王超 尤海舟 劉朝華 高鵬 高云昌

摘要 以太行山北部蒙古櫟次生林為研究對(duì)象，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)地調(diào)查及樹(shù)干解析等方法獲取生長(zhǎng)數(shù)據(jù)，分析了蒙古櫟優(yōu)勢(shì)單木的生長(zhǎng)規(guī)律。結(jié)果表明：樹(shù)高生長(zhǎng)速生期0～30 a，在10 a達(dá)到0.7 m的生長(zhǎng)高峰;胸徑生長(zhǎng)速生期10～40 a，在15 a達(dá)到1.1 cm的生長(zhǎng)高峰;材積生長(zhǎng)速生期15～45 a，在30 a達(dá)到0.019 m 3的生長(zhǎng)高峰。樹(shù)高、胸徑和材積的生長(zhǎng)率及胸高形數(shù)隨樹(shù)齡增加均呈下降趨勢(shì)，在35 a后下降趨于平緩，胸高形數(shù)穩(wěn)定在0.5以下。材積連年生長(zhǎng)量曲線和多年平均生長(zhǎng)量曲線相交于45 a，此時(shí)林分蓄積量達(dá)到數(shù)量成熟階段，進(jìn)入主伐期。

關(guān)鍵詞 蒙古櫟次生林;生長(zhǎng)規(guī)律;樹(shù)干解析;連年生長(zhǎng)量;平均生長(zhǎng)量

中圖分類號(hào) S 792.186? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A

文章編號(hào) 0517-6611（2022）08-0097-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2022.08.026

開(kāi)放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

Tree Growth Regulation for Individual Tree of Natural Secondary Quercus mongolica Forest in North Taihang Mountains

WANG Chao 1，2，YOU Hai-zhou 1，2，LIU Zhao-hua 3 et al （1.Hebei Institute of Forestry and Grassland Science，Shijiazhuang，Hebei 050061; 2.Hebei Fengning Desert Ecosystem Research Station，F(xiàn)engning，Hebei 068350;3.Hebei Hongyashan State Owned Forest Farm，Yixian，Hebei 074200）

Abstract Based on the research area of North Taihang Mountains，this paper took natural secondary Quercus mongolica forest as the research object and obtained the growth data by means of typical sample investigation and stem analysis.The fast-growing period of tree height is 0-30 years， and it reached the growth peak of 0.7 m at 10 a;the DBH grew at a fast growth period of 10-40 years and reached a growth peak of 1.1 cm at 15 a;the rapid growth period of volume was 15-45 a， reaching the growth peak of 0.019 m 3?? at 30 years.The growth rate of tree height， DBH and volume and the number of breast height shapes decreased with the increase of tree age. After 35 years， the decline tended to be gentle， and the number of breast height shapes stabilized below 0.5. The continuous annual growth curve and the multi-year average growth curve intersected at 45 years. At this time， the stand volume reached the quantitative maturity stage and enters the main cutting period.

Key words Natural secondary Quercus mongolica forest;Growth regulation; Stem analysis;Current annual increment;Average increment

蒙古櫟（Quercus mongolica），殼斗科 （Fagaceae）櫟屬（Quercus）落葉喬木樹(shù)種，是我國(guó)溫帶地區(qū)落葉闊葉林及針闊混交林的主要樹(shù)種，是東北、華北山地森林的主要建群樹(shù)種 [1]。蒙古櫟是優(yōu)質(zhì)的硬闊用材樹(shù)種，耐干旱瘠薄，抗逆性強(qiáng)，在涵養(yǎng)水源、水土保持及防風(fēng)防火等方面有著獨(dú)特的生態(tài)優(yōu)勢(shì)。多年來(lái)，在天然闊葉林的經(jīng)營(yíng)管理方面存在較多認(rèn)識(shí)誤區(qū)，尤其是櫟林長(zhǎng)期以來(lái)被作為改造的對(duì)象，濫砍濫伐現(xiàn)象極為普遍，導(dǎo)致大面積的蒙古櫟林退化成矮林、疏林甚至灌木林。自我國(guó)天然林保護(hù)政策實(shí)施以來(lái)，天然闊葉林的生態(tài)修復(fù)成為提高森林質(zhì)量的關(guān)鍵技術(shù)措施，迫切需要對(duì)蒙古櫟林開(kāi)展更深入研究。

