华家岭防护林带不同树种生长特征分析_赵赫然.pdf

第 29 卷第 1 期干旱区资源与环境Vol 29No 1 2015 年 1 月 Journal of Arid Land esources and EnvironmentJan 2015 文章编号 1003 7578 2015 01 048 05doi 10 13448 j cnki jalre 2015 009 华家岭防护林带不同树种生长特征分析 赵赫然 王辉 段雅楠 甘肃农业大学林学院 兰州 730070 提要 以地处陇东黄土丘陵区的华家岭防护林带不同树种为研究对象 采用样地调查法 对不同树种 不同密度 不同林龄防护林的生长特征进行调查研究 结果表明 1 属幼龄林的 22a 生云杉纯林和 20a 生油松 纯林的平均胸径 平均树高 单株蓄积量现已超过或接近了平均林龄 37 5a 的成 过 熟杨树纯林 2 华家岭防 护林带中各类林分的平均胸径 平均树高均与林分密度呈负相关性 受林分密度的影响 区域内云杉 杨树混 交林的生长状况略好于杨树纯林 云杉纯林和油松纯林的生长状况优于云杉 油松 云杉 落叶松混交林 3 华家岭云杉林在 10a 15a 25a 30a 期间的胸径生长较为显著 20a 25a 期间的树高生长较为显著 关键词 防护林 生长特征 林分密度 林龄 华家岭 中图分类号 S757文献标识码 A 黄土丘陵区气候干旱 降水集中 植被稀疏 水土流失严重 是我国实施退耕还林还草以及 三北 防 护林体系建设的重点区域 1 3 人工生态防护林的建设 是增加该区域森林覆盖率 改善生态环境的有效 措施 华家岭防护林带位于陇东黄土丘陵区 是甘肃中部黄土丘陵区 三北 防护林体系工程建设的重要组 成部分 也是甘肃省最大的人工防护林带 近年来依托退耕还林 三北四期 天然林保护等国家重点林业 建设工程 华家岭防护林建设突飞猛进 林分质量得到了有效地改善 林带生态防护效益日益显现 为甘肃 中部黄土丘陵区生态屏障体系建设起到示范作用 文中通过对华家岭不同立地条件下林分生长状况的样 地调查 分析研究其防护林带中不同树种的生长特征和环境适应性 为促进该区域防护林带的健康 持续 发展提供科学依据 1材料与研究方法 1 1研究区概况 华家岭位于西北黄土高原丘陵沟壑区 地处甘肃省中部 位于安定 通渭 会宁三县接壤地带 境内沟 谷纵横 岭梁交错 属二阴温寒山区 华家岭防护林带分布于以华家岭为中心 半径 50km 的区域内 地理 坐标 E104 52 105 28 N35 22 35 43 属中温带湿润区向半干旱区过渡地带 海拔 2000m 2457m 年平均气温 3 4 年平均降水量 467 4mm 年平均蒸发量 1212 4mm 年平均相对湿度 70 年日照平均 时数2749h 无霜期148d 土壤类型以黄绵土 黑垆土为主 4 区域地带性植被为温带黄土高原中东部草原 类型区 华家岭防护林带始建于上世纪七十年代初期 后经两次扩建 形成了以西兰公路 旧 312 国道 为主 线 沿黄土梁峁向二侧延伸的一条主林带 十条支林带所组成的大型人工防护林带 全长 300 多 km 累计 造林面积 6200 多 hm2 多年建设 林带也暴露出树种结构不合理 林分总体质量偏低 经营管理粗放 低 产低效林所占比重大等问题 5 该林带前期造林树种以小叶杨 Populus simonii Carr 大官杨 P 收稿日期 2013 7 25 修回日期 2013 9 12 基金项目 甘肃省高等学校研究生导师科研项目 黄土丘陵区低效公益林改造技术及生态风险评价 1202 01 资助 作者简介 赵赫然 1988 男 甘肃武威人 硕士研究生 主要从事森林生态与可持续发展等方面的研究 E mail 362531523 qq com 通讯作者 王辉 1959 女 甘肃武威人 教授 博士生导师 主要从事林业生态环境 荒漠化防治研究 E mail wangh gsau edu cn dakuanensis Hsu 青杨 Populus cathayana ehd 等为主 由于生态环境恶劣 部分杨树防护林带近年 