付德剛 高贊東 李 可 于曉燕 欒義峰 李 輝?

（1.山東省林業(yè)保護(hù)和發(fā)展服務(wù)中心，山東 濟(jì)南 250014；2.濟(jì)南市林場，山東 濟(jì)南 250014；3.臨沂大學(xué)農(nóng)林科學(xué)學(xué)院，山東 臨沂 276000）

林分密度是指單位面積上樹木株數(shù)，是森林生長發(fā)育的重要因子。林分密度影響林木樹高、胸徑、冠層等指標(biāo)，是引起森林種群競爭的重要因素。合理的林分密度不僅能優(yōu)化森林結(jié)構(gòu)，還有助于增加人工林物種多樣性，提高林木生產(chǎn)力等。

坡位是指坡面所處的地貌部位，代表著土壤水分、養(yǎng)分等的生態(tài)梯度變化，對(duì)森林的生長和健康狀態(tài)有重要作用。在針葉樹人工林中，喬木層養(yǎng)分分解歸還土壤速度慢，因而林分密度和坡位的作用更為重要。

樹木生長指標(biāo)主要包括樹木胸徑、樹高、枝下高、生物量、碳儲(chǔ)量等。有學(xué)者研究表明，林分密度和坡位對(duì)樹木的生長指標(biāo)產(chǎn)生重要影響，如鄭穎等研究發(fā)現(xiàn)林木蓄積量隨林分隨密度的升高而增大；宋依璇等研究表明坡位是影響樹木生長的重要因素；杜振宇等發(fā)現(xiàn)側(cè)柏林木在林分密度較低時(shí)，胸徑和樹高均有大幅提高；范葉青等發(fā)現(xiàn)下坡林分生物量明顯大于上坡?？傊址置芏群推挛粚?duì)樹木的生長發(fā)育具有重要意義。

側(cè)柏是山東省主要造林樹種之一，因其對(duì)土壤條件要求不嚴(yán)，極耐干旱等原因，在干旱瘠薄山地丘陵廣泛栽植。同時(shí)，側(cè)柏又具有水土保持、涵養(yǎng)水源、凈化空氣等功能，被廣泛用于生態(tài)公益林栽植。但大部分林地由于撫育不及時(shí)，出現(xiàn)林分結(jié)構(gòu)不合理、生長不良、低質(zhì)低效等問題，亟需改造提升。

為此本研究以側(cè)柏（Platycladus orientalis（L.）Franco）近熟人工純林為研究對(duì)象，分析林分密度和坡位對(duì)側(cè)柏生長的影響，探究側(cè)柏人工林合理的林分密度及適宜的種植坡位，為側(cè)柏人工林林分結(jié)構(gòu)改造和可持續(xù)發(fā)展與經(jīng)營提供科學(xué)依據(jù)。

1.材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

研究區(qū)位于山東省濟(jì)南市華山林場（36°22′-36°28′N，117°22′-117°33′E）內(nèi)，屬魯中南山地泰山支脈，境內(nèi)山巒起伏，溝壑縱橫，巖石為火成巖山地，基巖以片麻巖、花崗巖類為主，土壤類型為山地棕壤；屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候，四季分明，雨熱同期，年均降水量800 mm。林場有喬木50科200多種，形成以側(cè)柏、松類、刺槐為主體的森林群落結(jié)構(gòu)。

研究區(qū)域選取側(cè)柏人工林，屬于純林，林齡65年，林分為公益林，禁伐。隨著時(shí)間的推移，因自然稀疏、人為間伐和旅游開發(fā)干擾等因素，密度逐漸產(chǎn)生差異。

1.2 樣地設(shè)置及數(shù)據(jù)調(diào)查

上395±4 陽坡 0.9 2025（M4）下370±3 陽坡 0.9

根據(jù)實(shí)地調(diào)查，通過典型樣地法，選取4種現(xiàn)存林分密度 M1（1125±75）株 /hm2、M2（1425±75）株 /hm2、M3（1725±75）株 /hm2、M4（2025±75）株 /hm2的側(cè)柏人工林，每種林分密度根據(jù)坡位（上坡、下坡）各設(shè)置4個(gè)25.8m×25.8m標(biāo)準(zhǔn)地，每個(gè)樣地的坡向及海拔等條件基本一致，并對(duì)樣地內(nèi)的喬木（胸徑≥5cm）進(jìn)行每木檢尺，記錄每株樹木的胸徑、樹高、第一活枝高、第一死枝高等指標(biāo)。樣地基本情況見表1。

