天然云冷杉針闊混交林林木年齡的估測(cè)

天然云冷杉針闊混交林林木年齡的估測(cè)

中國(guó)的森林資源主要是天然林。根據(jù)第六次全國(guó)森林資源清查結(jié)果,我國(guó)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?？梢?我國(guó)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(lái)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間里,國(guó)民經(jīng)濟(jì)用材主要還是來(lái)源于天然林。因此,對(duì)天然林的深入研究非常有必要。受樹種多、空間分布復(fù)雜和發(fā)育階段各異等的影響,天然林中樹木年齡的測(cè)定難度很大。許多研究表明,林木的直徑生長(zhǎng)與年齡呈正相關(guān),并可建立一定的生長(zhǎng)模型。筆者進(jìn)一步探索天然林林木年齡和胸徑間的定量關(guān)系,為林木林分年齡的測(cè)定和預(yù)估提供參考,從而提高林分收獲預(yù)估模型的精度;并簡(jiǎn)單分析相同徑階的林木年齡變動(dòng)的原因,對(duì)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(jīng)營(yíng)面積及年際變化試驗(yàn)地區(qū)位于吉林省汪清縣境內(nèi)東北部金溝嶺林場(chǎng),屬長(zhǎng)白山系,東經(jīng)129°56′～131°04′,北緯43°05′～43°40′。全林林場(chǎng)經(jīng)營(yíng)面積共16286hm2。在全部林分中,云冷杉林占80%,是本地區(qū)分布最廣的森林類型,平均年齡約60a?，F(xiàn)有的云冷杉針闊混交過(guò)伐林是在原始林經(jīng)過(guò)2～3次強(qiáng)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(shù)分布以小徑木為多。2不同徑階樹的生長(zhǎng)曲線所用數(shù)據(jù)為1988年吉林省汪清林業(yè)局金溝嶺林場(chǎng)8塊過(guò)伐林區(qū)皆伐樣地的1678株標(biāo)準(zhǔn)木數(shù)據(jù)。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(gè)皆伐樣地林型基本一致,每公頃蓄積160～325m2。將所有林木的實(shí)測(cè)胸徑轉(zhuǎn)化為徑階(2cm),再計(jì)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(diǎn)圖,選擇最優(yōu)的生長(zhǎng)曲線擬合。用于擬合的曲線類型見表2。3結(jié)果與分析3.1不同樹種生長(zhǎng)的最優(yōu)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(zhǎng)與年齡呈明顯的正相關(guān),隨著年齡的增大,胸徑生長(zhǎng)量總體趨勢(shì)在增加。冷杉生長(zhǎng)最快;紅松生長(zhǎng)速度較冷杉和云杉慢,胸徑隨著年齡的變化增長(zhǎng)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(guān),且胸徑生長(zhǎng)變化的趨勢(shì)較一致?？梢源致缘乜闯?隨著年齡的增加,楓樺相對(duì)其它3種闊葉樹生長(zhǎng)速度最快;其他樹種的生長(zhǎng)速度在所調(diào)查的樹齡范圍內(nèi)沒有很明顯的變化。榆樹的胸徑到90a以后波動(dòng)較大,主要是該樹齡段的林木株數(shù)較少,且同一齡級(jí)內(nèi)胸徑差異較大。采用研究方法中提出的6種方程對(duì)7個(gè)樹種的胸徑隨年齡變化的趨勢(shì)進(jìn)行模擬,結(jié)果見表3。從表3可以看出,由擬合結(jié)果根據(jù)相關(guān)系數(shù)最大、剩余方差最小的原則,得出7個(gè)樹種的最優(yōu)方程,不同樹種其生長(zhǎng)的最優(yōu)方程有所不同。紅松、楓樺、色木和榆樹用乘冪函數(shù)很好地表達(dá);冷杉、云杉和椴樹用拋物線方程能很好地?cái)M合。比較相關(guān)系數(shù)可看出,榆樹相對(duì)較低,這可能與榆樹胸徑生長(zhǎng)后期的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)有關(guān)。將7個(gè)樹種由模擬方程得出的胸徑繪制其生長(zhǎng)隨樹齡變化的過(guò)程曲線,見圖3。從圖3中可以看出,生長(zhǎng)到相同的胸徑,針葉樹所需的時(shí)間要比闊葉樹短。針葉樹在幼年生長(zhǎng)期,冷杉和紅松比云杉生長(zhǎng)稍快些;隨著年齡的增加,冷杉的生長(zhǎng)超過(guò)紅松和云杉。