全 文 ： 2000年第 5期
辽 宁 林 业 科 技
Journal of Liaoning Forestry Science &Technology 2000№5
沙松生长与环境因子和气象因子
相关规律的研究
关 庆 如
(辽宁省林业科学研究院 , 辽宁 沈阳 110032)
摘 要:此项研究通过数量化理论(Ⅰ)与多元回归分析 、计算机迭代计算等方法 ,以 34年间观测积
累的大量原始数据 ,对沙松生长与土层厚度等环境因子和年均气温等气象因子的相关关系及各因
子的贡献率进行了深入地研究 ,判明沙松的生长和材积产量与土层厚度 、坡位 、坡向 、坡度 、年均气
温 、年积温(≥10℃)等因子都有不同程度的相关关系 ,尤其是与土层厚度 、坡位 、年均气温 、年积温
的相关关系极为密切 。
关键词:沙松;环境因子;气象因子;相关关系
中图分类号:S718.51 文献标识码:A 文章编号:1001-1714(2000)05-0005-04
Study on relationship between growth
of Abies holophylla and meteorological factors and environmental factors
GUAN Qing-ru
(Liaoning Academy of Forestry Science, Shenyang 110032 , China)
Abstract:In this paper , great amount of data of Abies holophylla plantation in 34 years are processed with quantitative theory I and
multifactor regression methods and other techniques.Some meteorological factors and environmental factors and their contribution to
tree height and volume were calculated ,which include soil depth , slope indexes , annual temperature , annual accumulated tempera-
ture and other factors.The results show that soil depth , slope position , annual temperature , annual accumulated temperature are the
most important factors , and the others also correlated with tree growth.
Key Words:Abies holophylla ,meteorological factors , environmental factors , correlation
沙松(Abies holophylla)属松科 ,冷杉属 ,又名杉
松 ,为东北东部林区长白山及其余脉寒温带阔叶红
松林中主要珍贵用材树种之一 。它在针阔混交林中
常与红松(Pinus koraiensis)、鱼鳞松(Picea jezoensis)、
蒙古柞(Quercus mongolica)、枫桦(Betula costata)、色
木(Acer mono)、山杨(Populus davidiana)等多种阔叶
树混生 ,树干笔直高大 ,树高可达 32m以上 ,胸径 1m
以上 。由于长期在原始森林植物顶极群落中繁衍生
息 ,获得了幼年时期能够耐一定程度庇荫的生物学
特征 ,植物学家将其列为阴性树种 。但它高生长一
旦穿出林冠层获得大量光和热之后 ,生长迅速增快 ,
树干基部的年轮宽度可达 1cm 以上 , 1 株胸径
77.6cm、树高 32m 、158年生的沙松解析木(吉林省敦
化市柞木台国营林场),单株立木材积达7.34m3 。辽
宁省桓仁县高俭地村 55年生沙松人工纯林的平均
材积达到 575m3/hm2 ,所以沙松又可称为速生高产
树种。天然林中的沙松生长在各种坡度 、坡位 、坡向
和不同土层厚度的林地上。为了在东北东部林区大
力发展沙松 ,培育高产的沙松林 ,首先必须弄清沙松
生长与各种环境因子和气象因子的相关规律。为此
我们于 1963 ～ 1964年在辽宁白石砬子国家级自然
