南方型杨树人工林最适经营密度及造林株行距研究

南方型杨树人工林最适经营密度及造林株行距研究

柳树属杨柳树科，适应性强，分布广泛，种植品种多、易加工。这是短期工业木材的优良树种之一。自20世纪70年代南方型黑杨派无性系在湖北省引种成功后,全省进行了大面积的南方型杨树的栽培造林。林分密度的大小直接关系到林分的生长发育、产量和质量,林分的适宜密度是森林抚育间伐的重要技术指标之一。因此,开展南方型杨树人工林的最适经营密度研究具有重要的意义。确定林分最适经营密度的方法有很多,国内外学者在此方面做了很多工作和探索。有通过进行造林密度对比试验的,有从林木的营养面积入手,应用多目标局势决策或根据胸径与树冠面积的相关关系去探讨的,有用马尔柯夫过程理论对林分生长的动态规律进行模拟而进行密度优化研究的,有应用X1试验区详情1.1设置详细样地综合考虑林分所处立地条件、林分年龄、林分密度差异以及不同的品种(品系)、不同的培育目标、不同的抚育措施等因素,在石首、公安、洪湖、监利、潜江、沙洋、襄樊、枣阳、钟祥、天门10个县市设置详细样地。1.2ph值的确定试验区多为平原湖区,少为低山丘陵及岗地。海拔高在20～70m左右。土壤主要是潮土、沙土和壤土,土层厚度在30～100cm之间,pH值为5.6～8.0。年平均气温15.3～17.2℃,1月均温3.0～4.7℃,极端低温可达-14.6～-15.2℃,极端高温在38.1～41.0℃之间,日平均气温≥10℃的活动积温为5081.6～5400.0℃,年日照时数为1844.0～2112.6h,无霜期长达224～290d,年平均降雨量为957.8～1550.0mm,相对湿度在76%～85%,属亚热带大陆性季风气候区。2林分密度调查10个县、市设置的31块详细样地,每个样地面积为0.06hm每个样地内进行每木调查,实测林木胸径、树高、冠幅和枝下高;选择林分平均木与优势木各1株,按1个龄阶,2m区分段伐倒进行树干解析,同时进行林分生物量调查。调查品种主要有中石、中嘉、中潜、中公、常绿杨、天寅杨等30余个品种(品系),树龄从3～13a,胸径6～39cm,树高6～25m,形数0.363492～0.534737。3方法和结果3.1适用于商业密度模型的构建3.1.1地位指数曲线模型根据标准地调查资料,用Richards方程拟合林分优势木平均高与树龄的关系,用比例法建立地位指数曲线模型。上式中,Hk=0.1523974相关系数r=0.89663043.1.2南方型杨树林分经营密度模型的构建材分立木密度与林分产量的直接关系可由林分密度二次效应模型来表示,且由于该模型在动态规划的寻优过程中具有良好的数学性质,故本文以该模型作为基础模型,结合林分优势木平均高模型,从而导出南方型杨树林分的最适经营密度模型。林分密度二次效应模型表示为:上式中,M为林分单位面积蓄积量(m模型参数采用2次拟合求解,先确定中间参数A、B,再根据A、B与待定参数的关系,运用SPSS统计分析软件即可求得。结果为:3.1.3密度控制算法以立木密度N作为控制变量,以林分蓄积作为状态变量,则马尾松飞播林林分密度控制的决策过程的状态转移方程为:上式中,i=1,2,3,……,j;N边界条件:性能指标函数上式中,R最优林分密度控制就是要寻找最优控制序列(用动态规划方法求解⑥式就可以导出林分最优经营密度模型。对j次决策中的第i次有:⑦式就是以林分密度二次效应蓄积收获模型为基础的动态规划林分经营密度模型。3.2间伐间隔期的确定(1)林分优势木平均高的计算:根据地位指数曲线模型①式分立地指数,将年龄代入,求得各立地等级各年龄阶段林分的优势木平均高,结果(见表1)。(2)林分最适经营密度的计算:将相应的林分优势木平均高和密度二次效应模型参数d表2数据表明:随着林分年龄的增大,各地位指数级林分的密度越来越小,说明运用动态规划导出的经营密度模型反映了林分的生长规律。同时,对于年龄一致的林分,最适密度随地位指数的增加而逐渐减少,说明在抚育间伐时,若间伐间隔期相同,立地质量好的林分由于林木生长较快,保留株数就应相应减少;反之,立地质量差的林分,因林木生长较慢,保留株数应相对多一些。因此,不同立地质量的林分在相同时间按最优经营密度进行间伐,就会在间伐后的相同时间再度达到郁闭。亦即表明:对于不同立地质量的南方型杨树人工林,若要保留相同的立木株数密度,其间伐间隔期就应因立地条件的不同而有所不同,立地条件好,间隔期短,立地条件差,间隔期长。表2所列的是各个年龄阶段的最优保留密度,在进行抚育间伐时,应根据现实林分的具体状况,诸如立地条件、初植密度、主伐年龄、轮伐期及培育目标等,以及经营单位的经济条件,确定适宜的间伐强度、间隔期和间伐次数,以实现南方型杨树人工林林分密度的优化控制。3.3南方型杨树人工林的造林密度根据各种立地指数级在第1年时的最适经营密度(表2),可推算出单株林木在理论上的最适营养面积。以此为依据,考虑到群众的栽培习惯,造林施工时的可操作性,得出南方型杨树在不同立地条件下的初植株行距,结果(见表3)。从表3中可以看出:(1)立地条件较差时,南方型杨树人工林的初植株行距宜较小,初植密度大,一方面可以提高造林成活率,使林分及早郁闭,以增强对不良环境的适应性,另一方面也可充分发挥其生态功能。(2)立地条件较好时,林木个体生长快,造林株行距要适当大一些,以充分满足林木生长发育所需的营养空间。(3)南方型杨树人工林的造林密度不能太小,造林株行距不宜低于4.0m×5.0m,以充分利用土地资源,取得单位面积的最大经济效益。除非某些林种,如护堤防浪林等,或者某种工业用材林,对株行距有特殊要求。(4)不同立地条件下的初植株行距,仅供造林时选择或参考,各个地区营造南方型杨树人工林应根据实际情况,综合考虑土壤、海拔、地下水位、坡长、坡度、坡向等因素,因地制宜确定造林的合理密度。4密度效应模型的建立最适经营密度是林分经营过程中1个必需加以考虑和研究的问题。用动态规划研究最适经营密度实际上是1个最优控制问题。本文以密度效应模型为基础,结合地位指数曲线模型,用连续状态的