架空线下速生桉和湿地松优势木生长规律研究

架空线下速生桉和湿地松优势木生长规律研究

电力线路的安全运行往往受到走廊中树木生长的严重威胁，尤其是一些生长迅速、树干高的树木。如果安全距离不足，树木容易出现快速崩溃和误差，这很容易导致损坏。统计表明,超高树木造成的安全事故约占全部安全事故的46%,由此可见,超高树木是影响线路安全运行的主要因素之一。在南方电网地区,近年来随着林地经营权的确定,当地农户利用线行下的空地种植了大量的速生经济林木,其中种植最多的是速生桉,速生桉生长迅速,树高最大年生长量可达6m以上,成材桉树高度可达25m,一般线路根本无法满足安全运行的要求,即使是高跨设计的线路,目前设计考虑的树木生长最终高度一般只有20m,仍然无法满足安全运行的要求,因超高树木导致的树闪故障呈逐年增加态势。目前,线路运行管理部门普遍开展了高杆树木防治专项工作,通过合理调整线路巡视周期,对超高树木等外力破坏建立“黑点”档案,同时明确责任人,加强监控,不断加大超高树木隐患的处理力度,但超高树木引起的线路跳闸仍然无法杜绝,根本原因是巡线人员仅仅通过肉眼凭经验估计树木的生长速度,存在很大的不准确性。对树木的生长规律进行研究是林业科研的重要方面,其中速生树种的生长规律更是许多学者研究的重点,例如,花利忠(2004)、岑巨延(2007)、薛鹏(2009)、MiehleP(2009)、陆玉云(2010)、刘建敏(2011)、陈鹏飞(2012)、罗若灯(2012)、邓利(2013)等对速生桉的生长规律进行了研究本论文选择架空线下主要超高树木为研究对象,充分考虑立地条件和林木起源等影响树高生长的因素,采用树干解析法,对架空线下优势木的高生长规律进行研究,构建超高树木树高生长模型,为准确预测树木的树高生长提供科学依据。本研究成果在结合导线弧垂变化规律研究成果的基础上,可构建超高树木安全距离预警系统,有利于合理制定超高树木的修剪或砍伐时间,有效提高架空线路的运行安全可靠性。1试验区域和试验方法1.1东省东北部地理位置选择南方电网广东省河源市为试验地,河源位于广东省东北部,地处东江中上游,地理位置东经114°14′~115°36′、北纬23°10′~24°47′,面积1.5642×101.2不同立地条件下的解析木组成本试验采用解析木法,对架空线路造成影响的往往都是林分中长得最高的树木,因此解析木的选择只考虑林分中的优势木。同时,速生桉的主伐年龄一般为6年,湿地松的主伐年龄一般为20~25年,因此,所选择的解析木应该是达到主伐年龄的树木。林木生长与立地条件关系很大,根据架空线下立地条件具体情况,可将立地条件分为两类,山脚山腰厚土型(代码Ⅰ):土层厚度40cm以上,有机质含量3%以上,土壤湿润肥沃,位于山凹、山脚或山坡中下部。山顶山脊薄土型(代码Ⅱ):土层厚度40cm以下,有机质含量3%以下,土壤相对贫瘠,位于山顶、山脊或山坡上中部。林木的树高生长节律还与林木起源有关,速生桉有两种起源,一种为实生起源,即通过苗木栽植形成的林子,为第一代林(代码1),另一种是在第一代林采伐后通过伐桩萌芽形成的林子,为第二代林(代码2),湿地松只有实生起源的林子。综上所述,本试验必须考虑两个树种、两种立地条件和两种起源,每种情况砍伐3株解析木,需要的解析木数量见表1。将根据上述条件选取的解析木从树干基部锯倒,测量树高,从基部开始,每隔1m截取圆盘,点数每个圆盘上的年轮数,上一个圆盘的年轮数与下一个圆盘的年轮数的差值即为生长至该高度所需要的年数。