崂山林场不同密度赤松林的生长差异研究

王树梅 ，张广东 ，王旋 ，姜仟坤 ，曹振玉 ，曹帮华*

(1. 山东农业大学森林培育重点实验室，山东 泰安 271018；2. 崂山林场，山东 青岛 266100 )

崂山林场不同密度赤松林的生长差异研究

王树梅1，张广东2，王旋1，姜仟坤1，曹振玉1，曹帮华1*

(1. 山东农业大学森林培育重点实验室，山东 泰安 271018；2. 崂山林场，山东 青岛 266100 )

研究了崂山林场不同密度下赤松人工林的生长差异性以及胸径与冠幅的相关性。不同密度下赤松人工林径阶分布呈现先增后减的趋势，随着林分密度的增大，胸径生长量显著减少，径阶比例减少；赤松人工林的平均树高、枝下高以及冠幅均呈上升趋势。在不同密度的赤松林分之间，树高生长差异不显著，枝下高差异显著，胸径差异极显著。赤松人工林的冠幅随着林分密度的增加而逐渐减少，但冠幅的椭球体积与之相反；通过分析得到二次多项式方程作为赤松人工林胸径与冠幅的最优关系模型，并求出方程关系式，为林业生产提供依据。

赤松人工林；崂山林场；密度；生长差异

Abstract∶This paper studied the growth variability ofPinusdensifloraplantations with different densities in Laoshan Forest Farm, as well as the correlation between DBH and crown width. The results showed that under different densities, the diameter distribution ofP.densifloraplantations increased first and then decreased. With the increase of stand density, DBH growth decreased significantly and the diameter class ratio decreased. The average tree height, clear length, and crown diameter ofP.densifloraplantation were all on the rise. There was no significant difference in tree height growth betweenP.densiflorawith different densities, and the clear length was significantly different, and the difference in DBH was very significant. The crown diameter ofP.densifloraplantation was decreased with the increasing of stand density, but the crown ellipsoid volume was the opposite. Through analysis, the quadratic polynomial equation was obtained as the optimal model between DBH and crown width ofP.densifloraplantation, and the relationship equation was obtained, which provided the basis for forestry production.

Key words∶Pinusdensifloraplantation; Laoshan Forest Farm; density; growth difference

森林结构决定了森林的功能，对林分空间结构的研究和改造是林业生产的重要组成部分，也是提高林地生产力，增加林地蓄积量，增强森林对病虫害抵御能力的一项重要措施，对森林的恢复、保护和发展具有积极的作用[1-6]。赤松(Pinusdensiflora)是松科松属常绿乔木，为深根性喜光树种，抗风性强，耐干旱和贫瘠，因其生长速度快、成林期早、材质坚实，是山东省胶东地区重要的造林树种。就目前来看，赤松人工林生长状况参差不齐，不同地方的赤松人工林生长状况各不相同，诸多因子对其生长具有重要的影响[5-9]。本文以崂山林场40年生赤松人工林为研究对象，调查了不同密度赤松人工林林分生长状况，探讨了其林分结构及生长差异性，以期为赤松人工林定向培育[10-13]提供科学的理论依据。

1 材料与方法

1.1试验地概况

崂山林场位于山东省青岛市，东、南濒临黄海，地处胶东丘陵区，地理位置为120°25′E、36°09′N。崂山林场东高西低，除主峰崂顶海拔1 133 m外，一般多在400～800 m之间。沿海岸线长30 km。年平均气温11.9 ℃, 年日照平均时数2 622.3 h，年平均降雨量约800 mm，属典型的温带海洋性季风气候。土壤为棕色森林土，以沙壤为主，适于营造用材林、水源涵养林、针阔叶用材及水土保持林。森林覆盖率为68%，自然植被属暖温带落叶阔叶林区，植物种类繁多。

崂山林场原以天然赤松及栎类次生林为主，并有较大面积的灌木林，后经多年改造和更新造林，目前全部是人工林。主要树种有落叶松(Larixgmelinii)、黑松(Pinusthunbergii)、刺槐(Robiniapseudoacacia)、赤杨(Alnusjaponica)、栎树(QuercusLinn)等，多为纯林，部分是不规则的株间及小块状混交林。林分结构比较单一，多数林分长势良好。

