抚育间伐强度对兴安落叶松中龄林测树因子的影响

张期奇 董希斌 张甜 曲杭峰 马晓波 管惠文 王智勇 阮加甫 陈蕾

摘 要：为更好的了解抚育间伐对天然兴安落叶松中龄林树高、胸径和冠幅等因子的影响，充分掌握林分消长动态，为森林更好的经营提供理论依据。本文以大兴安岭新林林业局平均林龄在52 a的落叶松天然次生中龄林为研究对象，在林地内设置4块（20 m×30 m）不同抚育间伐强度的样地，依次为对照样地（CK，0%）、低强度间伐样地（Z1，16.75%）、中强度间伐样地 （ Z2，25.48%）、高强度间伐样地（Z3，34.38%）。分别对各样地进行每木检尺，调查样地中所有乔木，包含树种、株数、树高、胸径和冠幅等测树因子。采用通径分析的方法分析不同抚育间伐强度下测树因子的变化规律及其相关性。结果表明：在中等强度间伐下，冠幅主要分布在1.5～4.0m之间，平均冠幅2.5m；冠高率主要分布在0.3～0.8之间，平均冠高率为0.54；胸径对冠幅和冠高率促进作用最大，胸径对冠形率抑制作用较小；树高对冠幅和冠高率抑制作用最小，树高对冠形率促进作用较大。因此，在中强度间伐Z2（25.48%）时，树高、胸径和冠幅等均达到最大。

关键词：落叶松；中龄林；抚育间伐；测树因子；通径分析

中图分类号：S753 文献标识码：A 文章编号：1006-8023（2018）05-0001-07

Abstract： In order to better understand the effects of thinning on the tree height， DBH， and crown width in middle-aged Larch gmelinii of natural forests， the dynamics of growth and decline of the stands are fully grasped to provide a theoretical basis for better forest management. The natural secondary Larch gmelinii middle-aged forests with an average age of 52 years in the Xinlin Forestry Bureau of Daxingan Mountains was studied in this paper， and set up 4 plots （20m × 30m） with different thinning intensities including the control plot （CK， 0%）， the low-intensity thinning plot （Z1， 16.75%）， the medium-intensity thinning plot （Z2， 25.48%） ， and the high-intensity thinning plots （Z3， 34.38%）. Each wooden plot was measured for each plot and all trees in the plot were surveyed， including tree species， tree numbers， tree height， DBH， and crown width. The path analysis method was used to analyze the variation and correlation of tree-making factors under different tending intensities. The results showed that when the mid-intensity thinning was used， the crown width was mainly distributed between 1.5 and 4.0m with an average crown width of 2.5m； the crown rate was between 0.3 and 0.8， and the average crown rate was 0.54； The DBH had the largest promoting effect on the crown width and crown height， and the DBH had a smaller inhibition effect on the crown rate. The tree height had the least inhibition effect on the crown and crown height， and the tree height had a greater promoting effect on the crown rate； Therefore， the tree height， DBH， and crown width reached the maximum on the thinning Z2 （25.48%）.

Keywords： Larch gmelinii； middle-aged forest； thinning； tree-measurement factors； path analysis

0 引言

随着林业的发展，越来越多的专家和学者重视森林的经营[1-4]，尤其是经过自然灾害和人为干扰后形成的天然次生林。为了更好的进行森林经营，抚育间伐顯得尤为重要[5-6]。抚育间伐是在具有培育前途和培育价值的高郁闭度次生林内进行。目的是调节林分环境和林分结构，促进林木生长，培育优良干形，提高单位面积质量。而林木质量体现在胸径、冠幅和树高等方面。目前已经有许多学者做了不同抚育间伐强度对林地各方面的影响的研究。孙志虎等[7]认为间伐不仅能够明显降低成熟林累计枯死木生物量碳，还能增加矿质土壤碳储量；朱玉杰等[8]则认为抚育间伐强度为20.86%时大兴安岭地区落叶松用材林的经营效果最佳；李春义等[9]认为抚育间伐是提高生物多样性和森林质量的一项重要措施。熊斌梅等[10]认为黄杉的胸径、树高与树龄成正相关，树高与胸径也成正相关；张敏等[11]研究了树高与胸径的相关关系并认为可以用三次曲线模型模拟出来它们的关系。但是相关分析只能看出总的相关性，并不能很好的看出直接和间接的相关性，并且都未做与冠幅的相关性研究。因此本文用通径分析[12-15]的方法来研究胸径和树高对冠幅、冠高率和冠形率的直接相关性和间接相关性。为充分掌握林分消长动态和更好的经营森林提供理论依据。