闊葉樹中楓樺例外,初期的生長(zhǎng)比較慢,35a以后,生長(zhǎng)速度急劇增加,先后超過(guò)椴樹、云杉、紅松,50a以后超過(guò)臭松。由胸徑生長(zhǎng)方程擬合的相關(guān)性可以看出,各樹種的最優(yōu)生長(zhǎng)方程能很好地表達(dá)其胸徑生長(zhǎng)規(guī)律;由生長(zhǎng)方程得出的胸徑生長(zhǎng)過(guò)程曲線,可以看出樹種的生長(zhǎng)規(guī)律基本符合其本身的生物學(xué)特性。因此,在當(dāng)?shù)氐牧址稚L(zhǎng)收獲預(yù)估中,可采用該生長(zhǎng)方程預(yù)估林分以后的生長(zhǎng)狀況,對(duì)當(dāng)?shù)亓址值暮侠斫?jīng)營(yíng)有一定的指導(dǎo)意義。本研究區(qū)樹種生長(zhǎng)規(guī)律變化的主要原因可能是本地區(qū)原始林為云冷杉暗針葉林及闊葉紅松林,是當(dāng)?shù)氐捻敿?jí)群落;雖然經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的經(jīng)營(yíng)活動(dòng)及其他人為干擾,部分天然紅松針闊混交林已經(jīng)演替成多種森林類型,但仍保留其優(yōu)勢(shì)樹種。3種針葉樹處在林分的主林層,在上層生長(zhǎng)不受抑制,受競(jìng)爭(zhēng)影響較小,故生長(zhǎng)較快;4種闊葉樹具有強(qiáng)大的有性或無(wú)性更新能力,一般處在二、三層,樹木生長(zhǎng)于上層不連續(xù)樹冠之間,生長(zhǎng)易受周圍環(huán)境影響。在林分生長(zhǎng)后期,椴樹、色木和榆樹逐漸成為針葉樹的伴生樹種,生長(zhǎng)速度與針葉樹較一致;而楓樺為伐區(qū)或火燒跡地的先鋒樹種,對(duì)土壤適應(yīng)性廣,萌芽能力強(qiáng),生長(zhǎng)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(jiǎn)單的線性關(guān)系。3個(gè)樹種在徑階為30～40cm時(shí)期,相同徑階林木年齡波動(dòng)較大,在生長(zhǎng)后期同徑階的年齡變動(dòng)相對(duì)較小。冷杉同徑階的年齡波動(dòng)最大,不太穩(wěn)定。紅松等3種針葉樹的生長(zhǎng)速度慢,外界環(huán)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(zhǎng),其周圍的環(huán)境對(duì)其影響越來(lái)越大,特別是周圍鄰木會(huì)對(duì)其產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng),抑制其生長(zhǎng),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(guī)律性的變化;但其變動(dòng)較針葉樹小,且不同樹種變動(dòng)程度不同。楓樺和榆樹同徑階的年齡變動(dòng)幅度小;椴樹和色木較大。由于闊葉樹的生長(zhǎng)周期短,故其同徑階林木的年齡變動(dòng)較針葉樹小。楓樺和榆樹的萌芽力強(qiáng),且生長(zhǎng)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(dòng)有所增大,周圍環(huán)境對(duì)其影響不可忽視。對(duì)需不同光強(qiáng)度的樹種來(lái)說(shuō),光因子對(duì)其生長(zhǎng)有著很大的影響,進(jìn)而會(huì)影響到林木的年輪形成,從而產(chǎn)生相同徑階林木年齡的差異?？偟膩?lái)說(shuō),林木的年齡隨著徑階增加,不同徑階其變化幅度不同,生長(zhǎng)中期幅度較大,而后期減小。由于生長(zhǎng)中期林木生長(zhǎng)旺盛,養(yǎng)分競(jìng)爭(zhēng)激烈,導(dǎo)致林木生長(zhǎng)狀況差異很大;后期周圍林木間養(yǎng)分競(jìng)爭(zhēng)有所減緩,保留下的林木生長(zhǎng)差異減小,從而使林木總體年齡變動(dòng)減小。故在林分生長(zhǎng)后期應(yīng)采取適當(dāng)?shù)慕?jīng)營(yíng)措施改善林分環(huán)境,使保留木更好地生長(zhǎng)。3.3徑階平均年齡與徑階關(guān)系的方差分析徑階平均年齡與徑階呈規(guī)律性變化(圖4和圖5),對(duì)7個(gè)樹種的徑階平均年齡與徑階關(guān)系方程,見表4。根據(jù)相關(guān)系數(shù)最大、剩余方差最小的原則,選出最優(yōu)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(guān)系的規(guī)律較一致,均可以用乘冪函數(shù)很好地表達(dá),指數(shù)函數(shù)能很好地描述冷杉和楓樺的徑階平均年齡規(guī)律,云杉和榆樹則分別用拋物線和對(duì)數(shù)函數(shù)表達(dá)效果更好。