林分密度对不同坡位侧柏人工林生长的影响

付德刚 高赞东 李 可 于晓燕 栾义峰 李 辉∗

（1.山东省林业保护和发展服务中心，山东 济南 250014；2.济南市林场，山东 济南 250014；3.临沂大学农林科学学院，山东 临沂 276000）

林分密度是指单位面积上树木株数，是森林生长发育的重要因子。林分密度影响林木树高、胸径、冠层等指标，是引起森林种群竞争的重要因素。合理的林分密度不仅能优化森林结构，还有助于增加人工林物种多样性，提高林木生产力等。

坡位是指坡面所处的地貌部位，代表着土壤水分、养分等的生态梯度变化，对森林的生长和健康状态有重要作用。在针叶树人工林中，乔木层养分分解归还土壤速度慢，因而林分密度和坡位的作用更为重要。

树木生长指标主要包括树木胸径、树高、枝下高、生物量、碳储量等。有学者研究表明，林分密度和坡位对树木的生长指标产生重要影响，如郑颖等研究发现林木蓄积量随林分随密度的升高而增大；宋依璇等研究表明坡位是影响树木生长的重要因素；杜振宇等发现侧柏林木在林分密度较低时，胸径和树高均有大幅提高；范叶青等发现下坡林分生物量明显大于上坡。总之，林分密度和坡位对树木的生长发育具有重要意义。

侧柏是山东省主要造林树种之一，因其对土壤条件要求不严，极耐干旱等原因，在干旱瘠薄山地丘陵广泛栽植。同时，侧柏又具有水土保持、涵养水源、净化空气等功能，被广泛用于生态公益林栽植。但大部分林地由于抚育不及时，出现林分结构不合理、生长不良、低质低效等问题，亟需改造提升。

为此本研究以侧柏（Platycladus orientalis（L.）Franco）近熟人工纯林为研究对象，分析林分密度和坡位对侧柏生长的影响，探究侧柏人工林合理的林分密度及适宜的种植坡位，为侧柏人工林林分结构改造和可持续发展与经营提供科学依据。

1.材料与方法

1.1 研究区域概况

研究区位于山东省济南市华山林场（36°22′-36°28′N，117°22′-117°33′E）内，属鲁中南山地泰山支脉，境内山峦起伏，沟壑纵横，岩石为火成岩山地，基岩以片麻岩、花岗岩类为主，土壤类型为山地棕壤；属温带大陆性季风气候，四季分明，雨热同期，年均降水量800 mm。林场有乔木50科200多种，形成以侧柏、松类、刺槐为主体的森林群落结构。

研究区域选取侧柏人工林，属于纯林，林龄65年，林分为公益林，禁伐。随着时间的推移，因自然稀疏、人为间伐和旅游开发干扰等因素，密度逐渐产生差异。

1.2 样地设置及数据调查

上395±4 阳坡 0.9 2025（M4）下370±3 阳坡 0.9

根据实地调查，通过典型样地法，选取4种现存林分密度 M1（1125±75）株 /hm2、M2（1425±75）株 /hm2、M3（1725±75）株 /hm2、M4（2025±75）株 /hm2的侧柏人工林，每种林分密度根据坡位（上坡、下坡）各设置4个25.8m×25.8m标准地，每个样地的坡向及海拔等条件基本一致，并对样地内的乔木（胸径≥5cm）进行每木检尺，记录每株树木的胸径、树高、第一活枝高、第一死枝高等指标。样地基本情况见表1。

表1 样地基本概况

1.3 数据统计分析

数据采用SPSS18.0统计分析软件处理，应用单因素方差分析（one-way ANOVA）和最小显著差异法（LSD），在5%水平上检验不同样地测定结果的差异性。

2.结果与分析

2.1 林分密度对不同坡位侧柏胸径的影响

图2所示，在相同坡位上，侧柏冠幅随着林分密度的升高而降低，其中林分密度1125株/hm2的树木冠幅最大，2025株/hm2的最小。就上坡而言，林分密度1125株/hm2、1425株/hm2、1725株/hm2、2025株/hm2树木冠幅分别为4.03m、3.75m、3.25m、2.88m，通过单因素方差分析可以看出，除树木冠幅在1125株/hm2和1425株/hm2林分密度之间差异不明显外（P＞0.05），其他各林分密度之间差异显著（P ≤ 0.05）；在下坡，林分密度1125株/hm2、1425株/hm2、1725株/hm2、2025株/hm2树木冠幅分别4.55m、4.10m、3.70m、3.20m，各林分密度之间差异显著（P ≤ 0.05）。在一定程度上说明，林分密度越大，树木间距越小，透光性越差，冠幅生长越小。

