雁北半干旱风沙区杨树人工林生长规律研究

柴树峰

（山西省杨树丰产林实验局薛家庄林场，山西 大同037000）

雁北半干旱风沙区地域广茂，土地资源丰富，但海拔高，土壤贫瘠而干旱，气温低，降雨量少，日照强，水分蒸发量大，无霜期长，风大而频率高［1］，土地沙化、风蚀、水土流失、盐碱严重，流动和半流动沙丘遍布其境内，被国家列为京津风沙源重点治理区。

杨树（Populus）是山西省的主要造林树种［2］，现有面积32万hm2，占全省森林总面积的21%，蓄积量525万m3，占全省木材总蓄积量的11%。其中，雁北地区的杨树人工林就有24.3万hm2［3］，占全省杨树森林面积的75.9%，是雁北地区森林生态系统的重要组成部分，在调节气候、维护区域生态系统平衡中起着极其重要的作用［4］。随着树龄的增加以及干旱、风沙、土壤贫瘠等生境的生理胁迫［5］，雁北地区杨树人工林经历了幼龄期、更新成熟期、成熟期的生长发育过程，并已进入衰老期和发展成为近30年生、生长质量和生态功能逐步降低的成、过熟林［6］。研究和揭示杨树人工林在半干旱风沙区的生长发育规律，对于雁北地区杨树退化防护林的更新改造具有重要意义［7］。

1 材料来源与研究方法

1.1 材料来源

项目以朔州市、大同市和山西省桑干河杨树丰产林实验局辖区内的成、过熟杨树林为研究对象，以朔城区、平鲁区、右玉县、怀仁县、应县、大同县的黃土丘陵区和平川区的杨树典型成过熟林分为重点进行标准地调查。由山西省杨树局薛家庄林场、朔州市林业技术推广站林业资源调查队、各县（区）林业局、林场专业技术人员进行外业调查。

1.2 研究方法

根据雁北半干旱风沙区杨树人工林（小叶杨Populus simonij Carr）的分布状况，在6县区的平川区和丘陵区共设置标准地24块，样地面积为1／15hm2。用GPS定位仪确定标准地的位置和海拔高度。按照国家森林资源二类资源清查标准进行标准地调查［8］，通过标准地每木检尺，以胸径为指标计算出平均标准木，然后伐倒标准木进行树干解析和地上部分生物量（鲜重）称重。以测定数据分析树高、胸径、材积、生物量（鲜重）的生长发育规律。

2 结果分析

2.1 树高、胸径、材积生长过程及其回归分析

2.1.1 树高生长分析

从图1可以看出：立地条件较好的杨树林幼龄期和更新成熟期（1～12a）林木平均树高生长量为21.5cm；成熟期（12～17a）为高生长的速生期，5年间年平均高生长量达到100cm；衰老期（18a以后）树高平均生长量下降为30cm；立地条件较差的杨树林分成熟期树高生长量明显降低，进入衰老期后树高年平均生长量只有10.5cm，生长量明显降低预示着林分质量下降和衰老进程加快。

图1 薛家庄林场29a生的杨树树高生长曲线图Fig.1 Diagram of tree height growth of Populus in Xuejiazhuang forest center

2.1.2 胸径生长分析

图2结果表明，18年以前胸径生长量呈直线快速上升态势，在立地条件较好的薛家庄林场年平均胸径生长量达到0.46cm，立地条件较差的后寨村也有0.3cm。18年以后林木的胸径生长曲线呈平缓状态，年平均生长量仅有0.19cm。由此可见，无论立地条件如何，18年是半干旱风沙区杨树胸径生长量的转折点，随着林分年龄增长，18年以前胸径生长量递增，之后递减。立地条件较好或管理水平较高的林分，林木胸径生长量递减速度较慢，反之，递减速度较快，林分生长质量快速降低，小老树现象出现较早。

图2 杨树胸径生长曲线比较图Fig.2 Diagram of DBH growth of Populus

2.1.3 材积生长规律分析

2.1.3.1 材积生长与年龄的关系

从图3杨树解析木材积生长曲线可以看出，材积总生长量在10年前较小，林木从8年起进入更新成熟期后，从10年开始进入材积的快速生长期，20年后材积生长量趋于平缓，林木已进入衰老期，而立地条件较好的朔城区银行村东的林木材积总生长量较大。

图3 杨树成过熟林材积生长量比较图Fig.3 Over mature forest volume growth of Populus

2.1.3.2 材积生长量与胸径的回归关系

以杨树成过熟林24块标准地的24株平均木样本为统计资料，通过标准木的解析建立起以胸径为自变量x（d），材积为因变量y（V）的一元线性回归方程式：y（v）＝a＋b·x（d），相关系数r＝0.927 9。说明胸径与材积两个因子的相关关系紧密。回归方程式的参数为：

式中：y（V）—材积（m3），x（d）—胸径（cm）

为了提高数据的精确性，对胸径与材积的相关性进一步做回归方差显著性检验，从表1可以看出，杨树成过熟林的胸径与材积的回归关系极显著。

表1 材积生长量与胸径回归方差分析表Table 1 Regression analysis of variance of volume growth and DBH

2.1.3.3 侧枝、树干鲜重生物量与材积的回归关系

本项目在冬季进行标准地调查，所做的生物量为杨树落叶后标准木地上部分的侧枝和树干鲜重的质量，以kg表示。为了科学评价半干旱风沙区杨树成过熟林不同造林模式的生产力，对伐倒标准木的侧枝和主干的生物质量进行了测定，并与标准木的单株材积建立回归方程式：

表2 材积与枝、干生物量回归方差分析表Table 2 Regression analysis of variance of the volume，branch and stem biomass

