全 文 ：第 卷 第 期
年 月
林 业 科 学 研 究
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不同密度 一 杨树生长规律的研究 ‘
徐宏远 陈章水
摘耍 利用 种密度 一 杨树人工林的胸径及树高生长材料 , 建立树高及胸径 的 生 长模
型 。 通过 种模型的比较 , 选出最适宜的 树高生长模型及单分子胸径生长模 型。 探讨了
树木的径 、 高生长规律 。 种密度的胸径生长可 划 分 成 个 密 度组 , 皿 ,
, 皿 , , , 又 , 皿 , ,
多 。 密度对树高生长影响不大 。 通过对胸径连年生长量 的分析 , 划 分了
不同密度组 一 杨树生长的砚个阶段 , 为合理培育杨树人工林提供科学的理论根据。
关健饲 杨树 、 人工林 、 生长模型
对于用材树种而 言 , 林木最重要的生长现象为单株生长和林分生长 , 而单株生长及林分
生长都与造林密度紧密相关 。 因此 , 可 以根据林木生长特性及培育目标 , 设计 、 控制林分的
密度 , 生产出所需要的木材 。 作为杨树丰产林造林树种之一 的 一 杨 尸。 ““ 。记
“ ” 是 年代初引入我国的 , 年代初开始大面积造林 , 到现在为止 , 约
有 左右的栽培历史 。 以前一些 对栽植密度的研究仅限于 年生的林分〔‘ , 这对于正
确估测各种密度的生长状况有一定局限性。 目前 , 在湖南汉寿有目的地 比较不同密度杨树的
生长状况所设的试验对比林已有 功 , 其设计范围基本概括了杨树造林所应用的几种密度。
本文着重探讨 一 杨在同等立地条件下 , 相 同的抚育措施 , 不 同密度的生长规律 。
自然概况
湖南省汉寿县位于洞庭湖西南部 、沉江下游南岸 。处于 “ ‘ 、 “ ’ , 属于亚热带
大陆季风气候 , 年平均降水量 , 月最大 降雨量可达 , 年蒸发量
, 相对湿度 , 年平均气温 ℃ , 年极端最低温 一 ℃ , 年极端最高温 ℃ ,
无霜期 , 年日照 。
试验方法
立地条件
试验地是沉江淤积的壤质灰湖潮土 、 土壤肥 力较高 。 地下水 位 一 , 矿 化 度 为
一时一收稿 。
徐宏远助理研究员 , 陈章水 中国林业科学研究院林业研究所 北京 。
该文是 “八五 ” 攻关课题 “北方杨树纸浆与胶合板材 优化栽培棋式研究 ” 的一部分 。
艺 林 业 科一 学 研 究 卷
, 属钙镁质碳酸盐水 , 土壤深厚疏松 、 地形平坦 、 平均海拔 。
丰产林密度试验设计
种密 度及造林面积见表 。
表 不同裁植密度及造林面积
密 度 扭
项 目
面积 勺
在具有相 同立地条件围湖淤积地上 , 对不 同的密度采用随机区组设计 , 重复三次 。 每个
重复内设 株固定标号观测小区 , 各密度及试验小区间设置至少 行以上的隔离带 , 互不影
响 。 造林用苗均为二根一杆一级苗 , 植穴 。 造林 后 , 对各个密度所设固
定标准地进行连年观测 , 主要测树高和胸径 。 各密度每年的树高及胸径平均生长量 , 由三组
重复 株样木计算求得 。
模型的选择
根据实测树高和胸径的散点图 , 选用 种具有 型增长特征的生长模型 , ’ 模
型 、 模型 、 模型 、 模型及单分子模型和多项式回归模型 模 拟树
高和胸径的累积生长量。
利用非线性回归及多元回归方法估计模型参数 , 并检骏各模型的适合程度 , 通过相关系
数的大小进行初步选择 , 在相关系数接近的情况下 , 又通过对各方程进行数值微分 , 计算出
各方程的连年生长数据 , 再与实测连年生长数据比较 , 选出最适宜的模型 〔幻 。 逐年生长的数
据吻合较好 , 就能更精确地描述树木每年的生长特征。
用上述方法对树高及胸径生长模型进行选择 , 确定 。 生长模型拟合树高生长 , 单
分子模型拟合胸径生长 。 方程及参数见表 、 。
模型 附 班
。才
不 。 研 一 不。 一 “,
单分子模型 不 二 不 , 一 万广 才。 一 , ‘
