天然云冷杉针阔混交林林木年龄的估测

天然云冷杉针阔混交林林木年龄的估测

中国的森林资源主要是天然林。根据第六次全国森林资源清查结果,我国森林总面积1.75亿hm2,森林蓄积124.56亿m2;其中人工林面积0.53亿hm2,蓄积15.05亿m2。可见,我国的天然林面积占总面积的70%,而其蓄积占森林蓄积总量的88%。在未来相当长的时间里,国民经济用材主要还是来源于天然林。因此,对天然林的深入研究非常有必要。受树种多、空间分布复杂和发育阶段各异等的影响,天然林中树木年龄的测定难度很大。许多研究表明,林木的直径生长与年龄呈正相关,并可建立一定的生长模型。笔者进一步探索天然林林木年龄和胸径间的定量关系,为林木林分年龄的测定和预估提供参考,从而提高林分收获预估模型的精度;并简单分析相同径阶的林木年龄变动的原因,对以后林分年龄的深入研究(如建立林分年龄的模型)有一定的意义。1云冷杉林总经营面积及年际变化试验地区位于吉林省汪清县境内东北部金沟岭林场,属长白山系,东经129°56′～131°04′,北纬43°05′～43°40′。全林林场经营面积共16286hm2。在全部林分中,云冷杉林占80%,是本地区分布最广的森林类型,平均年龄约60a。现有的云冷杉针阔混交过伐林是在原始林经过2～3次强度为30%～50%的择伐后形成的,林分蓄积量100～200m3/hm2(原始林多为350～450m3/hm2),林分株数分布以小径木为多。2不同径阶树的生长曲线所用数据为1988年吉林省汪清林业局金沟岭林场8块过伐林区皆伐样地的1678株标准木数据。其中,针叶树主要包括470株冷杉(Abiesnephrolepis)、420株云杉(Piceakoraiensis)和251株红松(Pinuskoraiensis),阔叶树主要包括217株椴树(Tiliaamurensis)、128色木(Acermono)、147株枫桦(Betulacostata)、45株榆树(Ulmuspumila),具体情况见表1。从表1中可以看出,8个皆伐样地林型基本一致,每公顷蓄积160～325m2。将所有林木的实测胸径转化为径阶(2cm),再计算出不同径阶的平均年龄;采用Excel、ForStat2.0绘制林木年龄与径阶之间的散点图,选择最优的生长曲线拟合。用于拟合的曲线类型见表2。3结果与分析3.1不同树种生长的最优方程从图1可看出,红松、冷杉和云杉3种针叶树的胸径生长与年龄呈明显的正相关,随着年龄的增大,胸径生长量总体趋势在增加。冷杉生长最快;红松生长速度较冷杉和云杉慢,胸径随着年龄的变化增长幅度较小。从图2可以看出,4种阔叶树的胸径与树龄也呈明显的正相关,且胸径生长变化的趋势较一致。可以粗略地看出,随着年龄的增加,枫桦相对其它3种阔叶树生长速度最快;其他树种的生长速度在所调查的树龄范围内没有很明显的变化。榆树的胸径到90a以后波动较大,主要是该树龄段的林木株数较少,且同一龄级内胸径差异较大。采用研究方法中提出的6种方程对7个树种的胸径随年龄变化的趋势进行模拟,结果见表3。从表3可以看出,由拟合结果根据相关系数最大、剩余方差最小的原则,得出7个树种的最优方程,不同树种其生长的最优方程有所不同。红松、枫桦、色木和榆树用乘幂函数很好地表达;冷杉、云杉和椴树用抛物线方程能很好地拟合。比较相关系数可看出,榆树相对较低,这可能与榆树胸径生长后期的统计数据有关。将7个树种由模拟方程得出的胸径绘制其生长随树龄变化的过程曲线,见图3。从图3中可以看出,生长到相同的胸径,针叶树所需的时间要比阔叶树短。针叶树在幼年生长期,冷杉和红松比云杉生长稍快些;随着年龄的增加,冷杉的生长超过红松和云杉。阔叶树中枫桦例外,初期的生长比较慢,35a以后,生长速度急剧增加,先后超过椴树、云杉、红松,50a以后超过臭松。由胸径生长方程拟合的相关性可以看出,各树种的最优生长方程能很好地表达其胸径生长规律;由生长方程得出的胸径生长过程曲线,可以看出树种的生长规律基本符合其本身的生物学特性。因此,在当地的林分生长收获预估中,可采用该生长方程预估林分以后的生长状况,对当地林分的合理经营有一定的指导意义。本研究区树种生长规律变化的主要原因可能是本地区原始林为云冷杉暗针叶林及阔叶红松林,是当地的顶级群落;虽然经过长期的经营活动及其他人为干扰,部分天然红松针阔混交林已经演替成多种森林类型,但仍保留其优势树种。3种针叶树处在林分的主林层,在上层生长不受抑制,受竞争影响较小,故生长较快;4种阔叶树具有强大的有性或无性更新能力,一般处在二、三层,树木生长于上层不连续树冠之间,生长易受周围环境影响。在林分生长后期,椴树、色木和榆树逐渐成为针叶树的伴生树种,生长速度与针叶树较一致;而枫桦为伐区或火烧迹地的先锋树种,对土壤适应性广,萌芽能力强,生长最快。3.2不同径阶林木的年龄差异从图4可以看出,3种针叶树的径阶平均年龄随径阶增大而增大,但并不呈简单的线性关系。