全 文 ：准噶尔盆地箭杆杨生长规律的研究
潘存娥1 ,田丽萍2 ,张天义1 ,李贞贞1 ,楚光明3
(1.石河子大学生命科学院 ,新疆石河子　832000;2.石河子大学药学院新疆石河子　832000;
3.石河子大学农学院 ,新疆石河子　832000)
摘　要:【目的】科学合理地利用农田防护林资源 , 指导农田防护林体系的建设。【方法】以新疆准噶尔盆地农
田防护林 22 a生箭杆杨为研究对象 , 运用树干解析法对其树高 、胸径 、材积等生长特性进行调查研究。【结
果】建立箭杆杨的树高 、胸径的 logistic模型 、Richard模型 、H=aAr等 5 种生长模型。【结论】准噶尔盆地箭杆杨
农田防护林的树高 、胸径的生长模型均为 Richards模型拟合最优 , 其防护初始成熟年限为 15 a , 数量成熟年龄
约为 25 a。
关键词:树干解析;生长特性;生长模型;数量成熟龄
中图分类号:S792.119　　　文献标识码:A　　　文章编号:1001-4330(2010)11-2195-05
Study on the Growth Law of Populus nigra cv.
Afghanica in Junggar Basin
PAN Cun-e1 ,TIAN Li-ping2 ,ZHANG Tian-yi1 ,LI Zheng-zheng1 ,CHU Guang-ming3
(1.College of Life Science , Shihhotze University , Shihhotze Xinjiang 832000 , China;2.College of
Pharmaceutical Science , Shihhotze University , Shihhotze Xinjiang 832000 , China ;3.College of Agriculture ,
Shihhotze University , Shihhotze Xinjiang 832000 , China)
Abstract:In order to utilize farmland shelter forest resources scientifically and rationally , and guide the
construction of the farmland shelterbelt network , the 22 years old Populus nigra cv.Afghanica were used to study
its whole process of growth , which were planted in the Junggar Basin in Xinjiang as the shelter forest.Tree height ,
DBH and tree volume growth were measured to study the Populus nigra cv.Afghanica growth characteristic , while
five kinds of models that included poplar shaft height and diameter of the logistic model , Richard model and H =
aAr model were established and compared.The results showed that:in Junggar Basin , the poplar shelterbelt initial
maturity period is 15 a , the age of quantitative maturity is about 25 a;for its height and DBH growth models ,
Richards model fitting is excellent.
Key words:trunk analysis;growth characteristic;growth models;age of quantitative maturity
0　引 言
【研究意义】农田防护林是我国平原农区林业的主体 ,在改善环境 、调节气候 、保证农业高产稳产以
及提高农民收入等方面发挥着重要作用[ 1] 。箭杆杨 、胡杨是农田防护林的优良树种 ,不但具有社会效益
而且具有更重要的生态效益和经济效益 。研究农田防护林的生长规律 ,科学地确定农田防护林的成熟
龄与更新龄 ,对于指导农田防护林的经营与更新 ,促进农田防护林的可持续发展 ,都具有重要的理论和
现实意义 。【前人研究进展】陆静英等[ 2]探讨了东北杨树防护林的经济成熟年龄 ,并建立了其预估模型;
张韵萍等[ 3]研究小叶杨预估其数量成熟龄 、工艺成熟龄等认为防护成熟年龄为其达最大树高平均生长
量时 。【本研究切入点】近年来 ,国内外关于农田防护林的研究主要为其综合效益评价 、营造技术以及其
优化更新 ,而对准噶尔盆地箭杆杨生长规律的研究较少。【拟解决的关键问题】研究箭杆杨(Populus
nigra cv.Afghanica)的生长进程及其各阶段的规律性 , 科学合理确定农田防护林的更新龄 ,使农田防护
林能更好地发挥生态 、经济和社会效益 。为今后科学地采伐更新 、合理地利用农田防护林资源 ,以及指
收稿日期:2010-08-03
基金项目:国家“十一五”科技支撑计划(2007BAC17B00)
作者简介:潘存娥(1982-),女 ,甘肃民勤人 ,硕士研究生 ,研究方向为植物营养生理与植物化学 ,(E-mail)pce426@126.com
通讯作者:田丽萍(1961-),女 ,新疆石河子人 ,教授 ,研究方向为植物营养生理与植物化学 ,(E-mail)dushiliren@sina.cn
新疆农业科学　2010 , 47(11):2195-2199
Xinjiang Agricultural Sciences
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
导农田防护林体系的建设提供科学依据 。
1　材料与方法
1.1　研究区概况
研究区位于新疆天山以北 、准噶尔盆地南缘 , 石河子垦区莫索湾灌区的新疆生产建设兵团 150团 ,
整个团场大致呈狭条状 。南北长 35.75 km , 东西宽 17.65 km , 总面积 451 km2 。海拔高度 332 ～ 361
m ,年降水量平均为 117.2 mm , 平均潜在蒸发量可高达 1 942.1 mm , 为降水量的 16.6 倍。年均气温
6.1℃,夏季极端最高气温达 43.1℃, 冬季极端最低气温达-42.8℃。
1.2　研究方法
1.2.1　解析木数据采集[ 4 ,5]
根据对准噶尔盆地 150团现有林分调查 ,选取标准地 ,然后在标准地上选取标准进行木树干解析。
按2 m区分段法截取圆盘 ,采用中央断面区分求积式计算出每株解析木各龄级实际材积。计算公式如
下:
v=l∑n
i=1g i +1/3 g′l′.
