全 文 ：沙地樟子松林单木生长的研究*
姜凤岐　曾德慧　范志平　朱教君
(中国科学院沈阳应用生态研究所,沈阳 110015)
【摘要】　樟子松由于适应性强而被广泛引种到我国主要沙区. 通过采用 Champan-
Richards 生长模型, 模拟了红花尔基和章古台两地樟子松的胸径、树高和材积的生长过
程. 天然樟子松林速生期持续时间长, 数量成熟年龄为 100 a, 章古台人工林速生期持续时
间短, 数量成熟龄为 46 a.
关键词　樟子松　沙地　生长　模拟　Champan-Richa rds 生长模型
Simulation of individual tree growth of Mongolian pine forest in sandy land. Jiang
Fengqi, Zeng Dehui, Fan Zhiping and Zhu Jiaojun ( I nstitute of App lied Ecology , A -
cademia Sinica, Shenyang 110015) . -Chin. J . App l. Ecol. , 1996, 7( sup. ) : 1～5.
The M ongo lian pine (Pinus sylv estr is var . mongolica) is br oadly intr oduced to sandy lands
in nor th China, because o f its g ood ecolog ical adaptation. The Champan-Richards gr ow th
model is used to simulat e the gr ow th of diameter at breast height( DBH) , height and vol-
ume o f sing le tree in Honghuaerji and Zhanggutai r egions. The r esults indicat e that the
quantitativ e maturity ag e of natural Mongolian pine for est in Honghuaer ji is 100 year s o ld
and t ha t of plant ation in Zhangguta i is 46 year s old, and t hat the fast - gr ow ing per iod is
longer in Honghuaer ji than in Zhanggut ai.
Key words　M ongolian pine, Sandy land, Grow th, Simulation, Champan-Richards gr ow th
model.
　　* 国家自然科学基金资助项目.
1995年 12月 26日收到, 1996年 5月 25日改回.
1　引　　言
樟子松( Pinus sy lv estris var. mongoli-
ca)是欧洲赤松( P . sy lv est ris)的一个地理
变种,其天然分布区主要在中国的大兴安
岭和呼伦贝尔, 俄罗斯和蒙古也有分
布[ 1～ 3, 8, 9] . 沙地樟子松原产地在呼伦贝尔
沙地草原, 主要分布在海拉尔、完工、嵯岗、
赫尔洪德、红花尔基、浑河、哈尔哈河等地.
其中红花尔基的面积最大, 在固定沙丘上
形成以纯林为主的森林群落. 樟子松是一
个喜光树种, 耐寒又耐旱, 对土壤要求不
严,适应性强.
樟子松自 1955年首先引种到章古台
沙地以来, 先后陆续引种到我国北方许多
沙地进行固沙造林[ 4, 6, 7] . 由于初期生长表
现良好,防风固沙作用明显,越来越受到广
大沙区林业工作者的重视, 特别是在近几
年掀起的治沙工程中, 樟子松成为我国北
方地区治沙造林的主要乔木树种. 除原产
地呼伦贝尔沙地外,对其它沙区而言,樟子
松是一个外来树种, 而且由于各地气候条
件差异大, 引种时间又短, 大面积引种造林
更应慎重.本项研究旨在探讨原产地红花
尔基沙地和沙地引种最早的章古台两地樟
子松林的单木生长发育规律, 为科学引种
造林提供理论依据.
2　研究地区概况与研究方法
2. 1　自然概况
应 用 生 态 学 报　1996年 6月　第 7卷　增　刊 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
CHINESE JOU RNAL OF APPLIED ECOLOGY, June 1996, 7( sup. )∶1～5
红花尔基是沙地天然樟子松林的产地, 位于
内蒙古自治区呼伦贝尔沙地的南端, 是大兴安岭
西坡中部向内蒙高平原的过渡带, 地理坐标 47°
36′～ 48°35′N, 118°58′～ 120°32′E, 海拔在 700～
1100 m. 本区属于中温带大陆性季风气候区,地处
半湿润半干旱地区,年均气温- 3. 6℃, ≥10 的年
积温 2000 ℃, 降水量 378 mm, 蒸发量为 1174
mm, 干燥度 1. 33; 9月上旬出现霜冻,晚霜止于 6
月上旬, 平均无霜期约 90 d.