目前關(guān)于蒙古櫟林的研究主要集中于群落結(jié)構(gòu)與空間格局 [2-3]、生態(tài)功能 [4-5]、森林經(jīng)營(yíng) [6-8]及生長(zhǎng)規(guī)律 [9]等方面，對(duì)生長(zhǎng)規(guī)律的研究多為相關(guān)生長(zhǎng)模型的建立，且研究區(qū)多集中于東北地區(qū)，如馬武等 [10-11]建立了蒙古櫟天然林直徑生長(zhǎng)及分布模型，杜紀(jì)山等 [12-13]建立了蒙古櫟的全林生長(zhǎng)模型。太行山北部作為蒙古櫟的主要分布區(qū)之一，蒙古櫟次生林是海拔800 m以上山地的重要森林植被類型，該區(qū)較東北地區(qū)人為干擾更頻繁，且立地、水熱條件有著明顯區(qū)別，林分結(jié)構(gòu)、生長(zhǎng)規(guī)律等方面的研究卻鮮見(jiàn)報(bào)道。該研究選擇太行山北部蒙古櫟次生林中長(zhǎng)勢(shì)較好的優(yōu)良單株作為研究對(duì)象，通過(guò)樹(shù)干解析法測(cè)定其生長(zhǎng)過(guò)程，不僅可以了解林分的生長(zhǎng)發(fā)育規(guī)律和培育前景，還可以評(píng)價(jià)林木生長(zhǎng)的立地適宜性等 [14-15]，從而為該樹(shù)種的經(jīng)營(yíng)提供參考依據(jù)，對(duì)于蒙古櫟林的生態(tài)修復(fù)及質(zhì)量提升具有積極意義。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于太行山北部河北省易縣蔡家峪林區(qū)，地理位置為115°2′E，39°32′N。該區(qū)屬于北溫帶亞濕潤(rùn)氣候，為典型的大陸性氣候，冬春季多風(fēng)，夏季降雨集中，且多暴雨。該區(qū)年平均氣溫11.8 ℃，多年平均降水量623.0 mm，土壤以砂頁(yè)巖坡積物上發(fā)育的山地淋溶褐土、山地粗骨性褐土和山地棕壤為主，壤質(zhì)土或砂壤質(zhì)，土層厚度30～80 cm，淺薄處礫石含量較高。蒙古櫟主要分布于研究區(qū)海拔800 m以上的山地陰坡，以同齡單層純林為主，伴生樹(shù)種有山楊（Populus davidiana）、白樺（Betula platyphylla）、槲樹(shù)（Quercus dentata）、槲櫟（Quercus aliena）等，灌木層主要有平榛（Corylus heterophylla）、照山白（Rhodoendron micranthum）、小葉鼠李（Rhamnus parvifolia）、大花溲疏（Deutziag grandiflora）、錦帶花（Weigela florida）、三裂繡線菊（Spiraea trilobata）、柳葉繡線菊（Spiraea salicifolia）等。草本層以矮生苔草（Carex pumlia）、披針葉苔草（Carex lanceolata）、小玉竹（Polygonatum humile）、豬秧秧（Calium aparina）、唐松草（Thalictrum aquilegifolium）等為主。

1.2 研究方法

1.2.1 解析木獲取。

根據(jù)已有森林資源數(shù)據(jù)與實(shí)地踏查結(jié)果，在蒙古櫟林集中分布區(qū)選擇典型林分設(shè)置0.1 hm 2標(biāo)準(zhǔn)地，海拔1 359 m，坡度20°，坡向西北，密度798 株/hm 2，平均株高7.6 m，平均胸徑20.5 cm，林分郁閉度0.85，灌木層蓋度80%，草本層蓋度20%。