式中 牙为生长变量 直径或高 为时间变量 年龄 、 不 、 不。、 “、 等为模型参数。
其中 牙。为生长初值 , 才了为生长限值 , 其 它的为生长速率式形状参数等 。
表 不同密度脚径生长方程参数
方 程 参数
不犷。
平分子方程 平了
密 度 口
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弓 弓 , 压
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期 徐宏远等: 不同密度卜69 杨树生长规律的研究 63
裹5 不同密度树离生长方程今傲
密 度 (m x m )
方 程 今数 一一.户加一 州巨~ 叫. 月 , . ~ ~ ~一 ‘‘~ ~月州‘月‘ ‘~ ~, -一~一~甲~ 一, ”., . , . 一‘言护~ ~4 又 6 4 x 夕 5 x 6 6 x 6 5 义 8 6 x 8 7 x 7 s x l o 7 x s 8 x 8 s x l s一一一一一—一———一一平0 5.320 5.733 4.6ll 5.423 4 986 5.094 4.414 4.607 5.032 4.S52 4.27 2L og七U o 3 1.912 3 1.78 7 3 1.737 3 1.7450 .328 0 。 3 6 1 0 . 3 7 0 0 . 4 2 70 . 9 9 5 0 。 9 9 7 0 . 9 9 5 0 。 9 9 6 3 1 . 8 63 3 1 . 8 2 1 3 1 。 8 9 10 . 3 9 20 . 9 9 5 3 1 . 8 1 20 。 3 9 70 。 9 9 4839几JQ夕nU巾目8叮JO产丹JOJnnU198395O了勺1几nUU二JO子7J493231 0no81岛4039,且”Un几j牙仰R4 结果分析4.1 各种密度的脚径生长比较及树离生长比较
由选定的单分子胸径生长模型和 L og istic 树高生长模型计算各密度的胸径生长量及树高
生长量 , 结果见表 4 、 5 。
表4 不同密度的脚径生长t 单位: cm
年 龄 密 度 (m x 也 )
( a ) 4 x 6 4 x 7 5 x 6 6 X 6 5 x s 6 x s 7 x 7 5 x 1 0 7 x s 8 x 8 5 x 1 5
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年 龄 密 度 (tn x m )
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将表 4 中胸径生长非常接近的密度划分成 5 个密度组 ( 4 m x 6 m , 4 m X 7 m ) ; ( 5 “
X 6 m , 6 m X 6 m ) ; ( 5 m X s m , 6 m X s m , 7 m X 7 m ) ; ( 5 m X 1 0 m , 7 m X s m -
8 m
x s 。 ) ; ( s m x 15 m ) 。 为更清晰地描述这几组密度的生长状况 , 将相应 的组内数据
合并在一 起 , 建立胸径密度组的生长模型 ( 表 6 ) , 用同样分析方法 , 分析树高生长 , 发现
不 同的密度期 树高影响不大 , 即可 以用一个模型表示树高的生长 , 其模型参数见表 6 。
4
.
2 平均单株 的脚径生长
胸径的累积生长量可用单分子模型直接计算 。 很明显 , 密度越大随着树木的生长可利角
怀 业 料 字 研 咒 7 卷
裹6 不同密度组的树高方程参数
密 度( m x m )
胸径方程 参数 4 x 64 X 7
弓X 7
6 X 6
5 x s
6 x 8
7 x 7
5 x 1 0
7 x s
8 X 8
5 x 1 5 树高方程 参数
平0 5.551 5.14 4.872 4.134 2_6凭q w 。 d o n Q
单分子方 程 牙 , 4 8 .
