樟子松節(jié)子的大小及分布

1、樟子松節(jié)子的大小及分布摘 要 以不同樹齡、不同密度的樟子松(Pinus sylvestris var mongolica)人工林為研究對象, 基于6塊標準地中30株樣木樹干解析和節(jié)子剖析數(shù)據(jù)，揭示節(jié)子的垂直分布和水平分布規(guī)律, 分析不同林分條件下節(jié)子分布規(guī)律的變化。結(jié)果表明:節(jié)子直徑的垂直分布趨勢是從伐根到 大約樹高的45%處逐漸增加，然后向上逐漸減小，但減小趨勢趨于平緩;節(jié)子的水平分布服從 均勻分布;不同林分條件下,樟子松節(jié)子的垂直分布狀況不相同，隨著林分密度的增大,節(jié)子直 徑的最大值逐漸減小，而且最大節(jié)子在樹干上的位置也逐漸升高；隨著林分樹齡的增大，節(jié)子 直徑的最大值也逐漸增大,但是最大值

2、出現(xiàn)的位置不變。節(jié)子直徑最大值可以通過林分密度、 胸徑和枝下高建立的模型來描述;節(jié)子的頻數(shù)分布呈現(xiàn)正態(tài)分布的趨勢。關(guān)鍵詞樟子松;人工林;節(jié)子;直徑;分布Knot Size and Distribution of Mongolian Pine Plantations /Chen Dongsheng, Jin Zhongyue, Li Fengri, Jia Weiwei(School of Forestry, Northeast Forestry University, Harbin 150040, P. R. China) /Journal of Northeast Forestry Univ

3、ersity. -2007, 35(5). -1921The vertical and horizontal distribution of knots were revealed to analyse the distribution rule of knot under different stand conditions base on the data of stem analysis and knot characteristics from 30 sample trees in 6 sample plots for Mongolian pine plantations with d

4、ifferent ages and stand densities. Results show that the vertical distribution of knots first gradually increases from stem base to the position about 45 percent of total tree height and then gradually decreases, but the decreasing tendency goes to smooth. The knots obey uniform distribution in hori

5、zontal direction, and the vertical distributions of knots are different under different stand conditions.The maximum value of knot diameter (D ma decreases with the increase of stand density, and the location of maximum knot is higher in denser stand D max increases with increasing stand age, while

6、its location is unchanged in the stands of different ages Dmax can be described by stand density, diameter at breast height and the lowest height of living branch, and the frequency of knot obeys normal distribution.Key words Mongolian pine (Pinus sylvestris var mongolica); Plantations; Knots; Diame

7、ters; Distributions節(jié)子是枝條被樹干包合起來的部分它是決定木材質(zhì)量的最重要的因子之一IM】。木材的最佳 利用率很大程度上決定于樹干上的節(jié)子結(jié)構(gòu)。節(jié)子常被看作是木材上的空缺或洞，甚至要比 一個簡單的洞影響更大,因為節(jié)子可以改變木材顆粒方向，從而影響木材的質(zhì)量3】。因此，在林 分輪作時采取一定的營林措施，通過控制樹干上活的或死的枝條的屬性來調(diào)節(jié)木材的質(zhì)量并 從營林措施的時間和強度最優(yōu)化考慮,使產(chǎn)生木材的數(shù)量和質(zhì)量達到最高，已經(jīng)成為很長一段 時間樹冠生長研究的重點。目前國外有很多學者對節(jié)子進行研究:通過CT掃描技術(shù)來獲得節(jié) 子的數(shù)據(jù)，利用獲得的數(shù)據(jù)對節(jié)子的分布、節(jié)子疏松節(jié)和健全節(jié)的

8、預測模型進行研究4，而且 有許多學者把這些研究和木材的質(zhì)量控制聯(lián)系在一起5】。在國內(nèi),對節(jié)子方面的研究還很少, 只有少數(shù)學者研究了節(jié)子分布和預測模型。筆者則對樟子松節(jié)子的分布狀況及規(guī)律進行研究 并結(jié)合營林措施，在經(jīng)營周期內(nèi)采用合理的整枝、撫育等方法，探討節(jié)子對木材質(zhì)量的影響, 為研究節(jié)子奠定理論基礎(chǔ)。1數(shù)據(jù)收集試驗地位于佳木斯樺南縣東北部孟家崗林場,距縣城21km。地理坐標為東經(jīng) 130。3242130。5236，北緯46203046。3050。地處完達山西麓余脈，以低山丘陵為主， 坡度較為平緩，屬東亞大陸性季風氣候,森林植被屬小興安嶺區(qū)系張廣才嶺亞區(qū)。本研究在孟家崗林場設(shè)置不同樹齡、不同密度

