全 文 ：U B LE L r lO N F BU T ^ N沁人 Lk 匕S 匕 、 RC色成
第 8卷 , 第 4期
V o l 合 . N o _ 4
一0 8 8年` 0月
O ct
, 19 8 .
红松的生长与气候生态因子关系的研究
张 士 增 陈 雅 芝
S T U D Y ON RE L A T ION S B E TW E E N C ROW TH O F KOR EAM
P IN E AN D F AC T OR S O F C L IMAT !C EC O LO G Y
Z h a n g S h i
一
Z e ” 9 C h e n Y a n 一 2 1
〔提要〕 本文在研究中采用了树高指数作为气候因子对红松生长影响的数量指标 。 经 过 多
元线性逐步回归分析和主分量分析得出如下结果 . 红松是对气候因子反应比较敏感的树种 。
由于各类气候因子不是孤立存在 , 而是相互影响 , 相互制约的 , 所以气候生态因子对 红松
生长的影响是错综复杂的 。 各个因子通过单优势性 、 协同作用 、 拮抗作用等形式对红松 生
长产生直接影响和间接影响 。 气候生态因子对红松生长的影响是各因子的综合效应 , 然而
各因子对红松生长影响的大小并不相同 。 》 1。℃ 积温影响最大占 52 . 79 % , 降雨最 次 之 占
18
.
62 万 ,二者的影响占 7 1 . 41线是影响红松生长的主导因子 。 回归方程为 Y = 0 . 2 92 4 5 7 7 十
6
.
2 6 39 s 5 s l x 10一 x : + 6 . 4 s s o s g z s x z o一 x ` ( x : 二降雨 t , 二 ` = ) 1 0℃ 积温 ) 。
红松 ( p i o u s ko s a i e n s is S i e b . e t z u e e 。 ) 在我国分布在东北的长白山 、 完达山和
小兴安岭山系 。 现存大面积红松林则仅分布在小兴安岭 。 同时 , 红松也是小兴安岭人工
更新和造林的主要树种 。
红松的生长发育状况受气候因子的制约是十分突出的。 树木的生长变异
△ X = △ X T + △ X 从 + ”
式中: △ X T— 趋势项 , 因生物学特性决定的变异 (随树令的增加而变化 )△X 班— 取决于气象因子v— 随机千扰 (病虫 、 异常灾害等 )目前 , 人们对 △ X : 和 《 的研究较多 , 而很少注意到 △ X 二 (的影响 。 为了进一步地
认识红松的生态特性和充分发挥红松的生长优势 , 研究红松生长与气候因素的关系 , 找
出影响红松生长的主导因素 , 探讨提高红松生长的途径 , 无论在理论上或在实践上均具
有重要的意义 。
于 1 9 8 6一玲87 年在小兴安岭浩良河地区进行本项研究 , 应用 人 P P L E一 n 型电子
本文作者工作单位 : 黑龙 江 , 伊春林业 管理局 ( Y i e b u n F o r e s t r y A dm i。 is t r a t io o B u r e . u . 城 i lo o g ji a . J ) .
