中国大陆地区解析木材料的调查

中国大陆地区解析木材料的调查

樟脑松是欧洲红松的地理变异。自然分布仅分布在中国大兴安岭山脉和法国沙区，其余分布在小兴安山脉北坡（约克郡）的零星地区。由于它具有耐干旱、耐严寒、耐瘠薄,根系可塑性大、穿透力强,不苛求土壤,以及生长快、产量高、材质好、用途广的种种特点,目前被广泛引种到东北山地、沿海沙地和“三北”防护林地区各地。樟子松已经成为东北东部山区重要针叶造林树种之一。樟子松可用做杆材,普通纸浆材,农用材,高级文化用纸纸浆材,普通大、中径用材和胶合板材。经营用材林的主要目的是以最快的速度、最优的质量获得较高产量的目的用材。用材林经营的主要任务则是采用最佳的培育模式和培育措施去实现经营目的。而要做到这些,就必须了解人工林的生产力水平及产量构成特点。经济生产力是用材林产量状况重要指标之一,是制定定向培育的目标体系和技术体系(如地区选择、造林区划、林分环境的人工控制、林分密度和结构调整、土壤水、肥管理等)的重要依据。为了更好地进行樟子松人工林定向培育,以便经济快速地获得目的用材,我们对樟子松人工中幼林的蓄积量和各材种的产量状况进行初步分析,以期为樟子松定向培育措施的制定提供依据。1研究区域的基本结构和研究1.1气候变化分析本项研究所指的东部山地包括小兴安岭东南部和长白山脉中北部地区,大致为黑龙江省伊春、绥化和哈尔滨至吉林省长春市和辽源一线以东。该区主要受温带季风气候控制。≥10℃积温多在2500℃左右,其中80%以上集中在夏季。年平均降水量400～1000mm,全年降水量70%主要集中在6～8月,具有明显的森林湿润气候条件。冬季漫长,夏季较短。夏季日照时间长达14h。这种生长季中的水、热、光的集中状况,给林木的生长发育带来了极为有利的生态条件。土壤以暗棕壤为主,白浆土的比重也比较大(特别是暗棕壤的白浆化现象比较普遍)。原始地带性植被为阔叶红松林,现存数量已经不多。现主要由其演化而来的各种次生林,如蒙古栎次生林、多代萌生蒙古栎矮林、硬阔叶林、杂木林、杨桦林,各种草甸和沼泽植被,以及由红松、樟子松、落叶松、红皮云杉、赤松等构成的人工林和人天混交林所组成。1.2外业调查研究本项研究采用点面结合、定位固定样地和临时样地调查相结合进行。在东北林业大学帽儿山实验林场老山人工林实验站进行定位现测研究。在其它地点,选有代表性的地段进行样地调查。定位研究的主要内容抚育间伐样地复测等。临时样地有常规测树调查和解析木调查等。同时收集了许多已有调查资料。共计调查样地130多块,其中详测样地80多块,简测50多块,收集样地调查资料300多块;调查解析木120多株;收集已有解析木材料300多株。外业调查研究采用常规方法进行,但调查内容比前人的内容更细致,如解析木都是以一年为一龄阶进行直径生长量查测,树高生长量都按轮枝实测,生长过程都使用实测值计算;有间伐的样地都进行了伐根测定。内业分析使用了近年来比较受重视的一致性削度/材积方程系统进行样地蓄积和材种出材量计算。本项研究的计算都使用郎奎建和唐守正先生编著《IBMPC系列程序集》(中国林业出版社,1989)中的原程序,或根据这些程序加以调整的程序进行。2出材量表的一致性由于樟子松无现成的材种出材量表可用,所以我们需要利用自己的调查资料建立。计算林分蓄积及材种出材量的方法主要有样木法和出材量表法。样木法是一种传统的方法,实际工作中无出材量表时可以应用,不适于预测和理论研究。出材量表过去借助图解法利用材积比(经济材材积与总材积的比)或树干削度来推算。通常需要收集大量的数据资料,且往往出现多个材种出材量与总材积之间不合逻辑的情况(如各材种出材量之和大于总材积)。用一致性削度/材积方程系统建立出材量表则可避免上述情况出现,它能提供一致性预估值,既适合实际应用,又适于预测和理论研究。该系统包括削度方程、全树干材积方程、高度方程、高度限定材积比方程和直径限定材积比方程组成。利用这个系统,可以估计树干上任一点的直径或树干上任一直径处的高度,以及树干上任一两点之间的距离和材积。2.1采用统一修订和材积方程系统2.1.1系统组成、功能目前提出的削度/材积方程系统比较多。本文目的在于应用,而不是研究削度/材积方程系统,所以只选用一个系统,即DemaerchalkⅠ削度/材积方程系统。