晉西黃土丘陵區(qū)檸條生長規(guī)律研究

武秀娟，張彩紅，奧小平，雍 鵬

(山西省林業(yè)科學(xué)研究院，山西 太原 030012)

檸條(Caragana korshinskii)為豆科灌木類植物，具有強(qiáng)大的防風(fēng)固沙和保持水土能力，是人工造林的優(yōu)良灌木樹種。在黃土高原地區(qū)，其生態(tài)、經(jīng)濟(jì)和社會效益顯著。目前，對于檸條的研究主要集中在土壤水分變化規(guī)律、土壤水分利用深度、檸條對土壤理化性質(zhì)的影響，和平茬對檸條林地土壤水分、根系數(shù)量和分布的影響等方面。長期以來，由于對檸條灌木林分生長過程方面缺乏定量和定型的研究，導(dǎo)致合理經(jīng)營檸條的決策難度很大，造成了林地生產(chǎn)力低下、輪伐期過長，嚴(yán)重影響了檸條林的經(jīng)濟(jì)、生態(tài)和社會效益。筆者對晉西黃土丘陵區(qū)退耕還林中檸條人工林枝徑、枝高的生長模型進(jìn)行擬合，分析檸條枝徑、枝高的生長規(guī)律，以期為晉西黃土丘陵區(qū)檸條灌木林的培育和管理提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)域位于方山縣麻地會鄉(xiāng)，屬于晉西黃土丘陵溝壑區(qū)。氣候?qū)贉貛О敫珊导撅L(fēng)氣候區(qū)，年均溫4℃ ～9℃，≥10℃的年活動積溫2246℃ ～3088℃，無霜期110 d～150 d，年均降水量562mm.造林地的土壤為黃綿土，由黃土母質(zhì)直接發(fā)育形成，層次過渡不明顯，土層深厚，質(zhì)地均勻，屬中壤土。喬木樹種主要有刺槐(Robinia pseudoacacia)、白榆(Ulmus pumila)、油松(Pinus tabulaeformis)、華北落葉松(Larix principis-rupprechtii)、側(cè)柏(Platycladus orientalis)，灌木主要有檸條、黃刺玫(Rosa xanthina)、沙棘(Hippophae rhamnoides)等。

2 研究方法

在方山縣麻地會鄉(xiāng)檸條灌木林分的典型地段設(shè)置10 m×20 m的樣地。調(diào)查樣地的立地條件、地形因子等并進(jìn)行記錄。通過對樣地內(nèi)檸條進(jìn)行檢尺，以株高、基徑、冠幅的平均值為基準(zhǔn)，選擇標(biāo)準(zhǔn)叢。從中選擇年齡最大的、最接近平均高的枝條作為標(biāo)準(zhǔn)枝，進(jìn)行室內(nèi)解析。選擇不同的數(shù)學(xué)模型，通過回歸分析，分別擬合出方山縣檸條枝徑、枝高生長的最優(yōu)數(shù)學(xué)模型。通過實(shí)測枝徑、枝高的連年生長量與平均生長量，分析檸條的生長規(guī)律。

通過Sigmaplot 10.0和SPSS 16.0軟件建立生長方程。參考白文斌等的研究結(jié)果，選取邏輯斯蒂、理查德、舒馬克、韋布爾、坎派茲、高斯和二次曲線7個生長方程作為檸條生長的備選模型。分別將檸條枝解析的枝徑、枝高數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，通過回歸分析得出各生長模型的擬合曲線，從中選擇決定系數(shù)最大、殘差平方和最小的生長方程確定為檸條的適宜生長模型。

3 結(jié)果與分析

3.1 枝徑與枝高生長模型的確立

3.1.1 枝徑生長模型的確定

檸條枝徑生長模型的回歸分析見表1.