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收稿日期:1999-09-04;修回日期:2000-03-15
保护区营造了千亩试验林 ,其中沙松约占 50%,同
时于 1964 ～ 1998年 ,在各种立地类型和沙松林分类
型中先后设置 21块固定标准地 ,每隔一定年限复测
一次。于 1998年在试验林中又选伐 10 株 34 年生
沙松解析木 ,同时于 1964 ～ 1985年在吉林 、辽宁各
地的天然林和人工林中还选伐了大径级的沙松解析
木11株 ,解析木共 21 株。现将研究分析的结果分
述如下。
1 沙松生长与环境因子的关系
沙松多生长于海拔 300 ～ 900m 、土层深厚 、湿
润 、排水良好的酸性暗棕色森林土壤上 ,生长于各种
坡向 、坡位和坡度的林地上 。为了探求对沙松生长
最有利的环境因子 ,利用数量化多元回归分析的方
法 ,分析了沙松生长与坡向 、坡位 、坡度 、土层厚度四
因子的关系及其密切程度 。
利用分布在不同坡向 、坡位 、坡度以及不同土层
厚度林地上的 34年生沙松林分 20块标准地总蓄积
量的数据 ,采用数量化理论(Ⅰ)及多元相关回归分
析的方法 ,在计算机上 ,用 QBASIC 语言程序迭代计
算方法 ,计算出各因子间 、各因子与沙松产量(34年
生每公顷材积)间的相关系数(见表 1)和标准回归
系数(见表 2)如下。
表 1 各环境因子间 、各因子与产量间相关系数
环境因子 坡度 坡位 坡向 土层厚度 产量
坡 度 1.00000 0.13907 0.30629 -0.00340 0.26313
坡 位 0.13907 1.00000 0.67825 0.17684 0.51292
坡 向 0.30629 0.67825 1.00000 0.37433 0.53667
土层厚度-0.00340 0.17684 0.37433 1.00000 0.44966
产 量 0.26313 0.51292 0.53667 0.44966 1.00000
表 2 各环境因子的标准回归系数
s=0.0014 k=7 w=12 n=33 m=5
环境因子 X1(i) X2(i)
坡 度 0.1798 0.1800
坡 位 0.3457 0.3468
坡 向 0.1181 0.1172
土层厚度 0.3449 0.3451
注:w—类目数 , n—标准地块数(样本数), m—项目数(因子数)+
因变量(产量)为 1, R(m ,m)—相关系数矩阵元素 ,X2(i)—标准
回归系数 , X1(i)—迭代结果 , X2(i)的前一次回归系数 , s—迭
代误差 , k—迭代次数。
具体的计算步骤和计算公式如下:
数量化各类目原始得分数组(向量)PS(k)的计
算公式:
PS(k)=∑n
j=1(XS(k , j)×Y(j))/∑
n
j=1XS(k , j)
其中:k=1 ,2……w(类目数)以下同
j=1 ,2……n(样本数)以下同
XS(k , j)—原始 0 ,1矩阵元素
Y(j)—产量数组(因变量)
数量化各项目原始得分矩阵 X(i , j)的计算公式:
X(i , j)=∑w
k=1∑
n
j=1 XS(k , j)×PS(k)/ ∑
w
k=1∑
n
j=1XS(k , j)
其中:i=1 ,2……(m-1)(项目数)
当 i=1时 ,k=1 ,w=3;i=2时 ,k=4 ,w=6;i=
3时 ,k=7 ,w=9;i=m-1=4时 ,k=10 ,w=12
各项目得分数组(原始得分的平均值)PX(i)计算公
式:
PX(i)=∑m
i=1 ∑
n
j=1X(i , j)/N
其中:i=1 ,2……m(项目数)以下同
项目中心化矩阵 XR(i , j)的计算公式:
XR(i , j)=∑m
i=1∑
n
j=1 X(i , j)-PS(i)
各项目中心化的平均值数组 PI(i)的计算公式:
PI(i)=∑n
j=1 X(i , j)-PX(i)/N
矩阵S(i ,L)的计算公式:
S(i , L)=∑m
i=1∑
m
L=1∑
n
j=1 XR(i , j)×XR(L , j)-N×PI(i)×PI(L)
各因子间及各因子与产量间相关系数矩阵 R(i , k)
的计算公式:
R(i ,L)=∑m
i=1 ∑
m
L=1 S(i ,L)/ S(i , i)×S(L ,L)
矩阵 B(i ,L)的计算公式:
B(i ,L)=∑m
i=1 ∑
m