式中 g i 为第 i区分段中央断面积 , l 为区分段长度 。g′为梢头底端断面积 , l′为梢头长度 , n为区分
段个数。
第1区分段材积计算式为:V1=π/4×d2×2.6/10 000;其余区分段材积计算式为:V2=π/4×d2×
2/10 000;梢头材积式为:V3=π/12×d2×h(梢)/10 000;形数 f 1.3=V/g1.3h 式中:式中:h 为各树龄
阶树高 ,可从树高曲线图查出;g为断面积;d 为截面积直径;V为材积;f 为形数。
材积生长率=Va+Va -n/ Va -Va-n·200/ n.
1.2.2　箭杆杨树高 、胸径生长模型的建立
以标准地林龄为自变量 ,林分平均木树高 、胸径为因变量。
研究选择了以下 5种模型对平均木的树高生长进行模拟[ 6 ,7] :
(1)Logistic模型:H=k/(1+be-rA).
(2)Richards模型:H=a(1-e-rA)k .
(3)H=aAr .
(4)LOG(H)=a-b/A.
(5)Gauss模型
式中:H 为树高(m), A为年龄(a), a , b , k , r均为参数 。
2　结果与分析
2.1　箭杆杨胸径生长量
胸径总生长量 ,在6 ～ 8 a 生长比较慢 ,8 ～ 14 a生长达到旺盛期 ,其生长量在 11 cm左右 ,之后生长
又有所减慢 ,16 ～ 18 a生长速度又有所增加 ,18 ～ 20 a生长近于停滞 ,20 a之后生长仍然较慢。图 1
胸径总的生长趋势与树高生长相似 。连年生长量最大值出现在第 12 a ,平均生长量最大值出现在
14 a。将近 18 a 时连年生长量曲线与平均生长量曲线相交 ,与树高生长曲线相交时间稍有偏差 。从胸
径生长来看 ,1 ～ 8 a为箭杆杨幼林期 ,胸径生长较快 ,连年生长量为 1.66 cm;8 ～ 18 a为速生期 ,胸径生
长量大 ,连年生长量达 2.0 cm;20 ～ 22 a生长缓慢 ,为其近 、成熟期 ,连年生长量只有 0.3 cm 。图 2
2.2　箭杆杨树高生长量
箭杆杨的树高生长特性 ,在整个生长过程中 ,连年生长量最大值出现在第 14 a;平均生长量最大值
出现在12 ～ 16 a 。16 a时连年生长量曲线与平均生长量曲线相交 , 16 a后连年生长量小于平均生长量。
从树高生长曲线来看 ,1 ～ 10 a生长较快;10 ～ 18 a是整个树高生长最快的时期;18 a生长量逐渐减小 ,
生长缓慢 。这与其实际生长过程基本吻合 ,1 ～ 10 a是箭杆杨幼林阶段 ,树高生长占有一定比例 ,连年生
长量达2.06 m;10 ～ 16 a是箭杆杨速生期 ,因此树高生长量最大达 1.32 m ,连年生长量达 2.91 m ;18 ～
22 a是其近 、成熟期 ,生长逐渐缓慢 ,连年生长量只有 0.43 m 。图 3
2.3　箭杆杨材积生长量
·2196·　　　　　　　　　　　　　　　新疆农业科学　　　　　　　　　　　　　　　　　47卷
材积的连年生长量最大值出现在 21 a左右 ,最大值达0.045 3m3 。6 ～ 12 a缓慢生长;10 ～ 24 a生长
速度加快 ,其整个过程中都处于正增长 ,大于平均生长量 。它的平均生长量也不断增加 ,但增大的速度
较慢 ,目前正处于材积生长的旺盛期 。材积的平均生长量曲线与连年生长量曲线相交大约出现在 25 a
左右 。图 6
2.4　箭杆杨材积生长率与形数
材积生长率 ,从第 6 a开始一直降低 ,第 10 a后有所增加 ,第16 a后又有所下降 ,但总体趋势是不断
下降的。表1 ,图 7
形数的生长规律 ,它与材积生长率相似 ,刚开始一直下降 ,下降幅度比较大 ,从材积生长率和形数的
曲线图可反映出树木有随年龄的增大其材积生长率和形数不断降低的规律 。表 2 ,图 8
·2197·11期　　　　　　　　　潘存娥等:准噶尔盆地箭杆杨生长规律的研究　　　　　　　　　　　
　
　　
　
　　　　
表 1　22 a生箭杆杨实测树高与胸径
Table 1　Measuring tree height and diameter for 22-year old Populus nigra cv.Afghanica
解析木编号