1 研究区概况与研究方法

1.1 研究区概况

该试验区位于大兴安岭地区新林林业局新林林场。该林场位于大兴安岭伊勒呼里山区北部，林区作业面积达到143，926 hm2，地理坐标为东经123°41′46″～125°25′50″、北纬51°20′8″～52°10′32″，属于寒温带大陆性气候，昼夜温差大。该林区地势平缓，一般坡度低于5°，平均海拔达到1 000 m以上。全年平均气温-2.6℃，夏季湿润，温凉多雨；冬季干燥寒冷，少风多雪。年最低气温达-40℃（一般出现在1月上旬），年最高气温达37℃（平均最高月气温在7月份）。年平均降水量514mm，主要集中在6-8月份，并且降水分布不均勻。降水全年为130 d左右。

1.2 研究方法

天然落叶松中龄林试验区设置在新林林场108林班6小班，作业面积约20 hm2（300亩），位于道路两旁，坡度3°左右，坡向为西北方向；土壤为暗棕壤，厚度约17 cm。林分类型为天然次生林，主要树种为兴安落叶松（Larix gmelinii.）、有少许白桦（Betula platyphylla Suk.）和杨树（Populus L.）。平均林龄52 a，平均胸径16 cm，平均树高12 m，林分郁闭度0.6。具体试验区概况见表1。

在天然落叶松中龄林试验区内设置4块样地，该样地在2008年进行过抚育间伐作业，每块样地的面积均为20 m×30 m。各样地分别为（CK，0%）、低强度间伐样地（Z1，16.75%）、中强度间伐 （Z2，25.48%）、高强度间伐（Z3，34.38%）。

在2017年8月对样地进行外业调查，调查采用每木检尺，记录每株树的树种，胸径，树高和冠幅等，以及每棵树的相对坐标，记为（x，y）。

测树因子主要指标，包括冠幅、冠高、冠高率和冠形率。

（1）冠幅（W）：本次试验用树木东、南、西、北四个方向冠幅的平均值表示树木的冠幅长度，其计算公式为

W= （WE+WS+WW+WN） /4。

式中：WE、WS、WW、WN分别代表树木东、南、西、北四个方向的冠幅长度。

（2）冠高（L）：冠高即指树干第一个活枝到树梢的高度。即

L = H-H`。

式中：H为树高；H`为树干第一个活枝高度。

（3）冠高率（R）：冠高率为冠高（L）与树高（H）的比值。即 R= L /H，R介于 0到1之间，当R为0时表示树干没有冠高，R为1时表示树木为全树冠。

（4）冠形率（S）：冠形率用冠高（L）与冠幅（W）的比值表示，即：

S = L /W。

首先将测得的数据录入到Excel2010进行基本处理，然后通过SPSS19.0进行单因素方差分析，显著水平为0.05，最后进行通径分析。

通径分析由数量遗传学家 Sewall Wright[16]于1921 年提出。通径分析通过分解自变量与因变量之间的表面直接相关性，来研究自变量对因变量的直接重要性和间接重要性，从而为统计决策提供依据。

2 结果与分析

2.1 不同间伐强度对各指标的影响

不同抚育间伐强度落叶松中龄林的树高和胸径的变化见表2。由表2可知，胸径和树高在4.80～26.5 cm和3.30～23.80 m之间，在低间伐强度下，与对照样地（CK）相比胸径和树高略有下降，幅度不大；在中等间伐强度下，胸径和树高达到最大，胸径约为13.07 cm，树高约为12.62 m；在高间伐强度下，胸径和树高达到最小，胸径约为11.91 cm，树高约为12.62 m。经过差异性分析，样地Z1、样地Z2和样地Z3的树高与胸径均无显著性差异（P≧0.05）。

不同抚育间伐强度落叶松中龄林的冠幅和冠高的变化见表3。由表3可知，冠幅和冠高主要在0.35～5.48 m和0.80～15.5 m之间，在低间伐强度下，冠幅和冠高下降不明显，变化幅度不大；在中等间伐强度下，冠幅和冠高达到最大，冠幅变化明显，增长近一倍，冠高则略有增长，冠幅约为2.48 m，冠高约为6.81m；在高间伐强度下，冠幅和冠高达到最小，冠幅约为1.26 m，冠高约为5.7 m。经过差异性分析，样地Z1和样地Z3的冠幅无显著性差异（P≧0.05），但是与其他样地进行相互比较后均有显著性差异（P<0.05）；而样地Z1和样地Z3的冠高略有差异，与其他样地进行相互比较后也是差异性显著（P<0.05）。

