柴樹峰

（山西省楊樹豐產(chǎn)林實驗局薛家莊林場，山西 大同037000）

雁北半干旱風沙區(qū)地域廣茂，土地資源豐富，但海拔高，土壤貧瘠而干旱，氣溫低，降雨量少，日照強，水分蒸發(fā)量大，無霜期長，風大而頻率高［1］，土地沙化、風蝕、水土流失、鹽堿嚴重，流動和半流動沙丘遍布其境內(nèi)，被國家列為京津風沙源重點治理區(qū)。

楊樹（Populus）是山西省的主要造林樹種［2］，現(xiàn)有面積32萬hm2，占全省森林總面積的21%，蓄積量525萬m3，占全省木材總蓄積量的11%。其中，雁北地區(qū)的楊樹人工林就有24.3萬hm2［3］，占全省楊樹森林面積的75.9%，是雁北地區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，在調(diào)節(jié)氣候、維護區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)平衡中起著極其重要的作用［4］。隨著樹齡的增加以及干旱、風沙、土壤貧瘠等生境的生理脅迫［5］，雁北地區(qū)楊樹人工林經(jīng)歷了幼齡期、更新成熟期、成熟期的生長發(fā)育過程，并已進入衰老期和發(fā)展成為近30年生、生長質(zhì)量和生態(tài)功能逐步降低的成、過熟林［6］。研究和揭示楊樹人工林在半干旱風沙區(qū)的生長發(fā)育規(guī)律，對于雁北地區(qū)楊樹退化防護林的更新改造具有重要意義［7］。

1 材料來源與研究方法

1.1 材料來源

項目以朔州市、大同市和山西省桑干河楊樹豐產(chǎn)林實驗局轄區(qū)內(nèi)的成、過熟楊樹林為研究對象，以朔城區(qū)、平魯區(qū)、右玉縣、懷仁縣、應(yīng)縣、大同縣的黃土丘陵區(qū)和平川區(qū)的楊樹典型成過熟林分為重點進行標準地調(diào)查。由山西省楊樹局薛家莊林場、朔州市林業(yè)技術(shù)推廣站林業(yè)資源調(diào)查隊、各縣（區(qū)）林業(yè)局、林場專業(yè)技術(shù)人員進行外業(yè)調(diào)查。

1.2 研究方法

根據(jù)雁北半干旱風沙區(qū)楊樹人工林（小葉楊Populus simonij Carr）的分布狀況，在6縣區(qū)的平川區(qū)和丘陵區(qū)共設(shè)置標準地24塊，樣地面積為1／15hm2。用GPS定位儀確定標準地的位置和海拔高度。按照國家森林資源二類資源清查標準進行標準地調(diào)查［8］，通過標準地每木檢尺，以胸徑為指標計算出平均標準木，然后伐倒標準木進行樹干解析和地上部分生物量（鮮重）稱重。以測定數(shù)據(jù)分析樹高、胸徑、材積、生物量（鮮重）的生長發(fā)育規(guī)律。

2 結(jié)果分析

2.1 樹高、胸徑、材積生長過程及其回歸分析

2.1.1 樹高生長分析

從圖1可以看出：立地條件較好的楊樹林幼齡期和更新成熟期（1～12a）林木平均樹高生長量為21.5cm；成熟期（12～17a）為高生長的速生期，5年間年平均高生長量達到100cm；衰老期（18a以后）樹高平均生長量下降為30cm；立地條件較差的楊樹林分成熟期樹高生長量明顯降低，進入衰老期后樹高年平均生長量只有10.5cm，生長量明顯降低預(yù)示著林分質(zhì)量下降和衰老進程加快。

圖1 薛家莊林場29a生的楊樹樹高生長曲線圖Fig.1 Diagram of tree height growth of Populus in Xuejiazhuang forest center

