四川盆地北缘马尾松人工林生长过程研究

付梦渠，左明华

(四川省林业调查规划院，四川 成都 61000)

马尾松(PinusmassonianaLamb.)是我国南方主要的优良用材造林树种，具有适应性强、生长快、材质好、松脂产量高等优良特性[1]。马尾松大径材在木材加工业中具有很大的利用价值，但天然林大径材资源较少，人工林大径材的培育是目前亟需解决的问题[2]。同一树种在不同地理条件，其生长过程表现出较大差异[3，4]，这主要是林分生长与自身遗传特性、立地条件、气候因子密切相关，同时也受人为经营管理的影响，因而研究林木生长规律对林分经营管理等生产实践有重要意义[5～7]。对广元市利州区的48a生的马尾松人工林进行生长规律分析研究，旨在为马尾松人工林的经营管理及大径材培育提供科学依据。

1 研究区概况

研究地位于广元市利州区东坝黑石坡林场，利州区地处四川盆地北部边缘，嘉陵江上游，地理位置位于东经105°27′至106°04′，北纬32°19′至32°37′之间，海拔454 m～1 917 m；属亚热带湿润季风气候，年均气温17℃，无霜期共263 d，年日照时数 1 342 h，年均降雨量980 mm。黑石坡林场马尾松人工林于20世纪60年代营造，林分密度约90株·0.0667 hm-2，株行距3 m×3 m，冠幅6 m×6 m，活枝下高10 m。

2 试验材料方法

2.1 试验材料

2016年3月在黑石坡林场设置了3个20 m×20 m的临时样地，对样地内的马尾松进行每木检尺，根据调查结果在各样地内选择1株平均木作为解析木，共3株。3株解析木(1、2、3)的生长环境基本情况见表1。

表1 解析木生长情况

2.2 试验方法

(1)树干解析与分析

对采集的3株平均木，按2 m区分段进行树干解析。用直尺按南一北、东一西方向量取树干解析圆盘的带皮直径、去皮直径、各年轮直径等指标。根据获得的解析木的树高(H)和胸径(D)数据，采用中央断面区分求积式计算出相应材积(V)，计算公式如下：

式中gi为第i个区分段中央断面积；l为各区分段长度；n为区分段个数；g′为梢头断面积；l′为梢头长度。

材积生长率计算采用普雷斯勒生长率公式求算，公式如下：

Pv=(Va-Va-n)/(Va+Va-n)×200/n

式中：Pv为材积生长率；Va为调查末期材积量；Va-n为调查初期材积量；n为龄级数。

(2)生长方程模拟

分别将解析木的胸径、树高与材积同林分年龄建立回归方程，采用具有典型代表的逻辑斯蒂(logistic)模型进行拟合，其表达式如下：

Y=a/(1+exp(-k(x-xc))

式中y为生长量；x为生长时间；k、a、xc为待定参数，用SPSS17.0软件中Marguardt迭代法求解。

3 结果与分析

通过对3株马尾松解析木的胸径、树高、材积生长量进行测定分析，树龄均为48 a，以5 a为1个龄级进行统计分析，取得3株树的胸径、树高、材积的总生长量、平均生长量、连年生长量，最后取其平均值(见表2)。

图1 树高总生长量、年平均生长量与连年生长量过程图

3.1 树高生长过程

由表2与图1分析可知：3株48 a生马尾松平均树高为17.37 m，在其树高生长过程中，连年生长量与年平均生长量均在10 a生时达到各自最大值，分别为0.53 m与0.43 m。此后年平均生长一直平缓下降，而连年生长量是先下降后在40 a生时再次达到高峰值(0.37 m)，然后平稳下降。年平均生长量曲线与连年生长量曲线第1次相交于14 a生，第2次相交于40 a生。48 a生的连年生长量为最小，仅为0.26 m。

表2 马尾松树干生长过程

3.2 胸径生长过程

由表2与图2分析可知：48 a生马尾松的去皮胸径达26.15 cm，在胸径的整个生长过程中，年平均生长量的变异范围为0.39 cm～0.55 cm，连年生长量变异范围为0.39 cm～0.80 cm；连年生长量曲线出现2个波峰(10 a生，35 a生)与1个波谷(20 a生)，年平均生长量曲线也出现2个峰值(10 a生，40 a生)与1个低谷期(20 a生～25 a生)；连年生长量与年平均生长量曲线相交了3次，分别在14 a生、26 a生与46 a生时；胸径的速生期出现两个阶段，分别在10 a～14 a和30 a～45 a间。

图2 胸径总生长量、年平均生长量与连年生长量过程图

3.3 材积生长过程

由表2和图3分析可知，48 a生马尾松的材积达0.48415 m3，据材积总生长量曲线可看出自25 a生开始，材积进入速生期；在材积生长过程中，连年生长量在40 a生时达到最大值0.02400 m3，此后开始缓慢下降；而年平均生长量一直平稳的增长，至48 a生时，两曲线尚未相交，说明材积年平均生长量尚未达到最大值，此时马尾松材积生长仍存在旺盛期，马尾松的数量成熟龄要大于48 a。结合树高、胸径与材积生长情况，马尾松人工林分第一间伐时间应在15 a生左右，此时间伐可改善林分卫生状况，扩大林木树冠的营养空间，从而促进林木生长。