表1 檸條枝徑生長模型的回歸分析

由表1可知，7個擬合模型的決定系數(shù)(R2)均達(dá)到0.90以上。經(jīng)顯著性檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，所有模型方程均能顯著描述晉西黃土丘陵區(qū)檸條枝徑與枝齡的關(guān)系(P＜0.05)。其中，韋布爾模型擬合的決定系數(shù)最大，且殘差平方和最小，即枝徑Y(jié)與枝齡X的回歸關(guān)系最好。故確定韋布爾模型為黃土丘陵區(qū)檸條的枝徑生長模型。

3.1.2 枝高生長模型的確定

檸條枝高生長模型的回歸分析見第10頁表2.

由表2可知，7種擬合模型的決定系數(shù)(R2)均達(dá)0.90以上。顯著性檢驗(yàn)結(jié)果表明，所有模型方程均能顯著描述晉西黃土丘陵區(qū)檸條枝高與枝齡的關(guān)系(P＜0.05)。但韋布爾模型對枝高的擬合效果最好，殘差平方和最小。故黃土丘陵區(qū)檸條的枝高Y與枝齡X間的枝高生長模型確定為韋布爾模型。

3.2 枝徑與枝高生長分析

3.2.1 枝徑生長分析

檸條枝徑的生長曲線和枝徑連年生長量與平均生長量曲線見第10頁圖1，圖2.

由圖1，圖2可以看出，黃土丘陵區(qū)檸條枝徑隨年齡的增長呈顯著的“S”型曲線，13 a時枝徑達(dá)40 mm.在枝齡＜4 a時，連年生長量和平均生長量均增長緩慢，4 a內(nèi)枝徑平均增長量為1.33 mm.4 a＜枝齡＜9 a時，枝徑的連年生長量和平均生長量的增長速度均加快;且連年生長量的增幅較大，并在8 a時達(dá)到最大值，為6.60 mm，隨后連年生長量的增速開始減慢;在11 a時連年生長量與平均生長量曲線相交，此時平均生長量達(dá)到最大值，為3.28 mm，隨后緩慢下降;13 a時枝徑的連年生長量與平均生長量分別降至1.80 mm和3.00 mm.

表2 檸條枝高生長模型的回歸分析

圖1 檸條枝徑生長曲線

圖2 檸條枝徑連年生長量與平均生長量曲線

3.2.2 枝高生長分析

檸條枝高的生長曲線和枝高連年生長量與平均生長量曲線見圖3，圖4.

由圖3，圖4可以看出，黃土丘陵區(qū)檸條枝高的生長隨年齡的增長表現(xiàn)的與枝徑一致，也呈顯著的“S”型曲線。4 a＜枝齡＜9 a時，枝高生長相對較快，10 a時枝高生長開始趨于穩(wěn)定，13 a時枝高達(dá)2.8m.在枝齡＜8 a時，檸條枝高的連年生長量和平均生長量均有持續(xù)增長的趨勢，且連年生長量的增長相對較快。枝高連年生長量和平均生長量均在第8 a時達(dá)到最大值，分別為0.40m和0.27 m.此后2者均開始衰減，13 a時枝高的連年生長量和平均生長量分別減小至0.06 m和0.22 m.

圖3 檸條枝高生長曲線

圖4 檸條枝高連年生長量與平均生長量曲線

4 結(jié)論

研究所擬合的各模型精度均較高，但用于晉西黃土丘陵區(qū)檸條枝徑和枝高生長的模型均以韋布爾生長模型最佳，該模型可用于晉西黃土丘陵區(qū)檸條的生長過程預(yù)測和今后檸條林的生產(chǎn)經(jīng)營。

晉西黃土丘陵區(qū)檸條枝徑的連年生長量在8 a時達(dá)到最大值，為6.6 mm;平均生長量在11 a時達(dá)到最大值，為3.28 mm.枝高連年生長量的最大值出現(xiàn)時間與枝徑相同，但平均生長量最大值比枝徑提早3 a，也出現(xiàn)在第8 a.可見，晉西黃土丘陵區(qū)檸條在前11 a枝徑和枝高生長速率較大。在此時間內(nèi)進(jìn)行檸條的人工干預(yù)有助于延長檸條灌木林的速生期，保證林地?fù)碛凶畲蟮纳a(chǎn)力。

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