林分密度对北京山区不同龄级油松人工林生长的影响

梁佳宁，周晓东，薛柳，田会鹏

(北京市西山试验林场，北京 100093)

油松(PinustabulaeformisCarr.)是我国暖温带森林的主要建群种，是华北地区重要造林树种。油松在北京地区分布广泛，特别是北京山区，多分布于海拔200～1 500 m、阴坡，能耐比较干旱和贫瘠的土壤[1]。油松是北京山区重要的针叶林类型，以人工林为主，天然林分布面积较少[2]。20世纪50年代以来，由于初植密度过大，抚育工作滞后，油松普遍长势衰弱，生态功能不高，未能充分发挥其生态效益[3]。为充分发挥油松人工林的生态效益，必须对其进行科学的经营[4]。由于油松林在起源、树龄、群落结构、立地条件等方面均不相同，为经营策略的制定带来了困难。林分密度是影响林木生长发育的重要因子[5]，研究影响油松人工林生长情况的林分密度，并提出相应的经营策略，对于全面了解和掌握油松人工林资源情况，指导营林实践，进一步提高林分质量，发挥更大的生态和景观效益，具有重要意义。

1 研究区概况

北京市地处华北平原的北部，位于39°28′—41°05′ N，115°25′—117°30′ E，毗邻渤海湾，上靠辽东半岛，下临山东半岛，地形西北高，东南低，其中山区占总面积的62%，平原约占38%。北京属暖温带半湿润大陆性季风气候，夏季高温多雨，冬季寒冷干燥，春、秋短促。全年无霜期为180～200 d，年日照时数为2 000～2 800 h，年降水量为600 mm，70%～80%降水量集中在夏季，冬季只占全年的2%。其原始植被类型为暖温带落叶阔叶林和温带针叶林，由于人为破坏，现已不多见。中山阴坡大面积分布着辽东栎、蒙古栎萌生林和灌丛；阳坡主要有侧柏、臭椿、山杏等。低山区以酸枣，荆条为主；山间盆地及沟谷地带生长有杨、柳、榆、桑、核桃楸、板栗、柿树等[5]。常见人工栽植的树种主要有油松、侧柏、落叶松、刺槐、杨、柳、国槐、黄栌、元宝枫等。

2 数据来源及处理

数据资料主要来源于2014年北京市森林资源二类清查。油松人工林10年为一个龄级，根据对油松树龄统计的结果，本研究筛选平均林龄≤60 a的小班，共计4451个。设≤20 a为Ⅰ龄级，21～30 a为Ⅱ龄级，31～40 a为Ⅲ龄级，41～60 a为Ⅳ龄级。运用Excel2016，SPSS23.0等软件对数据进行分析。

3 结果与分析

3.1 油松人工林林分密度分布分析

用SPSS23.0对不同林分密度样地分布情况进行统计，结果如表1及图1所示。

表1 油松人工林林分密度分布

通过对北京山区油松人工林密度研究发现，其林分密度跨度较大，从6～4 936株hm-2不等，根据不同林分密度的小班样地频率(个数)，北京山区油松人工林98.9%的小班集中分布在林分密度为2 000株hm-2之下，90%以上分布在300～1 500株hm-2之间，林分密度300株hm-2以下的小班仅为1%左右。分布最多的林分密度为600株hm-2，共计647个小班，其次为800株hm-2，共计526个小班。根据统计结果，其密度分布按油松人工林小班个数频数的大小，依次为600、800、1 200、900、700和500株hm-2，其小班总数为2 865，占小班总数的60%以上。

图1 北京山区不同林分密度油松林分布

林分密度对油松人工林整体各生长因子的相关性如表2所示。在0.01显著水平下，林分密度与平均树高、平均胸径、平均蓄积量显著相关，与平均树高、平均胸径呈负相关，其Pearson相关系数分别为-0.074和-0.152，与平均蓄积量成正相关，其Pearson相关系数为0.407。