L=1 -R(i ,L)/R(i , i)
数组G(i)的计算公式:
G(i)=∑m-1
i=1 R(i ,m)/R(i , i)
标准回归系数(贡献率 、各项目的最终得分)X2(i)数
组的迭代计算公式:
X2(i)=∑m-1
i=1 ∑
m-1
L=1 X2(i)+B(i ,L)×X2(L) +G(i)
迭代误差S的计算公式:
S= ∑m-1
i=1 X1(i)-X2(i) 2
沙松生长与环境因子相关的原始 0 , 1 矩阵
XS(k , j)如表 3。
在表 3中 ,顺序号 1 ～ 21的每公顷材积总生长
量 ,是 1997 年末观测的各标准地 34年间沙松林分
生长的数据 ,而顺序号 22 ～ 23的是 1990年初观测
的 26年间生长的数据 。
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第 5期 辽 宁 林 业 科 技 2000 年
表 3 原始 0 , 1 矩阵
顺序号
坡度 M1
陡 斜 缓
W1 W2 W3
坡位M2
上 中 下
W4 W5 W6
坡向M3
阳 半阴 阴
W7 W8 W9
土层厚度 M4
薄 中 厚
W10 W11 W12
每公顷材积 M5
总生长量(m3)
y(i)
1 0 0 1 1 0 0 1 0 0 0 1 0 173.03
2 0 1 0 1 0 0 1 0 0 0 0 1 225.46
3 0 1 0 1 0 0 1 0 0 0 0 1 189.09
4 0 1 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 172.44
5 0 0 1 1 0 0 1 0 0 0 1 0 166.13
6 0 1 0 1 0 0 1 0 0 0 1 0 102.89
7 0 0 1 0 1 0 0 0 1 1 0 0 224.51
8 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 0 0 148.77
9 0 1 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 130.26
10 0 1 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 276.58
11 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 249.83
12 1 0 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 136.81
13 1 0 0 1 0 0 0 1 0 1 0 0 146.78
14 1 0 0 1 0 0 0 1 0 1 0 0 156.34
15 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 1 0 229.36
16 1 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 1 264.41
17 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 361.36
18 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 0 0 229.73
19 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 340.35
20 0 1 0 0 0 1 0 1 0 0 1 0 276.09
21 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 172.15
22 0 0 1 1 0 0 1 0 0 0 1 0 99.87
23 0 1 0 1 0 0 1 0 0 0 0 1 164.19
24 0 1 0 1 0 0 1 0 0 0 0 1 147.56
25 0 1 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 102.46
26 0 0 1 1 0 0 1 0 0 0 1 0 122.52
27 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 0 0 126.93