来出现了生长不良 生态效益不佳 林分总体质量偏低等状况 1982 年起 本区开始引入适合当地生长的 云杉 Picea asperata Mast 油松 Pinus tabulaeformis Carr 落叶松 Larix principis rupprechtii Mayr 沙 棘 Hippophae rhamnoides Linn 柠条 Caragana Korshinskii Kom 等乔 灌木树种 对低质低效杨树防护 林带进行改造 目前 已初步形成了以阔叶纯林 杨树纯林 针叶纯林 云杉纯林 油松纯林 针阔混交 林 云杉 杨树 以及针叶混交林 云杉 油松 云杉 落叶松 相结合的林分结构格局 1 2研究方法 1 2 1样地设置与调查 样地调查于 2012 年 5 月底进行 按华家岭防护林带 不同树种 不同林龄 不同密度类型设置样地 59 块 样地面 积为 400m2 20m 20m 对样地的每株林木实测其胸径 树高低于 2m 测量地径 树高 年龄 枝下高 冠幅 调查 记录林分的结构类型及郁闭度 并记录每块样地的海拔 坡 向 坡位 坡度等立地条件因子 样地概况 表 1 表 1样地概况表 Table 1 General situations of sampling areas 林分结构 类型 样地数 块 株数 株 海拔分布 m 林龄分布 a 杨树纯林52902317 233830 35 云杉纯林3212352145 243110 40 油松纯林31592159 217620 针叶混交林148362149 232615 30 针阔混交林52602249 226125 40 1 2 2分析方法 利用 Excel 软件 计算各样地林木平均胸径 平均树高 平均密度 平均郁闭度 平均单株蓄积量等值 利用 SPSS 软件分析海拔 坡向等立地条件因子对林木生长的影响 通过对不同类型样地间林木生长指标 的比较分析 研究揭示华家岭人工防护林带不同树种的生长特征 2结果与分析 2 1华家岭不同树种防护林带的生长状况 样地调查表明 华家岭杨树纯林的平均年龄达到 37 5a 已属于成 过 熟林 杨树林带总体表现为生 长衰退 林相残败 而云杉林的平均年龄 22a 油松林的平均年龄 20a 均属幼龄林 且林带生长状态良好 不同树种防护林带的平均树高 平均胸径 平均郁闭度 单株平均蓄积量 表 2 由表 2 可看出 该区域 20a 生油松纯林的平均胸径 平均树高 单株蓄积量均已超过了平均林龄 37 5a 的杨树纯林 22a 生云杉纯 林的各项生长指标也同 37 5a 生杨树纯林接近 表 2华家岭不同树种防护林带的生长状况 Table 2 Growth situations of shelter forest belts of different tree species in Huajialing 主要 树种 平均海拔 m 平均年龄 a 平均胸径 cm 平均树高 m 平均密度 N hm2 平均 郁闭度 单株平均 蓄积量 m3 杨树林带232837 510 356 101443 500 370 0212 云杉林带2299228 105 30956 800 270 0195 油松林带21592011 807 901325 000 340 0475 2 2华家岭不同密度防护林带中不同树种的生长特征 在森林培育的整个过程中 林分密度是制约林木群体生长发育过程的关键因素 对人工林生态系统的 稳定性及生物生产力产生重要影响 6 从表 3 可以看出 华家岭人工防护林带的林分密度分布在 956 80 N hm2 1464 50 N hm2 不同密度林分平均胸径 平均树高存在明显差异 随着林分平均密度的增 加 不同林分类型的平均胸径 平均树高都 有不同程度的下降 云杉纯林和含云杉混 交林中 混交林的林分密度比纯林大 34 6 云杉平均胸径则低 23 6 平均树高 低 19 6 油松纯林和含油松混交林中 混交林的林分密度比纯林大 27 8 油松 平均胸径 树高分别低 11 6 和 7 3 云杉纯林 油松纯林与云杉 油松 云杉 落叶松混交林相比 