据研究,该系统对针叶树比较合适,估计材积精度较高;而且形式简单,与我国现行材积表所用二元材积式V=a×Db×Hc相一致,便于实际应用。系统组成如下:削度方程:d2=a×Db×Hc×(H-h)(B-1)×B/(HB×K)全树干材积方程:V=a×Db×Hc高度方程:h=H-(a1×d2×Hm22/Da3)a4各参数为:a1=K/(B×a);a2=B-c;a3=b;a4=1/(B-1)高度限定材积比方程:Rh=1-((H-h)/H)B直径限定材积比方程:Rd=1-((G1×d2×HG2)/DG3)G4各参数为:G1=K/(B×a);G2=1-c;G3=b;G4=B/(B-1)式中:K=π/40000;a、b、c、B为基本参数D——胸高围径(带皮);H——树高;h——树干上从根径部至上部任一直径(d)处的高度或可利用材的极限长度;d——树干上h高度处的带皮或去皮直径;V——树干材积;Rh——高度限定材积比;Rd——直径限定材积比2.1.2全树干材积方程(1)考虑各径级样本量的均衡,选用171株解析木。根据这171株解析木的胸高围径、树高、带皮和去皮材积,求解出全树干材积方程中的参数a、b、c,再把a、b、c代入削度方程,利用上述171株解析木的胸高围径、树高和树干上某处的带皮和去皮直径(d)及相应位置的树高(h)(共1864个样本),迭代出参数B。结果见表1。(2)将a、b、c、B代入其它参数表达式,求出这些参数,从而建立樟子松的DemaerchalkⅠ削度/材积方程系统。2.2材种出材量的确定利用导出的DemaerchalkⅠ削度/材积方程系统,通过计算机理论造材,计算样地立木蓄积和材种出材量,计算过程如下:(1)采用严格SUMAKE式(H=a×e(-b/D))拟合各样地树高曲线,根据树高曲线和每木材料计算各径阶理论平均树高。(2)利用全树干材积方程计算各径阶带皮和去皮材积。(3)利用高度方程计算各材种小头直径对应的材长。对比该材长是否符合要求,同时调整实际造材材长,以达到符合材种尺寸规格(见表2)要求条件下充分利用木材,最终确定各材种小头直径和材长。(4)利用高度限定材积比方程和直径限定材积比方程计算各径阶材种出材率,将各径阶材种出材率与其去皮材积相乘,得出其材种出材量。(5)各径阶材种出材量与径阶株数相乘并合计,得出样地及单位面积材种出材量。2.3样地蓄积量的确定利用前述171株解析木材料,拟合出地径和胸高围径(带皮)关系式如下:D=-1.24905+0.8557976Dj相关系数0.9785**D—胸高围径;Dj—地径用地径代替胸高围径,根据样地伐根检量结果,按上述程序估算样地及单位面积间伐蓄积和材种出材量。根据实际观察,10～15年以内各次间伐的伐根基本保持完好的形状,部分腐烂的形状也大多未变,极少数变了的,也可看出轮廓;间伐年代更长的伐根虽已看不出了,但因其径级很小,可忽略不计,因此,估算结果是可靠的。3经济生产分析各样地蓄积量和定期增长情况、各材种出材量和定期增长情况、间伐量及其与各测树因子相关分析结果分别见表3至表6。3.1密度对林分蓄积量的影响从表3和表4中可看出:(1)林分蓄积与林龄之间有相关性,即年龄越大,蓄积量越大。这主要是因为,所调查林分都在40年以下,尚处于中幼林阶段而造成的。在年龄相同的情况下,与平均树高和优势木平均高呈现较强的正相关关系。而在年龄和林分密度都相同的情况下,这种正相关关系更强。林分蓄积与林分密度呈现较强的正相关关系,即密度越大,蓄积量越大;而与平均直径呈现负相关关系。说明现实林分大多密度偏小,尽管可以产生较大的径级,但由于数量基础不足,仍达不到较高的产量。从实际调查材料看,年龄较小时,林分密度的作用程度高于年龄较大时的作用。所调查样地中,30年左右以下,不同密度林分蓄积量差异大于30年左右以上的林分。但若密度差异过大,大于30年以上的林分之间蓄积量差异也会很大(见表3中34年的情况)。(2)短小径材的材积(V6)和各因子之间的相关关系与林分蓄积和各因子之间的相关关系。具有相同的趋势。只是与平均树高和优势木平均高的正相关性增强,与林分密度的正相关性和与平均直径的负相关性都变弱。短小径材材积占林分蓄积的比例(V6p)与林龄、平均树高和优势木平均高仍呈较强的正相关性,即随林龄、平均树高和优势木平均高的增大,V6p也增大,但其增大的幅度低于V6增加的幅度。