3个树种在径阶为30～40cm时期,相同径阶林木年龄波动较大,在生长后期同径阶的年龄变动相对较小。冷杉同径阶的年龄波动最大,不太稳定。红松等3种针叶树的生长速度慢,外界环境影响也不大,故幼年期相同径阶林木的年龄差异不大。随着树木的不断生长,其周围的环境对其影响越来越大,特别是周围邻木会对其产生竞争,抑制其生长,使得处于相同径阶的林木年龄差异很大。从图5看出,4种阔叶树的径阶平均年龄随径阶也呈规律性的变化;但其变动较针叶树小,且不同树种变动程度不同。枫桦和榆树同径阶的年龄变动幅度小;椴树和色木较大。由于阔叶树的生长周期短,故其同径阶林木的年龄变动较针叶树小。枫桦和榆树的萌芽力强,且生长快,所以同径阶林木的年龄差异小;椴树和色木稍耐荫,随着径阶增加,变动有所增大,周围环境对其影响不可忽视。对需不同光强度的树种来说,光因子对其生长有着很大的影响,进而会影响到林木的年轮形成,从而产生相同径阶林木年龄的差异。总的来说,林木的年龄随着径阶增加,不同径阶其变化幅度不同,生长中期幅度较大,而后期减小。由于生长中期林木生长旺盛,养分竞争激烈,导致林木生长状况差异很大;后期周围林木间养分竞争有所减缓,保留下的林木生长差异减小,从而使林木总体年龄变动减小。故在林分生长后期应采取适当的经营措施改善林分环境,使保留木更好地生长。3.3径阶平均年龄与径阶关系的方差分析径阶平均年龄与径阶呈规律性变化(图4和图5),对7个树种的径阶平均年龄与径阶关系方程,见表4。根据相关系数最大、剩余方差最小的原则,选出最优方程。从表4中可以看出,红松、椴树和色木的径阶平均年龄与径阶关系的规律较一致,均可以用乘幂函数很好地表达,指数函数能很好地描述冷杉和枫桦的径阶平均年龄规律,云杉和榆树则分别用抛物线和对数函数表达效果更好。利用Excel对各树种实际的径阶平均年龄与由方程得出的理论值进行方差分析,经F检验,结果无显著差异,故这些方程可行。因此,外业调查中,由于胸径很容易测定且准确,就可以通过此关系方程能较准确地估计当地林木的年龄,避免外业调查的不准确以及对林木的伤害。由林木的年龄就可以准确地估测林分的年龄,了解林分生长动态,提高收获预估的精度。3.4不同树种生长的时间将各径阶带入7个树种的年龄与径阶关系最优方程,得出各径阶平均年龄的理论值,绘制径阶与年龄的关系曲线,见图6。从图6可看出,所有树种幼年期生长较快,随着径阶增大,生长一个径阶所需时间增加;而榆树在生长后期较其他几个树种快;枫桦随着径阶增大,生长速度变小。针叶树种初期生长较快,阔叶树中期生长较快;随着径阶的增大,后期阔叶树生长到同一径阶时所需的时间比针叶树种要长很多,而先锋树种枫桦逐渐退出生物群落,椴树、榆树和色木等荫性树种取而代之,成为顶级群落的伴生树种。4林木年龄与密度根据数据资料,对林木从胸径随年龄的变动和相同径阶林木的年龄差异两个方面进行分析,得出林木年龄和胸径之间具有明显的正相关,并呈一定的规律性变化。采用6种方程对7个树种的胸径随年龄的变化进行模拟,结果表明,红松、枫桦、色木和榆树用乘幂函数很好地表达;冷杉、云杉和椴树用抛物线方程能很好地拟合,相关系数均在0.91以上。因此,在当地的林分生长收获预估中,可采用该生长方程预估林木林分以后的生长状况,对当地林分的合理经营有一定的指导意义。由相同径阶林木的年龄差异分析,得出林木的径阶平均年龄随径阶呈一定的规律性变化。红松、椴树和色木的径阶平均年龄与径阶关系的规律较一致,均可以用乘幂函数很好地表达,指数函数能很好地描述冷杉和枫桦的径阶平均年龄规律,云杉和榆树则分别用抛物线和对数函数表达效果更好,相关系数均在0.95以上。故在外业实际调查中可采用该模型进行林木年龄的估测,节省了许多时间以及人物力资源,并减少林木因生长锥或其它方法调查林木年龄所受的伤害和不准确性。再由林木的年龄估算林分的年龄,提高森林资源调查监测和林分收获预估的精度。然而,同径阶的林木年龄有一定的差异,尤其针叶树差异更大。径阶林木的年龄在不同生长发育阶段,其变化幅度不同,幼年期期变动较小,到生长中期幅度增加,随着径阶继续增大后期变动幅度减小并趋于稳定。主要是受周围生长环境的影响,相邻木的空间位置和其对养分竞争均会形成同径阶林木年龄的差异。因此,用该方程估测林木个体的年龄会产生一定的误差。笔者对林木胸径和年龄的相互关系研究,均从单因子出发,只建立了简单的一元回归统计模型。以后的研究可从多因素考虑,进行多元回归统计分析,建立多因子的相关方程,提高预估的精度,指导林分的科学经营。目前林木相关性的研究逐渐发展,并有可能成为新的学科,将会在今后的林业建设中产生深远的影响。研究得出林木的年龄与径阶的变动关系,可以看出相同径阶林木年龄的差异,但对其影响因素研究还较少。不同树种其具体情况不同,影响因素除了其本身的生物学特性,还有林木周围的生长环境,周围林木的相对空间位置以及相互之间的距离,林木生长分布等。因此,以后的年龄变动研究可以通过林木之间的相对空间位置、林分密度和林木生长的立地条件等来定量分析,根