表2 林分密度与油松人工林生长因子的相关系数

3.2 林分密度对Ⅰ龄级油松人工林生长的影响分析

取林分密度为500、600、700、800、900、1 000和1 200株hm-2的数据进行分析，林分密度与平均树高、平均胸径成直线关系，与平均蓄积量成二次多项式关系。林分密度对Ⅰ龄级各油松人工林各生长因子影响的重要程度依次是：平均蓄积量>平均胸径>平均树高。

林分密度与平均胸径呈正相关。已有研究表明，13年生之前的油松，林木胸径与林分密度呈正相关，对平均树高相关性不显著[6]。林分密度与油松各生长因子之间的回归关系如表3所示。

表3 林分密度与油松各生长因子之间的回归关系

图2 Ⅰ龄级油松人工林林分密度与生长因子的关系

3.3 林分密度对Ⅱ龄级油松人工林生长的影响

林分密度与油松各生长因子之间的回归关系如表4所示。林分密度与平均树高呈线性关系，与平均胸径、平均蓄积量成二次多项式关系。

表4 林分密度与Ⅱ龄级油松各生长因子之间的回归关系

图3 Ⅱ龄级油松人工林林分密度与生长因子的关系

3.4 林分密度对Ⅲ龄级油松人工林生长的影响

林分密度与油松各生长因子之间的回归关系如表5所示。同样的，林分密度与平均树高呈线性关系，与平均胸径、平均蓄积量成二次多项式关系。

表5 林分密度与Ⅲ龄级油松各生长因子之间的回归关系

如图4所示，随着林分密度的增加，Ⅲ龄级油松人工林平均树高逐渐呈减小的趋势。已有研究表明，随着林分密度的增大，油松树冠长度会减小，这可能一定程度上影响了平均树高。当林分密度为900～1 000株hm-2时，减小量最大，为0.53 m。林分密度对平均胸径的影响与平均树高的影响趋势相似，在一定的密度范围内，均随密度的增加而减小，林分密度为800～900株hm-2时，其平均胸径减小量最大，为1.22 cm。在一定林分密度范围内，随着林分密度的增大，平均蓄积量呈增大的趋势，当林分密度大于800株hm-2时，Ⅲ龄级油松人工林平均蓄积量增长趋势变平缓。由此可见，林分密度在800株hm-2左右，Ⅲ龄级油松人工林生长较好。

图4 Ⅲ龄级油松人工林林分密度与生长因子的关系

3.5 林分密度对Ⅳ龄级油松人工林生长的影响

如表6所示，林分密度与油松各生长因子之间的回归关系依次为，林分密度与平均树高呈线性关系，与平均胸径、平均蓄积量呈二次多项式关系。

表6 林分密度与Ⅳ龄级油松各生长因子之间的回归关系

如图5所示，平均树高随林分密度的变化趋势与Ⅲ龄级油松人工林表现出较高一致性。当林分密度为900～1 000株hm-2时，其减小量最大为0.60 m。当林分密度为900～1 000株hm-2时，Ⅳ龄级油松人工林平均胸径减小量最大，为0.88 cm。林分密度对Ⅳ龄级油松人工林蓄积量影响最大，同样，当林分密度为900～1 000株hm-2时，Ⅳ龄级油松人工林平均蓄积量减少，密度为1 000～1 200株hm-2时，平均蓄积量增量最大。

图5 Ⅳ龄级油松人工林林分密度与生长因子的关系

从整体来看，林分密度对同一林龄级油松人工林的各生长量的影响不同，林分密度对Ⅰ龄级油松人工林平均树高几乎没有什么相关性，对Ⅱ龄级油松平均胸径、平均蓄积量具有相关性，以平均蓄积量为标准，其营林密度控制在900～1 000株hm-2之间时，油松生长较好；林分密度对Ⅲ龄级、Ⅳ龄级油松人工林各生长量影响最大的均为平均蓄积量，对平均树高的相关性要高于平均胸径，其营林密度分别为800、800和1 000株hm-2时，生长较好。