而在年龄相同的情况下,V6p与林分密度和林分平均直径的相关关系发生了倒转,即与林分密度呈负相关性,而与平均直径呈正相关性。而在年龄和林分密度都相同的情况下,V6p与林分平均直径的相关关系又倒转了回来,即与平均直径又呈现负相关关系。这说明,径级大小不是影响短小径材的主要因素。要想提高短小径材的产量,主要是要保持较高的林分密度。因此,若专为培育短小径材,不需要有较大的林木径级,而应采用较大的经营密度。(3)小头直径12cm高级纸浆材材积(V12)及其占林分蓄积百分率(V12p)与林龄、林分平均直径、林分平均高和优势木平均高都呈现比较明显的正相关关系。说明在所研究年龄阶段内(40年以下),年龄、林分平均直径、林分平均高和优势木平均高越大,这种高级纸浆材的材积、材积百分率也就越大。与此相反,V12和V12n与林分密度都呈明显负相关关系。即林分密度越大,这种高级纸浆材的材积、材积百分率就越小。说明现实的林分密度偏大,影响到了这种高级纸浆材的产量和比例了。要想在40年左右或更低的年龄段下获得较多的V12,就必须采用比现实林分更低的密度体系。(4)小头直径20cm普通大、中径材的材积(V20)、材积占林分蓄积百分率(V20p)与林龄、林分平均直径、林分平均高、优势木平均高及林分密度的相关关系,与小头直径12cm高级文化用纸纸浆材材积(V12)及其占林分蓄积百分率(V12p)和各因子之间的相关关系具有相同的趋势。由于样本量少,产量还很低(最高产量林分这几项指标才分别达69m3/hm2和53%),这个分析只能是个初步估计。但至少可以知道,要想在40年左右或更低的年龄段下获得较多的V20,就必须采用比现实林分低得多的密度体系。3.2cm高级豆浆材的产量从表5中可以看出,间伐对林分蓄积、短小径和小头直径12cm高级纸浆材的产量的影响非常大。间伐量大,林分总蓄积、短小径和小头直径12cm高级纸浆材的产量就越大,如LR、LB851、LHC和YMP1、YMP7样地的结果都非常明显表明了这一点。而间伐量少时,总产量相对较低。对于小头直径20cm普通大、中径材,由于间伐的多为小径木,其中够该材种标准的林木很少,因此间伐量大小对其无直接影响。但在初植密度相似情况下,间伐强度较大时,其现存产量比较高。因此,采用较高的初植密度,并采用强度较大的间伐机制,对小径材和大、中径材的生产都是有利的。3.3不同密度对樟子松人工林生产力的影响从表6中可以看出,24～34年的樟子松人工林之间,平均直径生长量差异不太大,都在0.3～0.5cm/年之间,平均为0.4cm/年。而林分蓄积增长量及短小径材、小头直径12cm高级纸浆材和小头直径20cm普通大、中径材各材种的材积增长量都很大。其中以林分蓄积的增长量最大。在株数减少情况下,蓄积年生产量最高达13.0m3/hm2·年,最小的达3.0m3/hm2·年(主要由于株数基数低,而减少株数多造成)。短小径材的材积增长量与林分蓄积增长量有相似的趋势,但增长的数量级降低,小头直径12cm高级纸浆材的材积增长幅度都比短小径材的材积增长幅度大,许多样地还超过了林分蓄积的增长幅度,最大的达到11.0m3/hm2·年,最小的也达到4.3m3/hm2·年。22年以下的樟子松人工林,平均直径生长量差异比较大,大的可达0.7cm/年,小的仅为0.2cm/年(主要是由于林分密度过大造成)。林分蓄积增长量及短小径材和小头直径12cm高级纸浆材材积增长量差异也很大。蓄积年生产量最高达11.0m3/hm2·年,最小的近为1.3m3/hm2·年(主要由于密度过大,限制了生长,且株数减少过多造成)。小头直径12cm高级纸浆材,此时刚进入生产初期,尚不稳定。以上结果说明樟子松人工林在密度适当的情况下,达到本地区速生丰产林对蓄积增长量的要求是完全可以的。若组装上合理配套的定向培育技术,生长量会更大。4密度体系对樟子松人工林速生丰产林分作用的影响4.1各材种出材量与测树因子关系的分析结果表明,按照现实的樟子松人工林密度体系,幼龄阶段(40年以下)只能获得较高产量得小径材,无法获得较高产量得小头直径12cm的高级纸浆材,更无法获得小头直径20cm以上的大径材。要想在尽快获得大径级用材,就必须采用比现实林分低得多的密