本文浪祝宁付教授 审阅 , 并提出宝贵意见 , 在此致谢 旦
一 1 6 1 一
计算机进行数据处理和分析 。
研究地点的自然概况
浩良河地区位于小兴安岭南麓 , 地理座标为东径 12 9 0 2 3, , 北纬 46 0 4 尹 。 全 年 平
均气温 1一 2℃ , 最高气温 38 一 42 ℃ (出现在 7一 8 月间 ) , 最低气温 一 40 一 一 42 ℃ (出
现在 12 月一次年 1 月间 ) , 年降雨量在 60 一 7 0 m m 之间 , 早箱在 9 月中旬 , 晚 箱 在
5 月中旬 , 全年无箱期 1 8一 1 30 天 。 由于历史上的各种原因 , 该地区的红松天然 林 已
道严重破坏 , 现在该地区以人工红松林为主 , 占人工林面积的 3 9 . 8 4% 。
侧
研 究 方 法
一 、 标准地设 I
在红松人工林中 , 采取抽样方法进行外业调查 。 在不同立地条件和不同林令的林分中
设标准地 5 块 , 标准地面积以包括 40 一 50 株林木为准 , 一般 0 . 1一 。 . 2 公顷。 标 准 地
调查内容 : 坡向 、 坡度 、 坡位 、 海拔高度 、 林分平均胸径和平均高 、 林分密度 、 土壤 A
层和 B层厚度等因子 。 选取生长健壮 、 无病虫害的优势木测定胸径以上各年树高生长节
的长度 , 并标定相对应的年份和树令。
二 、 立地级的分类
将外业调查的标准地材料按坡向 、 坡度 、 坡位 、 土壤 A 层和 B 层的厚度等因 子 划
分立地等级〔的 。 按林地生产力评价因子得分表确定各标准地的得分数 , 以得分数的多少
划分立地等级。 所调查的 5 块标准地划分的结果是 : 47 块标准地得分在 51 一 70 之间〕
属于 1 立地等级 , 4 块标准地得分在 71 一 90 分之间 , 属于 n 立地等级 , 4块标准地得分
在 31 一 50 分之间 , 属于 W 立地等级 。 为了消除立地差异的影响 , 剔出 1 和 W立地等级
的标准地材料 , 选用同属 nI 立地等级的 4丫块标准地材料进行分析 。 这样就排除了 由 于
坡向 、 坡度 、 坡位 、 土壤等因素不同对树高生长的影响 。
三 、 气象资料应用
气象资料采用香兰农场气象站的资料 。 该气象站的地理座标为东径 1 2 9 0 3 0产 , 北纬
峨6 0 39, , 与浩良河地区相接 。 本文采用的气象因子主要是 : 气温 、 降雨 量 、 蒸 发 盆 、
) 10 ℃积温 、 日照时数 、 相对湿度 。
四 、 材离扭橄的应用
有许多侧树指标能够反映林木的生长状况 , 笔者认为选用高生长指标最为合适 。 众
所周知 , 胸径生长在很大程度上受林分密度的影响 , 林积生长既受胸径生长又受树高生
长的制约 。 唯有林木的高生长 , 特别是优势木高生长能充分地反应出立地的情况 , 而不
受林分密度及其他因子的影响 。 这一点在理论上早已得到证实 。 根据上述情况 , 选择优
势木树 高连年生长量作为研究林木生长与主要气候因子关系的指标 。
一 1 6 2 一
树木生长不仅受到外界气侯和土壤等立地因子的影响 , 而且树木本身由于生物学特
性决定有其内在的生长规律 。 必须采取有效方法排除 △X T 的干扰 , 即消除树木随时间
序列生长变化的影响 , 突出 △ X M 与气象因子的关系 。 为了解决这个问题 , 而采用了树
高指数 。 即树木各年的高生长与相应的年令作相关 分析 , 得出树高生长模式方程 , 以予
测该地区正常年生长水平的理论值 , 即随年令序列变化的树高年生长最 。 以此为尺子来
衡量各年受气候制约的程度 。 林木实际树高连年生长量与相应年份的理论生长量之比的
比值称为树高指数 。 经过这样处理所得的数据就有消除了年令的影响 ( △ X T 的 影响 ) ,