1.2研究方法

1.2.1 林分调查

2015年11月26日以崂山林场40年生赤松人工纯林为研究对象，选取20 m×30 m的标准样地3块，对胸径大于4 cm的所有赤松进行每木检尺(包括林下更新幼树)，分别测量林分树高、胸径、枝下高以及冠幅，调查株数分别为145、112、75株，人为划分为高、中、低3种密度，共计调查332株。

1.2.2 研究方法

将各林分的胸径调查数据按照2 cm间隔划分径阶，分别统计各径阶株数，计算崂山林场不同密度下赤松人工林各径阶分布所占百分比，用Excel绘制各径阶分布柱状图，从而初步认识整个崂山林场不同密度下的赤松人工林径阶分布。计算不同密度下各径阶的平均树高、平均枝下高以及平均冠幅((东西冠幅+南北冠幅)/2)。

用Excel绘制出不同林分密度下树高、枝下高、胸径和冠幅，计算3种不同林分密度的平均树高、平均枝下高、平均胸径和冠幅，用Excel绘制不同密度下赤松人工林生长量差异柱状图，并使用SPSS Statistics20.0软件作方差分析，研究不同密度赤松人工林的生长差异性。

研究低、中、高密度赤松人工林林分冠幅与胸径相关性，分别以径阶平均胸径为自变量，对应树冠的椭圆面积、树冠的椭球体积、平均冠幅为纵坐标绘制散点图，分别用多项式方程、线性方程、对数方程、乘幂方程以及指数方程5种方程进行拟合，求出这5种方程的R2，得到最佳的冠幅与胸径相关关系。树冠椭圆面积S=πab，其中a,b分别为赤松的东西、南北冠幅，树冠椭球体体积V=4/3 πabc，其中c为赤松的树冠高度。

2 结果与分析

2.1赤松人工林林分各径阶分布规律

由图1可以看出，不同密度下赤松人工林各径阶分布百分比呈现先增加后减少的趋势。低密度林分中，各径阶均有分布，径阶跨度8～32 cm，共13个，分布最多径阶为20 cm，占16.39%，最大径阶为32 cm，占3.28%；中密度林分径阶跨度10 ～26 cm，共9个，分布最多径阶为14 ～16 cm，共占45.24%，最大径阶为26 cm，占1.19%；高密度林分径阶跨度10 ～24 cm，共8个，分布集中在14 ～18 cm，占73.73%，最多径阶为16 cm，占29.29%，最大径阶为24 cm，占4.04%。

图1 不同密度下赤松林分各径阶分布所占百分比图Fig.1 Percentage of diameter class distribution of P. densiflora forest under different densities

由此看出，随着林分密度的增大，径阶变化幅度减小，株数最多径阶所占比重加大，株数最多的径阶值前移，最大径阶值减少，表明无论是株数最多径阶值还是林分最大径级值显著减少；林分密度小，胸径生长最大径级值后移，径阶分布范围增多，大径阶个体比例增多[12-14]。

2.2赤松人工林生长差异性

2.2.1 不同密度下赤松人工林的树高、枝下高、平均冠幅随径阶变化规律

由图2～4可以看出，3种密度下赤松人工林的平均树高、枝下高以及平均冠幅均随径阶增加呈上升趋势。在林分中，位于林下的小径阶个体是被压木，平均树高小，随着径阶逐步加大，中等木、亚优势木、优势木树高逐步增加，变化趋势明显，优势木位于树冠上层，树高最大，平均胸径也最大(图2)；平均枝下高与冠幅的变化相对较为平稳。就枝下高而言，3种密度下均随径阶增加，整枝高度增加。高密度林分枝下高最大，说明林分密度大自然整枝严重，其次是中密度林分，低密度林分自然整枝最小(图3)；平均冠幅表现出与枝下高趋势不同，3种密度下，随着径阶增加，平均冠幅增加，3种密度相比，低密度条件下冠幅较大，高密度下较小，但随着径阶增加到一定程度，这一规律有所变化，出现中密度甚至是高密度大径阶林木冠幅大于相同径阶低密度个体的现象(图4)。分析认为，低密度的赤松林分，个体稀疏，种内竞争小，各赤松单株之间受到的光照与水分充足，差异较小。中高密度的赤松林分之间竞争激烈，除部分优势木保持较大冠幅和生长量外，大部分个体生长较为平缓，尤其是径阶生长达到一定数量后，赤松林木对外界的抵抗能力大幅度增强，有利于林分的平稳生长[15-16]。