3.6 立地因子及林分密度对山区油松人工林生长的影响分析

以Ⅲ龄级(31～40年生)油松人工林为研究对象，研究其在不同海拔和坡向上林分密度与油松人工林林木生长的关系，对掌握油松人工林的生长和收获情况、掌握不同立地条件下油松人工林生长合理林分密度，从而分类指导，并根据不同培育目标来确定合理的经营密度等有较大的现实意义[7]。

3.6.1 不同坡向林分密度对油松人工林生长的影响

图6 不同坡向上林分密度与油松人工林平均树高的关系

图7 不同坡向上林分密度与油松人工林平均胸径的关系

如图6所示，在不同坡向上，林分密度与油松人工林平均树高的相关性不同，在阴坡上，平均树高与林分密度的R2值为0.9279，远大于林分密度在阳坡上的R2值0.518 9，说明林分密度在阴坡上对平均树高的影响要高于阳坡。无论在哪个坡向上，平均树高均随林分密度的增大而减小，这与上述研究结果一致。阴坡上，当林分密度为900～1 000株hm-2时，平均树高减小量最大，为0.58 m，而在阳坡上，林分密度为1 000～1 200株hm-2时，平均树高减小量最大，为0.48 m。

同样的，从图7中可以看出，林分密度对不同坡向上平均胸径的影响也不相同，在阴坡上，林分密度与平均胸径的R2值是0.879 3，大于在阳坡上的R2值。在阴坡上，林分密度为900～1 000株hm-2时，其减小量最大，为0.65 cm；在阳坡上，林分密度为1 000～1 200株hm-2时，减小量最大，为0.62 cm。

图8 不同坡向上林分密度与油松人工林平均蓄积量的关系

如图8所示，林分密度对油松人工林平均蓄积量的影响在不同坡向上表现出较高的一致性，其R2值相差不大，阳坡上林分密度对平均蓄积量的R2略大于阴坡，且平均蓄积量均随着林分密度的增大而增大，同时，当林分密度达到1 000株hm-2时，增势均变缓。

在不同坡向上，林分密度对油松人林的平均树高、平均胸径及平均蓄积量的影响表现出较高的一致性，随着密度变化，阴坡上油松人工林的平均树高、平均胸径受林分密度影响较大些，这与韩照日格图[8]对大青山区油松人工林研究的结果不一致，这可能与两地气候、水热条件以及林龄等因素不一致有关。

3.6.2 不同海拔林分密度对油松人工林生长的影响 低山区域和中山区域油松人工林密度和平均树高的关系结果如图9所示。不同海拔区域，林分密度对平均树高的影响存在差异。在低山地区，其R2值为0.561 9，而在中山地区，其R2值为0.807 2，由此可见，林分密度对树高的影响在中山地区要远高于在低山地区。从整体来看，无论是在中山地区还是低山地区，平均树高随着林分密度的增加均有减小的趋势，在中山区域，林分密度为800～900株hm-2，平均树高减小量最大，为1.62 m，而在低山区域，密度为900～ 1000株hm-2时，平均树高减小量最大，为0.54 m。

图9 不同海拔林分密度与油松人工林平均树高的关系

不同海拔，林分密度对油松人工林平均胸径的影响如图10所示。在低山地区林分密度对油松人工林平均胸径的R2值为0.501 6，低于在中山区域的R2值。说明在中山地区林分密度对油松人工林平均胸径的影响要大于在低山地区。

图10 不同海拔林分密度与油松人工林平均胸径的关系

在低山地区，平均胸径减小量最大为2.38 cm，其林分密度范围为800～900株hm-2；而在中山地区，当林分密度为900～1 000株hm-2时，平均胸径减小量最大，为1.11 cm。