表1 樣地基本概況

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

數(shù)據(jù)采用SPSS18.0統(tǒng)計(jì)分析軟件處理，應(yīng)用單因素方差分析（one-way ANOVA）和最小顯著差異法（LSD），在5%水平上檢驗(yàn)不同樣地測定結(jié)果的差異性。

2.結(jié)果與分析

2.1 林分密度對(duì)不同坡位側(cè)柏胸徑的影響

圖2所示，在相同坡位上，側(cè)柏冠幅隨著林分密度的升高而降低，其中林分密度1125株/hm2的樹木冠幅最大，2025株/hm2的最小。就上坡而言，林分密度1125株/hm2、1425株/hm2、1725株/hm2、2025株/hm2樹木冠幅分別為4.03m、3.75m、3.25m、2.88m，通過單因素方差分析可以看出，除樹木冠幅在1125株/hm2和1425株/hm2林分密度之間差異不明顯外（P＞0.05），其他各林分密度之間差異顯著（P ≤ 0.05）；在下坡，林分密度1125株/hm2、1425株/hm2、1725株/hm2、2025株/hm2樹木冠幅分別4.55m、4.10m、3.70m、3.20m，各林分密度之間差異顯著（P ≤ 0.05）。在一定程度上說明，林分密度越大，樹木間距越小，透光性越差，冠幅生長越小。

在相同林分密度上，下坡樹木冠幅明顯高于上坡，其中林分密度1125株/hm2、1425株/hm2、1725株/hm2、2025株/hm2時(shí)，上坡樹木冠幅分別為下坡的88.46%、91.46%、87.84%、89.85%（圖2），說明下坡較上坡樹木枝葉繁茂，生長力強(qiáng)。這是否由于上坡受雨水沖刷嚴(yán)重，營養(yǎng)物質(zhì)部分流入下坡造成的還需要進(jìn)一步研究。

圖1所示，在不同林分密度和坡位條件下，側(cè)柏株數(shù)隨著樹木胸徑的增大呈現(xiàn)先升高后降低的變化趨勢。林分密度1125株/hm2時(shí)，上坡樹木在胸徑15-17cm范圍內(nèi)分布最多，占樹木總數(shù)的20.44%，下坡在17-19cm徑級(jí)范圍內(nèi)分布最多，為樹木總數(shù)的20.12%；其中上坡側(cè)柏胸徑＞19cm的株數(shù)明顯少于下坡。

林分密度為1425株/hm2時(shí)，側(cè)柏在15-17cm徑級(jí)范圍內(nèi)分布最多，其中上坡株數(shù)為樹木總數(shù)的21.2%，下坡株數(shù)為樹木總株數(shù)的24.6%；胸徑＜17cm的側(cè)柏上坡明顯多于下坡。

林分密度為1725株/hm2時(shí)，上坡側(cè)柏株數(shù)在13-15cm徑級(jí)范圍內(nèi)分布最多，占樹木總數(shù)的20.9%，下坡株數(shù)在15-17cm徑級(jí)范圍內(nèi)分布最多，占樹木總數(shù)的18.4%。

當(dāng)林分密度達(dá)到2025株/hm2時(shí)，小徑級(jí)的樹木明顯增多，其中上坡11-13cm徑級(jí)范圍內(nèi)的側(cè)柏分布最多，為樹木總數(shù)的22.5%；上坡胸徑＜11cm的側(cè)柏株數(shù)占樹木總數(shù)的比例明顯高于下坡，胸徑＞15cm明顯低于下坡。

總體來看，樹木株數(shù)隨著胸徑大小呈現(xiàn)近似拋物線狀分布，呈現(xiàn)近似拋物線狀分布，與天然雜木林表現(xiàn)的下凹雙曲線狀，存在一定的差異，在一定程度上說明該側(cè)柏林存在一定的人為干擾。在相同林分密度下，下坡側(cè)柏大徑級(jí)的樹木株數(shù)明顯多于上坡，小徑級(jí)的樹木株數(shù)比明顯少于下坡（P ≤ 0.05）；相同坡位條件下，林分密度越低大徑級(jí)的樹木株數(shù)占樹木總數(shù)的比例越高，小徑級(jí)的越低。這可能由于上、下坡水土流失情況不同及林分透光度不同等造成的。