選擇長(zhǎng)勢(shì)良好、干形通直的優(yōu)勢(shì)木，實(shí)測(cè)胸徑、樹(shù)高、冠幅等指標(biāo)，標(biāo)明南北方向，伐倒后進(jìn)行樹(shù)干解析。按照孟憲宇 [14]的樹(shù)干解析方法，采用2 m區(qū)分段，在每個(gè)區(qū)分段中央位置截取圓盤，并另外截取胸高、根徑和梢底3個(gè)部分的圓盤。該株蒙古櫟樹(shù)齡54 a，樹(shù)高13.95 m，帶皮基徑44.0 cm，去皮基徑39.1 cm，帶皮胸徑37.7 cm，去皮胸徑32.6 cm。

1.2.2 生長(zhǎng)量指標(biāo)測(cè)定與計(jì)算方法。

精確測(cè)定每個(gè)圓盤的年輪數(shù)及年輪寬度，采用內(nèi)插法計(jì)算各齡階梢頭長(zhǎng)，采用中央斷面區(qū)分段法計(jì)算材積，計(jì)算各齡階的胸徑、樹(shù)高、材積以及連年生長(zhǎng)量、多年平均生長(zhǎng)量、生長(zhǎng)率、胸高形數(shù)等生長(zhǎng)指標(biāo)，并繪制相應(yīng)的生長(zhǎng)過(guò)程曲線。為了減少年際間氣象條件波動(dòng)和測(cè)量誤差對(duì)連年生長(zhǎng)量和年生長(zhǎng)率的影響，采用定期（5 a）平均生長(zhǎng)量和定期（5 a）平均生長(zhǎng)率代替。

以材積為例的多年平均生長(zhǎng)量計(jì)算公式：

Zv=Vn/n（1）

式中，Zv為材積多年平均生長(zhǎng)量;Vn為樹(shù)齡n年的材積;n為樹(shù)齡。

以材積為例第a年的年生長(zhǎng)率計(jì)算公式：

PV=Va-Va-nVa+Va-n×200n（2）

式中，PV為材積年生長(zhǎng)率;Va為樹(shù)齡a年的材積;Va-n為樹(shù)齡a-n年的材積，n=5。

樹(shù)干材積與樹(shù)干在x處比較圓柱體的體積之比稱為樹(shù)干在x處的形數(shù)，以胸高斷面作為比較圓柱體橫斷面的形數(shù)為胸高形數(shù)，計(jì)算公式：

f1，3=V4π×D 21，3×h（3）

式中，f1.3為胸高形數(shù)，V為樹(shù)干材積，D1.3為胸徑，h為樹(shù)高。

2 結(jié)果與分析

2.1 樹(shù)干解析

以樹(shù)干直徑為橫坐標(biāo)，以樹(shù)高為縱坐標(biāo)，在各斷面高的位置上，按各齡階直徑的大小 [14]，繪制樹(shù)干縱剖面圖（圖1）。由圖1可知，樹(shù)干基部明顯突出，中下部形狀相對(duì)規(guī)則，樹(shù)高大于6 m后，樹(shù)干直徑急劇下降，尖削度明顯加大。樹(shù)高6 m位置處直徑27 cm，能夠滿足大徑材的標(biāo)準(zhǔn);樹(shù)高8 m位置處直徑大于18 cm，可以滿足中徑材的標(biāo)準(zhǔn);樹(shù)高12 m位置處直徑仍大于10 cm，亦能滿足小徑材的標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 樹(shù)木生長(zhǎng)過(guò)程

2.2.1 樹(shù)高生長(zhǎng)過(guò)程。

由圖2可知，樹(shù)高連年生長(zhǎng)量隨樹(shù)齡增加呈現(xiàn)出明顯波動(dòng)，有2個(gè)速生期，分別出現(xiàn)在5～15 a和25～35 a，第10年樹(shù)高連年生長(zhǎng)量達(dá)到最大值（0.70 m）;第30年時(shí)，連年生長(zhǎng)量接近0.40 m，之后迅速下降，在40 a以后，樹(shù)高連年生長(zhǎng)量基本穩(wěn)定在較低水平，不足0.1 m，可以認(rèn)為蒙古櫟樹(shù)高生長(zhǎng)基本停止。樹(shù)高多年平均生長(zhǎng)量變化較小，第10年達(dá)到最大值，為0.5 m，隨后逐年減小;在第14年多年平均生長(zhǎng)量與連年生長(zhǎng)量相交于0.47 m處。