9、的樟子松人工林標準地6塊，對每塊樣地進行 每木檢尺,并選取5株解析木進行樹干解析和節(jié)子剖柝測量的6塊標準地數(shù)據(jù)見表1。表1標準地因子概況標準面積/樹齡/胸徑/樹高/密度/立地地號hm2acmm株 hm-2指數(shù)Z501Q 0504519.321.20164013.62Z502Q 0503311.010.0038407.76Z503Q 0504320.316.50110010.84Z504Q 0503113.811.8020259.63Z505Q 0504730.221.0045013.24Z506Q 0503819.616.10122011.33現(xiàn)在國外有許多比較先進的研究節(jié)子的方法，主要是采用

10、CT掃描技術(shù),這種方法可以分析直 徑較小的節(jié)子。但是由于條件所限，筆者所收集的數(shù)據(jù)都是利用手工剖析的方法（樹干解析 和節(jié)子剖析技術(shù)）獲得的。采用樹干解析測量各個樹木的林木因子（樹高生長、胸徑生長等）; 在樹冠基部以下，含有輪生死枝或節(jié)子附近，截取1030 cm長的木段帶回實驗室，并對每輪 的死枝或節(jié)子進行編號;測量每個死枝或節(jié)子離地面的高度,并根據(jù)枝條方位角測量方法， 測量每個死枝或節(jié)子的方位角。節(jié)子的位置可以由枝條死亡后在樹干上的疤痕來確定;在 每個木段中選取兩個最大的死枝或節(jié)子，沿樹干方向用手持油鋸通過樹干髓心進行縱剖，得到 死枝或節(jié)子的縱剖面，測量節(jié)子的直徑，并以其最寬處作為節(jié)子最大直徑

11、。2研究方法2. 1節(jié)子平均直徑的垂直分布統(tǒng)計每株樹每輪節(jié)子中所取的兩個最大節(jié)子的平均直徑（Dmax）, 根據(jù)每輪節(jié)子的著生高度（H）,計算每輪節(jié)子的相對生高度RH=H /HT（HT表示樹高），并以D與 RH做散點圖，分析Dm的垂直分布趨勢。2. 2 不同林分條件樟子松節(jié)子平均直徑的垂直分布將相同樹齡、不同密度下3塊樣地中樟子松節(jié)子平均直徑的位置進行作圖，從圖中對比分析 節(jié)子著生位置和節(jié)子最大值;對比相同密度、不同樹齡林分中樟子松節(jié)子平均直徑的垂直分 布趨勢。2. 3節(jié)子最大直徑預測模型分析每棵樹的Dm值及其垂直分布位置，并對每塊樣地里不同生長等級樣木的Dm值進行分 析。研究發(fā)現(xiàn)，節(jié)子最大值的

12、位置可以由樹冠基部或枝下高確定的樹冠長度來確定。用胸徑、 樹高、樹冠長度、枝下高以及立地條件等作為變量，使用逐步回歸的方法，采用不同的模型， 引入不同數(shù)量的獨立變量及其組合形式來估計節(jié)子直徑最大值,從中選擇最優(yōu)的模型。根據(jù) 模擬數(shù)據(jù)，對節(jié)子最大直徑（每輪輪枝內(nèi)的最大節(jié)子直徑Dmax）、林木變量（樹高、胸徑等）以及 林分變量（密度、樹齡等）作回歸分析，建立節(jié)子最大直徑的回歸模型。2. 4節(jié)子的水平分布節(jié)子的水平分布，也就是節(jié)子方位角的分布?？紤]到單株樹木可能受光照條件、樹木間競爭 等因素的影響，以樣地中每木為單位,用均勻分布法分別對每塊樣地中所選樣木的全部節(jié)子的 水平分布數(shù)據(jù)進行擬合，描述樟子松

13、節(jié)子的水平分布規(guī)律。均勻分布的概率密度函數(shù)為：加=1（1）式中:為第7個方位角區(qū)間;n為方位角區(qū)間個數(shù)。將每塊樣地中樣木的全部節(jié)子的方位角數(shù) 據(jù)分為12個區(qū)間，每個區(qū)間大小為30,分別統(tǒng)計每塊樣地中樣木的方位角數(shù)據(jù)，對其規(guī)律進行 分析和研究，并對每個區(qū)間用x 2統(tǒng)計分析方法對驗證數(shù)據(jù)進行均勻分布檢驗：2X 2 =卬跖-加 % 2 m p 1式中:m為所分的級數(shù);p為參數(shù)個數(shù);九為第7個等級的觀測頻數(shù)；垢為第z個等級的預測頻 數(shù);A(0.05)為檢驗水平。2. 5節(jié)子頻數(shù)分布對所有樣木中各輪生枝內(nèi)的節(jié)子頻數(shù)(Kf)進行統(tǒng)計，通過作圖方法研究節(jié)子頻數(shù)的大體規(guī)律 和分布情況。3結(jié)果與分析3.1節(jié)子平