在相同林分密度上，下坡树木冠幅明显高于上坡，其中林分密度1125株/hm2、1425株/hm2、1725株/hm2、2025株/hm2时，上坡树木冠幅分别为下坡的88.46%、91.46%、87.84%、89.85%（图2），说明下坡较上坡树木枝叶繁茂，生长力强。这是否由于上坡受雨水冲刷严重，营养物质部分流入下坡造成的还需要进一步研究。

图1所示，在不同林分密度和坡位条件下，侧柏株数随着树木胸径的增大呈现先升高后降低的变化趋势。林分密度1125株/hm2时，上坡树木在胸径15-17cm范围内分布最多，占树木总数的20.44%，下坡在17-19cm径级范围内分布最多，为树木总数的20.12%；其中上坡侧柏胸径＞19cm的株数明显少于下坡。

林分密度为1425株/hm2时，侧柏在15-17cm径级范围内分布最多，其中上坡株数为树木总数的21.2%，下坡株数为树木总株数的24.6%；胸径＜17cm的侧柏上坡明显多于下坡。

林分密度为1725株/hm2时，上坡侧柏株数在13-15cm径级范围内分布最多，占树木总数的20.9%，下坡株数在15-17cm径级范围内分布最多，占树木总数的18.4%。

当林分密度达到2025株/hm2时，小径级的树木明显增多，其中上坡11-13cm径级范围内的侧柏分布最多，为树木总数的22.5%；上坡胸径＜11cm的侧柏株数占树木总数的比例明显高于下坡，胸径＞15cm明显低于下坡。

总体来看，树木株数随着胸径大小呈现近似抛物线状分布，呈现近似抛物线状分布，与天然杂木林表现的下凹双曲线状，存在一定的差异，在一定程度上说明该侧柏林存在一定的人为干扰。在相同林分密度下，下坡侧柏大径级的树木株数明显多于上坡，小径级的树木株数比明显少于下坡（P ≤ 0.05）；相同坡位条件下，林分密度越低大径级的树木株数占树木总数的比例越高，小径级的越低。这可能由于上、下坡水土流失情况不同及林分透光度不同等造成的。

2.2 林分密度对不同坡位侧柏冠幅的影响

2.2 林分密度对不同坡位侧柏树高的影响

树高是指树木从地面上根部到树梢之间的高度，表示树木高矮的因子，同一种树木在不同的生长环境下树高不同。

图3所示，在同一坡位上，随着林分密度等级的增加，侧柏的树高呈现先升高后降低的变化趋势。其中，上坡林分密度1425株/hm2时，树木平均树高达到最大16.70m，分别为1125株/hm2、1725株/hm2、2025株/hm2的1.24倍、1.19倍、1.25倍；而下坡中，林分密度1725株/hm2时最大，分别为1125株/hm2、1425株/hm2、2025株/hm2的1.16倍、1.07倍、1.09倍，且下坡达到最大树高的林分密度明显高于上坡。

从同一林分密度来看，除1725株/hm2的上坡、下坡树高方差分析差异不显著外（P ＞ 0.05），其他各密度的侧柏树高下坡明显低于上坡（P ≤ 0.05）。如林分密度1125株/hm2、1425株/hm2、2025株/hm2的下坡树高分别为上坡的85.63%、74.31%、91.34%。可见，坡位也是影响树木生长的重要环境因子。

2.3 林分密度对不同坡位侧柏第一活枝和第一死枝高的影响

树木第一活枝高又称干高，是指树干基部到树冠第一活枝的高度。其高度在一定程度上可反映树冠的衰退情况，当树木衰退时，底部的枝条会逐渐死亡，第一活枝高逐渐升高。

图4A所示，在下坡第一活枝高随着林分密度的升高而升高，其中林分密度1125株/hm2的第一活枝高分别为 1 425株 / hm2、1725株 / hm2、2025株 / hm2的 8 2.03%、72.03%、71.55%，说明林分密度可影响侧柏树冠衰退进度，且林分密度越大，树冠衰退越强，森林质量越差。

在上坡中，侧柏第一活枝高虽然随着林分密度的升高呈现先升高后降低的变化趋势（图4A），但方差分析发现，在林分密度1125株/hm2、1725株/hm2、2025株/hm2之间差异不显著（P＞0.05），而林分密度1425株/hm2的第一活枝明显高于其他林分密度的原因可能是此林分密度的树高最高引起的。

