华北落叶松天然林密度对林木生长的影响

丁继伟 ，张芸香 ，郭跃东 ，杨三红 ，任 达 ，贺志龙 ，郭晋平

（1.山西农业大学林学院，山西 太谷 030801；2.山西农业大学研究生院，山西 太谷 030801）

林分密度是指单位面积林地上的立木个体数量，是森林群落结构的基础指标，也是森林培育过程中能够人为控制的主要因子。林分密度作为林分的数量指标和质量指标，它的大小与林相、蓄积和生产力等林分因子有紧密的联系，在一定程度上决定了林分的内部结构。林分密度是林木在生长与经营的过程中，可以人为调控的结构因子，密度是否合理会对林地生产力的大小和功能的正常发挥产生重要影响[1-3]。因此，研究天然林林分密度对林木生长的影响是研究森林结构与功能关系的基础，也是森林经营中林分结构调整技术的基础。

许多研究表明，胸径和冠幅的生长受密度变化的影响显著[4-6]，胸径和冠幅都随着林分密度的增大而逐渐减小[7]。而树高受密度变化的影响较为复杂，不同情况下得出的结论不同。大部分学者通过研究发现，林木树高受林分密度变化的影响较小，在一定的林分密度范围内影响不显著[8-10]；但是有学者的研究表明，林木树高与林分密度之间存在负相关关系[11-12]；还有个别学者通过研究发现，少数阔叶树种与针叶树种在幼龄林时期的树高生长量受林分密度变化的影响较大，它们的树高生长量与林分密度呈正相关关系[13]。可见，不同区域、不同森林类型和树种，林木生长和林分密度的关系还有很大的不确定性，需要通过更多的研究以揭示其内在规律。

华北落叶松（Larix principis-rupprechtii）是松科落叶松属我国特有乔木树种，是华北地区高山针叶林带的主要树种，多分布于山西、河北山地上部1 500～2 800 m海拔带，常以纯林分布，或与白扦、青扦、白桦、红桦、山杨及山柳等针阔叶树种形成混交林，也是分布区内重要的人工速生丰产用材林树种，在区域森林生态系统和森林资源中占有重要地位。

本试验通过对华北落叶松林分密度与林木生长关系的研究，有助于揭示林分密度对林分结构的影响和调节规律，为华北落叶松天然林科学经营、管理和人工林近自然培育提供依据[14]。

1 研究区概况

研究区位于山西省五台山国有林管理局伯强林场的太平沟作业区（39°04′N，113°38′E），处于太行山北段的五台山北坡，该作业区海拔1 950～2 450 m，属于温带大陆性气候，年均温-4℃，7月均温10℃，1月均温18.8℃，年平均降雨量500～600 mm，无霜期160 d。

2 研究方法

2.1 标准地设置和野外调查

标准地设在五台山国有林管理局伯强林场太平沟作业区，在踏查基础上选择华北落叶松天然林，阴坡、半阴坡，坡位中部和中上部，坡度19°～30°，海拔 2 136～2 309 m，林分年龄 60～74 a，在576～1 568株/hm2密度之间设置9个密度梯度，各密度设置3块相邻且大小相同的标准样地（25 m×25 m）用作重复。

在设好的标准地内进行标准地调查，记录标准地的经纬度、海拔、坡向、坡位、坡度、土壤类型等立地因子，从下坡部位一侧开始按顺序每木编号，在胸高部位用红色喷漆标记测径位置和方向，以起始角为原点，测定立木定位坐标，并测定其胸径、树高及冠幅。标准地概况如表1所示。

表1 各密度梯度标准地概况

2.2 数据整理和指标计算

分别计算不同密度梯度下林木的胸径平均值（d）、树高平均值（h）、冠幅平均值（cw）、冠胸比（cw/d）以及高径比（h/d）。将平均胸径、平均树高、平均冠幅、冠胸比以及高径比当作因变量，以林分密度（N）为自变量，先通过SPSS软件分别做出表示它们之间关系的散点图，找出其中变化规律，并分析其成因。然后对散点图进行拟合，通过相关系数判断二者关联的紧密程度，最后确定最佳回归方程。