2.2.2 胸徑生長(zhǎng)過(guò)程。

由圖3可知，胸徑連年生長(zhǎng)量和多年平均生長(zhǎng)量均呈現(xiàn)出先增加后降低的規(guī)律，但相對(duì)于樹(shù)高峰值出現(xiàn)較晚。胸徑連年生長(zhǎng)量在15 a時(shí)達(dá)到最大，為1.1 cm;多年平均生長(zhǎng)量在25 a時(shí)達(dá)到最大，為0.8 cm。50 a以后，胸徑連年生長(zhǎng)量保持在較低水平，約為0.2 cm，此時(shí)，多年平均生長(zhǎng)量仍保持0.6 cm的較高水平。在第27年胸徑多年平均生長(zhǎng)量與連年生長(zhǎng)量相交于 0.75 cm處。

2.2.3 材積生長(zhǎng)過(guò)程。

從圖4可見(jiàn)，材積連年生長(zhǎng)量同胸徑生長(zhǎng)規(guī)律較相似，同樣呈先增加后降低的變化趨勢(shì)，在第30年時(shí)達(dá)到生長(zhǎng)高峰即0.019 m 3，比樹(shù)高和胸徑的生長(zhǎng)高峰約晚15～20 a。10～25 a為材積連年生長(zhǎng)量快速增長(zhǎng)階段，這一時(shí)期樹(shù)木地下根系和地上枝葉發(fā)育已較為充分，且林分未完全進(jìn)入郁閉時(shí)期，個(gè)體間競(jìng)爭(zhēng)強(qiáng)度較低，樹(shù)木生長(zhǎng)較快;25 a 以后林分開(kāi)始逐漸郁閉，株間競(jìng)爭(zhēng)強(qiáng)度加大，連年生長(zhǎng)量增加速度明顯減緩;30 a后進(jìn)入完全郁閉狀態(tài)，連年生長(zhǎng)量迅速下降。

材積多年平均生長(zhǎng)量始終保持增長(zhǎng)趨勢(shì)，但在35 a后增長(zhǎng)速度變緩，54 a時(shí)仍未結(jié)束，尚有一定的生長(zhǎng)空間。在第45年材積多年平均生長(zhǎng)量同連年生長(zhǎng)量曲線交匯于0.010 m 3 處。此時(shí)林分材積生長(zhǎng)達(dá)到數(shù)量成熟，可以確定為主伐年齡。

2.3 生長(zhǎng)率和形數(shù)

蒙古櫟初期生長(zhǎng)迅速，生長(zhǎng)率較高，但隨樹(shù)齡增加，生長(zhǎng)率通常會(huì)降低。由圖5可知，樹(shù)高、胸徑和材積的生長(zhǎng)率在10～30 a隨樹(shù)齡增加下降趨勢(shì)明顯，樹(shù)齡35 a 后三者下降速度均趨于平緩，并緩慢趨向于0。總體來(lái)看，材積生長(zhǎng)率最高，其次是胸徑生長(zhǎng)率，而樹(shù)高生長(zhǎng)率最低，說(shuō)明蒙古櫟胸徑生長(zhǎng)旺盛，而樹(shù)高生長(zhǎng)較胸徑慢，并且較早停止生長(zhǎng)。在15～54 a，僅有樹(shù)齡30 a時(shí)樹(shù)高生長(zhǎng)率高于胸徑生長(zhǎng)率，其他時(shí)間段胸徑生長(zhǎng)率均高于樹(shù)高生長(zhǎng)率。材積生長(zhǎng)率下降速度最慢，且始終高于胸徑和樹(shù)高的生長(zhǎng)率，生長(zhǎng)停止也最晚。

樹(shù)木的材積由胸徑、樹(shù)高、形數(shù)共同決定，形數(shù)表示樹(shù)木的樹(shù)干飽滿程度 [16]，是決定樹(shù)干材積的重要指標(biāo)。從圖5可見(jiàn)，蒙古櫟生長(zhǎng)初期（10 a）胸高形數(shù)高達(dá)1.75，但隨著樹(shù)齡增加而迅速降低，25～30 a下降速度明顯趨緩，35 a后胸高形數(shù)基本穩(wěn)定在0.5左右，說(shuō)明這株蒙古櫟的干形尖削度較高，且在35 a后相對(duì)穩(wěn)定。

