小隴山林區日本落葉松林分地劃分研究

日本落葉松的leptolpis來自日本本州島。它在世界范圍內被引入了近150年，這證明了北半球具有巨大的生產潛力。我國最早引種是1884年。小隴山林區引種于1974年,全林區現已營造人工林近3萬hm2,其中速生豐產林1.24萬hm2,同時建成初級無性系種子園33hm2,母樹林1407hm2。由于日本落葉松生長速度快、經濟效益高,已成為小隴山林區及周邊地區營造速生豐產用材林的主要樹種。為了系統分析總結日本落葉松在小隴山林區的生長特點,我們把小隴山林區營造的引種林和豐產林作為研究對象,通過標準地調查,研究分析小隴山林區日本落葉松人工林的生長規律,進行林分生長評價,探討人工林培育目標。1天然次生林區小隴山林區位于秦嶺山脈西段,分屬長江、黃河兩大流域,是嘉陵江、渭河上中游地區重要的水源涵養林區,是兼有我國南北氣候特點的典型天然次生林區。林區年降水量600~800mm,年平均氣溫7~12℃,無霜期150~220d,海拔700~3300m。自然植被包含了我國華北、華中、喜馬拉雅、蒙新四大植物區系中的許多成分,暖溫帶科屬占優勢,亞熱帶屬種比較少。構成森林的主要建群樹種有銳齒櫟、遼東櫟、栓皮櫟、華山松、油松、白皮松、水楸、椴樹、紅樺、白樺、山楊等。2日本落葉松人工林2003年和2007年分別采用典型抽樣的方法,在研究區選擇不同年份營造的日本落葉松人工林,測設面積為0.067hm2標準地36塊,32年生解析木3株。1996~1999年研究小隴山林區日本落葉松生長表現,測設面積為0.067hm2標準地120塊。3結果分析3.1不同立地因子對樹高的影響林分生長隨時間的變化規律是預測收獲量以及合理制訂各項營林措施的基礎,這種變化規律可以通過一種關系式來表達。建立林分高生長模型的方法比較多,孫曉梅等(1998)在研究長白落葉松人工林生長模型時,直接用胸徑生長的預估值來預測樹高的生長,以附加初始條件的單分子式作為落葉松人工林樹高曲線的基本模型。張忠義等(1996)以豫西山區日本落葉松人工同齡純林為研究材料,模擬了優勢木平均樹高隨立地因子變化的混合型數量化回歸模型。文獻5認為樹高生長主要受立地條件影響,受林分密度影響較小。本研究假設林分平均樹高生長遵從通過原點的理查德生長函數,林分平均樹高(H)、胸徑生長是林分年齡(A)函數,即:式中:a、b為參數,H為林分平均高,A為林分年齡。利用收集到的標準地調查數據,在ForStat2.0(統計之林,唐守正)下運行,C值取0.001~2,解出小隴山林區日本落葉松人工樹高隨林齡變化的理查德導向生長曲線:同時,應用調查獲得的數據,以理查德生長方程擬和,得到林分胸徑生長模型為:對建立的年齡與樹高關系模型,計算3~32年林分的樹高理論值,選取未參加建模的另外17個林分的調查數據,對模型進行回歸檢驗,檢驗結果實際樹高與理論樹高F(0.3653)〈F0.05=3.6823,差異不顯著。證明小隴山林區日本落葉松人工林分平均樹高隨林齡生長規律符合模擬的(2)、(3)式。3.2生長方程及生長曲線模型的建立地位級是對林地質量、生產力評價的一個概念和綜合指標。許多學者利用林分平均高、單位面積林木端面積、生物量等生長曲線簇作為一種相對分級化的林地生產力指標評價林地質量(1)。應用小隴山林區日本落葉松人工林標準地調查的林齡與平均樹高,通過生長方程的比選,以理查德生長方程作為導向曲線,采用等離差法,確定劃分5個地位級,求出各地位級樹高曲線簇a、b、c回歸系數(表1)及曲線圖(圖1)。依據各地位級樹高曲線簇a、b、c回歸系數值,計算出各地位級林分平均樹高表(略)。4以沙壩實驗基地小陽溝引入造林為例，分析造林的生長和布局4.1不同撫育間伐強度對林分生長的影響沙壩實驗基地小陽溝引種林,是小隴山林區最早引種的日本落葉松試驗林,面積17.8hm2。原地類為次生林改造跡地,坡度20°~35°,坡向西南,海拔1600~1800m,山地棕壤,土層厚度30~60cm。造林苗木來源于中國林科院1974年從原產地引種的種子,采用大田方式培育的2年生(平均苗高35cm,地徑0.48cm)。