综上所述，在中等抚育间伐强度下，胸径、树高、冠幅和冠高达到最大，因此，在以后在抚育间伐的过程中应使用中等强度进行抚育间伐。这些基本指标也是构成冠层结构的基本元素，张甜等[17]在抚育间伐对大兴安岭用材林冠层结构和光环境特征的影响中表明，在中等间伐强度下各项指标达到最优，此研究与其基本一致。

2.1.1 冠幅结构

为了更好的展现出不同间伐强度落叶松中龄林冠幅的结构关系，对冠幅进行分级，在多种尝试和参考卢妮妮[18]的不同龄级冠幅分级的条件下，采用每隔0.3 m分一级，最大上限为3 m，总共分出了11级（见表4）。由表4和图1可知，在对照样地中，冠幅主要分布在0.9～2.7 m之间，在1.2～1.5 m之间最多，约占33.33%；在低强度间伐样地中，冠幅大致分布在0.6～2.4 m之间，也在1.2～1.5 m之间最多，约占33.05%；在中强度间伐样地中，冠幅平均分布在1.5 m以上，有19.12%的冠幅超过3 m；在高强度间伐样地中，平均冠幅分布在0.6～1.8 m之间，在1.2～1.5 m之间最多，达到了30.93%。

综上所述，低强度间伐和高强度间伐冠幅分布与对照样地基本一致，而在中等强度间伐时，冠幅明显有增大的趋势，有五分之一的冠幅超过3 m。因此，中等强度的间伐对冠幅生长是有促进作用的。

2.1.2 冠高率与冠形率结构

不同抚育间伐强度下落叶松中龄林的冠高率和冠形率的变化情况见表5。由表5可知，冠高率主要分布在0.16～0.85之间，冠高率越大则代表活冠高[19]所占的枝条比重越大，树木则越茂盛。随着间伐强度增大，冠高率呈现先上升后下降的趋势，在中等间伐强度下，冠高率达到最高，约为0.54。但是就变异系数[20-21]而言，则是高强度间伐时变异系数最大，为32%，属于中度变异[22]。而冠形率在0.61～15.53之间，冠形率越大，说明活冠高占冠幅比重越大，间接地说明冠幅较小，树木不饱满。在中强度间伐下，冠形率最小，约为2.77，说明此时树木最茂盛，整体比例较好。就变异系数而言，变异系数同样达到最大为43%，属于中度变异。对冠高率和冠形率分别做显著性分析，发现样地Z1和样地Z3，样地Z2和样地Z4的冠高率均无显著性差异（P≧0.05），样地Z2的冠形率与其他样地差异性显著（P<0.05）。

为了更好的呈现不同抚育间伐强度冠高率和冠形率的关系，再次对冠高率进行分级，以0.1为1个间距，共分为10级。由于冠高率和冠形率近似相反的规律，本文只对冠高率进行了分级。由表6和图2可知，对照样地Z1冠高率主要分布在0.3～0.8之间，分布在0.5～0.6之间最多，达到了43.14%；而样地Z2主要分布在0.3～0.7之间，分布在0.6～0.7之间最多，达到了47.01%；而样地Z3就分布比较均匀在0.3～0.8之间，最多分布在0.5～0.6之间，达到了27.27%；样地Z4主要分布在0.2～0.8之间，分布在0.4～0.6之间最多，达到了54.54%。在中等强度抚育间伐时，冠高率分布比较均匀，没有集中在某一个区间内，使得树木光照分配均匀，冠形生长更加合理。综上所述，中等抚育间伐强度使得冠高率增大，冠形率减小，从而使树木长得更茂盛和匀称。

2.2 各冠幅因子与树高，胸径的通径分析

2.2.1 冠幅与胸径、树高的通径分析

利用通径分析的方法分析落叶松中龄林在不同抚育间伐强度冠幅与胸径和树高的关系，结果见表7。随着间伐强度的增加，冠幅与胸径之间的通径系数呈现先增大后减小的趋势，这表明胸径对冠幅的促进作用先增大后减小，在中等强度间伐时达到最大促进作用，此时通径系数为0.943。而冠幅与树高的直接通径系数为负值，表明树高抑制冠幅的生长，随着间伐强度的增加，抑制作用先减弱后增加，在中等间伐强度时抑制作用达到最小，此时通径系数为-0.189。无论是胸径还是树高，直接通径系数都大于间接通径系数，表明胸径和树高对冠幅的直接作用大于间接作用。

