貴州習水國家級自然保護區福建柏生長過程研究

李 茂，鄧倫秀，潘德權，穆君，李崇清，楊成華*(.貴州省林業科學研究院，貴州貴陽550000;.習水國家級自然保護區，貴州貴陽5500)

福建柏 (Fokienia hodginsii)為常綠高大喬木，屬柏科(Cupressaceae)的單型屬植物，是我國的特有種、國家二級重點保護野生植物，在柏科的系統發育研究中有較大的科學價值［1］。福建柏分布于浙江南部、福建、廣東北部、江西、湖南南部、貴州、廣西、四川、云南東南部和越南北部，多生長于海拔為1 000 m左右的溫暖濕潤山地森林中［2］。由于福建柏材質優良、樹姿美觀，是珍貴的材用樹種，也是良好的觀賞綠化樹種，因而被過度利用，致使其分布范圍日趨狹窄，大樹更是稀少，已成漸危物種。目前，國內對福建柏天然群落的研究很多［3－11］，但未見對其生長過程的研究。

在貴州省習水中亞熱帶常綠闊葉林國家級自然保護區(以下簡稱習水保護區)的天然植被中，保存著一定面積的以福建柏為優勢的群落。2010年7月，貴州省林業廳組織科學考察隊，對該自然保護區進行綜合科學考察。筆者作為考察隊的一員，通過實地調查，發現習水保護區內三岔河風景區內的成年福建柏大量死亡。經有關部門批準，選擇1株已死亡的福建柏進行樹干解析與分析研究，以期為福建柏資源的拯救、保護及可持續性發展提供依據。

1 自然概況

保護區位于貴州省北隅，地理位置為105°50'～106°29'E、28°07'～28°34'N。區內最高海拔 1 756 m，最低海拔 420 m。屬長江水系，亞熱帶至暖溫帶溫暖濕潤季風氣候，保護區內植物資源十分豐富，主要為中亞熱帶常綠闊葉林，是一種以中亞熱帶地帶性植被常綠闊葉林為主要生活型的森林生態系統。

2 材料與方法

2.1 研究材料 2010年11月，在保護區內三岔河鄉天堂溝針闊葉林中，選擇1株已死亡的福建柏，經報批后伐倒并進行解析。解析木位于106°24'03″E、28°33'46″N，海拔1 147 m，山谷，紫色土，腐殖層厚度2 cm，有機質豐富，土壤較緊實、濕潤，土層厚在50 cm左右。解析木樹高19.6 m，帶皮胸徑46 cm，材積1.362 9 m3，樹齡105年，能完整地表現福建柏的自然生長過程。

2.2 研究方法

2.2.1 樹干解析。測定解析木的全長，以2 m區分段截取圓盤并標記北方向線、圓盤號和斷面高度。將圓盤取回在室內刨光工作面，以東西、南北2個方向上年輪直徑的算術平均值作為該年齡直徑，測算樹高采用成子純修正法。根據不同號圓盤的直徑生長量，計算各齡階的樹高、胸徑、材積生長量，并計算樹高、胸徑和材積的總生長量、連年生長量和平均生長量以及實驗形數［7］。采用SPSS分析軟件對樹高生長過程進行分析。

2.2.2 競爭樣地。以解析木為對象木，測量其胸徑和樹高并進行編號，以對象木為中心，10 m為半徑作樣圓，將樣圓范圍內所有喬木視為競爭木，實測這些競爭木的胸徑及與對象木之間的距離。采用Hegyi提出的單木競爭指數模型來計算競爭指數。

式中GI是競爭指數，其值越大，競爭越激烈;Dj為樣圓中競爭木j的胸徑;Di為樣圓中對象木i的胸徑;Lij為樣圓中對象木i與競爭木的距離。

3 結果與分析

3.1 生長規律分析 經對福建柏解析木進行測定，其胸徑、樹高、材積生長過程詳見表1。

表1 福建柏樹干生長過程

3.1.1 胸徑生長規律。由于福建柏生長緩慢，10年后樹高才生長到1.30 m，因此胸徑分析從10年后開始。從解析木的樹干生長過程總表(表1)以及胸徑連年生長量與平均生長量曲線圖(圖1)可看出:福建柏的胸徑連年生長量最大值出現在30～35年和40～45年，為0.76 cm;平均生長量最大值在55～60年生，為52 cm;從15年生起胸徑開始快速生長，20～65年生時是胸徑生長的旺盛期，連年生長量為0.53～0.76 cm;連年生長量與平均生長量曲線在64年生時相交，然后胸徑生長逐漸減弱，連年生長量下降，平均生長量也呈下降趨勢，胸徑的生長過程見圖1、2。

3.1.2 樹高生長規律。從解析木的樹干生長過程總表(表1)以及樹高連年生長量與平均生長量曲線圖(圖3)可看出:福建柏的樹高生長快速期同樣出現在早期，35年前樹高的生長較快，連年生長量與平均生長量均比較大，在15～20年時連年生長量達到最大，每年以0.46 m的速度增長;連年生長量與平均生長量曲線在32年生時相交，從32年生以后樹高生長變慢，平均生長量比較平緩減少，而連年生長量卻從0.40 m以上急劇下降到0.20 m以下。樹高的生長過程見圖3、4。