2试验结果及分析2.1桉树人工林的生长状况图1为6年生速生桉树高生长过程,从图1可以看出,速生桉的树高生长受到立地条件和林木起源两因素的共同影响,树高生长高峰第一代林为前4年,每年的高生长量可达3~5m,4年生的Ⅰ-1树高可达16.5m、Ⅱ-1树高可达14m,第4年后树高生长趋于平缓。树高生长高峰第二代林为前3年,每年的高生长量可达3~6m,3年生的Ⅰ-2树高可达15m、Ⅱ-2树高可达13.5m,第3年后树高生长趋于平缓;4年生以前,林木起源起主要作用,第二代林的高生长量明显大于第一代林,在起源相同时,立地条件Ⅰ大于立地条件Ⅱ,立地条件Ⅰ的在第4年、立地条件Ⅱ的在第5年,第一代林的树高生长赶上第二代林;至6年生时,树高从大到小排序为Ⅰ-1(19.1m)>Ⅰ-2(18.5m)>Ⅱ-1(17.5m)>Ⅱ-2(17.0m)。由此可见,第二代速生桉的树高生长来势猛、高峰到得早、减弱也比较快,而第一代速生桉的树高生长相对而言来势缓、高峰到得晚、减弱也比较慢。第二代林是在原来伐桩上萌发的,由于新生的萌条能够通过伐桩上强大的根系吸收水分养分,所以前期生长很快,而用苗木栽植的幼林栽后必须经历一个扎根的过程,故前期生长较慢,当完整的根系网形成后,生长就会加速,并在一定的时候超过相同立地条件的第二代林;立地条件也是影响林木高生长的重要因素之一,山脚山腰厚土型的能够为林木生长提供更多的水分和养分,有利于树高生长,而山顶山脊薄土型的为林木生长提供的水分和养分相对较少,不利于树高生长。2.2树高生长的单次生长规律图2为24年生湿地松树高生长过程,从图2可以看出,立地条件对湿地松的树高生长产生巨大影响,24年生湿地松立地条件Ⅰ的树高19.5m,而立地条件Ⅱ的只有13.5m,前者是后者的1.44倍;树高生长高峰立地条件Ⅰ的为前11年,平均年生长1.45m,其中第3和第4年高生长最快,分别为2.5m和2.0m,第11年后,生长平缓,平均年生长0.27m。树高生长高峰立地条件Ⅱ的为前9年,平均年生长1.0m,其中第2年高生长最快,生长2.0m,第9年后,生长平缓,平均年生长0.30m。可见,在立地条件优越时,湿地松的高生长量更大且高峰维持的时间要长一些。2.3种曲线类型模型的拟合以树高(m)为因变量,年龄为自变量,置信度为95%,分别用线性函数型、二次多项式型、复合模型、生长模型、对数模型、3次多项式型、S形曲线型、指数模型、双曲线型、幂指函数型和逻辑模型等11种曲线类型模型拟合,择其相关系数R达显著水平,且R值最大者为最佳模型,结果见表2。从表2可以看出,除速生桉Ⅱ-1的树高生长模型为二次多项式外,其他模型均为3次多项式,R3湿地松的树高生长速生桉第一代林的高生长高峰期为栽后前4年,Ⅰ-1平均年生长4.13m、Ⅱ-1平均年生长3.5m。第二代林的高生长高峰期为栽后前3年,Ⅰ-2平均年生长5.0m、Ⅱ-2平均年生长4.5m。速生桉的高生长受立地条件和林木起源的共同影响,林木起源相同时,树高生长总是Ⅰ>Ⅱ,第二代林前期生长快,后期生长速度显著降低,而第一代林前期生长速度不如第二代林,但后期速度降低也慢,前3年树高排序均为Ⅰ-2>Ⅱ-2>Ⅰ-1>Ⅱ-1,6年生时,排序变为Ⅰ-1>Ⅰ-2>Ⅱ-1>Ⅱ-2。湿地松的树高生长明显受制于立地条件,24年生湿地松树高立地条件Ⅰ(19.5m)>立地条件Ⅱ(13.5m),树高生长高峰立地条件Ⅰ的为前11年,树高可达16.0m,立地条件Ⅱ的为前9年,树高为9.0m。速生桉的高生长非常迅速,特别是第二代林初期生长很快,最大年高生长量可达6m以上。湿地松的生长速度远不如速生桉,但最大年高生长量也可超过2m。因此,对于树木的高生长对输电线路可能造成的影