从表2可以看出，杨树成过熟林的材积与枝、干生物量（鲜重）存在极显著的相关性，回归方程的相关系数达到0.914 1。在林分生态功能和生长质量评价时，可用于杨树林分的枝、干生物量的回归计算和比较。

2.1.3.4 树干生物量与胸径的回归关系

从树木的生长发育过程和树干解析理论来说，树干生物量与树木的胸径生长量有内在的线型回归相关关系，即随着年龄的增加，树木的胸径增加，树干的生物量也随之增大，进入衰老期以后增幅不断减小。以胸径为自变量，树干生物量为因变量的回归关系测定林分单位面积的树干生长质量，作为林分综合评价的指标之一。雁北半干旱风沙区杨树成过熟林的胸径生长量与树干生物量之间有如下回归关系式：

Y（树干鲜重）＝14.815 5x（胸径）－111.317 5，相关系数r＝0.890 9

表3 胸径与树干生物量的回归方差分析表Table 3 Regression analysis of variance of DBH and stem biomass

2.1.3.5 材积生长量与海拔高度的关系

从图4可以看出，在朔、同盆地1 068m低海拔地区（朔城区）林木材积生长量明显大于右玉、平鲁县的高海拔区，材积相差1.9倍。当海拔高度超过1300m以后，杨树的材积生长曲线变化平缓，速生期不明显。

图4 杨树材积生长量与海拔高度的关系Fig.4 Relationship between Populus volume growth and altitude

2.1.3.6 不同坡向杨树生长规律

从图5可以看出，在朔州平鲁区海拔1500m、坡度2°的金家窑村，26年生的杨树在阴坡的材积生长量比阳坡大，表现出杨树在阴坡较为适生的特点。所以，在半干旱风沙区杨树山地造林要选择在阴坡或沟谷地带，在阳坡造林易引起杨树生长不良和过早衰退，导致林分生长质量和生态功能降低。

2.2 杨树小老树成因及其生长规律分析

图5 不同坡向杨树材积生长量的比较Fig.5 Populus volume growth at different slope aspect

杨树人工林在雁北地区已有近50年的栽培历史［4］，其中大部分林分的树高不到5m，且树干弯曲、小而偏冠，病虫害严重，人们称之为小老树［3］。我国杨、柳等阔叶树种林龄组（5龄为一个龄组）划分标准［5］，北部杨树人工林10年以下为幼龄林，11～15年为中龄林，16～20年为近熟林，21～30年为成熟林，31年以上为过熟林。从图6可以看出，38年生的小老树平均树高只有12.6 cm，14a以前年平均树高生长量15.8cm，之后降为8.7cm。生长曲线说明，小叶杨在更新成熟期之后快速进入成年期和衰老期，成年期应有的高生长速生过程基本没有显现出来。年平均胸径生长量仅为0.23cm，14～24a生长相对较快的速生期也只有0.36cm，树干形数高达0.96，比24块标准木的平均形数0.4260高出1.25倍（树干的形率q与形数f的关系式f＝q2，q胸高形率＝树干中央直径d1／2与胸径d1.3之比）。由于受到雁北气候、土壤、水文和小气候环境的生理胁迫，小叶杨的树高、胸径生长规律发生了变化，表现出小老树林分的特点。

3 结论

图6 典型杨树小老树树高、胸径生长量变化图Fig.6 Height and DBH growth of small old Populus

树高、胸径、材积生长规律为：（1）幼龄期和更新成熟期（1～12a）林木的平均树高生长量为21.5cm；成熟期（12～17a）为高生长速生期，5年间年平均高生长量达到100cm；衰老期（18a以后）树高平均生长量下降为30cm。（2）18a以前胸径生长量递增，之后递减，年平均胸径生长量为0.46cm。（3）材积总生长量在10年前较小，从10年开始进入材积的快速生长期，20a后材积生长量趋于平缓，林木进入成、过熟发育阶段。材积生长量与胸径、枝干生物量以及树干生物量呈线性回归关系，回归方差检验达到极显著水平；朔、同盆地低海拔黄土丘陵区的林木材积生长量是高海拔地区的1.9倍，海拔超过1 300m以后，材积生长量变小。阴坡的材积生长量比阳坡大，表现出杨树在阴坡较为喜湿、适生；在雁北地区气候、土壤、水文和小气候环境的生理胁迫，小叶杨的树高、胸径生长规律发生了不遗传的变异，表现出杨树在更新成熟后快速进入成年期和衰老期，成年期树高、胸径、材积的速生过程未能体现出来。而且树干形数高达0.96，比正常杨树的形数0.426高出1.25倍。

［1］蔡霞，吴占华，梁桂花，等.近53a山西.朔州市农业气候资源变化特征分析［J］.北京：气象出版社出版，2011，29（1）：91－96.

［2］赵勇刚，高克姝.山西省毛白杨地理变异规律的研究［J］.山西林业科技，1992（1）：17－22.

［3］张仁，王宗汉.雁北地区杨树“小老树”林的改造［J］.西北林学院学报，2010（1）：104－106，114.

［4］王国祥.山西省林业可持续发展战略研究［J］.太原：山西科学技术出版社，2004（4）：4－5，41.

［5］张士权.半干旱风沙区典型立地类型造林模式研究［J］.山西林业科技，2009（03）：35－38.

［6］国家林业局植树造林司.全国生态公益林建设标准，GB／18337.3－2001［S］.北京：中国标准出版社，2001.

［7］孙拖焕.山西主要造林绿化模式［M］.北京：中国林业出版社，2007.

［8］孙圆.江苏杨树生长与收获预估模型及其用表编制的研究［D］，南京林业大学，2006：1－82.