树木第一死枝高是指树干基部到树冠第一死枝的高度。图3B所示，林分密度和坡位对侧柏的第一死枝高影响不大，笔者认为可能是由于研究样地为生态公益林，侧柏死枝被定期清理造成的。

2.4 林分密度对不同坡位侧柏蓄积量的影响

林木蓄积量是指一定的森林面积内现有林木的材积总量，在一定程度上可反映森林生产力、出材量等。图5所示，在同一林分密度上，下坡的侧柏林木蓄积量明显高于上坡，其中下坡1125株/hm2、1425株/hm2、1725株/hm2、2025株/hm2的蓄积量分别为上坡的1.23倍、1.17倍、1.18倍、1.25倍，说明此区域下坡更有利于侧柏的生长，使其生产力和出材量明显升高。

随着林分密度的升高，侧柏蓄积量呈偏正态分布，其中林分密度1425株/hm2时，侧柏的蓄积量最大（图5）。上坡1425株/hm2和1725株/hm2密度之间侧柏蓄积量差异不显著（P ＞ 0.05），但和1125株/hm2、2025株/hm2之间差异显著（P ≤ 0.05）；从下坡来看，1425株/hm2的侧柏蓄积量明显高于其他林分密度（P ＞ 0.05），分别为1125株/hm2、1725株/hm2、2025株/hm2的1.30倍、1.14倍、1.17倍。说明在上述林分密度中，1425株/hm2的侧柏生产力最高，但结合树木胸径来看，此林分密度的树木偏细，达到标准的木材产量是否最高还有待进一步研究。

3.讨论与结论

有学者研究发现，林分密度、坡位、坡向等环境因素对树木的生长发育产生较大影响，如谢哲根等研究表明，胸径在10-15cm范围内的树木获取自身生长资源的能力很大程度上取决于环境。

而本研究中，侧柏株数在胸径上的分布受林分密度和坡位的双重影响，其中胸径在10-15cm范围内的侧柏，林分密度1125株/hm2、1425株/hm2、1725株/hm2、2025株/hm2时，上坡侧柏株数分别为树木总数的29.51%、38.26%、49.71%、57.27%、下坡侧柏株数分别为树木总数的23.40%、36.43%、32.50%、53.29%，株数基本随着林分密度的升高而升高，且同一林分密度中，上坡株数明显多于下坡；当树木胸径＞19cm时，侧柏株数随着林分密度的升高而降低，且同一林分密度中，上坡株数明显少于下坡。可见森林的透光性及土壤剖面养分对侧柏胸径的影响较大。

林分密度影响树木个体之间的营养空间。在同一坡位上，随着林分密度的增加，侧柏树高呈现先升高后降低的变化趋势。其中上坡林分密度1425株/hm2，下坡1725株/hm2时，树木平均树高达到最大，且下坡达到最大树高的林分密度明显高于上坡。

树木在不同年龄阶段，根系和树冠发育情况不同，其资源获取能力差异较大，林分密度和坡位对树木的影响有所不同。当树木生长到一定阶段，树冠开始衰退，活冠底部的枝条会逐渐死亡，第一活枝高增大。冠幅是用于指导森林经营的生长重要研究指标，树冠是树木进行光合作用的主要场所，它决定树木生产力的高低，同时也是树木在生长过程中反映长期竞争水平的重要指标，树冠衰退会导致冠幅狭窄。本研究中，下坡侧柏林第一活枝高随着林分密度的升高而升高；上、下坡树木冠幅都随着林木密度的升高而降低，可见，林分密度越大，树木间距越小，透光性越差，冠幅生长越小，树冠衰退越强，森林质量越差。树冠衰退可发生在任何坡位的森林中，下坡树木冠幅明显大于上坡原因的可能由于上坡受雨水冲刷严重，营养物质部分流入下坡造成的。

林木蓄积量是衡量森林产量、林木生产力及森林多种效益的重要指标。有学者研究表明，不同林分密度和坡位对林木蓄积量产生一定影响。

本研究中随着林分密度的升高，侧柏蓄积量呈现偏正态分布，其中林分密度1425株/hm2时，侧柏蓄积量最大，上、下坡分别为103.68m3/hm2、121.73m3/hm2，但结合树木胸径来看，此林分密度的树木偏细，达到标准的木材产量是否最高还有待进一步研究。