2.2 林分密度對(duì)不同坡位側(cè)柏冠幅的影響

2.2 林分密度對(duì)不同坡位側(cè)柏樹高的影響

樹高是指樹木從地面上根部到樹梢之間的高度，表示樹木高矮的因子，同一種樹木在不同的生長環(huán)境下樹高不同。

圖3所示，在同一坡位上，隨著林分密度等級(jí)的增加，側(cè)柏的樹高呈現(xiàn)先升高后降低的變化趨勢。其中，上坡林分密度1425株/hm2時(shí)，樹木平均樹高達(dá)到最大16.70m，分別為1125株/hm2、1725株/hm2、2025株/hm2的1.24倍、1.19倍、1.25倍；而下坡中，林分密度1725株/hm2時(shí)最大，分別為1125株/hm2、1425株/hm2、2025株/hm2的1.16倍、1.07倍、1.09倍，且下坡達(dá)到最大樹高的林分密度明顯高于上坡。

從同一林分密度來看，除1725株/hm2的上坡、下坡樹高方差分析差異不顯著外（P ＞ 0.05），其他各密度的側(cè)柏樹高下坡明顯低于上坡（P ≤ 0.05）。如林分密度1125株/hm2、1425株/hm2、2025株/hm2的下坡樹高分別為上坡的85.63%、74.31%、91.34%。可見，坡位也是影響樹木生長的重要環(huán)境因子。

2.3 林分密度對(duì)不同坡位側(cè)柏第一活枝和第一死枝高的影響

樹木第一活枝高又稱干高，是指樹干基部到樹冠第一活枝的高度。其高度在一定程度上可反映樹冠的衰退情況，當(dāng)樹木衰退時(shí)，底部的枝條會(huì)逐漸死亡，第一活枝高逐漸升高。

圖4A所示，在下坡第一活枝高隨著林分密度的升高而升高，其中林分密度1125株/hm2的第一活枝高分別為 1 425株 / hm2、1725株 / hm2、2025株 / hm2的 8 2.03%、72.03%、71.55%，說明林分密度可影響側(cè)柏樹冠衰退進(jìn)度，且林分密度越大，樹冠衰退越強(qiáng)，森林質(zhì)量越差。

在上坡中，側(cè)柏第一活枝高雖然隨著林分密度的升高呈現(xiàn)先升高后降低的變化趨勢（圖4A），但方差分析發(fā)現(xiàn)，在林分密度1125株/hm2、1725株/hm2、2025株/hm2之間差異不顯著（P＞0.05），而林分密度1425株/hm2的第一活枝明顯高于其他林分密度的原因可能是此林分密度的樹高最高引起的。

樹木第一死枝高是指樹干基部到樹冠第一死枝的高度。圖3B所示，林分密度和坡位對(duì)側(cè)柏的第一死枝高影響不大，筆者認(rèn)為可能是由于研究樣地為生態(tài)公益林，側(cè)柏死枝被定期清理造成的。

2.4 林分密度對(duì)不同坡位側(cè)柏蓄積量的影響

林木蓄積量是指一定的森林面積內(nèi)現(xiàn)有林木的材積總量，在一定程度上可反映森林生產(chǎn)力、出材量等。圖5所示，在同一林分密度上，下坡的側(cè)柏林木蓄積量明顯高于上坡，其中下坡1125株/hm2、1425株/hm2、1725株/hm2、2025株/hm2的蓄積量分別為上坡的1.23倍、1.17倍、1.18倍、1.25倍，說明此區(qū)域下坡更有利于側(cè)柏的生長，使其生產(chǎn)力和出材量明顯升高。