14、均直徑的垂直分布趨勢運用上述方法研究發(fā)現(xiàn)，30株樣木。如的垂直分布趨勢是:從伐根到大約樹高的45%處逐漸增 加，然后再向上逐漸減小,但減小趨勢趨于平緩(圖1)。01020304050607080官子相對高圖I不同節(jié)子相對高度?！翱傮w分布散點圖節(jié)子平均直徑的垂直分布趨勢表明:在樹木下部的節(jié)子較小，隨著節(jié)子著生位置的升高，節(jié)子 平均直徑逐漸增大,最大的節(jié)子分布在樹木的中間部位。節(jié)子直徑大小可以直接影響木材質(zhì) 量。即使節(jié)子很小，在樹木的下部也有垂直分布上的差異。0 5 hAAJJ.電010203040506070節(jié)子相對高%圖2林分樹齡相同、密度不同的樟子松節(jié)子直徑對比。Z50IY Z5Q33. 2

15、不同林分條件下樣木節(jié)子的垂直分布3. 2. 1林分的樹齡相同、密度不同對比3塊樹齡相同、密度差異較大的樣地Z501、Z503、Z505(圖2),結(jié)果表明:密度最大的樣 地(Z501),最大節(jié)子出現(xiàn)在樹木的最高位置大約在樹高55%處;中等密度的樣地(Z503)最大節(jié) 子的位置出現(xiàn)在樹高35%處;密度最小的樣地(Z505),最大節(jié)子出現(xiàn)在樹高27%左右的位置。 但是，密度最大的樣地，最大節(jié)子的直徑值最小;密度最小的樣地,最大節(jié)子的直徑值卻最大;在 中等密度的樣地中，最大節(jié)子的直徑值處于兩者之間。這可能由于林分密度的差異導致單木 生長的空間不同，使枝的擴展能力受到影響所致。密度大的林分比密度小的林分

16、對枝的生長 空間影響要大，抑制枝生長的作用更明顯，導致枝提前死亡,因而節(jié)子的直徑較小，最大節(jié)子出 現(xiàn)的位置在樹干上的部位較高。3. 2. 2林分密度相同、樹齡不同因為所收集的數(shù)據(jù)比較少，只有其中兩塊樣地的情況大體符合所要求的相同密度、不同樹齡 的情況，所以只對比其中兩塊樣地(Z503和Z506)。其中:Z503樣地林齡為43 a、密度為1 100 株/hm2;Z506樣地林齡為38 a、密度為1 220株/hm2。從圖3中可以看出:樹齡大的林分和樹 齡小的林分，樟子松最大節(jié)子出現(xiàn)的位置相差不多，但是最大節(jié)子的直徑相差較大，樹齡越大, 最大節(jié)子的直徑越大。這符合樹木生長的規(guī)律，樹齡越大，枝的直徑

17、也越大，因而死枝的直徑越節(jié)子相對赫圖3林分密度相同、樹齡不同的樟子松節(jié)子直徑對比大。3. 3節(jié)子最大值的預測模型為了更好地掌握最大節(jié)子的分布情況將6塊樣地中各樣木的節(jié)子直徑最大值與各樹木、林 分因子做簡單的回歸分析，建立節(jié)子最大直徑的預估模型。(3)D = a xln N + b x d + c x h式中:N為每公頃株樹;d為樹木胸徑;h為樹木枝下高;a、b、c為參數(shù)。表2節(jié)子直徑最大值預測模型參數(shù)估計參數(shù)估計值標準誤t值PMRSR2a-0.1563410.0417453.7451170.0008650.335420.56378b0.0767080.0203523.7691070.00081

18、3c0.0929050.0420942.2070810.035994從最大節(jié)子直徑的預測模型中可以看出:隨著林分密度的增大，樟子松節(jié)子的直徑在逐漸變小, 而隨著胸徑和枝下高的增大，節(jié)子的直徑在增大，這符合樹木的生長規(guī)律。囹4節(jié)子最大直徑預測模型的殘差分布在研究最大節(jié)子直徑位置、各個林分因子和單木因子關(guān)系的時候，發(fā)現(xiàn)最大節(jié)子直徑位置不 受各個測樹因子的影響，這點不符合樹木本身的生長規(guī)律，這可能是由于應(yīng)用建模的數(shù)據(jù)量太 少的原因。3. 4節(jié)子的水平分布節(jié)子的方位角都是以北向為0,將全部樣木的方位角以30來劃分，分為12個區(qū)間。統(tǒng)計以后 發(fā)現(xiàn)，各株樣木節(jié)子的水平分布基本呈均勻分布狀態(tài)，只有Z501樣