不同海拔区域上油松人工林林分密度与平均蓄积量的关系如图11所示，在低山地区，林分密度与平均蓄积量的R2值为0.642 3，小于在中山地区的R2值0.935 6，在中山地区，林分密度对油松人工林蓄积量的影响要远高于低山地区。整体来看，不同海拔高度，随着林分密度的增大，油松人工林平均蓄积量也有增大的趋势，在低山区域，当林分密度大于1 000株hm-2时，增势变缓，而在中山区域，当林分密度为1 000～1 200株hm-2时，其增量最大，为6.82 m3hm-2。

图11 不同海拔林分密度与油松人工林平均蓄积量的关系

整体来看，随着林分密度的增加，在低山和中山区域，油松人工林各生长量变化的趋势基本一致，中山区域林分密度对各生长量的影响更大。

综合上述分析，根据油松三个生长指标的变化，其在低山区的造林密度在800株hm-2左右，在中山区的造林密度在900株hm-2左右时生长较好。

4 结论

4.2 在一定林分密度范围内，林分密度对Ⅰ龄级油松人工林各生长因子影响不大，对Ⅱ龄级油松人工林平均树高影响不大，对平均蓄积量影响最大，平均胸径次之；对Ⅲ、Ⅳ龄级油松各生长因子影响较大，具有一致性，影响的大小依次为：平均蓄积量>平均树高>平均胸径。

4.3 以平均蓄积量为参考依据，其生长较好的林分密度依次为，Ⅰ龄级油松人工林在900～1 000株hm-2之间，Ⅱ、Ⅲ龄级油松人工林在800株hm2左右，Ⅳ龄级油松人工林则为1 000株hm-2。这几个数值在实际营林过程中可作为参考值。

4.4 以Ⅲ龄级油松人工林为研究对象，林分密度在阴坡对平均树高、平均胸径的影响明显高于阳坡；对平均蓄积量的影响则低于阳坡；不同海拔上，油松人工林林分密度在低山区域对平均树高、平均胸径及平均蓄积量的影响均低于中山区域。

5 讨论与展望

5.1 本研究根据林分密度出现频率的大小，筛选出林分密度不同的7种油松林进行研究，这7种不同林分密度油松林的小班个数占总小班个数的60%，可以代表大部分北京山区油松人工林林分密度与生长的情况，但其他地区的油松人工林密度设置可能与本文筛选的密度有差异，研究结果会有所差异，需要根据具体地区再进行具体分析。

5.2 林分密度对Ⅰ、Ⅱ龄级油松人工林平均树高和平均胸径影响不大，对Ⅲ、Ⅳ龄级影响较大。随着林龄的增大，油松生长量增大，导致同一林分密度下个体间竞争加剧，从而使得林分密度对油松的影响加强。李世界等[7]研究发现，在13年生之前油松林木胸径会随着密度增大而增大，随后，个体矛盾激化导致林木胸径会随密度增大而减小。这可能与两地油松人工林林分密度的不同有关，北京山区油松人工林密度远低于辽西地区，当林分密度较低时，生长空间较为充足，竞争作用表现不明显[8]，当林分密度大于2 000株hm-2时，林木之间竞争作用加剧，从而对生长产生较大影响。

5.3 本研究发现，Ⅲ龄级油松人工林的平均树高、平均胸径均及平均蓄积量在不同坡向时，林分密度对其影响不同，林分密度在阴坡对油松人工林胸径的影响要高于阳坡，而韩照日格图[9]对大青山区油松人工林研究表明，阳坡林分密度对林木胸径的作用更强，本研究成果与之有较大不同。这可能与两地气候、水热条件以及油松林林龄等因素不一致有关，同时，本研究仅仅选取了31～40年生的油松人工林为对象，而林龄不同油松人工林，生长规律大不一样，且土壤因子等其他不同立地因子综合作用之下，林分密度对油松人工林的影响规律可能非常不一样[10]，将来有必要继续细化各类条件，深入全面对各林龄油松人工林开展研究。