造林密度和混交比例对水曲柳生长形质及空间利用能力的影响.pdf
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1、DOI:10.12171/j.10001522.20220172造林密度和混交比例对水曲柳生长形质及空间利用能力的影响肖伟伟王龙凤王树力(东北林业大学林学院,黑龙江哈尔滨150040)摘要:【目的】探究不同造林密度和混交比例下水曲柳生长形质及空间利用能力的变化规律,为培养大径材水曲柳人工林提供理论依据。【方法】选择帽儿山林场 1998 年营造的 4 种不同造林密度(分别为 10000、4400、2500 和 2200 株/hm2)的水曲柳纯林以及两种不同混交行数比(分别为 11 和 33)、造林密度为 2500 株/hm2的长白落叶松水曲柳混交林作为研究对象,调查了水曲柳的生长指标、形质指标和
2、空间利用能力指标,运用改进层级分析法获得综合评价值。【结果】4400 株/hm2、10000 株/hm2纯林中水曲柳生长指标评价值和空间利用能力评价值比 2500 株/hm2纯林分别降低3.15%、2.58%和 8.62%、2.58%,2200 株/hm2纯林中水曲柳生长指标评价值、形质指标评价值和空间利用能力指标评价值分别比 2500 株/hm2纯林提高 21.89%、7.41%和 2.94%。混交行数比 11 和 33 长白落叶松水曲柳混交林生长指标评价值、形质指标评价值和空间利用能力指标评价值分别比 2500 株/hm2纯林提高 12.18%、9.05%、17.92%和 22.98%、1
3、2.14%、25.77%。水曲柳综合评价值从大到小为混交行数比 33 长白落叶松水曲柳混交林、2200 株/hm2纯林、混交行数 11 长白落叶松水曲柳混交林、2500 株/hm2纯林、4400 株/hm2纯林和 10000 株/hm2纯林。【结论】随着造林密度的降低纯林水曲柳个体质量显著提高,混交林能显著提高水曲柳个体质量,建议营造密度为 2500 株/hm2混交行数比为33 的长白落叶松水曲柳混交林。关键词:水曲柳人工林;形质;造林密度;混交比例中图分类号:S753.51+8文献标志码:A文章编号:10001522(2024)03006009引文格式:肖伟伟,王龙凤,王树力.造林密度和混交
4、比例对水曲柳生长形质及空间利用能力的影响 J.北京林业大学学报,2024,46(3):6068.XiaoWeiwei,WangLongfeng,WangShuli.EffectsofplantingdensityandmixedproportionongrowthformqualityandspatialutilizationabilityofFraxinus mandshuricaJ.JournalofBeijingForestryUniversity,2024,46(3):6068.Effects of planting density and mixed proportion on gr
5、owth form quality andspatial utilization ability of Fraxinus mandshuricaXiaoWeiweiWangLongfengWangShuli(SchoolofForestry,NortheastForestryUniversity,Harbin150040,Heilongjiang,China)Abstract:ObjectiveByexploringthechangingprincipleofgrowth,formqualityandspatialutilizationability under different plant
6、ing densities and mixed species proportions of Fraxinus mandshuricaplantations,this paper aims to provide theoretical basis for cultivating big diameter wood of Fraxinusmandshurica plantations.Method Taking pure Fraxinus mandshurica plantations with 10 000,4400,2500and2200tree/haplantingdensity,andm
7、ixedFraxinus mandshuricaplantationsof1lineLarix收稿日期:20220504修回日期:20220606基金项目:中央高校基本科研业务费专项(2572020DR04),国家重点研发计划(2017YFD0601103),黑龙江省省级财政林业科研专项(201522)。第一作者:肖伟伟。主要研究方向:森林培育与森林经营。Email:地址:150040黑龙江省哈尔滨市和兴路 26 号东北林业大学林学院。责任作者:王树力,教授。主要研究方向:生态学、森林经营、水土保持与荒漠化防治。Email:地址:同上。本刊网址:http:/;http:/第46卷第3期北京林业
8、大学学报Vol.46,No.32024年3月JOURNALOFBEIJINGFORESTRYUNIVERSITYMar.,2024olgensis1lineFraxinus mandshuricaand3lineLarix olgensis3lineFraxinus mandshuricawith2500tree/haplantingdensity,whichwasplantedin1998fromMaoershanForestFarmofnortheasternChinaasmaterials,growth index,form quality index and spatial utili
9、zation ability index were investigated andcomprehensiveevaluationvaluewascalculatedbyimprovedhierarchicalanalysismethod.ResultThegrowth index,form quality index and spatial utilization ability index of pure Fraxinus mandshuricaplantationwith4400and10000tree/hadensityreducedby3.15%,2.58%and8.62%,2.58
