落叶松人工林生物量密度控制图的编制

向玉国 ，郑小贤，刘波云，高 祥 ，徐 光

(1.北京林业大学 森林资源与环境管理国家林业局重点实验室，北京 100083；2.吉林省汪清林业局，吉林 汪清133200)

落叶松人工林生物量密度控制图的编制

向玉国1，郑小贤1，刘波云1，高 祥2，徐 光2

(1.北京林业大学 森林资源与环境管理国家林业局重点实验室，北京 100083；2.吉林省汪清林业局，吉林 汪清133200)

以吉林省汪清林业局金沟岭林场的落叶松人工林为研究对象，首先建立了不同立地条件、不同密度落叶松生物量估计模型，然后编制了不同地位指数级的落叶松生物量林分密度控制图，并检验分析了其在实际生产中的应用，结果表明本研究结果能满足经营需要。

落叶松；生物量；地位指数级；密度控制图

随着全球气候变化，人类对森林生物量的关注度与日剧增。世界各地的学者针对热带雨林、温带阔叶林、北方针叶林的生物量做出了大量的研究，并估算了世界上不同地区、不同类型的森林生物量。由于森林生物量是森林生态系统最初的第一性生产积累量，因此在碳储量等许多研究中起着十分重要的作用。我国经过三十多年的研究，对主要森林生态系统中的乔木、林下植被、凋落物、粗木质残体、根系等生物量都进行了大量的估测。[1-8]

很多学者研究了林分蓄积量与林分密度的关系，并编制了林分密度控制图，具有很高的实用价值。[9-19]对于林分密度与生物量的关系，我国目前仅有少量研究。[20-21]落叶松人工林是东北、华北地区的主要人工林类型，是我国的主要用材林。现阶段生物量的研究大多数是生物量估测模型的研究，[22-23]生物量与林分密度之间的研究相对较少，本研究试图以落叶松人工林为例，将生物量研究成果通过类似林分密度控制图的形式、分别不同立地条件呈现在图表上，进而为森林抚育和森林经营提供技术支撑。

1 研究区概况

金沟岭林场坐落于吉林省汪清县境内的东北部。地理坐标为北纬 43°22'，东经 130°10'。海拔为30～1 200 m，坡度5°～25°，个别陡坡在35°以上。属长白山系老爷岭山脉雪岭支脉，该地区四面环山，地貌属低山丘陵，阳坡地形较陡，阴坡地形平缓。是汪清河三大支流中的第二支流的发源地。金沟岭林场东接荒沟林场，西靠塔子沟林场，南与十里坪林场接壤，北临地阴沟林场。气候属于温带大陆性季风气候，年平均气温3.9℃，积温2 144 ℃，年降水量600～700 mm。林场经营面积16 286 hm2，其中有林地面积为15 352 hm2。在有林地面积中，天然林为12 808 hm2，人工林为2 544 hm2，人工林主要为兴安落叶松。

2 研究方法

2.1 数据资料

1986年北京林业大学在金沟岭林场建立了20块面积分别为25 m×25 m、20 m×30 m、40 m×50 m的不同立地条件、不同密度的兴安落叶松固定样地，每2年调查一次，截止2010年已有13期调查数据；2010年新设置了6块40 m×50 m的兴安落叶松临时样地，选取71株解析木分析生物量，调查数据整理见表1。

表1 样地数据基本信息Table 1 Basic information of standard plot data

2.2 数据处理

利用SPSS、Origin、Excel等数据分析软件，对调查数据进行处理，分析生物量与立地条件、林分密度的关系。

3 落叶松生物量林分密度控制图的编制

3.1 落叶松人工林立地类型的划分

首先编制地位指数级表。其中：确定基准年龄为25年，选择树高生长方程H=a+be-e，其参数值和曲线如表2和图1。

表 2 树高生长方程参数值Table 2 Parameter values of tree height growth equation

3.2 落叶松生物量密度控制图的相关模型

3.2.1 传统林分密度控制图的相关模型

根据已有的林分密度控制图，有如下几种数学模型。

等树高线：Μ=a11×Hb11×N-a12×Hb12×N2

图 1 地位指数级曲线Fig. 1 Status exponential curves

等疏密度线：Μ=Kp×N-K3+1

最大密度线：Μ=Kp=1.0×N-K3+1

自然稀疏线：Μ=K5×(N0-N) ×N0-K3

等直径线： Μ=a×Db×Nc

式中，Μ为森林蓄积量 (m3/hm2)，H为树高(m)，N为林分密度(株/ hm2)，D为林分平均直径(cm)，a11、b11、a12、b12、Kp、K3、K5、N0、a、b、c均为参数。