从而可使树高指数直接与气候因子发生联系 。 树高生长指数 1 . 。 表示该年气候一般 , 林
木生长中庸 , 若树高生长指数大于 1 . 0表示该年气候生态因子较正常年优越 , 树木生长
迅速 , 若树高生长指数小于 1 . 0则该年气候生态因子较正常年低劣 , 树高生长缓慢 。
为了研究林木生长与气候因子的关系 , 标准地材料包括的时间 。 从 65 年至 86 年 2 2
年间的材料 。 浩良河地区红松生长模式方程 :
△H = 2 8 。 7 6 8 6 一 1 。 7 0 6 8 A + 0 . 2 1 2 3 A之 ( 1 )
R = o
。
9 6
* *
R > R O
。
0 1
式中 : △ H— 树高连年生长量 A— 树令 9 < A < 17按 ( 1) 式根据 47 块标准地材料计算出浩良河地区各年度的红松树高指数 (表 1 )
表 1
年 度
树高指数
年 度
树高指数
红 松 树 高 系 数
周周侧周刽周念一阵…佘周念
周言洲周引训侧侧羔…:-0 匾
研究结果及其分析
采用多元线性逐步回归分析和主分量分析来研究各气侯因子对红松生长的影响。
。 气饭因子 (树高生长期 ) 与树高指教关系的姐步回归分析
以气温 ( x : ) 、 降雨量 (介 ) 、 蒸发量 ( x 3 ) 、 ) 1 0℃ 积温 ( x 一) 、 日照 ( x s ) 、 相对湿度 ( x 。 )
为自变量 , 树高指数 (Y )为因变量进行逐步回归 。 回归方程为 :
Y = a + bl x : + 西z x Z + b 3x 3 + b一x . + bsx 。 + b’x 。
根据 2 年的气候因子与树高指数计算的结果是 :
Y = 一 0 。 2 9 2 4 5 7 7 + 6。 2 6 3 9 5 5 3 1 x 1 0一 s x : + 6 . 4 5 3 0
8 9 1 3 x 1 0
一行-
“ 为相关且若符号
( 2 )
一 1 6 3一
相关系数 刀 =0 。6 4 456 6 6 2 4
R> 0 R: 0
偏相关系数: 丫一, = 一 0。 15 5 1 7 5 2 7 1
下: Y = 0 。 3 9 9 5 5 1 7 2 3
犷s v = 0 。 0 1 6 8 4 16 0 5 5
丫一了 = 0 。 4 15 390 0 4
y s v = 0
。
1 6 9 7 8 6 1 8 9
了` 丫 二 0。 1 1 5 3 5 7 3 9 2
此方程在 O。 05 平淮上相关显著 。 经过逐步回归分析只有 勺 和朴 两个气候因子选入
回归方程之中 , 二者与红松树高指数呈正相关 。 ) 10 ℃ 积温和降雨 t 的偏相关 系 狱 最
大 , 分别为 。 . ` 1 5 3 9。。 4 和 。 . 3 9 9 5 5 1 7 2 3 。 这说明此两项气侯因子对红松生长的 影 响 贡
献最大 , 是影响红松生长的主导因子 。 然而 , 由于气候生态因子不是孤立存在的 , 相互
制约和相互联系的 , 除已经选人回归方程的 ) 10 ℃积温和降雨量之外的气侯因子对红松
生长也有一定程度的影响。
气温和树高指数之间的偏相关系数为负值 , 说明早春气温较低对红松生长有一定的
好处 。 这是因为气温与降雨二者紧密相关 (见表 2 ) , 气温增高必将是降雨 t 的减少 , 从
而间接地影响到红松的生长 。
表 2 气策因子与红松树高指数相关系数矩阵
二 {习二一…一 -一 0 。 5 0 9 9 . { 0 . 4 3 9 9 { ” }8 7 7 6二 0 . 4 9 6 8 一 0 . 5 00 4 y 一 !0 . 2 2 18
一 0 。 4 8 7 7 一 0 。 6 5 7 2 . 一 0 。 6 0 0 1 . 0 . 3 3 19 0 . 03 6 7
0
.
4 3 75 0
.