章古台位于辽宁省彰武县境内, 自然区域属
于科尔沁沙地的东南边缘, 地理坐标 42°43′N,
122°22′E. 平均海拔 226. 5 m, 年平均气温 5. 9 ℃,
≥10℃的年积温为 3148 ℃, 降水量 496 mm ,蒸发
量 1700 mm. 土壤为生草沙土和流动风沙土.本区
干燥度为 1. 45, 属于半湿润气候.早霜在 9月底或
10月初, 晚霜在 4月中下旬,无霜期约 160 d.章古
台从 1955 年开始引种樟子松进行沙地造林试验,
近 40 年共营造樟子松林 10 700 hm2.
2. 2　研究方法
2. 2. 1 标准地调查　在红花尔基和章古台两地选
择典型标准地分别为 12 和 23 块, 进行每木检尺、
树高测定并分别做解析木 13 株和 6 株.
2. 2. 2 生长模型的选用　树木和森林的生长过程
可以用一条曲线来表达, 其中直径、树高、材积等
因子的生长曲线一般都略呈“S”形. 为了严密地表
达生长曲线,不少学者曾提出许多经验方程[ 5] ,其
中 Champan-R ichards 生长模型由于各参数有生
物学含义, 能很好地表达林木 (林分)的基本生长
过程而得到广泛的应用. Champan-Richards 生长
模型的基本表达式为[ 10] :
Y = A { 1 - exp[ - k( t - t0) ] }
1/ ( 1- m) ( 1)
式中, Y 为某生长因子的生长量, t 为时间, t0 为初
始时间, A 为生长因子的渐近最大值, k 为与生长
速度有关的系数, m 为决定曲线的形状和拐点的
位置.
当 t0= 0 时, 方程( 1)写成:
Y = A [ 1 - exp( - kt) ] 1/ ( 1- m) ( 2)
　　由方程( 1)可得:
连年生长量函数
Z= dY / d t= kY [ ( A / Y ) 1- m- 1] / 1- m ( 3)
平均生长量函数
Q= Y / t= A / t{ 1- exp[ - k
　　( t- t0) ] } 1/ ( 1- m) ( 4)
连年生长量达到最大时的总生长量
Y t max = A m
1/ (1- m) ( 5)
最大生长速度
Zmax = Akm
m/ ( 1- m) ( 6)
最大生长速度发生的时间 tmax
　tmax= { ln[ exp( k t0) / ( 1- m) ] } / k
　= t0- [ ln( 1- m) ] / k ( 7)
对胸径而言, 当树高 1. 3 m 时才开始生长,因
此可用方程( 2)求算胸径生长的初始时间 t0
t0 = - { ln[ 1 - ( 1. 3/ A H )
(1- m
H
) ] } / k H ( 8)
3　结果与分析
3. 1　公式的拟合
通过在红花尔基和章古台两地调查得
到的解析木资料,根据方程( 2)和( 8)在 PC
机上求解,得到两地樟子松单株林木的去
皮胸径 D (下文同)、树高 H 和去皮材积 V
(下文同)等方程的各参数值(表 1) .
　　将表 1 各参数代入方程( 5)、( 6)、( 7)
分别得到两地樟子松林木各生长因子的特
征值(表 2) .