3 結(jié)論與討論

從萌芽生長(zhǎng)開(kāi)始至樹(shù)齡30 a，蒙古櫟樹(shù)高生長(zhǎng)量總體維持在較高水平，在第10年連年生長(zhǎng)量達(dá)到0.7 m生長(zhǎng)高峰;10～40 a胸徑生長(zhǎng)量總體維持在較高水平，在第15年連年生長(zhǎng)量達(dá)到1.1 cm的生長(zhǎng)高峰;15～45 a材積生長(zhǎng)總體維持在較高水平，在第30年多年平均生長(zhǎng)量達(dá)到0.019 m 3的生長(zhǎng)高峰。由此可知，蒙古櫟在太行山北部山地的生長(zhǎng)速度并不慢，甚至優(yōu)于側(cè)柏 [17]、油松 [18]等主要造林樹(shù)種。北京山區(qū)櫟林的生長(zhǎng)觀測(cè)結(jié)果也表明，櫟林的生長(zhǎng)量高于或相當(dāng)于油松，而抗逆性又優(yōu)于油松和刺槐 [19]。該調(diào)查的蒙古櫟次生林在45 a即達(dá)到數(shù)量成熟，這與河北省森林經(jīng)營(yíng)技術(shù)規(guī)程（試行）中規(guī)定的櫟類等慢生樹(shù)種的天然次生林近熟標(biāo)準(zhǔn)41～50 a相一致。

該研究中胸徑、樹(shù)高和材積生長(zhǎng)過(guò)程與其他地區(qū)蒙古櫟的研究結(jié)果并不完全相同，如陳連棟等 [20]對(duì)蛟河林區(qū)蒙古櫟生長(zhǎng)過(guò)程研究結(jié)果表明，10～25 a為樹(shù)高快速生長(zhǎng)期，20～40 a為胸徑快速生長(zhǎng)期，60 a時(shí)材積生長(zhǎng)量仍未達(dá)到高峰。王春霞等 [21]對(duì)大興安嶺蒙古櫟研究結(jié)果表明，30～50 a為樹(shù)高快速生長(zhǎng)期，115 a時(shí)材積生長(zhǎng)量仍未達(dá)到高峰。原因可能為該研究對(duì)象為多代萌生樹(shù)，初期生長(zhǎng)快但持續(xù)時(shí)間較短，生長(zhǎng)率的測(cè)定結(jié)果也表明在35 a后樹(shù)高、胸徑和材積的生長(zhǎng)率明顯變緩，胸高形數(shù)也趨于穩(wěn)定，這同實(shí)生櫟類的生長(zhǎng)規(guī)律有較大差異。因此，為了提高該地區(qū)櫟林生產(chǎn)力和森林質(zhì)量，應(yīng)逐步將萌芽林更新為實(shí)生林。

該研究所選林分起源于多代萌芽，萌芽林初期速生性強(qiáng)，林分密度高，隨樹(shù)齡增長(zhǎng)，林木個(gè)體間競(jìng)爭(zhēng)強(qiáng)度明顯增大;第15年胸徑達(dá)到生長(zhǎng)高峰，第30年材積達(dá)到生長(zhǎng)高峰，40～45 a胸徑和材積生長(zhǎng)量仍能維持較高水平，因此為了保持林分旺盛生長(zhǎng)，應(yīng)在25～30 a和40～45 a合理安排疏伐。當(dāng)樹(shù)高大于6 m后，樹(shù)干開(kāi)始出現(xiàn)較大分枝，且樹(shù)冠龐大，測(cè)定結(jié)果表明單株冠層生物量高達(dá)250 kg，6 m以上樹(shù)干直徑急劇下降，尖削程度明顯加大，生產(chǎn)中應(yīng)對(duì)有較大培育潛力的林木采取修枝等經(jīng)營(yíng)措施，培育出8 m以上優(yōu)質(zhì)大徑材，從而大幅度提高預(yù)期經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

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