28 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 201.08
29 1 0 0 1 0 0 0 1 0 1 0 0 110.83
30 1 0 0 1 0 0 0 1 0 1 0 0 103.93
31 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 1 0 150.56
32 1 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 1 184.88
33 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 104.51
利用 QBASIC 语言 ,计算沙松生长的材积产量
与环境因子坡度 、坡位 、坡向 、土层厚度的相关系数 、
标准回归系数 ,其计算程序省略。
从计算结果可以看出 ,土层厚度 、坡向 、坡位 、坡
度等环境因子对沙松生长均有一定程度的影响 ,但
影响的程度却各不相同 ,以土层厚度与坡位的影响
较大 , 它们与产量的标准回归系数为 0.3451和
0.3468;坡度和坡向次之 ,其标准回归系数分别为
0.1800和0.1172(见表 2)。这说明在土层深厚 、土壤
肥沃的山中下腹培育沙松能获得较高的木材产量 。
2 沙松生长与气象因子的关系
我们利用白石砬子自然保护区气象站 1984 ～
1997年 14 年间年降水量 、年均气温 、年积温(≥
10℃)等气象因子的观测资料 ,并于白石砬子 1963 ～
1964年营造的沙松人工林内 ,选伐 10 株沙松解析
木 ,以其各年度的材积连年生长量作为当年木材产
量 ,亦用数量化理论(Ⅰ)多元相关回归分析方法 ,
在计算机上迭代计算出年降水量 、年均温 、年积温与
沙松木材产量间的相关系数 、标准回归系数和迭代
误差 ,其结果如表 4 、5。
表 4 各气象因子间 、各因子与产量间相关系数
气象因子 年降水量 年均温 年积温 材积产量
年降水量 1.00000 0.26451 0.06414 0.15081
年均温 0.26451 1.00000 0.26149 0.55058
年积温 0.06414 0.26149 1.00000 0.45922
材积产量 0.15081 0.55058 0.45922 1.00000
表 5 各气象因子的标准回归系数
气象因子 X1(i) X2(i)
年降水量 0.0071 0.0074
年 均 温 0.4602 0.4601
年 积 温 0.3384 0.3384
注:s=0.0003 ,k=5 ,w=9 , n=140 ,m=4。
从表 4 、表 5中可以看出 ,年均温 、年积温 、年降
水量对沙松的生长都有一定程度的影响 ,特别是温
度的影响较大 。年均气温的标准回归系数为
0.4602 ,年积温(≥10℃)为 0.3384 ,年降水量的影响
小一些 。这主要是因为宽甸地区是辽宁及东北地区
年降水量最大的地区之一。白石砬子气象站的观测
资料表明 ,最近 14年间 ,年降水量变化在 995.7 ～
2 186.7mm ,平均1 339.6mm。因此 ,即使是年降水量
较少的年份 ,也能比较充分地满足植物生长对水分
的需求 。
3 结 论
此项研究通过数量化理论(Ⅰ)与多元回归分析
计算机迭代计算等方法 ,以 34年间观测积累的大量
原始数据 ,对沙松生长与土层厚度等环境因子和年
均气温等气象因子的相关关系及各因子的贡献率进
行了深入地研究 ,判明沙松的生长和材积产量与土
层厚度 、坡位 、坡向 、坡度 、年均气温 、年积温等因子
都有不同程度的相关关系 ,尤其是与土层厚度 、坡
位 、年均气温 、年积温的相关关系极为密切 。
致谢:参加此项工作的还有:辽宁省林科院的陈洪吉 、沙德
纯 、管荣 、周志权 、董志远 、高云起 、左景林 、刘财富 、李立 、赵
文华 、于世权 、蔡毓勤;辽宁省白石砬子自然保护区的袁永
孝 、李伟 、郭元涛 、杨杰 、韩跃志 、钟占瀛 、丁云瑞 、仇发 、李军 、
姜玉乙 、仇程萍 、王大力 、丁锋 、丁敏 、吕秀慧;以及辽宁省森
林经营研究所的姚国清 、吴耀先等同志。
(下转第18页)
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第 5 期 关庆如:沙松生长与环境因子和气象因子相关规律的研究 2000 年