图3 不同密度下赤松人工林枝下高随径阶变化趋势图Fig.3 The trend of the average clear length of P. densiflora plantation changing with diameter class under different densities

图4 不同密度下赤松人工林平均冠幅随径阶变化趋势图Fig.4 Thetrend of the average crown diameter of P. densiflora plantation changing with diameter class under different densities

2.2.2 不同密度下赤松人工林树高、胸径、枝下高生长指标差异

由图5可以看出，不同赤松林分密度下，树高变化不明显；而胸径随着密度的增加而减小，枝下高与之相反。低密度林分充足的生长空间，促进赤松林分胸径和树高的生长；高密度赤松林分自然整枝能力强，枝下高大。由表1可知，不同密度赤松林分之间，树高(F=0.017，P=0.983)生长差异不显著；枝下高(F=8.073，P=0.02)生长差异显著；胸径(F=10.945，P=0.01)生长差异极显著。分析认为，在不同密度的赤松林分之间树高无显著变化，其高生长不受密度的影响[16]。不同密度的赤松林分，其枝下高随着密度的增加而逐渐增大。这是因为较大密度的林分中，赤松竞争激烈，自然整枝能力强，位于下部的枝条得不到充足的光照，消耗大于自身的生产，从而逐渐枯死脱落。林分的密度越大，自然整枝能力越强，其枝下高越大。对于赤松林分的胸径，密度对其生长有着极显著的影响。密度越低，其胸径生长量越大，随着林分密度的增加，胸径生长量逐渐降低[15]。在低密度的赤松林分中，光照营养充足为赤松林的生长提供了先决条件，林分的高生长与横向生长得到充分的发挥。

图5 不同密度下赤松林分的生长指标差异Fig.5 The differences in growth index of P. densiflora forest under different densities

表1 不同密度下赤松林分生长指标方差分析

2.3赤松人工林冠幅生长差异及冠幅与胸径相关性分析

在不同密度的赤松林分中，冠幅也占据着极其重要的位置，冠幅的大小直接影响到郁闭度的大小，对林分的生长也有着不可忽视的作用。

2.3.1 不同密度下赤松人工林冠幅生长差异性比较

图6可以看出，东西冠幅、南北冠幅以及平均冠幅均随着赤松林分密度的增加而逐渐减少。低密度林分，个体之间空间大，林分有充足的生长空间，加上光照与营养的优势，其东西与南北平均冠幅大。而较高密度的赤松林分，竞争激烈，株数多，生长空间与光照营养等受到局限性，其东西及南北平均冠幅低于低密度赤松林分。

图6 不同林分密度对冠幅差异性比较Fig.6 Comparison of different stand density versus crown breadth difference

由图7我们可以得出，不同密度的赤松林分中，树冠的椭圆面积(东西×南北)均随着林分密度的增大而逐渐减少，其规律与平均冠幅相似。但是我们将冠幅以“椭球体”的形式(东西×南北×冠高)呈现出来时，树冠体积在不同密度条件下不同，随林分密度增大树冠体积逐渐增加。主要原因是在低密度林分中，树冠冠幅较大冠长较小，随着林分密度的提高，冠幅变小，但冠长明显增大，总体表现为树冠体积增大。

图7 不同林分密度对冠幅差异性比较Fig.7 Comparison of different stand density versus crown breadth difference