3 结果与分析

3.1 林分密度对华北落叶松天然林生长的影响

不同林分密度下林木生长指标列于表2。

表2 不同林分密度标准地林木生长基本情况

从表2可以看出，林木的平均胸径和平均冠幅 都随着林分密度的增大而减小，冠胸比变化趋势与胸径、冠幅一致。而林木高径比的变化规律有所不同，随着林分密度增大，高径比逐渐变大。林木平均树高则无明显变化规律，在576，1 216，1 312株/hm2密度下，林木树高平均值均低于15 m，其他密度下林木树高平均值均大于15 m。

3.2 林分密度对华北落叶松天然林平均胸径的影响

图1是林木平均胸径（d）随林分密度（N）增大的变化趋势。通过回归分析得出函数方程如下。

从公式（1）可以看出，林木平均胸径与林分密度之间具有显著的相关性（R2＝0.973）。从图1可以更直观地看出这一变化规律，即林木平均胸径随着林分密度的增大呈现减小的变化趋势。这主要是由林木生长所需营养物质和空间资源不足造成的。在较低的密度下，林木可以取得足够的光照条件和生长空间，而光照是影响林木生长最主要的因素之一；此外，在较低密度林分中，各林木之间的距离相对较大，使得林木之间竞争作用变弱，所以，林木平均胸径较大。而随着林分密度增大，林内光照和土壤水肥条件也受到较大影响；且林木之间距离变小，相互之间对于各类营养物质的竞争愈加激烈，林木的生长发育受到一定的限制，从而导致林木平均胸径变小。

3.3 林分密度对华北落叶松天然林平均冠幅的影响

从图2可以看出，随着林分密度的增大，林木平均冠幅变小。对密度（N）和林木平均冠幅（cw）进行回归分析，得出函数方程如下。

通过比较可以得知，在林分密度对林木各生长指数的影响中，以对平均冠幅的影响最为显著（R2＝0.985）。这是由林木生长空间的大小不同造成的。林分密度较小时，各林木之间相距较远，枝干得以有足够的生长、伸展空间，因而，平均冠幅较大。反之，林分密度变大时，林木的生长空间变小，枝干无法正常生长，导致平均冠幅变小。

3.4 林分密度对华北落叶松天然林平均树高的影响

从图3可以看出，林木平均树高并没有随着密度的增大呈现明显的变化趋势。对林分密度（N）与林木平均树高（h）进行回归分析，得到的函数方程如下。

公式（3）中，林木平均树高与林分密度的相关系数仅为0.097，说明林分密度的变化对林木平均树高的影响不大，即华北落叶松天然林林分密度的变化与林木平均树高之间不存在显著相关关系。这可能与华北落叶松的习性有关。华北落叶松是喜阳性树种，林分密度对树高生长的影响程度，低于光照对树高生长的影响。

3.5 林分密度对华北落叶松天然林冠胸比的影响

林木平均冠幅和平均胸径的比值即为冠胸比，通过冠胸比能够得知林木营养面积的大小及长势情况。林木冠胸比（cw/d）与林分密度（N）的回归分析函数方程如下。

通过回归分析得出R2为0.934，林分密度的变化对林木冠胸比的影响较为显著。从图4可以看出，林分密度越大，林木冠胸比越小，说明林木在较低的林分密度下，能够得到较大的营养面积，而且林木长势也很好。

3.6 林分密度对华北落叶松天然林高径比的影响

高径比是林分平均树高与平均胸径的比值，它可以作为反映林木干形的指标。林木高径比（h/d）与林分密度（N）的回归分析函数方程如下。

通过方程可以得知，林木高径比受林分密度变化的影响显著（R2＝0.967）。在一定的密度范围里，林木高径比越大，树干越尖削；高径比越小，树干越饱满。林木高径比随林分密度变化的趋势如图5所示。从图5可以看出，林木高径比随林分密度的增大呈现逐渐变大的趋势。