6 0 7
. 一 0 . 7 8 6 6二 0 0 28
九一幻
一 l 一一戈 一 1丁丁…一 0 . 5 6 4 6 . 一 0 。 4 35 2 0 , 3 7 4 9一 0 . 5 9 1 1 . 1 5 0 2
一 0 _ 0 2 0 2
y {
』 } 1
2
。 气候因子的主分且分析
气侯因子对红松生长的影响是十分复杂的 , 其对红松生长的影响是各因子综合效应
的结果 。 各气候因子对红松生长的影响有直接影响和间接影响 。 可设想各气候因子之间
及它们与红松树高指数有如下关系 (见图 1 ) 。
上图表明每个气侯因子与红松树高指数的直接关系 , 以及其他因子与树高指数的间
接影响关系的线性组合 。 这些关系用下列数学方程表示 :
下丫一 = P 丫一+ 丫一: P 丫: + 丫一s P 丫 3 + 1 1一 P 丫一 + 丫10 P Y s + 1 一。 P 丫s
了丫: = 丫z一 P Y I + P Y Z + 丫: 3 P 丫3 + 丫: 一 P , 一+ 丫: 5 P Y、 + 丫: 。 P , e
一 1 6 4一
.一 - - ~二二 . , 三
一叭xí 三
奔艰扭私小冰
-扭三 三
【, 泛
Ot卜
》 ,
泛
一 1 6 5 一
丫v 3 =丫J : P v 一 +丫 3: P v Z +P 丫 3 +丫 3. P 丫. + YJ ;P 丫: +丫 3 oP 丫。
丫丫一 =下一: P 丫l + }一: P 丫: +下一 5P Y易 +P v ; + y一 SP 丫。 + 7一。 P , 。
犷丫 3 = 丫5 1 P Y . + 丫5: P丫止 + 丫5 . P Y s + Y。一 P 、 一 + P丫 5 + 丫: 。 P丫 s
丫丫, = r `一 P , 一+ l o Z P丫: + 丫。 3 P丫 3 + 1。一 P v ` + y ` S P丫 s + P , 。
1 = P Y登+ 2 } : : P , : P丫: + 2 丫: 、 P丫 , P 丫 , + 2 丫: ` P 丫: P丫 -
+ Z y , S P丫 . P y s + 2 丫: 。凡 , P Y 6 + P , : + 2 )· z 3 P , : P , 3
+ Z r , . P丫 J P丫 . + 2 丫若: P丫 J P , J + 2 丫公。 P , : P , 。 + P 、 尝
+ 2 下: 一 p v , p , J + 2 犷 J、 p 丫, p , : + 2 )· J。 p , , p y ; + p , :
+ 2 丫一, P 丫: P v : + 2 犷; 6 P 丫; P v , + P丫 : + 2 } ·。 ` P v 。 P : J
+ vP 尝+ 凡李
将表 2 中各个相关系数 (简相关 ) 代人方程 (3 )中解方程组得 :
P 丫 l = ~ 0 。 3 5 5 9
P衫 = 0 。 5 6 5 1
P Y 3 = 0
。
0 2 54
P 丫一 = 0 。 9 5 1 4
P Y S = 0
。
2 1 8 5
P v 6 = 0
。
1 7 7 3
将以上各值代人方程 ( 4) 中 , 求得 尸Y: 二 0 。 5 3 2 7 。
将计算结果列人表 3 中 , 并计算各气候因子对红松生长所占百分比 。
表 3 气 候 因 子 的 主 分 量 分 析
( 8 )
叫
( 4 ) .
