金沟岭林场枫桦的生长过程分析

罗 梅，郑小贤，王 方

金沟岭林场枫桦的生长过程分析

罗 梅，郑小贤，王 方

（北京林业大学 林学院 省部共建森林培育与保护教育部重点实验室，北京 100083）

用金沟岭林场29棵枫桦解析木数据，研究了枫桦的生长过程。结果表明Richards方程能较好地拟合胸径、树高、材积生长过程，最优方程分别为：D=21.79780(1-e-0.03442A)1.85426；H=19.12484(1-e-0.04184A)1.48722；V=0.78503(1-e-0.01956A)3.67191。胸径、树高连年生长量分别在20 a和10 a达到最大，最大值分别为0.39 cm、0.45 m；材积连年生长量处于上升阶段，50 a内未达到最大。通过对东北地区重要的硬阔树种之一枫桦生长过程的研究，旨在进一步掌握枫桦的生长动态，为该地区森林资源管理提供依据。

枫桦；解析木；生长过程；Richards方程

枫桦Betula costata又称硕桦、黄骅、驴脚桦，高大乔木，集中分布在中国东北小兴安岭、长白山林区，是东北地区珍贵的硬阔叶树种。树皮表面光滑，黄白色，木材较为坚硬，心材黄褐色，边材白色， 纹理直，供柱材、板材、胶合板材等用。在东北林区，枫桦常常生长在红松、云杉的混交林中，是红松良好的伴生树种，也是构成针阔混交林相对比较稳定的阔叶树种，并能单独形成一个枫桦红松林的林型[1]。

对于东北地区树种生长过程，前人做了较多的研究。黄文彬等通过分析黑龙江青山林场人工落叶松复层林解析木，拟合了人工落叶松复层林上层木生长方程[2]；孙晓梅等基于Korf生长方程，导出了落叶松人工林分断面积生长模型[3]；周宁等建立了生长模型研究金沟岭林场过伐林云杉生长过程[4]；苏姗姗等利用解析木数据分析了吉林省汪清林业局红松单木胸径、树高、材积的生长过程，并选择模型进行了拟合[5]。

可以看出，东北地区树种生长过程及模型研究的热点集中于针叶树种[6-14]，特别是落叶松、红松、云杉等主要用材树种，对阔叶树种的研究较少[15-17]，针对枫桦生长过程研究还未见报道。然而，阔叶树种对于东北地区生态系统的稳定性有着重要意义，同时，枫桦的面积和蓄积量是东北阔叶树中较多的一种。所以研究枫桦的生长过程，对掌握枫桦的生长动态，制定有效的经营措施，提高森林资源的质量和数量有着十分重要的现实意义。

1 研究区概况及数据来源与分析

1.1 研究区概况

研究区位于吉林省汪清县境内东北部金沟岭林场，属长白山系，其地理位置为东经129°15′～131°04′，北纬43°05′～43°40′，地貌为低山丘陵，海拔360～1 477 m，坡度5°～25°，个别陡坡在35°以上。本区属季风气候，全年平均气温为3.9 ℃，≥10℃活动积温2 144.0 ℃；1月最低气温-15.9 ℃，7月最高气温20.6 ℃；年降水量600～700 mm，且多集中在7月份；早霜始于9月中旬，晚霜延至翌年5月末，生长期为120 d，积雪平均厚达50 cm。林场经营面积共16 286 hm2，主要是以云冷杉为主的针阔混交林，其中阔叶树种主要是椴树Tilia amurensis、榆树Ulmus pumila、枫桦Betula costata、白桦Betula platyphylla等，灌木以胡榛子Pistaciavera、忍冬Lonicera japonica、珍珠梅Sorbaria kirilowii为主，草本主要为山茄子Anisodus acutangulus、苔草Carex tristachya、山芹菜Sanicula lamelligera和蕨类Pteridophyta。本区属汪清县东北低山灰化土灰棕壤区，母岩为玄武岩。在海拔800～1 000 m为针叶林灰棕壤土，沟谷是草甸土、泥炭土、沼泽土或冲积土，结构一般为粘壤土类，粒状结构，湿松，根系多，平均厚度在40 cm左右。

1.2 数据来源与分析

本文选取29棵枫桦解析木数据，解析木资料来源于吉林省汪清县金沟岭林场的29块标准地。标准地面积为0.06 hm2（20 m×30 m），在标准地内进行每木检尺，全面调查其树高、胸径、冠幅、冠长、第一活枝高、第一死枝高，郁闭度等。在每个标准地内选择平均标准木1株，进行树干解析。伐倒后测带皮胸径、去皮胸径、皮厚，用2 m区分段法测带皮材积和去皮材积。解析木基本情况见表1所示。