4 讨论与结论

4.1 讨论

本研究结果表明，华北落叶松天然林密度的变化对林木平均胸径和平均冠幅影响显著，且在各指标中，林分密度对平均冠幅的影响最为显著，林木的平均胸径和平均冠幅都随着密度的增大表现出减小的趋势。有学者对云南松人工林、杉木人工林以及华北落叶松人工林的调查研究得到了类似的结论，即在较低的林分密度条件下，有助于林木胸径和冠幅的生长[4-6，15]。在较低密度林分中，林木之间距离相对较大，竞争作用较弱，因而，可以获得充足的光照条件和生长空间，林木的枝干也有足够的伸展和生长空间；而光照又是影响林木生长最主要的因子之一，所以，低密度林分中林木平均冠幅和平均胸径较大；在较高密度的林分中，来自上部的阳光和林下土壤水肥条件会受到明显的影响，再加上林木间距变小，枝干的生长空间变小，林木个体之间对于各种营养物质的竞争愈加激烈，林木的生长发育受到一定程度的限制，从而导致平均冠幅和平均胸径变小。

林分密度的变化对林木树高生长的影响不大。随着林分密度的增大，林木平均树高没有表现出明显的变化趋势。大部分学者经过调查研究后得出类似的结论。其中，刁淑清等[9]研究发现，杉木人工林林分密度的变化对林木平均树高的影响差异不显著，也无一定的规律性。李国新等[16]在对广东郁南县西江林场尾巨桉人工林进行调查研究后发现，林分密度的变化对树高生长的影响差异较小。但部分学者的研究表明，林木平均树高受林分密度变化的影响较大，且存在负相关性。陈东莉等[17]对20年生华北落叶松人工林进行间伐试验，结果表明，重度间伐对保留林木树高生长影响显著，也就是说，在一定的密度范围内，低密度林分内的林木树高生长快；陈天成等[18]对20年生华北落叶松人工林进行间伐试验后发现，在一定的密度范围和立地条件下，重度间伐在短时期内对树高的生长有促进作用，但从较长时期来看，林木的高生长对间伐效应的响应并不显著。黄枝英等[19]研究认为，随着林分密度的增大，林木平均树高呈现先增大后减小的趋势。通过仔细查阅资料不难发现，以上得出与本试验相反结论的学者的研究对象均为幼龄人工林，且与本研究选取的标准样地海拔、经纬度、林分密度大小以及密度范围大小也不尽相同，从而造成试验结果不同。此外，国外有学者的研究表明，处于幼龄林期的几种阔叶树与针叶树，林木平均树高与林分密度具有正相关关系，即随着林分密度的增大，树高亦增大[13]。由此可以看出，调查研究所选取林木种类、林龄、林分密度大小以及密度范围大小等条件的不同会导致得出的结论截然不同。

本试验还发现，林分密度对林木冠胸比、高径比的影响较为显著。蔡坚等[20]研究发现，湿地松人工林的林木高径比受不同初植密度的影响较大；廖泽钊等[21]在对七坡林场进行资源调查时就发现，同一树种，密度大的林分，高径比增长较快；梁文俊等[22]研究发现，落叶松林分密度对林木冠胸比有显著影响。高径比是反映林木干形的指标，其大小可以代表林木树干的饱满程度。在低密度林分中，林木生长空间大，相互之间竞争小，树干饱满；而高密度林分中，林木之间竞争加剧，树干尖削。同理，林木在较低密度的林分中可以得到较大的营养面积，冠胸比较大，林木长势较好。

4.2 结论

本试验对五台山华北落叶松天然林林分密度与林木生长关系进行调查研究，结果表明，林木胸径和冠幅的生长受密度变化的影响显著，林木冠幅和胸径都随林分密度的增大逐渐减小，且密度对冠幅的影响较大。林木树高的生长对密度变化的响应不显著。随着林分密度的增大，林木树高平均值并没有表现出明显的变化趋势。密度的变化对林木冠胸比和高径比影响显著。林木冠胸比随林分密度的增大逐渐减小，而林木高径比随林分密度的增大而变大。

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