2.3.2 不同密度下赤松人工林树冠体积与胸径相关关系分析

分别在不同密度用多项式方程、线性方程、对数方程、乘幂方程以及指数方程对冠幅与胸径关系进行了模拟，结果见表2。研究发现，多项式方程以其R2均大于0.8的优势，相关系数均在0.9以上，成为最佳的拟合曲线，且适用于高、中、低3种不同的赤松林分密度，可以作为赤松人工林胸径与冠幅的最优关系模型[6-9]。

表2 不同模型判定系数对比分析

通过图8～10对比分析可以看出，赤松人工林的胸径与树冠体积的相关关系以二次多项式的形式递增。随着胸径的增加，赤松林分树冠体积迅速增大。在这3种不同密度的林分中，其满足的多项式方程各不相同。在低密度的赤松人工林中，树冠体积与胸径的相关关系满足y= 0.142 5x2+ 3.036 2x- 21.929，R2=0.815 3；在中密度的赤松人工林中，树冠体积与胸径的相关关系满足y= 0.961 9x2- 24.205x+ 185.43，R2=0.825 4；在高密度的赤松人工林中，树冠体积与胸径的相关关系满足y= 1.074 7x2- 26.858x+ 193.37，R2=0.839 7。

图8 低密度赤松林分胸径与树冠体积相关性Fig.8 Correlation between stands DBH and crown ellipsoid volume in low density pine

图9 中密度赤松林分胸径与树冠体积相关性Fig.9 Correlation between stands DBH and crown ellipsoid volume in medium density pine

图10 高密度赤松林分胸径与树冠体积相关性Fig.10 Correlation between stands DBH and crown ellipsoid volume in high density pine

3 讨论

赤松人工林随着林分密度的增大，胸径生长量显著减少，径阶数量减少，不同密度之间，树高差异不显著，枝下高差异显著，胸径差异极显著。低密度的赤松林分，个体稀疏，种内竞争小，各赤松单株之间受到的光照与水分充足，差异较小。中高密度的赤松林分之间竞争激烈，除部分优势木保持较大冠幅和生长量外，大部分个体生长较为平缓，尤其是径阶生长达到一定数量后，赤松个体对外界的抵抗能力大幅度增强，有利于林分的平稳生长。树冠是树木进行光合作用积累有机物的重要场所，冠幅是林木生长中重要的性状，冠幅和冠长率直接影响树木的生活力和生产力[16]，不同密度下赤松人工林的东西冠幅、南北冠幅以及平均冠幅均随着赤松林分密度的增加而逐渐减少，但冠长在较高密度的林分中远远大于低密度赤松林分。低密度林分，个体之间空间大，林分有充足的生长空间，加上光照与营养的优势，其东西与南北平均冠幅大。而较高密度的赤松林分，竞争激烈，株数多，生长空间与光照营养等受到局限性，其东西及南北平均冠幅低于低密度赤松林分。高密度的林分中，赤松林分的冠长增大。

低、中、高密度林分的径阶跨度分别为13个、9个、8个，表明随着林分密度增大，林分胸径分布范围变窄，各径级所占百分数差距变大，也就是说林分越整齐，大径材比例越少。径阶跨度个数变少主要是由于密度变大，高径级分布范围变窄造成。

在实际生产中，造林密度取决于立地条件、林木的生长特性、经营目标、轮伐期、经营的集约程度等因素。赤松作为主要的用材林树种，轮伐期相对较长，为了使林分提早郁闭，形成森林环境,多数造林采用密植法。在其生长过程中再通过间伐不断地调整林分密度，保证林分良好的生长条件。但是初植密度过大，将使林分过早郁闭，林分需要提前间伐。这既没有经济效益，也增加了造林成本。在考虑抚育间伐的经济效益情况下，也要考虑林木大小径材的市场价值的差异性，以期在一定的轮伐期、经营成本和立地条件下,实现最大的经济效益[17]。

若仅以林分平均胸径达到目标径阶范围作为经营目的时，本研究发现，低密度林分75株/亩(1亩=666.7 m2)，分布最多径阶为20 cm，占16.39%，最大径阶为32 cm，占3.28%；中密度林分112株/亩，集中分布径阶为14 cm～16 cm，共占45.24%，最大径阶为26 cm，占1.19%；高密度林分145株/亩，分布集中在16 cm，占29.29%，最大径阶为24 cm，占4.04%。说明随着密度加大，平均胸径、最大径级值减小，但株数分布最多的径级所占百分数增大、最大径级株数所占百分数以中密度最小。粗估蓄积量发现中密度赤松林分大于高密度赤松林分大于低密度赤松林分，认为中密度造林模式为相对适宜的密度。

[1]马琳, 梁军, 周国英,等. 昆嵛山天然赤松次生林空间结构特征的研究[J]. 中南林业科技大学学报, 2013, 33(9): 50-54.