共设黑光灯和高压汞灯 508 盏 ,诱集成虫1 150kg
(50.6万头),平均每盏灯诱集2.3kg(1 012头),最多
的灯诱26.85kg(11 814头)。
4.4 人工捕捉成虫
栗山天牛成虫白天在林内活动有群聚的习性 ,
并且在同一林地多集中在 3 ～ 5 株树上的特点 。
1999年 7月下旬成虫出现盛期 ,在全县各乡镇 、林
场发动群众和中小学生 15 万人次 , 共捕捉成虫
4 000kg多 ,消灭成虫 176万头。
4.5 化学药剂防治
4.5.1 林丹杀虫烟剂 。利用林丹烟剂在古楼子镇
防治天牛初孵幼虫 ,在 1996年 8 月 12日 18:30 ,以
7.5kg/hm2放烟量 ,对13.3hm2面积上的害虫进行防
治试验 ,死亡率达75.6%,死亡的幼虫均为刚孵化而
未侵入木质部的幼虫 。
4.5.2 磷化铝片剂帐幕熏杀。选用0.12mm厚的农
用塑膜 ,用粘合剂制成帐幕 ,覆盖在原木堆垛上 ,木
堆垛围沿开沟将薄膜边缘用土压紧以防药剂气化后
逸出。在原木堆垛覆盖农膜前 ,把每立方米的供药
量分 5份置于小培养皿内 ,分放木垛的四角和中央 ,
试验时平均温度23.5℃,投药量分别为6 、9 、12g/m3 ,
熏蒸 7d后 ,死亡率分别达89.5%,100%和100%。
5 结 论
5.1 基本查清了栗山天牛的生活史。该虫在辽宁
宽甸地区每3年发生 1代 ,以幼虫在蛀道内越冬 ,成
虫每年 6月下旬为始见期 ,7月中下旬为高峰期 ,历
期45 ～ 65d。7月上中旬为卵始见期 , 7 月下旬至 8
月初为产卵高峰期 , 历期40 ～ 70d。幼虫期长达 32
个月之久 。5月下旬至 6月初为蛹始见期 ,6月中下
旬为化蛹高峰期 ,历期50 ～ 65d 。
5.2 基本掌握了栗山天牛的主要生物学特性。成
虫具很强的趋光性和聚集性 ,飞翔能力强 ,一般成虫
7:00静伏干基 1m 以下 , 16:00 ～ 18:30 ,多聚集在林
地 3 ～ 5株树上进行交尾和补充营养。这为灯光诱
集和人工捕捉成虫提供了科学依据。
5.3 防治试验证明:①采用卫生伐清除虫源木和皆
伐改造受害中 、重程度的林分 ,是保证林木健康生
长 、减轻危害 、控制虫源数量增长的好办法 。②人工
捕捉 、灯光诱集成虫 ,经济有效 ,简单易行 ,便于在生
产上大面积推广;③野外林间调查证明 ,栗山天牛的
天敌如啄木鸟 、獾子 、五道眉 、姬蜂 、肿腿蜂 、白僵菌
等 ,对栗山天牛种群有明显的抑制作用 。但对这些
天敌如何保护 、利用和繁殖 ,有待于今后进一步研
究 。④利用林丹杀虫烟剂熏杀初孵幼虫 , 用量
7.5kg/hm2 ,杀虫率达到75.6%以上;采用帐幕熏蒸
带虫原木 ,用磷化铝片剂9g/m3 ,在日平均温度23℃
以上熏蒸7d ,杀虫率可达 100%。
致谢:本研究承蒙辽宁省林业学校宋友文高级讲师 、省森防
站孙永平 、原戈 、韩国生高级工程师的指导。
参 考 文 献:
[ 1] 陈世骧 , 等.中国经济昆虫志(第一册)天牛科[ M] .北京:
科学出版社 , 1959.
[ 2] 肖刚柔.中国森林昆虫[M] .北京:中国林业出版社 , 1992.
[ 3] 范迪 , 等.山东林木昆虫志[ M] .北京:中国林业出版社 ,
1993.
[ 4] 李文杰 , 等.杨树天牛综合管理[ M] .北京:中国林业出版
社 , 1993.
[ 5] 季长龙 ,侯义 ,高纯.栗山天牛发生情况调查初报[ J] .辽
宁林业科技 , 1995 , 2:40-41.
(上接第 7页)
参 考 文 献:
[ 1] 郑宗成 ,王振堂.实用预测方法 BASIC 程序库[ M] .广州:
中山大学出版社 , 1985.
[ 2]唐守正.多元统计分析方法[ M] .北京:中国林业出版社 ,
1986.
[ 3] 胡健颖 , 等.实用统计学[ M] .北京:北京大学出版社 ,
1996.
[ 4] 邓聚龙.灰色系统[ M] .北京:国防工业出版社 , 1985.
[ 5] 蒋有绪.全球气候变化与中国森林的预测问题[ J] .林业
科学 , 1992 , 28(5):431-438.
[ 6] 朱自辉.自然植被净第一生产力估计模型[ J] .科学通报 ,
1993 , 38(15):1422-1426.
[ 7] 刘晓光 ,等.生长模型预测法在杨树细菌溃疡病流行预测
中的应用[ J] .林业科学 , 1998 , 34(4):123-128.
—18—
第 5期 辽 宁 林 业 科 技 2000 年