利用Excel對(duì)各樹種實(shí)際的徑階平均年齡與由方程得出的理論值進(jìn)行方差分析,經(jīng)F檢驗(yàn),結(jié)果無(wú)顯著差異,故這些方程可行。因此,外業(yè)調(diào)查中,由于胸徑很容易測(cè)定且準(zhǔn)確,就可以通過(guò)此關(guān)系方程能較準(zhǔn)確地估計(jì)當(dāng)?shù)亓帜镜哪挲g,避免外業(yè)調(diào)查的不準(zhǔn)確以及對(duì)林木的傷害。由林木的年齡就可以準(zhǔn)確地估測(cè)林分的年齡,了解林分生長(zhǎng)動(dòng)態(tài),提高收獲預(yù)估的精度。3.4不同樹種生長(zhǎng)的時(shí)間將各徑階帶入7個(gè)樹種的年齡與徑階關(guān)系最優(yōu)方程,得出各徑階平均年齡的理論值,繪制徑階與年齡的關(guān)系曲線,見圖6。從圖6可看出,所有樹種幼年期生長(zhǎng)較快,隨著徑階增大,生長(zhǎng)一個(gè)徑階所需時(shí)間增加;而榆樹在生長(zhǎng)后期較其他幾個(gè)樹種快;楓樺隨著徑階增大,生長(zhǎng)速度變小。針葉樹種初期生長(zhǎng)較快,闊葉樹中期生長(zhǎng)較快;隨著徑階的增大,后期闊葉樹生長(zhǎng)到同一徑階時(shí)所需的時(shí)間比針葉樹種要長(zhǎng)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(jí)群落的伴生樹種。4林木年齡與密度根據(jù)數(shù)據(jù)資料,對(duì)林木從胸徑隨年齡的變動(dòng)和相同徑階林木的年齡差異兩個(gè)方面進(jìn)行分析,得出林木年齡和胸徑之間具有明顯的正相關(guān),并呈一定的規(guī)律性變化。采用6種方程對(duì)7個(gè)樹種的胸徑隨年齡的變化進(jìn)行模擬,結(jié)果表明,紅松、楓樺、色木和榆樹用乘冪函數(shù)很好地表達(dá);冷杉、云杉和椴樹用拋物線方程能很好地?cái)M合,相關(guān)系數(shù)均在0.91以上。因此,在當(dāng)?shù)氐牧址稚L(zhǎng)收獲預(yù)估中,可采用該生長(zhǎng)方程預(yù)估林木林分以后的生長(zhǎng)狀況,對(duì)當(dāng)?shù)亓址值暮侠斫?jīng)營(yíng)有一定的指導(dǎo)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(guī)律性變化。紅松、椴樹和色木的徑階平均年齡與徑階關(guān)系的規(guī)律較一致,均可以用乘冪函數(shù)很好地表達(dá),指數(shù)函數(shù)能很好地描述冷杉和楓樺的徑階平均年齡規(guī)律,云杉和榆樹則分別用拋物線和對(duì)數(shù)函數(shù)表達(dá)效果更好,相關(guān)系數(shù)均在0.95以上。故在外業(yè)實(shí)際調(diào)查中可采用該模型進(jìn)行林木年齡的估測(cè),節(jié)省了許多時(shí)間以及人物力資源,并減少林木因生長(zhǎng)錐或其它方法調(diào)查林木年齡所受的傷害和不準(zhǔn)確性。再由林木的年齡估算林分的年齡,提高森林資源調(diào)查監(jiān)測(cè)和林分收獲預(yù)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(zhǎng)發(fā)育階段,其變化幅度不同,幼年期期變動(dòng)較小,到生長(zhǎng)中期幅度增加,隨著徑階繼續(xù)增大后期變動(dòng)幅度減小并趨于穩(wěn)定。主要是受周圍生長(zhǎng)環(huán)境的影響,相鄰木的空間位置和其對(duì)養(yǎng)分競(jìng)爭(zhēng)均會(huì)形成同徑階林木年齡的差異。因此,用該方程估測(cè)林木個(gè)體的年齡會(huì)產(chǎn)生一定的誤差。筆者對(duì)林木胸徑和年齡的相互關(guān)系研究,均從單因子出發(fā),只建立了簡(jiǎn)單的一元回歸統(tǒng)計(jì)模型。以后的研究可從多因素考慮,進(jìn)行多元回歸統(tǒng)計(jì)分析,建立多因子的相關(guān)方程,提高預(yù)估的精度,指導(dǎo)林分的科學(xué)經(jīng)營(yíng)。目前林木相關(guān)性的研究逐漸發(fā)展,并有可能成為新的學(xué)科,將會(huì)在今后的林業(yè)建設(shè)中產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。研究得出林木的年齡與徑階的變動(dòng)關(guān)系,可以看出相同徑階林木年齡的差異,但對(duì)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(xué)特性,還有林木周圍的生長(zhǎng)環(huán)境,周圍林木的相對(duì)空間位置以及相互之間的距離,林木生長(zhǎng)分布等。因此,以后的年齡變動(dòng)研究可以通過(guò)林木之間的相對(duì)空間位置、林分密度和林木生長(zhǎng)的立地條件等來(lái)定量分析,根