Analysis of wood NO. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
树高Height(m) 0.00 1.30 3.60 5.60 7.60 9.60 11.60 13.60 15.60 17.60
胸径 DBH(cm) 28.75 24.20 21.00 19.10 16.90 15.25 12.65 10.75 8.00 3.70
表 2　箭杆杨树干解析
Table 2　Trunk analysis of Populus nigra cv.Afghanica
年龄(a)
Age
胸径(cm)DBH 树高(m)Height 材积(m3)Volume
总生长量
Total
growth
平均生
长量
Average
growth
连年生
长量
Annual
increment
总生长量
Total
growth
平均生
长量
Average
growth
连年生
长量
Annual
increment
总生长量
Total
growth
平均生
长量
Average
growth
连年生
长量
Annual
increment
生长率
(%)
Growth
rate
形数
Form-
factor
6 2.00 0.33 0.33 2.70 0.45 0.44 0.083 6 0.013 9 0.013 9 16.70 98.59
8 5.32 0.67 1.66 4.40 0.55 0.85 0.112 6 0.014 1 0.014 5 14.80 11.52
10 9.26 0.93 1.97 8.52 0.85 2.06 0.144 6 0.014 5 0.016 0 12.40 2.52
12 13.26 1.11 2.00 14.34 1.20 2.91 0.186 0 0.015 5 0.020 7 12.50 0.94
14 16.40 1.17 1.71 18.54 1.32 2.10 0.237 2 0.016 9 0.025 6 12.10 0.61
16 17.70 1.11 1.44 19.08 1.19 0.77 0.307 6 0.019 2 0.035 2 12.90 0.66
18 21.80 1.21 1.15 19.78 1.10 0.65 0.392 4 0.021 8 0.042 4 12.10 0.53
20 21.90 1.10 0.65 21.14 1.06 0.68 0.483 0 0.024 2 0.045 3 10.30 0.61
22 22.20 1.01 0.30 22.00 1.00 0.43 0.590 6 0.026 9 0.043 8 10.00 0.69
对于箭杆杨树高 、胸径生长模型 ,5种生长模型的 P 值均小于 0.01可见生长模型均比较优异。其
中树高的决定系数 Richards模型>幂函数>Logistic模型>Gauss模型>指数函数;胸径生长模型的决
定系数 Richards模型>Logistic模型>Gauss模型>幂函数>指数函数。可见对于准噶尔盆地的箭杆杨
不论树高还是胸径其生长模型均为 Richards模型最优。表 3
3　讨 论
3.1　胸径 、树高 、材积是反映树木生长快慢的三要素[ 8] 。在立木条件下树木的胸径较易测定 ,是测树的
重要因子 ,也是林木生长的主要量度指标。树高与胸径 、材积密切相关 ,然树高相对胸径受林分密度的
影响较小 ,在很大程度上决定于树木的立地条件的优劣 。由于林木单木的材积决定于胸高断面积 、树高
和树干形状 ,胸径 、树高所受的影响最终都反映在林木单木的材积上[ 9 ,10] 。
3.2　树高 、胸径数学模型的选择
建立数学模型 ,并根据相关系数最大 、标准差最小的原则选择树高生长模型[ 11] 。根据前人的经验 ,
一般选择 Logistic模型和 Richards模型进行模拟较为理想 ,而且这两个模型具有其它模型不具备的优
点。建立的箭杆杨树高 、胸径生长的最优模型为 Richards模型而非 Logistic模型 ,这与方一平等[ 12]研究
的6个新品系杨树生长模型的结果是一致的。赵贝贝等[ 13] 在研究 107-杨树的生长预测上也认为