3.2.2 落叶松生物量密度控制图的相关模型

通过对落叶松地上生物量与蓄积量的关系进行了拟合与分析，表明了落叶松生物量随其蓄积量的增加而增加，且表现出明显的线性关系，两者的关系式可表示为：

B=0.5803Μ– 4.6954 R2= 0.9655，n = 32

式中，B为森林生物量 (t/hm2)，Μ为森林蓄积量 (m3/hm2)。

利用生物量与蓄积量之间的关系式，结合上述林分密度控制图的几种数学模型，可得出，生物量密度控制图的几种数学模型。

等树高线：

B=(a11×Hb11×N-a12×Hb12×N2) ×0.580 3-4.695 4

等疏密度线：

B=(Kp×N-k3+1)×0.580 3-4.695 4

最大密度线：

B=(a×N-b)×0.580 3-4.695 4

然稀疏线：

B=[K5×(N0-N)×N-K3]×0.580 3-4.695 4等直径线：

B=(a×Db×Nc)×0.580 3-4.695 4

3.2.3 落叶松生物量密度控制图的相关参数值

通过非线性回归分析，可求得各方程式不同立地条件下的参数值，具体的数值见表3：

表 3 生物量密度模型参数Table 3 Parameter values of biomass density models

3.3 落叶松生物量密度控制图的编制

利用上述研究结果建立不同立地条件、密度下的生物量预估数学模型，进而绘制出不同立地条件的生物量密度控制图（见图2 、图3和图4）。生物量密度控制图包括等树高线、等直径线、等疏密线、最大密度线和自然稀疏线。其中，等树高线为斜向右上方的实心线，单位为m；等直径线为斜向右上方的虚线，单位为cm；等疏密度线为斜向右下的粗实心线，疏密度为1.0的等疏密度线为最大密度线，自然稀疏线为向下的虚线，分别为1 000、2 000、3 000、4 000，单位为株 /hm2。

图2 地位指数级的生物量密度控制Fig. 2 Biomass density control of status exponential class I

图3 Ⅱ地位指数级的生物量密度控制Fig. 3 Biomass density control of status exponential class II

图4 Ⅲ级地位指数级的生物量密度控制Fig.4 Biomass density control of status exponential class III

4 生物量林分密度控制图的应用

如果已知落叶松人工林林分的地位等级、平均直径、林分密度时，可利用落叶松生物量密度控制图进行生物量估计。例如，已知某Ⅱ地位指数级的落叶松人工林平均直径D=14 cm，密度N=2 000株/hm2，预估此林分的生物量及其成熟龄可按以下步骤进行估算：

第一步：从图1得该林分在15、20、25、30年生时相应的林分上层木平均高分别为8.9 m、11.0 m、12.9 m、14.6 m。

第二步：根据林分上层木平均高，选择在Ⅱ地位指数级的生物量密度控制图(图3)上直径为14 cm的等直径线、密度为2 000株/hm2的自然稀疏线上查得相应15～30年生的生物量，分别为30 t/hm2、59 t/hm2、93 t/hm2、128 t/hm2。

第三步：计算林分生物量的连年生长量和年平均生长量，确定两者相等时(也是林分生物量平均生长量最大时)的年龄，即为该落叶松林分生物量成熟龄。在此例中，通过计算得出林分生物量成熟龄为30年，此时林分生物量为128 t/hm2，生物量的年平均生长量为4.2 t/hm2，成熟林分的胸径为20.7 cm。

5 小 结

利用传统的林分密度控制图的编制方法，分别立地条件建立等树高线、等直径线、最大密度线、自然稀疏线、与生物量之间相互关系的模型，编制不同立地条件下、不同密度的生物量密度控制图，为人工林生物量预估和抚育采伐设计提供了实用的工具，也为人工林碳汇经营提供了技术支撑，对提高人工林经营有实际价值。

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Establishment of Larix olgensis plantation biomass density management diagrams

XIANG Yu-guo1, ZHENG Xiao-xian1, LIU Bo-yun1, GAO Xiang2, XU Guang2
(1. Key Lab. for Silviculture and Conservation of Ministry of Education, Beijing Forestry University, Beijing 100083, China;2. Wangqing Forestry Bureau in Jilin Province, Wangqing 133200, Jilin, China)

By taking the Larix olgensis plantation in Jingouling Forest Farm of Wangqing Forestry Bureau in Jilin Province as the research object, fi rst of all, the biomass estimation models were set up for the plantations with different habitats and different density;then, the density control diagrams of L. olgensis biomasses with different status exponential order were drawn up; fi nally, the models and diagrams were verif i ed through actual production. The results show that the intuitive results of this study can meet the operating needs.

Larix olgensis; biomass; status exponential order; density control diagram

S791.22

A

1673-923X(2013)10-0099-04

2013-03-16

“十二五”国家科技支撑计划“南方集体林区生态公益林可持续经营技术研究与示范”（2012BAD22B05）

向玉国（1985-），男，湖南人，硕士研究生，主要研究方向：森林可持续经营

郑小贤（1956-），男，上海人，教授，博士生导师，主要研究方向：森林可持续经营理论与技术。

Email：zheng8355@bjfu.edu.cn

[本文编校：吴 彬]