3.1.3 材積生長規律。從樹干生長過程總表(表1)以及材積連年生長量與平均生長量曲線圖(圖5)可以看出:福建柏材積的連年生長量在20～85年生時一直呈現較快的增長趨勢，在55～60年生和65～70年生時達到最大值，為0.021 4 m3，85年生以后連年生長量增長急劇下降，從0.019 7 m3下降到105年生的0.008 2 m3，跌幅達58.38%;而平均生長量前期一直表現為平穩的增長趨勢，與連年生長量曲線在95年生時相交，表明材積數量成熟，然后開始比較平緩減少。材積的生長過程見圖5、6。

3.1.4 實驗形數變化規律。福建柏的胸高實驗形數在10～15年生為0.41，15年生后其胸高形數均小于0.40。從福建柏各齡階實驗形數情況來看，福建柏的胸高實驗形數比較小，說明福建柏樹干尖削度較大。形數增減的總體趨勢是形數隨樹齡的增加而降低，符合林木生長的正常規律。福建柏的胸高平均實驗形數為0.37，略低于我國主要喬木的平均實驗形數。福建柏胸高實驗形數的變化趨勢見實驗形數變化曲線圖(圖7)。

3.2 樹高曲線 以縱坐標表示樹高，橫坐標為胸徑，將各胸徑對應的樹高依直徑點繪在坐標圖上，并依據散點的分布趨勢繪一條勻滑的曲線，它能清楚地反映出樹高隨直徑的變化規律，這條曲線稱為樹高曲線。反映樹高隨直徑而變化的數學方程被稱為樹高曲線方程［13］。

表2 方程參數估計與評價指標

利用SPSS統計分析軟件對解析木的樹高與胸徑的數據進行分析，得出有效的參數估計值與評價指標(表2)。根據評價指標中的復決定系數(R2)、回歸方程顯著性檢驗系數(F值)、自由度值(df)可以看到，在所選用的3個方程中，3次曲線方程擬合效果最佳，故選其為樹高曲線模型。其擬合的樹高曲線見圖8，模型表達式如下:y=1.121+1.004x－0.028x2+0x3

3.3 對比 1981年，貴州省林業科學研究院羅祖筠、楊成華［14］在同一區域選擇1株福建柏進行了解析研究。經過對比，可以看出雖然數值有差別，但2個研究對象達到胸徑、樹高、材積連年生長最高峰的時間基本相同，表明該區域的福建柏可能是同時更新的。

表3 不同解析木對比

3.4 福建柏群落的種內種間競爭 福建柏群落種內種間競爭指數統計結果如表4。其中，競爭指數(CI)越大，表明與中心木福建柏的競爭越激烈。根據表2中福建柏群落種內種間競爭指數，可將福建柏的種內種間競爭強度分為顯著、一般和不顯著3個等級(表5)。

表4 福建柏群落種內種間競爭強度

表5 福建柏種間競爭統計

福建柏的種內競爭指數(CI)為0.25，排在第3位，占總競爭指數的17.09%。該群落中福建柏的種內有一定強度競爭，但不大，為種內競爭關系一般的樹種。

各級種間競爭強度詳細情況分述如下:①競爭顯著(CI≥0.30)的樹種有杉木和腺萼馬銀花2種，它們與中心對象木福建柏的競爭強度較大，平均競爭指數為0.39，總競爭指數為0.77，占總競爭指數的65.81%。在相同地點所作的群落調查中，這2種與福建柏競爭顯著的樹種都屬于該林區喬木層優勢種類。②競爭一般(0.30＞CI≥0.20)的樹種只有同類的福建柏1種，它與中心對象木福建柏的競爭指數為0.20，占總競爭指數的17.09%。③競爭不顯著(CI＜0.20)的樹種有1種落葉喬木、青岡、衛矛屬1種，它們與中心木福建柏的競爭強度較小，平均競爭指數為0.067。

4 結論與討論

(1)福建柏胸徑、樹高的生長快速期都出現在早期，但具體時間存在差異。樹高快速生長期出現較早，約在15齡以前。胸徑快速生長期一般存在2個高峰，在30～35、40～45齡期間。材積的快速生長期在55～70齡間。樹高生長決定了它能否從群落中脫穎而出，胸徑生長可以滯后一些。

(2)福建柏胸徑的連年生長量與平均生長量曲線在64年生時相交，樹高的連年生長量與平均生長量曲線在32年生時相交，材積的連年生長量與平均生長量曲線在95年生時相交。這說明習水福建柏在85齡后生長逐漸緩慢，生命力減弱。保護區成年福建柏的大量死亡可能是自然死亡。

(3)福建柏胸高平均實驗形數為0.37，略低于我國主要喬木的平均實驗形數，說明福建柏樹干尖削度較大。

(4)福建柏的樹高曲線擬合以三次曲線方程擬合效果最佳，其復決定系數為0.995。

(5)習水保護區福建柏種間競爭強度最大的植物為杉木和腺萼馬銀花。

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