19、地中的平均木不太符合這 種情況,可能是數(shù)據(jù)異常的結(jié)果。仔細觀察樣木方位角的統(tǒng)計數(shù)據(jù)會發(fā)現(xiàn)，大部分樣木在 90180。和180270之間節(jié)子的數(shù)量最務(wù)這是因為這兩個區(qū)間的光照條件最好。根據(jù)這些 結(jié)果，筆者將所有樣木的節(jié)子方位角觀測值按均勻分布擬合，計算出枝條水平分布的預測頻數(shù) 表3各樣木節(jié)子水平分布寸檢驗樣地號解析木x2P樣地號解析木PZ5(H一級木16 礎(chǔ) 160 055 22一級木4 770 680 311 65二綴木15 460 270 079 04二級木5 290 100 381 51平均木% *91400 00068平均木12 749 490 047 19四級木13 M1S310 08

20、6 68四級木5 551020 235 28丘綴木15 176 2(0 伙6?1E級木6 149480順65Z5O2一綴木H M74 710 114 172505一級木H 103 叫0 423 44二級木5 121 790 528 29二級木Q 627 820 21066平均木5150 320 27平均木14 W0 119 92四級木5 792 10Q 446 麗四級木14 1M9 210 115 75丘綴木5 256410 528 67E級木15 951610 067 90頌一綴木9 185 790 239 592506一級木5 111 250 529 63二級木10 395 010 238

21、 39二級木16 946 549 56平均木11 293 010 079 73平均木7 521060 4H1 59四級木15 789660 W5 49四級木16 140 530 06400破木13 507 400晚54施木10 4S0 900 232 88(fp )，結(jié)合觀測頻數(shù)(刀)進行X2檢驗，結(jié)果見表3。從檢驗結(jié)果中可以發(fā)現(xiàn)，除Z501樣地的平均木外，其余樣木都通過了乂2檢驗(x2的真實值小于 理論值(x205(12 -2)= 18.307),合格率為96. 7%,說明水平分布的擬合效果較好，可以用均勻分布 來描述樟子松人工林中各立木節(jié)子的水平分布。3. 5節(jié)子頻數(shù)分布對6塊樣地中各輪生

22、枝內(nèi)的節(jié)子頻數(shù)進行統(tǒng)計，統(tǒng)計后對節(jié)子頻數(shù)作直方圖，描述節(jié)子頻數(shù)的分 布規(guī)律。從圖5中可以發(fā)現(xiàn)，每輪的節(jié)子數(shù)量從2到9不等，但是處于中間的節(jié)子數(shù)量最多。其中:節(jié)子頻數(shù)在5的占32. 7%;頻數(shù)為2的只占2. 46%;頻數(shù)為9的只占0. 19%。節(jié)子頻數(shù) 為2的輪一般出現(xiàn)在樹干的基部，可能由于節(jié)子較心或者被樹皮包藏沒有被發(fā)現(xiàn)。根據(jù)圖5 的形狀可以看出，節(jié)子頻數(shù)的分布基本符合正態(tài)分布,但是略有右偏，這個研究結(jié)果和枝的頻 數(shù)研究基本相同,每輪中4個和5個的節(jié)子占多數(shù)。節(jié)子頻教圖5樟子松人工林節(jié)子頻數(shù)分布4 結(jié)論節(jié)子平均直徑的垂直分布趨勢是從伐根到大約樹高的45%處逐漸增加，再向上逐漸減小，但趨 勢趨于平緩。在相同樹齡、不同密度的林分條件下，節(jié)子的直徑隨著林分密度的增大而逐漸 減小，并且，最大節(jié)子直徑出現(xiàn)的位置在樹干上的部位也逐漸升高在相同密度、不同樹齡的林 分條件下，樹齡大的林分和樹齡小的林分，樟子松最大節(jié)子出現(xiàn)的位置相差不多，但是最大節(jié) 子的直徑相差較大，樹齡越大,最大節(jié)子的直徑越大。節(jié)子的最大直徑可以用林分密度、胸徑 和枝下高來描述,隨著林分密度的增大，樟子松節(jié)子直徑的最大值在逐漸變小,而隨著胸徑和 枝下高的增大,節(jié)子的最大直徑在增大。節(jié)子的水平分布