均为纯林的生长指标 优于混交林 杨树纯林和含杨树混交林中 表 3华家岭不同密度防护林带生长状况 Table 3 Growth situations of shelter forest belts of different stand types in Huajialing 优势 树种 林分类型 平均胸径 cm 平均树高 m 平均密度 N hm2 平均 郁闭度 单株平均 蓄积量 m3 云杉 纯林8 105 30956 800 270 0195 混交林6 194 261288 100 320 0107 油松 纯林11 807 901325 000 340 0475 混交林10 437 321693 100 410 0395 杨树 纯林10 356 101443 500 370 0212 混交林10 686 801235 400 310 0248 94 第 1 期赵赫然等华家岭防护林带不同树种生长特征分析 纯林林分密度比混交林大 16 8 杨树平均胸径 树高分别低 3 1 10 3 杨树纯林的平均胸径为 10 35cm 平均树高为 6 10m 云杉 杨树混交林的平均胸径为 10 68cm 平均树高为 6 80m 杨树针阔混交林 的生长状况略好于杨树纯林 从数据比较中可以看出 各类林分的平均胸径 平均树高均与林分密度呈负 相关性 但随着林分密度的变化 针叶树种平均胸径的变化幅度大于平均树高的变化幅度 而阔叶树种则 是平均树高的变化幅度更明显 2 3华家岭不同林龄云杉防护林带的生长特征 2 3 1不同林龄云杉林胸径 树高生长量特征 将 32 个云杉纯林样地 按林龄不同分为 6 组 10a 15a 20a 25a 30a 40a 对其各项生长指标进行比 较分析表明 表 4 该区域云杉人工林林龄分布在 10a 40a 均属幼龄林 胸径年平均生长量在 0 11cm 0 90cm 之间 树高年平均生长量在 0 13m 0 5m 之间 样地平均密度分布在 725 0N hm2 1275 0N hm2之间 除 20a 云杉郁闭度偏大外 云杉纯林平均郁闭度 单株平均蓄积量与林龄总体呈现正相关分布 根据图 1 2 中胸径 树高的生长趋势反映 幼龄云杉林在 10a 30a 生长速度较快 其中 10a 15a 25a 30a 期间的胸径生长尤为显著 10a 15a 期间的胸径生长量为 4 5cm 25a 30a 期间的胸径生长量 为 3 0cm 20a 25a 期间的树高生长最为显著 达到 2 5m 图 1不同林龄云杉胸径分布状况 Figure 1 Distribution of DBH of different standage 图 2不同林龄云杉树高分布状况 Figure 2 Distribution of height of different standage 2 3 2立地条件对云杉林生长特征的影响 在不同的海拔条件下 树木胸径 树高呈现不同的分布状态 如图 3 4 以及表 5 所示 6 块林龄同为 20a 的云杉样地平均胸径 平均树高与海拔均为正相关性 其中平均胸径与海拔为显著正相关 说明在云 杉分布的低海拔区域 一定程度的升高海拔更有利于云杉的胸径生长及树高生长 与以往研究结果一 致 7 8 表 4不同林龄云杉生长状况 Table 4 Growth situations of different stand age of Picea asperata forests 林龄 a 平均胸径 cm 平均树高 m 平均密度 N hm2 平均 郁闭度 单株平均 蓄积量 m3 101 51 9837 50 20 156 03 51212 50 200 0051 207 74 6851 80 320 0103 259 27 11160 40 250 0246 3012 28 6725 00 260 0496 4013 39 91275 00 400 0541 表 5海拔与平均胸径和 平均树高的相关性 Table 5 Correlations between altitude and mean DBH and