2.1.2 胸徑生長分析

圖2結(jié)果表明，18年以前胸徑生長量呈直線快速上升態(tài)勢，在立地條件較好的薛家莊林場年平均胸徑生長量達到0.46cm，立地條件較差的后寨村也有0.3cm。18年以后林木的胸徑生長曲線呈平緩狀態(tài)，年平均生長量僅有0.19cm。由此可見，無論立地條件如何，18年是半干旱風沙區(qū)楊樹胸徑生長量的轉(zhuǎn)折點，隨著林分年齡增長，18年以前胸徑生長量遞增，之后遞減。立地條件較好或管理水平較高的林分，林木胸徑生長量遞減速度較慢，反之，遞減速度較快，林分生長質(zhì)量快速降低，小老樹現(xiàn)象出現(xiàn)較早。

圖2 楊樹胸徑生長曲線比較圖Fig.2 Diagram of DBH growth of Populus

2.1.3 材積生長規(guī)律分析

2.1.3.1 材積生長與年齡的關(guān)系

從圖3楊樹解析木材積生長曲線可以看出，材積總生長量在10年前較小，林木從8年起進入更新成熟期后，從10年開始進入材積的快速生長期，20年后材積生長量趨于平緩，林木已進入衰老期，而立地條件較好的朔城區(qū)銀行村東的林木材積總生長量較大。

圖3 楊樹成過熟林材積生長量比較圖Fig.3 Over mature forest volume growth of Populus

2.1.3.2 材積生長量與胸徑的回歸關(guān)系

以楊樹成過熟林24塊標準地的24株平均木樣本為統(tǒng)計資料，通過標準木的解析建立起以胸徑為自變量x（d），材積為因變量y（V）的一元線性回歸方程式：y（v）＝a＋b·x（d），相關(guān)系數(shù)r＝0.927 9。說明胸徑與材積兩個因子的相關(guān)關(guān)系緊密?；貧w方程式的參數(shù)為：

式中：y（V）—材積（m3），x（d）—胸徑（cm）

為了提高數(shù)據(jù)的精確性，對胸徑與材積的相關(guān)性進一步做回歸方差顯著性檢驗，從表1可以看出，楊樹成過熟林的胸徑與材積的回歸關(guān)系極顯著。

表1 材積生長量與胸徑回歸方差分析表Table 1 Regression analysis of variance of volume growth and DBH

2.1.3.3 側(cè)枝、樹干鮮重生物量與材積的回歸關(guān)系

本項目在冬季進行標準地調(diào)查，所做的生物量為楊樹落葉后標準木地上部分的側(cè)枝和樹干鮮重的質(zhì)量，以kg表示。為了科學評價半干旱風沙區(qū)楊樹成過熟林不同造林模式的生產(chǎn)力，對伐倒標準木的側(cè)枝和主干的生物質(zhì)量進行了測定，并與標準木的單株材積建立回歸方程式：

表2 材積與枝、干生物量回歸方差分析表Table 2 Regression analysis of variance of the volume，branch and stem biomass

從表2可以看出，楊樹成過熟林的材積與枝、干生物量（鮮重）存在極顯著的相關(guān)性，回歸方程的相關(guān)系數(shù)達到0.914 1。在林分生態(tài)功能和生長質(zhì)量評價時，可用于楊樹林分的枝、干生物量的回歸計算和比較。

2.1.3.4 樹干生物量與胸徑的回歸關(guān)系

從樹木的生長發(fā)育過程和樹干解析理論來說，樹干生物量與樹木的胸徑生長量有內(nèi)在的線型回歸相關(guān)關(guān)系，即隨著年齡的增加，樹木的胸徑增加，樹干的生物量也隨之增大，進入衰老期以后增幅不斷減小。以胸徑為自變量，樹干生物量為因變量的回歸關(guān)系測定林分單位面積的樹干生長質(zhì)量，作為林分綜合評價的指標之一。雁北半干旱風沙區(qū)楊樹成過熟林的胸徑生長量與樹干生物量之間有如下回歸關(guān)系式：

Y（樹干鮮重）＝14.815 5x（胸徑）－111.317 5，相關(guān)系數(shù)r＝0.890 9

表3 胸徑與樹干生物量的回歸方差分析表Table 3 Regression analysis of variance of DBH and stem biomass