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目 2
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的环境空间越小 , 光线、 水分及营养的吸收越受到
限制 , 胸径随密度的增大呈递减趋势 。 胸径的连年
生长反映胸径逐年的生长状况 。 通过上述 5组胸径
单分子生长模型对时间 t微分 , 可获得各密度组胸
径的连年生长方程 。
由图 1 可 以看出 , 杨树丰产林初期的胸径生长
量最大 ( 3.4一 4.g cm ) , 随 着 年龄的增加 , 逐年
减小 , 并且密度大的林分 , 平均单株的胸径连年生
长量相对低于密度小的林分 。
4
。
3 平均单株的树高生长
树高的累积生长量由建立的L og istic 树高生长
模型计算 。 由于受水分供应及 其 它 综 合因子的影
响 , 树木生长到一定高度后 , 就停止生长 。 由图 1
可以看出 I 一 69 杨树生长到 n ~ 12 a 时 , 基本接近
树木生长的最高值 ( 30 ~ 31 m ) 。 树木几个生长阶
段的初期树高见表 7 。
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二、日己塑翼
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年龄(a )
图 l 各密度组胸径及树高连年生长 曲线
1 . (4 m x 6也 , 4 m x 7 m ) D
2
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m
x
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3 . ( s m x s m , 6 m x s m , 7 m x 7 m ) D
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弓. (s tn x 1S m ) D
6 . H 连年生长曲线是通过对L og isti c
数值微分获得 。
到生长高峰(2.
树高的连年生长在 1一4 a时 , 为增值生长 ( 1.5~ 2.6 m /a ) ;
树高生长模型
在5~ 6 a 时济
8~ 2.g m /a); 达最大值后 , 逐年下降 , 在10 ~ 11 a时 , 连年高生长降到l m /a
表7 树木各生长阶段初期脚径及树离
生长阶段 I 万 V 密 度
年 龄 ( a )
持续年限( a )
栽植~ 1 2~ 4 5 ~ 6 7~ 11 12~ 16 > 17
脚径连年生长 (c m /a)
脚径(c D2 )
树高连年生长 (n2 /a)
3 2
3.0/ 8 2 .4/17
3.6/ 8 2.7/18
3.7/ 8 3.0/19
4.0/ 8 3 .2/ 20
4.4 /9 3 .5/20
(m x m )
2.0/2 2
2.4/24
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2.8/ 26
3 .1/26
4/ 31
7/3 48/ 36
2 .0/ 38
2 .1/4 0
0.9/ 36
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树高(m ) 7/4 2
.2/6 2 .8/14 2 .6/20 0 .8/29 0 .1/31
期 徐宏远等: 不同密度 I 一 69 杨树生长规律的研究 65
以下 。 最大连年径生长 与高生长相差 4~ s a , 径达到最大连年生长的时期为栽植初期 , 高达
到最大连年生长时为 5~ 6 a , 这时树高17 一 19 .9 m 。 径的生长先于树高生长 , 并且径的连年
生长逐年递减的速率较缓慢 , 在 9一 12 年生时连年生长在2 cm /a 以上 ; 在16 ~ 2 a 时才降到
1 cm /a以下 。
4
.