mean height 海拔胸径树高 海拔1 胸径0 888 1 树高0 5550 6141 在 0 05 水平 双侧 上显著相关 坡向不同 6 块同龄云杉样地平均胸径 平均树高分布状况 图 5 6 除一块阴坡样地平均生长指标 略低外 其余样地总体呈现阴坡生长状况优于阳坡 梁顶样地指标介于阴 阳坡之间 3讨论 1 华家岭防护林带所处地理位置表现为阴湿风大 地势高寒 沟壑纵横 坡陡沟深等特征 自然环境 恶劣 根据华家岭气象站常年观测 光 热 水资源严重不足 风力资源丰富 杨树由于其速生性等生态学 特性 在林带建设初期对当地调节区域小气候 防止水土流失起到了重要作用 9 12 但随着林带的生长 对当地自然环境的不适应性逐渐显现 总体表现出了生长衰退 发育不良 主枝枯梢 侧枝丛生 树皮粗糙 05 干旱区资源与环境第 29 卷 度厚 树冠平顶 偏冠 旗形 叶形变小 厚度增加 林相残败 树体未老先衰等低质低效特征 而后期防护 林带改造中引入的耐阴性较强 喜寒冷与冷湿气候的云杉 油松等针叶树种 其油松纯林的平均胸径 树高 及单株蓄积量均已超过杨树纯林 云杉纯林的平均胸径 树高 单株蓄积量也已接近杨树纯林 云杉 油松 针叶纯林虽属幼龄林 但各项生长指标均优于或接近成 过 熟的杨树纯林 研究表明 幼龄期的云杉 油 松适宜在华家岭地区生长 但树木生长周期较长 对其中龄林到成熟林阶段的适宜性问题 以及用云杉 油松等针叶树种改造杨树低质低效林的防护林经营方法是否成功等问题 还有待于今后长期的跟踪研究 图 3不同海拔云杉胸径分布状况 Figure 3 Distribution of DBH of different altitudes 图 4不同海拔云杉树高分布状况 Figure 4 Distribution of height of different altitudes 图 5不同坡向云杉胸径分布状况 Figure 5 Distribution of DBH of different slope aspects 图 6不同坡向云杉树高分布状况 Figure 6 Distribution of height of different slope aspects 2 防护林带林木密度受到初植密度 树木间伐更新 人工混交种植等多因素影响 从表 2 表 5 反映 的数据可以看出 华家岭人工防护林带的林分密度分布在 956 80 N hm2 1464 50 N hm2 林分密 度与树木胸径呈负相关性 13 14 调查区域内纯林 混交林林木密度与平均胸径均呈现此规律 林分密度对 树高的影响比较复杂 结论不一 有研究表明 密度对树高有影响 但影响较弱 在相当宽度的一个中等范 围内无显著影响 15 16 也有研究结果是树高生长随林分密度的增大而增大 17 该地区调查数据显示 林 分平均树高随密度的增大而降低 与以往研究结果一致 18 19 林分密度作为影响林分平均树高 胸径的 重要指标 今后在华家岭防护林带的建设中 应调整林分密度 使生长不良的杨树充分利用林分空间 使其 生存状态得以缓解 在混交林中 随着针叶树种的逐渐生长 可通过阶段性伐除杨树方法来控制总体林分 密度 以促进华家岭人工防护林带更加科学合理健康发展 3 华家岭海拔 2000m 2457m 通过对不同海拔云杉林的生长指标对比 发现海拔与云杉生长状况 为正相关 符合云杉耐阴 耐寒的生态学特性 20 21 及海拔适应范围 因此云杉群落在该区域表现出良好的 生长状态 受地形条件的影响 华家岭防护林带阴 阳坡林木生长具有显著的差异性 阴坡分布的林分平均 胸径 平均树高均优于梁顶 阳坡林分 在今后的防护林带改造中 条件允许的情况下 根据所选树种特 性 应优先考虑阴坡栽植 15 第 1 期赵赫然等华家岭防护林带不同树种生长特征分析 4结论 1 华家岭防护林带中 已属成 过 熟的杨树林带总体表现为生长衰退 林相残败 而属幼龄林的云 杉 油松林带则生长状态良好 目前 其 22a 生云杉纯林和 20a 生油松纯林的平均胸径 平均树高 单株蓄 积量均已超过或接近平均林龄 37 