2.1.3.5 材積生長量與海拔高度的關(guān)系

從圖4可以看出，在朔、同盆地1 068m低海拔地區(qū)（朔城區(qū)）林木材積生長量明顯大于右玉、平魯縣的高海拔區(qū)，材積相差1.9倍。當海拔高度超過1300m以后，楊樹的材積生長曲線變化平緩，速生期不明顯。

圖4 楊樹材積生長量與海拔高度的關(guān)系Fig.4 Relationship between Populus volume growth and altitude

2.1.3.6 不同坡向楊樹生長規(guī)律

從圖5可以看出，在朔州平魯區(qū)海拔1500m、坡度2°的金家窯村，26年生的楊樹在陰坡的材積生長量比陽坡大，表現(xiàn)出楊樹在陰坡較為適生的特點。所以，在半干旱風沙區(qū)楊樹山地造林要選擇在陰坡或溝谷地帶，在陽坡造林易引起楊樹生長不良和過早衰退，導致林分生長質(zhì)量和生態(tài)功能降低。

2.2 楊樹小老樹成因及其生長規(guī)律分析

圖5 不同坡向楊樹材積生長量的比較Fig.5 Populus volume growth at different slope aspect

楊樹人工林在雁北地區(qū)已有近50年的栽培歷史［4］，其中大部分林分的樹高不到5m，且樹干彎曲、小而偏冠，病蟲害嚴重，人們稱之為小老樹［3］。我國楊、柳等闊葉樹種林齡組（5齡為一個齡組）劃分標準［5］，北部楊樹人工林10年以下為幼齡林，11～15年為中齡林，16～20年為近熟林，21～30年為成熟林，31年以上為過熟林。從圖6可以看出，38年生的小老樹平均樹高只有12.6 cm，14a以前年平均樹高生長量15.8cm，之后降為8.7cm。生長曲線說明，小葉楊在更新成熟期之后快速進入成年期和衰老期，成年期應(yīng)有的高生長速生過程基本沒有顯現(xiàn)出來。年平均胸徑生長量僅為0.23cm，14～24a生長相對較快的速生期也只有0.36cm，樹干形數(shù)高達0.96，比24塊標準木的平均形數(shù)0.4260高出1.25倍（樹干的形率q與形數(shù)f的關(guān)系式f＝q2，q胸高形率＝樹干中央直徑d1／2與胸徑d1.3之比）。由于受到雁北氣候、土壤、水文和小氣候環(huán)境的生理脅迫，小葉楊的樹高、胸徑生長規(guī)律發(fā)生了變化，表現(xiàn)出小老樹林分的特點。

3 結(jié)論

圖6 典型楊樹小老樹樹高、胸徑生長量變化圖Fig.6 Height and DBH growth of small old Populus

樹高、胸徑、材積生長規(guī)律為：（1）幼齡期和更新成熟期（1～12a）林木的平均樹高生長量為21.5cm；成熟期（12～17a）為高生長速生期，5年間年平均高生長量達到100cm；衰老期（18a以后）樹高平均生長量下降為30cm。（2）18a以前胸徑生長量遞增，之后遞減，年平均胸徑生長量為0.46cm。（3）材積總生長量在10年前較小，從10年開始進入材積的快速生長期，20a后材積生長量趨于平緩，林木進入成、過熟發(fā)育階段。材積生長量與胸徑、枝干生物量以及樹干生物量呈線性回歸關(guān)系，回歸方差檢驗達到極顯著水平；朔、同盆地低海拔黃土丘陵區(qū)的林木材積生長量是高海拔地區(qū)的1.9倍，海拔超過1 300m以后，材積生長量變小。陰坡的材積生長量比陽坡大，表現(xiàn)出楊樹在陰坡較為喜濕、適生；在雁北地區(qū)氣候、土壤、水文和小氣候環(huán)境的生理脅迫，小葉楊的樹高、胸徑生長規(guī)律發(fā)生了不遺傳的變異，表現(xiàn)出楊樹在更新成熟后快速進入成年期和衰老期，成年期樹高、胸徑、材積的速生過程未能體現(xiàn)出來。而且樹干形數(shù)高達0.96，比正常楊樹的形數(shù)0.426高出1.25倍。

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