少攀…誉一’…
由表 8 可以看出 , 各气候因子对红松树高指数的直接影响是 : 气温占 7 . 39 % ; 降 雨 量
占 1 8 。 6 2 % . 蒸发量占 .0 04 % , ) 10 ℃ 积温 占 52 。 ” % ; 日照占 .2 78 % ; 相对 湿 度 占
1
。
8 3% , 其他未考虑的因素占 1 6 。 5 % (由 (4 )式知各气候因子的直接影响是平方关系 ) 。
前六个气民因子对红讼树高 冶数 为影向与叨 . 朽写 , ) 10 ℃ 积显钧贡袱直暴大 , 其次是
一 1 6弓一
降雨量 , 二者占 7 1 . 4 1 % , 是影响红松生长的主导因子 。 其余气侯因子对红松生长的影
响大小顺位是 : 气温 、 日照 、 相对温度和蒸发量 。 对红松生长有影响而未考虑到的因素
主要是各季降雪的影响 (冬季积雪到 4 月份开始融化 ) , 以及气候资料与标准地实际气候
因子的误差和立地条件差异 ( 标准地虽属于同一立地级 , 实际上也有一定的差异 ) 等因
素的影响 。
除各气候因子对红松生长直接影响外 , 通过其他气候因子对红松的生长产生间接影
响 。
气候生态因子对红松生长的影响作用 , 不是各因子累加的 , 而是由单优势性 、 协同
作用 、 拮抗作用等形成复杂的过程 。 表 1 材料表明 , 1 9 8 2 年和 1 9 8 3 年的树高指数均为
心 . 82 是红松生长的欠年 , 而 1 9 6 8 年的树高指数为 1 . 2 8 是丰年 。 通过各年的气 候 因 子
I的分析可以清楚地看出 , 1 9 8 2 年 》 10 ℃ 积温接近最大值 , 但降雨 t 是最低值 , 这时降
雨 t 是压倒其他因子的限制因子 。 1 9 8 3年降雨量为最 大 值 , 而 ) 10 ℃ 积温为最小值 ,
) 10 ℃积温已成为限制因子 。 19 8 2 年和 1 9 8 3 年两年欠年的原因均是由于气候生态因子
·己现极值形成限制因子的单优势性所造成的 。从表 2 知 ) 10 ℃ 积温与降雨 t 之间的相关
系数 介 . 为 一 O。 6 5 7 .2 , 二者相关显著 。 其中一个因子出现最大值 (或最小值 ) 时 , 必须
导致另一个因子出现最小值 (或最犬值 ) , 二者是互为因果关系 , 所以只要气候生态因
子出现极值 , 必将导致单优性现象的出现 。 1 9 6 8 年降雨量和 》 10 ℃ 积温均略高于平均
值 。 由于这两个气候因子协同作用才出现丰年。 树高指数 1 . 。 的平 年 , 其 》 10 ℃ 积温
和降雨量均接近平均值 , 在平均值附近上下波动 ( 多数是其中一个因子略高于平 均 值 ,
而另一 因子略低于平均值 ) , 这时各因子之间相互补赏的拮抗作用比较突出。
结 论
1
. 树高 指数是研究气侯因子与林木生长关系的比较理想的数量指标 。 它可以 排 除
林木年令增长而出现生长差异的影响 , 反映出气候对林木影响的综台效应 。
2
. 红松是对气候因子反应十分敏感的树种 , 这个气候因子相互影响 , 相互制约 。气
侯因子对红松生 一长的影响是综合效应的结果 。 各因子通过单独优势 、 协同作用 、 拮抗作
用等形式对红松生长产生直接和间接的影响 。
3
。 通过多元线性回归分析和主分量分析所得结果是一致的 , 影响红松生长的 主 导
涸子是 》 1。℃ 积温和降雨量 , 与其树减指数的回归方程为
Y = 一 0 。 2 9 2 4 5 7 7 + 6 。 2 6 3 9 5 5 3 1 x 1 0一 5介 + 0 . 6
4 5 30 8 9 1 3 x 1 0
一 s x -
4
. 本文对生 长指数的应用作了初步的偿试 , 笔者认为生 长指数在森林 、 树种区划 ,
以及更新造林树种选择等方面的应用将会有更主要的价道 , 应当进一步的研究 。
16 7
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阅
( x : = r a盆n f a l l, x t = ) 1 0℃ a e u m u l a t i v e t e m p e r a t u r e 。 )
, 考 文 做
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…
一 1 6 8 一