4 杨树人工林的生长特征
杨树丰产林在大多数情况下要求造林时进行苗木的选择 , 苗木分级 , 同样等级的苗木及
同种无性系栽植在一起 , 这样就有同等的竟争能力 , 使林木生长比较整齐 , 70 % ~ 80 % 的直
径分布在平均值左右 ( 2个径级范围内 , 每个径级2 cm ) 。 结合林木结构的研究及上述树木
生长特征的分析 , 提出以下杨树人工林生长发育的儿个阶段 。
栽植缓苗期 I (栽植~ l a ) : 各地栽植杨树的 时 间 不一样 , 但栽植后树木需要有一个
适应新环境的过程 , 这就或多或少地影响了生长势 。 这个时期对栽植苗的影响程度 , 主要因
栽植方法 ( 起苗 、 运苗 、 浸水 、 栽植 、 灌水 ) 、 造林地环境因素及抚育管理程度而异 。 一般
造林方法得当 , 选择林地适宜 , 管理及时 , 缓苗期的影响就会减小 。
径的速生期及高的初期生长阶段 I ( 2一 廷a ) : 经过缓苗期 , 由 于光线 、 水分充足 , 林
木之间的相互作用较小 , 每个单株好拟处于孤立木状态 , 树木的径生长迅速 , 连年高生长也
随着年龄的增加逐渐加快 。
高生长盛期及径生长持续期 l ( 5一6 a ) : 从上一个阶段 , 林 木生长到第 4 年 , 树高达
15 .s m , 林分逐渐郁闭 , 到了5一6 a , 林分完全郁闭 , 树木间竞争激烈 , 为争得上 方光源 ,
高的连年生长达最大值 ( 2.8~ 2.9 m /a ) 。 径 的连年生长缓慢递减 , 但仍保持较高的生长量
( 2 .3 ~ 3 .5 e m /a ) 。
径 、 高持续生长阶段万(7 ~ n a ): 这个阶段 , 林木的竞争更为激烈 , 为争得更多 的光
能 、 水分及养分 , 树木之间相互抑制生长 。 树高及径 的连年生长量逐年降低 , 但是仍保持较
高的生长量 。 树高连年生长量在l m /a 以上 , 胸径连年生长在1.s cm /a 以上 。
径 、 高生长缓慢期 V ( 12 ~ 16 a ) : 这一阶段径 、 高生长逐渐减缓 , 径连年 生 长 量 为
1.4~ o .s cm /a , 高只有o.Z m /a左右 。 树木的径 、 高生长逐渐趋于平稳 。
生长衰退阶段 硬(> 17 a) : 这一 阶段径 、 高生长基本处于停止状态 , 随着年龄 的增加 ,
树干中部出现变色 、 心腐 , 木材质量逐渐降低 。
杨树人工林前三个生长发育阶段是杨树速生丰产 的关键 , 尤其是第 l 及第 l 阶段是杨树
径生长及高生长的速生期 , 这两个阶段持续时间分别为3 a和Z a , 虽然仅有s a 的时间 , 胸径
和树高的生长却占总生长量的50 % 以上 ( 以衰退期为限 ) 。
5 讨 论
杨树丰产林是 以速生丰产为目的, 同时 , 还应结合培育 的目标 , 选择适当的造林密度 。
杨树密度对树木的高生长影响很小 , 但对径生长影响很大 , 不 同密度达到某一径级的年限不
一样 , 而径级 在工业用材方面是一个重要的衡量指标 。 这就需要 了解不 同密度树木的生长规
律 。 明确各个生 一长阶段的生长特性 。 根据培育目的 , 选择恰当的造林 、 管理及采伐方案 , 获
得最大的经济效益 。 目前 , 许多杨树丰产林造林的最终目标不 明确 , 不 了解杨树 的 生 长 规
林 业 科 学 研 究 7 卷
律 , 只追求速生 , 以至于造成管理不善 、 虫害严重 , 降低了木材的质量 , 或者只求丰产 , 虽
然对林木的管理不错 , 但到了采伐年龄 , 培育的木材不符合工业用材及市场需求 , 有木材卖
不出去或者不得不降等级卖出 , 影响了经济效益 。 因此 , 了解杨树的生长规律 , 对造林成活 、
管理采伐至最后的经济收益都有重要的意义 。
参 考 文 献
l 吕士行. 黑杨派南方型无性系人工林造林密度的研究. 见 : 南京林业大学 杨树课题组 . 黑杨派南方型无性系速生丰
产林技术论文集. 北 京: 学术书刊出版社 , 19 8 9 . 7 2 ~ 8 0.
2 F
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J ( 金之庆 , 高亮 之译 ) . 农业中的数学模型 . 北京: 农业出版社 , 1 9 9 L
3 葛剑平. 夭 然红松树木生长 特征与林分结构的研究 . 东北林业大学学报 , 1 9 9 2 , 2 0 ( 2 ) : 9 一16.
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