1975年秋天采用穴狀整地方式造林,株行距1.5m×2.0m,密度4500株/hm2。造林后的前3年每年割草(灌)撫育1次。引種試驗林在培育過程中,共進行過4次撫育間伐,各次撫育間伐前在固定樣地進行生長調查,調查的林分平均高、胸徑列表2。按照調查獲得的數據,繪制林分樹高、胸徑生長趨勢如圖2。由表2、圖2可以看出,林分從12齡開始第1次撫育間伐,以后每隔5~7年進行1次,實行系統間伐,使林分的高徑生長保持在了一個比較高的水平,提高了林分整體生產力。又從各次撫育間伐全林整體收獲量和效益(表3)看出,隨著系統撫育間伐,間伐收獲木材185.99m3/hm2,稅前利潤3875.22元/(hm2·a),而現有林分仍然保留立木蓄積137.90m3/hm2,林分質量還處在一個比較高的水平上。4.2不同林分樹高、胸徑生長情況根據建立的模型2、模型3和編制地位級表,引種林分的屬Ⅲ地位級立地,為了進一步分析該林分的生長過程,應用樹干解析的方法,研究單木樹高、胸徑生長過程和趨勢,以樹干解析數據繪制圖3~圖6。由繪制單木生長曲線看出,小隴山林區日本落葉松人工林樹高在造林后2~3年進入速生期,連年高生長量0.7~1.5m,18年平均高生長達到高峰與連年生長曲線相交;胸徑生長在第5年左右進入速生期,連年生長量0.60~1.68cm,20~22年平均生長量達到高峰與連年生長曲線相交。綜合樹高、胸徑指標分析,日本落葉松人工林在小隴山林區數量成熟齡在22~24年間。當然不同林分數量成熟年齡與地位指數和地位級、經營管理水平有密切的關系,不盡完全一致。綜上林分生長趨勢和單木生長過程,Ⅲ地位級條件下的引種林,林分樹高和胸徑生長量仍保持一個比較高的生長水平,年胸徑平均生長量在0.4~0.5cm,樹高0.3m左右,預計林齡在40年左右,林木平均胸徑將會達到30cm,成為中大徑材林。當然,如果是Ⅰ、Ⅱ地位級,林木達到胸徑30cm的時間將會更短一些。而如果是Ⅳ、Ⅴ地位級,林木胸徑達到30cm則比較困難,或需要更長的時間。5日本落葉松與小隴山林下生長指標的比較1)日本落葉松在我國適生范圍最廣,生長潛力也最大,小隴山林區地處秦嶺山地,是五大適生區之一。從現有林分生長調查看,日本落葉松與華北落葉松生長量在海拔1800m以下有顯著差異,以單木生長過程分析,日本落葉松32年生立木材積是華北落葉松的1.57倍。10齡人工林分樹高年平均生長量達到1.02m,胸徑0.86cm,材積0.0025m3,超過種源區遼寧大孤家同齡人工林樹高(H總8.04m,H0.80m)、胸徑(D總8.18cm,D0.82cm)生長量;28齡人工林生長量也達到或接近種源區同齡人工林生長水平。23齡林分樹高、胸徑是山東藥鄉林場的159%和121%,四川理縣米亞羅的106%、119%。2)擬和的林分樹高、胸徑生長模型和編制的地位級、立地指數表,經檢驗合格,擬合效果和預報精度均較高,能很好的評價小隴山林區的林地生產力高低。對此,我們認為,小隴山林區Ⅰ、Ⅱ地位級林地上,主要是溝谷、坡麓和土壤厚度在60cm以上的地段,日本落葉松林分20齡時樹高可以達到18~20m、胸徑20cm左右,培育目標是中徑級材;Ⅲ、Ⅳ地位級林地,主要是坡度20°~30°之間,土壤厚度在35~60cm間的地段,20齡時的林分高在16~18m、胸徑16~18cm左右,培育目標是中小徑級材;Ⅴ地位級林地,主要是坡度30°以上,土壤厚度在35cm以下或海拔1900m以上的地段,20齡時的林分高在15m以下、胸徑15cm左右,培育目標只能是小徑材。因此,我們認為,小隴山林區在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ地位級林地上的日本落葉松人工林,應通過4~5次系統撫育間伐,調整林木分布結構,以培育中、大徑級為目標,主伐年齡在30~40年間;Ⅳ、Ⅴ地位級的林分,以培育小徑級材為目標,主伐年齡在15~20年間。3)小隴山林區日本落葉松生長進程表現為高生長期早,材積生長量大,首次間伐撫育期在林齡1