的相對空間位置以及相互之間的距離,林木生長分布等。因此,以后的年齡變動研究可以通過林木之間的相對空間位置、林分密度和林木生長的立地條件等來定量分析,根