图3 材积总生长量、年平均生长量与连年生长量过程图

3.4 材积生长率

树木生长率可表现其生长相对速度的快慢。马尾松材积生长率随着林龄增加而降低，且表现为先快后慢的趋势，材积生长率在5 a～25 a快速下降，30 a后平缓下降(见图4)。

图4 材积生长率

3.5 生长模型拟合

3.5.1 生长方程拟合

根据马尾松的生长过程求出树高、胸径与材积的待定参数a、xc、k的值(见表3)，并对参数进行显著性方差分析，结果见表4。由表3与表4知，马尾松的树高、胸径、材积的待定参数的P值均小于0.0001，说明所求参数代入生长方程中，y与x的回归关系极显著。胸径、树高、材积的生长曲线方程拟合的精度分别为0.9936、0.9858、0.9998，说明马尾松人工林的胸径、树高、材积与林龄存在密切的相关性，拟合模型能够很好地反映林木生长情况。

表3 树高、胸径与材积的待定参数值

表4 待定参数的方差分析

3.5.2 拟合方程检验

通过对马尾松树高、胸径和材积与林龄的回归方程可知，其相关性较高，拟合效果较好，为了进一步验证马尾松人工林的生长模型的可靠性，将林龄代入生长方程进行各测树因子的预测(见表5)。由表5知，实测值与预测值比较接近，各测树因子不同林龄的残差值均较小，预测值能够较好的反应林分生长情况，拟合的生长预估模型较科学，可应用在实际生产中。

表5 树高、胸径与材积拟合方程的检验

4 结论与讨论

(1)马尾松树高连年生长量速生期在6 a～15 a，连年生长量与年平均生长量均在10 a生时达到各自最大值，分别为0.53 m与0.43 m，此后逐渐下降，并于14 a生时相交。

(2)胸径连年生长量变幅大于年平均生长量的变幅，连年生长量在第10年和第35年时两次达到峰值，胸径的速生期出现两个阶段，分别在10 a～14 a和30 a～45 a间，连年生长量与年平均生长量曲线相交了3次，这与连细春[3]的研究结果相似，胸径连年生长量曲线有两个波峰，这与马尾松人工林自然整枝及人为疏伐抚育有一定关系。

(3)在整个生长过程中，材积的连年生长量在40 a生时达到最大值0.02400 m3，而年平均生长量一直处于增长阶段，材积生长的速生期自第25年开始，在48 a生时，材积数量仍未成熟，而闽南地区的马尾松数量成熟龄在40 a生，黔南地区马尾松数量成熟龄在65 a，广元马尾松数量成熟龄出现时间相比闽南地区延迟10 a相比黔南地区早17 a[3-4]。考虑永春县年均温21℃、全年无霜期320 d、年均降雨量 1 600 mm～1 800 mm、年日照时数 2 000 h以上，以及独山县年均温15℃，年降雨量 1 346 mm，两者与利州区的气候因子有明显差异，因此温度、降雨量、日照时长等气候因子可对马尾松人工林数量成熟龄造成一定影响。

(4)利用logistic方程拟合马尾松人工林的平均胸径、平均树高和平均单株材积与林龄的生长方程，分别为YH=19.169 36/(1+exp(-0.087 94×(x-24.549 44))、YD=34.831 04/(1+exp(-0.079 36×(x-33.776 92))、YV=0.636 36/(1+exp(-0.147 32×(x-40.061 83))，拟合精度均在0.98以上，拟合效果显著。对拟合方程进行检验，预测值与实测值偏差不大，预测值能够较好的反应林分生长情况，拟合的生长预估模型较科学，有实用价值。

[1] 万鹏,史玉虎,漆良华,等．辐射松、马尾松、长叶松与晚松人工林的生长规律比较研究[J].湖北林业科技,2004，(3)：1～4．

[2] 彭龙福.马尾松大径材人工林生长规律研究[J].中国林业调查规划,2000,(3):17～20.

[3] 连细春.闽南山地马尾松人工林生长规律研究及应用[J].安徽农业科学,2014,(24):8211～8212.

[4] 吴鹏,丁访军,许丰伟，等.黔南马尾松人工林生长规律研究[J].中南林业科技大学学报,2011,31(8):51～55.

[5] 韦善华,覃静,朱贤良，等.南宁地区灰木莲人工林生长规律研究[J].西北林学院学报,2011,26(5):174～178.

[6] 唐继新,白灵海,郭文福，等.红椎人工林生长规律的初步研究[J].中南林业科技大学学报,2012,32(4):51～54,60.

[7] 梁建平,蒋军林,秦武明，等.广西南宁46年生降香黄檀人工林生长规律[J].浙江农林大学学报,2015,32(4):523～528.