2.2.2 冠高率与胸径、树高的通径分析

利用通径分析的方法分析落叶松中龄林在不同抚育间伐强度下冠高率与胸径和树高的关系，结果见表8。冠高率对胸径的直接通径系数在样地Z1、样地Z2和样地Z3基本相等，均大于对照样地，表明抚育间伐使得胸径对冠高率的促进作用更加明显了。冠高率对树高的直接通径系数为正值，但很小；而样地Z1、样地Z2和样地Z3的通径系数均为负值，表明抚育间伐作业使得树高对冠高率的促进作用变为抑制作用了，在中等间伐强度时，抑制作用最弱，直接通径系数仅为0.121。由于胸径对冠高率促进作用远大于对照样地，整体而言，对冠高率的综合促进作用，中等间伐强度样地仍然优于对照样地。无论是胸径还是树高，直接通径系数都大于间接通径系数，表明胸径和树高对冠高率的直接作用大于间接作用。

2.2.3 冠形率与胸径、树高的通径分析

利用通径分析的方法分析落叶松中龄林在不同抚育间伐强度下冠形率与胸径和树高的关系。结果见表9，冠形率与胸径的直接通径系数为负值，表明胸径抑制冠形率。对照样地的系数最大，表明抑制作用最明显，而样地Z2和样地Z3系数基本相等，表明此时胸径对冠形率抑制作用最弱。而冠形率与树高的直接通径系数为正值，表明树高对冠形率具有促进作用，四块样地的直接通径系数相差不大，整体而言，样地Z2和样地Z3优于其他样地。无论是胸径还是树高，直接通径系数都大于间接通径系数，表明胸径和树高对冠形率的直接作用大于间接作用。

3 结论

本文用通径分析的方法分析研究抚育间伐后林地胸径和树高与冠幅、冠高率和冠形率等因子的变化规律与关系，得出如下结论：

（1）随着抚育间伐强度的增加，树高、胸径、冠幅和冠高呈现先增加后减小的趋势，在中等强度间伐Z2（25.48%）下，树高、胸径、冠幅和冠高达到最大，分别为13.07 cm、12.62 m、2.48 m和6.81 m。

（2）在对照样地CK（0%）中，冠幅主要分布在0.9～2.7 m之间，在1.2～1.5 m之间最多，约占33.33%；冠高率主要分布在0.3～0.8之间，在0.5～0.6之间最多，达到了43.14%；在低强度间伐样地Z1（16.75%）中，冠幅主要分布在0.6～2.4 m之间，也在1.2～1.5 m之间最多，约占33.05%；冠高率主要分布在0.3～0.7之间，在0.6～0.7之间最多，达到了47.01%；在中强度间伐样地Z2（25.48%）中，冠幅平均分布在1.5 m以上，有19.12%的冠幅超过3m；冠高率分布比较均匀，在0.3～0.8之间，在0.5～0.6之间最多，达到了27.27%；在高强度间伐样地Z3（34.38%）中，冠幅主要分布在0.6～1.8m之间，在1.2～1.5 m之间最多，达到了30.93%。冠高率主要分布在0.2～0.8之间，在0.4～0.6之间最多，达到了54.54%。

（3）隨着抚育间伐强度的增加，胸径对冠幅和冠高率的促进作用呈现先增大后减小的趋势，胸径对冠形率的抑制作用呈现先减小后增大的趋势；在中等强度抚育间伐Z2（25.48%）下，胸径对冠幅和冠高率促进作用最大，胸径对冠形率抑制作用较小。

（4）隨着抚育间伐强度的增加，树高对冠幅和冠高率的抑制作用呈现先减小后增大的趋势，树高对冠形率的促进作用呈现先增大后减小的趋势；在中等强度抚育间伐Z2（25.48%）下，树高对冠幅和冠高率抑制作用最小，树高对冠形率促进作用较大。

由于抚育间伐的影响，使得树木采光好，所以冠幅、树高和胸径等测树因子也都比对照样地大。并且在中等强度（25.48%）时均达到最大，这说明合理强度的抚育间伐可以使得树木变得更加茂盛。胸径对冠幅和冠高率具有促进作用，对冠形率具有抑制作用；树高对冠幅和冠高率具有抑制作用，对冠形率具有促进作用。这些测树因子的相互作用是为了林木能够按照一些规律生长与生存。

【参 考 文 献】

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