[2]郭晓东, 常建国, 孙向宁, 等. 林分密度对油松中龄林生长特征的影响[J]. 山西林业科技, 2015,44 (1): 8-10.

[3]王玉芬. 林分密度在营林生产中的应用[J]. 林业勘查设计, 2011 (1): 59-63.

[4]王勇, 蒋燚, 黄荣林, 等. 广西江南油杉人工林冠幅与胸径相关性研究及应用[J]. 广东农业科学, 2014, 41(6): 62-65.

[5]谌红辉, 丁贵杰. 马尾松造林密度效应研究[J]. 林业科学, 2004,40 (1): 92-98.

[6]罗玲, 廖超英. 榆林沙区樟子松冠幅与胸径的相关关系分析[J]. 安徽农学通报, 2007, 13(24): 92-93.

[7]CURTIS R O. Stand density measures:An interpretation[J].For Sci，1970，16(4):403-414.

[8]雷相东, 张则路, 陈晓光. 长白落叶松等几个树种冠幅预测模型的研究[J]. 北京林业大学学报, 2006, 28(6): 75-79.

[9]邓宝忠, 王素玲, 李庆君. 红松阔叶人工天然混交林主要树种胸径与冠幅的相关分析[J]. 防护林科技, 2003 (4): 19-20.

[10]玉宝, 乌吉斯古楞, 王百田, 等. 兴安落叶松天然林树冠生长特性分析[J]. 林业科学, 2010, 46(5): 41-48.

[11]BOND-LAMBERTY B,WANG C,GOWER S T.Aboveground and belowground biomass and sapwood area allometric equations for six boreal tree species of northern Manitoba [J]. Canadian Journal of Forest Reserch,2002,32(8):1441-1450.

[12]王成, 刘继生, 金永焕,等. 延边地区天然赤松林直径分布的研究──延边地区天然赤松林研究之一[J]. 延边农学院学报, 1996, 18(1): 17-22.

[13]杜华. 昆嵛山赤松林不同林型结构特征与生产力的研究[J]. 北京林业大学学报, 2012,34 (1): 19-24.

[14]张伟, 赵善伦. 山东赤松种群的个体生长规律[J]. 植物资源与环境学报, 2002,11 (1): 29-34.

[15]罗广军, 王庆茹, 黄世臣, 等. 延边地区天然赤松生长规律的研究[J]. 延边大学农学学报, 2005, 27(1): 6-9.[16]符利勇, 孙华, 张会儒, 等. 不同郁闭度下胸高直径对杉木冠幅特征因子的影响 [J]. 生态学报, 2013,33(8):2434-2443.

[17]何开伦,魏安世,余松柏. 广东省主要用材林树种胸径与冠幅相关性研究及应用[J]. 广东林业科技,2006,22(1):32-35.

Study on the growth differences ofPinusdensifloraforest under different densities in Laoshan Forest Farm

WANG Shu-mei1, ZHANG Guang-dong2, WANG Xuan1, JIANG Qian-kun1, CAO Zhen-yu1, CAO Bang-hua1*

(1. Key Laboratory of Silviculture Ecology and Environment, Shandong Agricultural University. Taian 271018, China; 2. Laoshan Forest Farm, Qingdao 266100, China)

S725.6

A

1002-4026(2017)05-0104-07

10.3976/j.issn.1002-4026.2017.05.018

2017-03-13

山东省重点研发计划(2015GNC111026)

王树梅(1992—)，女，硕士研究生，研究方向为森林培育。

*通信作者。E-mail:caobanghua@126.com