表 1　两地樟子松生长曲线的参数值
Table 1 Parameter values of Mongol ian pine growth curves in two locations
地　点
Locat ion
生长因子
Grow th
factors
样本数
Sample
n umber
参 数 Parameters
A k m t0
相关系数
Correlat ion
coeff icient
红花尔基 D 157 33. 28 0. 0180 - 0. 0105 8. 7 0. 8797
Honghuaerji H 181 20. 74 0. 0313 0. 4825 0 0. 9631
V 181 0. 8458 0. 0275 0. 8155 0 0. 9572
章古台 D 62 19. 17 0. 0478 0. 0435 6. 5 0. 9175
Zh ang gutai H 75 12. 69 0. 0671 0. 5455 0 0. 9880
V 75 0. 1686 0. 0650 0. 8352 0 0. 9750
2 应　用　生　态　学　报 7卷
表 2　两地樟子松生长曲线的特征值
Table 2 Characteristic values of Mongolian pine growth
curves in two locations
地　点
Locat ion
生长因子
Gr ow th
factor s
特征值 Characterist ic values
Y tmax Zmax tmax
红花尔基 D 0. 80 0. 61 10
Honghuaerji H 5. 39 0. 33 22
V 0. 28436 0. 00961 61
章古台 D 1. 15 0. 84 8
Zh ang gutai H 3. 45 0. 41 12
V 0. 05760 0. 00439 28
3. 2　单木生长规律
3. 2. 1 胸径生长　红花尔基 13株树干解
析结果表明,樟子松天然林幼龄期生长较
慢,速生期出现较晚,但持续时间长. 在 8
年生以前没有胸径生长,在 9年生时开始
胸径生长, 10 年生达到最大连年生长量,
为 0. 61 cm ;到 32年生时连年生长量还保
持在0. 40 cm, 以后缓慢下降, 48年生时下
降到 0. 30 cm. 70年生时还保持在 0. 20
cm ,随后介于 0. 1～0. 2 cm 之间(图 1中
A 1、B1 ) .
图 1　红花尔基和章古台樟子松胸径平均年生长量
( A 1、A 2)与连年生长量(B1、B2)的比较
Fig. 1 Mean annual incremen t and annual incr ement of
Mongol ian pine DBH in Honghuaerji an d Zhanggutai.
章古台沙地樟子松人工林速生期出现
较早,但持续时间短.在 6年生以前没有胸
径生长, 7年生时开始胸径生长,此时生长
速度非常快, 到 8年生时达到最大,连年生
长量为 0. 84 cm ; 以后开始下降, 在 25年
生以前维持在 0. 40 cm 以上, 31年生时连
年生长量下降到 0. 30 cm ,这以后的生长
迅速下降, 到 40年生时连年生长量只有
0. 20 cm (红花尔基这个速度维持到 70年
生) (图 1A 2、B2 ) .
　　比较两地樟子松胸径生长规律发现,
章古台沙地的人工林速生期出现早, 平均
年生长量和连年生长量的最大值均大于红
花尔基沙地的天然林; 红花尔基的林木速
生期持续时间很长(图 1) .从总生长量看,
45年生以前章古台沙地人工林大于红花
尔基沙地的天然林, 46年生以后红花尔基
明显大于章古台(图 2) .
图 2　红花尔基和章古台樟子松胸径总生长量( A、B)的
比较
Fig. 2 T otal grow th of M ongolian pin e DBH in Hong-
huaerji and Zhanggutai.
3. 2. 2树高生长　红花尔基树高生长在 12
年生以前较慢,连年生长量低于30 cm , 13
年生以后年生长量超过 30 cm, 最大年生
长量出现在 22 年, 为 33 cm , 年生长量超
过 30 cm 的速度一直维持到 33年生.以后
又开始缓慢下降, 但年生长量在 20～30
cm 之间的速度保持到 53年(图 3A 1、B1 ) .
表 3是在红花尔基沙地樟子松林中调查的
16 株幼树树高生长进程, 与 Champan -
Richards 生长模型模拟的结果基本吻合.
　　章古台沙地树高生长在 5年生以前较
慢, 6年生以后连年生长量超过 30 cm, 12
年生时达到最大, 为 41 cm .在 23 年生以
前维持在 30 cm 以上,到 31年生时连年生
长只有20 cm ;以后的生长更缓慢(图3A 2、
B2 ) .
3增刊　　　　　　　　　　姜凤岐等: 沙地樟子松林单木生长的研究　　　　　
表 3　天然樟子松幼树树高生长进程
Table 3 Height growth process of young natural Mongo-
lian pine trees (cm)
年 龄
Age ( yr. )
总生长量
T otal grow th
平均值
Mean
模拟值
Modell ing value
1 2～8 5 2
2 8～19 12 9
3 11～36 22 20
4 21～53 34 33
5 31～79 50 50
6 43～111 70 69
7 60～118 92 90
8 84～154 118 113
9 109～193 143 138
10 124～237 172 164
11 151～223 184 192
12 189～256 224 220
13 232～295 261 250
14 275～281 278 281
15 307～324 316 312
图 3　红花尔基和章古台樟子松树高平均年生长量
( A 1、A 2)与连年生长量(B1、B2)的比较
Fig. 3 Mean annual incremen t and annual incr ement of
Mongol ian pine h eight in Honghuaer ji and Zh angg utai.