10、%,respectivelythan that of pure Fraxinus mandshurica plantation with 2500 tree/ha density,and that of Fraxinusmandshuricaplantationwith2200tree/hadensityincreasedby21.89%,7.41%and2.94%,respectivelythanthatofpureFraxinus mandshuricaplantationwith2500tree/hadensity.Thegrowthindex,formqualityindexandsp
11、atialutilizationabilityindexofmixedplantationswith1lineLarix olgensis1lineFraxinusmandshuricaand3lineLarix olgensis3lineFraxinus mandshuricaincreasedby12.18%,9.05%,17.92%and22.98%,12.14%,25.77%,respectivelythanthatofpureFraxinus mandshuricaplantationwith2500tree/hadensity.Therankofcomprehensiveevalu
12、ationvalueofFraxinus mandshuricafrombigtosmallwasmixedplantationof3lineLarix olgensis3lineFraxinus mandshurica,pureplantationwith2200tree/hadensity,mixedplantationof1lineLarix olgensis1lineFraxinus mandshurica,pureplantationwith2500tree/hadensity,pureplantationwith4400tree/hadensityandpureplantation
13、with10000tree/hadensity.ConclusionTheindividualqualityofFraxinus mandshuricaimprovessignificantlywiththedecreaseofdensity in pure Fraxinus mandshurica,and raised significantly in Larix olgensis-Fraxinus mandshuricamixedplantation,itshouldbesuggestedtoplantthemixedplantationof3lineLarix olgensis3line
14、Fraxinus mandshuricawith2500tree/hadensity.Key words:Fraxinus mandshuricaplantation;formquality;plantingdensity;mixedproportion随着经济的发展,人们对大径材的需求日益剧增,培育珍贵树种大径材成为目前森林经营的重要目标1。林分结构与林木个体质量关系密切,优化林分结构是森林培育中非常重要的环节,而林分密度和树种组成皆属于林分结构的重要指标2。林分密度影响林木个体的生长环境,决定林分是否具备合理的生长空间,反映林木个体营养空间的大小和对所占空间的利用程度3。因此,林分密度调控
15、被认为是促进发展高质量人工林的重要措施4。与人工纯林相比,针阔混交林可优化林分空间结构,改良土壤理化性质,提高生物多样性,协调种间关系,形成良好的林地小气候,提高林木的生长并改善林木的质量57。林木的生长指标和形质指标是衡量林木个体质量的常用指标,而树冠指标所构成的空间利用能力则反映了林木个体对营养空间的占用和利用效率。这 3 个方面的指标决定了人工林用材个体现有价值和生长潜力。这些指标在树木的生长过程中会受到自身生长特性和环境条件的影响。随着人民对森林资源可持续利用认识的加深,提升林木质量作为用材林经营的目标之一,已经日益受到人们的关注和重视89。诸多学者从林分密度和混交比例方面对林木的生长
16、指标、形质指标和空间利用能力指标进行了大量研究。如刘涛等10对杉木(Cunninghamialanceolata)观光木(Tsoongioden odorum)异龄复层林研究发现,异龄复层林可提高空间和自然资源的利用率,促进树木生长。郑颖等11研究发现,不同密度落叶松(Larixspp.)林分平均胸径、冠幅和单株材积均呈现随初植密度增大而减小。欧建德等12对杉莲混交林的研究表明,乳源木莲(Manglietiayuyuanensis)冠高、树冠体积、树冠表面积及生长空间指数均随混交比例减少而逐渐增大。这些研究重点集中在林木生长指标、形质指标和空间利用能力指标等单个指标方面,而对林木个体整体质量的
17、研究相对较少。运用改进的层次分析法,从林木生长指标、形质指标和空间利用能力指标 3 个方面可综合评价林木个体当前质量和生长潜力,更能准确描述林分密度和混交比例对林木个体质量的影响,为大径材的培育提供科学依据。水曲柳(Fraxinus mandshurica)是东北地区珍贵的用材树种之一。过量采伐使天然水曲柳森林资源处于濒危状态13。随着人们对优良大径材需求的日益剧增,培育优质水曲柳人工大径材已成为解决木材短缺的重要途径1。学者们针对水曲柳生长、形质及空间利用能力开展了深入研究,尤其在林分密度调控14、混交15和修枝16技术等方面进行了大量工作。整体上这些关于水曲柳生长、形质及空间利用能力指标的
18、研究相对零散。本文旨在研究林分密第3期肖伟伟等:造林密度和混交比例对水曲柳生长形质及空间利用能力的影响61度和长白落叶松水曲柳混交比例对水曲柳生长、形质和空间利用能力及其综合评价值的影响,并通过综合评价确定适宜的林分密度及混交比例组合,为水曲柳大径材人工林的培育提供科学依据。1研究区概况与研究方法1.1 研究区概况东北林业大学帽儿山实验林场进德施业区(1272912744E,45144529N),属长白山系张广才岭西坡小岭余脉,为松嫩平原向张广才岭过渡的低山丘陵区,地貌类型为低山丘陵,平均海拔300m,坡度 10。该地区属于温带大陆性季风气候,年均温 2.7,极端高温 18.0,极端低温12.