隨著林分密度的升高，側(cè)柏蓄積量呈偏正態(tài)分布，其中林分密度1425株/hm2時(shí)，側(cè)柏的蓄積量最大（圖5）。上坡1425株/hm2和1725株/hm2密度之間側(cè)柏蓄積量差異不顯著（P ＞ 0.05），但和1125株/hm2、2025株/hm2之間差異顯著（P ≤ 0.05）；從下坡來看，1425株/hm2的側(cè)柏蓄積量明顯高于其他林分密度（P ＞ 0.05），分別為1125株/hm2、1725株/hm2、2025株/hm2的1.30倍、1.14倍、1.17倍。說明在上述林分密度中，1425株/hm2的側(cè)柏生產(chǎn)力最高，但結(jié)合樹木胸徑來看，此林分密度的樹木偏細(xì)，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的木材產(chǎn)量是否最高還有待進(jìn)一步研究。

3.討論與結(jié)論

有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，林分密度、坡位、坡向等環(huán)境因素對(duì)樹木的生長發(fā)育產(chǎn)生較大影響，如謝哲根等研究表明，胸徑在10-15cm范圍內(nèi)的樹木獲取自身生長資源的能力很大程度上取決于環(huán)境。

而本研究中，側(cè)柏株數(shù)在胸徑上的分布受林分密度和坡位的雙重影響，其中胸徑在10-15cm范圍內(nèi)的側(cè)柏，林分密度1125株/hm2、1425株/hm2、1725株/hm2、2025株/hm2時(shí)，上坡側(cè)柏株數(shù)分別為樹木總數(shù)的29.51%、38.26%、49.71%、57.27%、下坡側(cè)柏株數(shù)分別為樹木總數(shù)的23.40%、36.43%、32.50%、53.29%，株數(shù)基本隨著林分密度的升高而升高，且同一林分密度中，上坡株數(shù)明顯多于下坡；當(dāng)樹木胸徑＞19cm時(shí)，側(cè)柏株數(shù)隨著林分密度的升高而降低，且同一林分密度中，上坡株數(shù)明顯少于下坡?？梢娚值耐腹庑约巴寥榔拭骛B(yǎng)分對(duì)側(cè)柏胸徑的影響較大。

林分密度影響樹木個(gè)體之間的營養(yǎng)空間。在同一坡位上，隨著林分密度的增加，側(cè)柏樹高呈現(xiàn)先升高后降低的變化趨勢。其中上坡林分密度1425株/hm2，下坡1725株/hm2時(shí)，樹木平均樹高達(dá)到最大，且下坡達(dá)到最大樹高的林分密度明顯高于上坡。

樹木在不同年齡階段，根系和樹冠發(fā)育情況不同，其資源獲取能力差異較大，林分密度和坡位對(duì)樹木的影響有所不同。當(dāng)樹木生長到一定階段，樹冠開始衰退，活冠底部的枝條會(huì)逐漸死亡，第一活枝高增大。冠幅是用于指導(dǎo)森林經(jīng)營的生長重要研究指標(biāo)，樹冠是樹木進(jìn)行光合作用的主要場所，它決定樹木生產(chǎn)力的高低，同時(shí)也是樹木在生長過程中反映長期競爭水平的重要指標(biāo)，樹冠衰退會(huì)導(dǎo)致冠幅狹窄。本研究中，下坡側(cè)柏林第一活枝高隨著林分密度的升高而升高；上、下坡樹木冠幅都隨著林木密度的升高而降低，可見，林分密度越大，樹木間距越小，透光性越差，冠幅生長越小，樹冠衰退越強(qiáng)，森林質(zhì)量越差。樹冠衰退可發(fā)生在任何坡位的森林中，下坡樹木冠幅明顯大于上坡原因的可能由于上坡受雨水沖刷嚴(yán)重，營養(yǎng)物質(zhì)部分流入下坡造成的。

林木蓄積量是衡量森林產(chǎn)量、林木生產(chǎn)力及森林多種效益的重要指標(biāo)。有學(xué)者研究表明，不同林分密度和坡位對(duì)林木蓄積量產(chǎn)生一定影響。

本研究中隨著林分密度的升高，側(cè)柏蓄積量呈現(xiàn)偏正態(tài)分布，其中林分密度1425株/hm2時(shí)，側(cè)柏蓄積量最大，上、下坡分別為103.68m3/hm2、121.73m3/hm2，但結(jié)合樹木胸徑來看，此林分密度的樹木偏細(xì)，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的木材產(chǎn)量是否最高還有待進(jìn)一步研究。