图 4　红花尔基和章古台樟子松树高总生长量( A、B)的
比较
Fig. 4 Total grow th of M ongolian pine h eigh t in Hong -
huaer ji and Zh angg utai.
比较两地樟子松树高生长规律发现,
章古台沙地的人工林速生期出现早, 平均
生长量和连年生长量的最大值均大于红花
尔基沙地的天然林;红花尔基的林木速生
期持续时间很长(图 3) . 从总生长量看, 40
年生以前章古台树高生长略大于红花尔
基, 40 年生以后红花尔基超过章古台(图
4) .
3. 2. 3 材积生长　红花尔基单株林木材积
生长在 16年生以前非常缓慢,连年生长量
低于 0. 001 m 3, 17年生以后速度加快, 到
61年生时达到最大, 为 0. 00961 m 3, 此后
生长速度慢慢下降,材积速生期持续时间
非常长.通过模型预测,在 100年生时材积
的平均生长量与连年生长量相等, 表明此
时樟子松已达数量成熟(图 5A 1、B1 ) .
章古台沙地材积生长在 11年生以前
非常缓慢,年生长量低于 0. 001 m3 , 12年
生以后速度加快, 28年生时年生长量达到
最大, 为 0. 00439 m3 , 此后生长速度开始
下降,至 46年生时平均生长量与连年生长
量相等,此时章古台沙地樟子松人工林已
达数量成熟(图 5A 2、B2) .
图 5　红花尔基和章古台樟子松材积平均年生长量
(A 1、A 2)与连年生长量( B1、B2)的比较
Fig. 5 Mean annual increment and annual in cremen t of
Mongolian p ine volume in Honghu aerji and Zh angg utai.
　　比较两地樟子松材积生长规律发现,
章古台沙地的人工林速生期出现早, 红花
尔基沙地的天然林平均生长量和连年生长
4 应　用　生　态　学　报 7卷
量的最大值均大于章古台; 另外,红花尔基
的林木速生期持续时间很长(图 5) . 从总
生长量看, 42年生时差异不明显, 43年后
红花尔基明显大于章古台(图 6) .
图 6　红花尔基和章古台樟子松材积总生长量( A、B)的
比较
Fig. 6 T otal grow th of Mongol ian pine volum e in Hong -
huaer ji and Zh angg utai.
4　结　　论
4. 1　Champan-Richar ds生长模型能够理
想地模拟原产地红花尔基和沙地引种最早
地区章古台两地樟子松的胸径、树高和材
积的生长过程; 得出天然樟子松林速生期
持续时间长,数量成熟年龄为 100 a,章古
台人工林速生期持续时间短, 数量成熟龄
为 46 a.从总生长量看, 树高生长在 40年
生以前章古台超过红花尔基, 41年生以后
红花尔基超过章古台; 对胸径而言, 45年
生以前章古台超过红花尔基, 46年生以后
红花尔基明显大于章古台; 对材积而言, 42
年生以前章古台超过红花尔基, 43年后红
花尔基明显大于章古台.
4. 2　各地在引种樟子松造林时,除要考虑
降水量外, 还要注意当地的蒸发量和年均
气温.在原产地红花尔基,年均降水量只有
378 mm ,但年蒸发量只有 1 174 mm ,而且
年均气温只有- 3. 6℃.章古台地区虽然年
降水量接近 500 mm, 但本地樟子松人工
林提前达到数量成熟, 而且有些林木出现
枯稍病,生长量在 30 年生左右迅速下降,
可能温度偏高蒸发量大是主要原因之一;
另一个原因则有可能是土壤 P 含量过低
导致林木缺 P,最终引起林木生活力下降.
这些问题有待进一步研究.
参考文献
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5增刊　　　　　　　　　　姜凤岐等: 沙地樟子松林单木生长的研究