19、1。年均降水量 728mm,集中于 68 月;年蒸发量1093mm;年均日照时间 2471h,无霜期 120124d,生长季 5070d。该区土壤类型主要为暗棕壤。植物区系属于长白山植物区系,现有林分类型包括原始植被破坏后形成的天然次生林和栽植的人工林。主要乔木树种包括山杨(Populus davidiana)、白桦(Betula platyphylla)、水曲柳、黄檗(Phellodendronamurense)和胡桃楸(Juglans mandshurica)等1718。1.2 研究方法1.2.1样地布设与调查2018 年 10 月,在帽儿山林场选择立地条件基本一致(即北向坡中部,坡度约为
20、 10)的区域,以1998 年营造的 4 种不同造林密度(分别为 10000、4400、2500 和 2200 株/hm2)的水曲柳纯林以及两种不同混交行数比(分别为水落 11 和 33)、造林密度为 2500 株/hm2的长白落叶松水曲柳混交林为研究对象,各林分设置 3 块 20m20m 样地,共18 块样地(表 1)。研究对象林分造林时采用 50cm50cm30cm的 穴 状 整 地,株 高 20 cm,地 径 0.60 cm级苗木造林。林下表层土壤 pH 值为 5.86.2,土壤密度为 0.861.42g/cm3,有机碳含量为 41.4584.19g/kg,全 N 含量为 3.628.0
21、9g/kg,全 P 含量为0.791.37g/kg,全 K 含量为 4.555.52g/kg。1.2.2指标计算2020 年 10 月初对样地进行每木检尺,调查树高、胸径、冠幅和枝下高。生长指标包括胸径(D)、树高(H)、单株材积(V)。单株材积(V)计算公式为V=0.0070020.002476D+0.000522D2+0.000007D3形质指标包括枝下高、径高比和胸高形数。枝下高表示树干第 1 个活枝到树干基部的长度。径高比表示树木胸径与树高的比值。胸高形数(f1.3)12计算公式为f1.3=V/(g1.3H)式中:g1.3表示树木胸径位置所对应的胸高断面积。树木空间利用能力指标1920
22、有:(1)冠幅(WC)即东西冠幅(WC,ew)、南北冠幅(WC,sn)的算术平均值;(2)冠长(LC)即树干第 1 个活枝基部到树梢的长度;(3)冠形率(RCS)即冠长(LC)与冠幅(WC)的比值;(4)树冠表面积(CSA,m2),CSA=/4WC(4LC2+WC2)1/2;(5)树 冠 体 积(CV,m3),CV=/12 WC,ewWC,snLC;(6)生长空间指数(GSI,m3/cm),GSI=CV/D。运用改进层次分析法21获得不同造林密度和混交比例水曲柳林木的各指标评价值和林木生长形质及空间利用能力综合评价值。(1)各评价指标权重的确定。经征询专家意见,确定水曲柳生长性状、形质性状和空
23、间利用能力的权重分别为 0.50、0.25 和 0.25。采用各评价指标数据的样本误差系数,构建判断矩阵,根据矩阵求出最大特征根所对应的特征向量,所求特征向量即为各指标在同类性状中重要性排序。获得各指标特征向量后,由下式得出各指标权重。表1帽儿山林场进德施业区不同密度与树种配置水曲柳人工林概况Tab.1BasicsituationofFraxinus mandshuricaplantationwithdifferentdensitiesandtreespeciesconfigurationsinJindeRegionofMaoershanForestFarm密度与树种配置Densityandt
24、reespeciesconfiguration平均胸径MeanDBH/cm平均树高Meantreeheight/m单株材积Individualplantvolume/m3公顷蓄积/(m3hm2)Volumeperhectare/(m3ha1)11.1014.360.0743141.7212.1314.360.0906131.7512.7214.300.0980126.7113.5415.420.1209110.381113.3514.360.1108190.723314.9514.900.1415160.24注:分别为10000、4400、2500和2200株/hm2密度水曲柳纯林;11和33
25、分别为2500株/hm2密度的长白落叶松水曲柳单行混交林和长白落叶松水曲柳3行混交林。下同。Notes:meanthepureFraxinus mandshuricaplantationwith10000,4400,2500and2200tree/hadensity,Fraxinus mandshurica-Larix olgensis11andFraxinus mandshurica-Larix olgensis33meanthemixedplantationwith1lineFraxinusmandshurica,1lineLarix olgensisand3lineFraxinus ma
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