表1 解析木基本情况Table 1 Basic situations of analytical wood

2 结果与分析

国内外学者对树木生长进行了大量的研究，建立了相应的生长模型[18-27]。本研究利用相关统计软件（Excel、SPSS16.0、ForStat2.0）及解析木数据，采用线性方程、抛物线方程、幂函数方程、指数方程、S曲线方程、Richards方程分别对枫桦的胸径、树高、材积的生长过程进行拟合，根据相关系数最大、剩余方差最小的原则，确定胸径-年龄、树高-年龄、材积-年龄生长方程，结果如表2～表4所示。

表2 胸径生长方程Table 2 Growth equations of DBH

表3 树高生长方程Table 3 Growth equations of tree height

表4 材积生长方程Table 4 Growth equations of volume

从表2～4中可以看出，Richard方程拟合的相关系数最高，因此可以用Richards方程对枫桦胸径、树高和材积的生长进行拟合预估，得出枫桦生长过程，其结果如表5所示。

2.1 胸径生长过程

由图1可知，胸径连年生长量在0～20 a处于旺盛期，增幅较快，在20 a左右达到最大值，约为0.39 cm，之后逐年下降且速率较快；胸径平均生长量在0～20 a期间增幅较连年生长量小，在35 a左右与连年生长量相等，达到最大值约为0.32 cm，即平均生长曲线与连年生长曲线相交，此后平均生长量大于连年生长量。当枫桦胸径的连年生长量出现下降趋势时，可以考虑对林分进行抚育间伐，以保证枫桦对营养和空间的需求，提高胸径生长速率。

表5 枫桦生长过程Table 5 Growth process of Betula costata

图1 胸径生长曲线Fig.1 Growth curves of diameter at breast height

2.2 树高生长过程

由图2可知，树高连年生长量在10左右达到最大值，约为0.45 m，之后迅速下降；树高平均生长量增长较为稳定，在20年左右达到最大值，约为0.41 m，即与连年生长量相交，之后平均生长量大于连年生长量。

2.3 材积生长过程

由图3可知，材积连年生长量和平均生长量在0～15 a增长缓慢，15 a以后增幅均加快，连年生长量的增长速率较平均生长量大。由于年龄所限，平均生长量曲线与连年生长量曲线没有相交，还无法判定枫桦的数量成熟龄。

图2 树高生长曲线Fig.2 Growth curves of tree height

图3 材积生长曲线Fig.3 Growth curves of volume

3 结论与讨论

(1)用Richards曲线方程拟合枫桦的胸径、树高、材积生长过程效果较其他方程最优。拟合的最优生长方程如下：胸径D=21.797 80(1-e-0.03442A)1.85426；树高H=19.124 84(1-e-0.04184A)1.48722；材积 V=0.785 03(1-e-0.01956A)3.67191。

(2)通过拟合的枫桦胸径、树高、材积生长曲线，可以得知胸径连年生长量在在20 a左右达到最大值0.39 cm，平均生长量在35 a左右达到最大值0.32 cm且与连年生长量相等；树高连年生长量在10 a左右达到最大值0.45 m，平均生长量在20 a左右达到最大值0.41 m且与连年生长量相等；材积连年生长量和平均生长量在0～15 a增长缓慢，15 a后增长加快。

(3)本研究用来拟合模型的数据量较少，仅用了29棵枫桦解析木数据，解析木的年龄偏低，因此模型的使用还存在一定的局限性，有待于今后在实践中不断检验、修正和完善。

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Analysis of growth process of Betula costata in Jingouling forest farm

LUO Mei，ZHENG Xiao-xian，WANG Fang
( Key Lab. for Silviculture and Conservation of Education Ministry, College of Forestry,Beijing Forestry University, Beijing 100083, China)

The growth process of Betula costata has been investigated based on the data of 29 analytical wood in Jingouling forest farm.The results show that the Richards equation can fit the growth process of DBH, tree height, volume with better effects, the their optimal equations are: D = 21.79780 (1-e-0.03442A)1.85426; H=19.12484 (1-e-0.04184A)1.48722; V=0.78503(1-e-0.01956A)3.67191. The current annual increment of DBH and tree height reached the maximum values in 20 years and 10 years respectively, the corresponding values were 0.39 cm and 0.45 m; The current annual increment of volume growth was in the rising stage, not reached the maximum within 50 years. The aims studying the growth process of Betula costata，which is one of the important hard broadly tree species in the northeast region of China,is to further study the dynamic growth of Betula costata, provide a basis for the forest resources management of the region.

Betula costata; analytical wood; process of growth; Richards equation

S792.159

A

1673-923X (2012)07-0045-04

2012-03-22

林业公益性行业科研专项（20100400203）

罗 梅（1987—），女，湖南人，硕士研究生，主要从事的森林可持续经营研究；E-mail : meimeiyouxiang0719@163.com

郑小贤（1956—），男，上海人，教授，博士生导师，主要从事森林可持续经营理论与技术的研究；

E-mail : zheng8355@bjfu.edu.cn

[本文编校：欧阳钦]