5a 的杨树纯林 2 林分密度是制约林木生长的重要因素 本研究表明 华家岭防护林带中不同树种的平均胸径 平 均树高均与林分密度呈负相关性 受林分密度的影响 区域内云杉 杨树混交林的生长状况略好于杨树 纯林 云杉纯林和油松纯林的生长状况优于云杉 油松 云杉 落叶松混交林 3 华家岭云杉防护林带的平均树高 平均胸径均与海拔呈正相关性 且阴坡环境更利于云杉防护林 带的生长 参考文献 1 宋子才 华尚铭 华家岭林带考察报告 J 甘肃农大学报 1983 4 53 63 2 冉雄林 华家岭林带人工低产林改造试验 J 甘肃林业科技 2003 28 3 57 60 3 张彦杰 马惠萍 张宏斌 甘肃华家岭 葫芦河一带韧性剪切带的发现及其地质意义 J 西北地质 2003 36 3 24 28 4 南耀明 董建刚 陈丽霞 赵赫然 方龙 华家岭防护林结构调查研究 J 甘肃林业科技 2013 38 1 13 16 5 南耀明 董建刚 陈丽霞 段雅楠 赵赫然 华家岭防护林带生态现状及经营对策分析 J 甘肃林业科技 2013 38 1 17 19 6 田新辉 孙荣喜 李 军 等 107 杨人工林密度对林木生长的影响 J 林业科学 2011 47 3 184 188 7 邸华 刘建泉 丁国民 东大河林区青海云杉种群空间分布格局在海拔梯度上的变化 J 甘肃科技 2012 28 23 149 152 8 刘贵峰 臧润国 张新平 等 不同经度天山云杉林分因子随海拔梯度的变化 J 林业科学 2009 45 8 9 13 9 刘德良 梅州市城市森林结构研究 J 林业科技 2011 35 6 61 62 10 金久宏 萧山区森林结构优化分析 J 林业科技情报 2009 41 1 4 5 11 汤孟平 森林空间结构研究现状与发展趋势 J 林业科学 2010 46 1 119 120 12 姜孟霞 森林的结构与调整 J 林业经济问题 2010 30 6 551 553 13 王多尧 祁连山 北坡 青海云杉群落物种多样性研究 D 甘肃农业大学 2005 14 宝秋利 代海燕 张秋良 等 大青山主要林型林分密度与竞争关系的研究 J 干旱区资源与环境 2011 25 3 152 155 15 丁贵杰 周政贤 马尾松不同造林密度和不同利用方式经济效果分析 J 南京林业大学学报 1996 20 2 24 29 16 丁贵杰 周政贤 严仁发 等 造林密度对杉木生长进程及经济效果影响的研究 J 林业科学 1997 33 1 76 75 17 徐勃 张仕清 同仁地区青杨速生丰产林几种常用造林密度对生长的影响 J 青海大学学报 自然科学版 2002 20 2 8 10 18 童书振 盛伟彤 张建国 杉木林分密度效应研究 J 林业科学研究 2002 15 1 66 75 19 李晓宏 密云水库油松人工林的林分密度与生长因子 J 浙江林学院学报 2010 27 6 821 825 20 周国芳 西藏昌都地区云杉群落空间分布格局的分形分析 J 中南林业调查规划 2002 21 3 62 65 21 刘翠玲 潘存德 梁瀛 等 鳞毛蕨 Dryopteris filix mas 天山云杉林种群结构分析 J 干旱区研究 2006 23 1 60 65 Growth caracteristics of different tree species for shelterbelt in Huajialing ZHAO Heran WANG Hui DUAN Yanan College of Forestry Gansu Agricultural University Lanzhou 730070 China Abstract Different tree species of shelterbelts in Huajialing located in the Loess hilly region were taken as the research object in this paper The growth index of different stand types