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Richards模型具有较好的拟合效果。
表 3　箭杆杨树高 、胸径生长模型
Table 3　Height and breast-height diameter growth model of Populus nigracv.Afghanica
指标
Index
模型类型
Model type
回归模型
RegressionModel
相关系数
Correlation
coefficient
P 值
树高 Logistic H=18.666 8/(1+EXP(1.818 5-0.287 693 A)) R2=0.982 5 P=0.000 1
Height Models 幂函数 H=2.938 8 A0.629 637 R2=0.990 4 P=0.000 1
Gauss模型 H=18.138 9(1-0.831 889 EXP(-0.013 511 A2)) R2=0.977 8 P=0.000 1
Richards模型 H=30.142 5/((1-1.028 2 EXP(-0.033 306 A))(1/ -1.611 7)) R2=0.998 1 P=0.000 1
指数函数 H=5.681 4 EXP(0.062 020 A) R2=0.913 9 P=0.000 2
胸径 Logistic D=25.857 2/(1+EXP(4.355 5-0.211 333 A)) R2=0.995 8 P=0.000 1
DBH Models 幂函数 D=0.037 270 A1.911 9 R2=0.989 9 P=0.000 1
Gauss模型 D=79.455 3(1-1.004 1 EXP(-0.000 408 A2)) R2=0.990 9 P=0.000 1
Richards模型 D=24.285 6/((1+392.161 6 EXP(-0.269 025 A))(1/1.478 2)) R2=0.995 9 P=0.000 1
指数函数 D=1.618 1 EXP(0.093 454 A) R2=0.971 6 P=0.000 1
　　注:H 为树高 , D 为胸径 , A为树高 、胸径处的生长年龄
3.3　防护成熟龄的确定
初始防护成熟龄是指防护林开始进人防护成熟的年龄 ,主要以树高为依据来确定防护林的初始防
护成熟龄。根据前人的研究 ,一般以树高连年生长量与平均生长量相交时的年龄作为防护林的初始成
熟龄 。另外 ,国外学者[ 14]对树高生长规律的研究发现 ,树高生长加速度能够很好地反映树高的生长变
化 ,当树高加速度达到极小值时 ,树高生长基本进入稳定状态 。因此 ,也可利用树高生长加速度来确定
农田防护林的初始成熟龄 。该研究以第一种方法来确定农田防护林的初始防护成熟龄 ,结果表明 ,箭杆
杨的树高连年生长量与平均生长量约在 15 a时相交 ,可知箭杆杨防护林的初始防护成熟龄在 15 a 。
农田防护林的数量成熟年龄为材积的连年生长量与平均生长量曲线相交时的年龄 ,结果表明 ,箭杆
杨防护林的数量成熟年龄大约为 25 a 。
4　结 论
箭杆杨是一种速生树种 ,生长快 、寿命长 、干形通直 、有较强的适应性和抗性 ,是一种优良的树种。
经过 22 a的定植生长 ,箭杆杨在树高 、胸径生长方面明显高于其它无性品系 ,因此 ,在该生长环境条件
下 ,箭杆杨具有良好的生长态势和培养前途。该树种的有效培育对该地区的生态建设和人工速生丰产
林的培育有着重要的意义 。
箭杆杨农田防护林树高 、胸径生长模型为 Richards 模型 , 即 H =30.142 5/[(1 -1.028 2
e0.033 306 a)(1/ -1.611 7)] ;D=24.285 6/((1+392.161 6 EXP(-0.269 025 A))(1/1.478 2));箭杆杨防护林的初
始防护成熟龄为 15 a ,箭杆杨防护林的数量成熟龄为 25 a。
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