廣東瓊楠人工林生長規律研究

鐘連香，米 偉，施福軍*

(1. 廣西大學林學院，廣西 南寧 530004；2. 廣西南寧樹木園，廣西 南寧 530031)

【研究意義】樟科(Lauraceae)植物為廣泛種植的速生珍貴闊葉樹種，約有45～50屬，2000～3000種[1]。廣東瓊楠(Beilschmiediafordii)為樟科瓊楠屬(Beilschmiedia)常綠喬木，產自廣東、廣西、四川、湖南及江西等地，適生與濕潤的山林中，其中越南也有分布[2]，因具有適應性強、生長快、樹干通直圓滿、冠形優美等特點，同時木材結構細密、耐腐抗蟲、木材花紋美觀，是優良的用材樹種[3]。隨著珍貴木材在木材市場上的比重增加，加之我國南方主要用材樹種松、杉和桉比重過大，由此帶來了潛在生態風險與市場風險。因此，研究廣東瓊楠人工林的生長規律，對珍貴樹種的推廣種植具有重要的現實意義。【前人研究進展】目前，有關瓊楠屬植物的研究較少，Macphail[4]和韋裕宗[5-6]對瓊楠屬植物的分類進行了系統的剖析，孫瑾等[3]和林松[7]利用木材解剖的手段探究了瓊楠的木材特性，發現瓊楠屬木材是進化程度較高的屬種。近年來對瓊楠屬植物的研究逐漸轉向瓊楠種群結構特征及植物生理方面，范蓓蓓[8]、楊懷等[9]及盛大勇等[10]在種群結構調查中發現廣東瓊楠是優良的建群種，李陽等[11]研究發現瓊楠葉片精油含量高達40.54 %，羅思源等[12]研究發現瓊楠葉片揮發油中可鑒定出75種組分，占揮發油總量的90.39 %。【本研究切入點】目前，關于廣東瓊楠的研究多集中在種群結構、木材結構以及葉片揮發油含量方面，在林木栽培方面的研究未見報道。【擬解決的關鍵問題】對廣西南寧樹木園內廣東瓊楠人工林測樹因子各年間的變化動態進行測定，并建立回歸模型，以期為廣東瓊楠乃至瓊楠屬植物生長規律的研究，乃至林木快速生長期的科學合理撫育及森林質量、產量的提高提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

供試廣東瓊楠生長于廣西南寧樹木園(22°40′ N，108°21′ E)，試驗區地處北回歸線以南，屬南亞熱帶南緣季風氣候，年平均氣溫12.4 ℃；年平均霜期5 d，年降水量為1340 mm，雨季為4～9月，相對濕度65 %～80 %。試驗區地貌多為低矮山丘，海拔80～220 m；土壤類型為赤紅壤，厚度為80 cm以上。因溫度適宜、雨水充沛，該地土壤肥沃，林木生長性狀表現優良。所選擇廣東瓊楠人工林于1984年栽植，林相整齊，郁閉度為0.8以上，林分平均樹高為19.7 m，平均胸徑為23.6 cm。試驗區人為活動較多，林下植被較少，林冠下零星分布有東方烏毛蕨(Blechnumorientale)、玉葉金花(Mussaendapubescens)、粗葉榕(Ficushirta)及黃果厚殼桂(Cryptocaryaconcinna)等植物。

1.2 標準地設置與調查

于2017年12月對廣東瓊楠人工林進行實地踏查，根據試驗區內不同立地狀況分別設置3塊標準地(20 m×20 m)。對樣地內的林木進行每木檢尺(測量其樹高、胸徑、枝下高和冠幅)，同時記錄樣地立地情況。根據調查結果，每個標準地選出能代表林分生長水平的平均木1株作為伐倒木，共計3株。

1.3 解析木測定

用羅盤儀測定出標準木根頸位置，在樹干上標明胸徑位置及南北向，對標準木在離地10 cm處進行機械伐倒并在全樹干上標明北向，截取圓盤(記為0號)，第2塊圓盤在1.3 m處截取(記為1號)，之后按2 m為區分段在全株鋸取圓盤(依次記為2、3、4…號)，直至梢頂。在圓盤非工作面做好標記，包括南北線、截斷號等，用塑料薄膜密封帶回實驗室，采用傳統年輪確定法與GIS工具相結合的方法判定樹木圓盤的年輪[13]，同時根據繪制的樹高曲線得出各齡階樹高，利用區分段法求算各齡階去皮材積[14]。

1.4 生長模型的擬合

1.5 數據處理

采用Excel 2016軟件進行數據整理及圖標制作，林木材積采用區分段平均斷面積法計算，用SPSS 20.0數據處理軟件擬合樹高、胸徑和單株材積與林齡的生長數學模型。

單株材積：

式中，g0為干基段面積，gn為梢頭低端段面積，gi為第i區分段段面積，L、l為區分段長度及梢頭長度。

胸高形數：

式中，V為材積，g1.3為胸高段面積，h為樹高。

模型檢驗。

殘差δ=實測值-估測值

平均相對誤差。

2 結果與分析

通過樹干解析結果得出廣東瓊楠樹木直徑生長數據，并據此推算其樹高、胸徑和材積的總生長量、連年生長量、平均生長量及胸高形數，結果見表1。

表1 廣東瓊楠人工林生長過程

2.1 胸徑生長規律

對33年生廣東瓊楠胸徑生長過程的分析結果(圖1)表明，在樹齡達到33年時，廣東瓊楠胸徑總生長量、平均生長量和連年生長量分別為23.6 cm、0.72和0.30 cm/a。胸徑總生長量隨樹齡的增加而不斷上升，平均生長量也呈緩慢增加趨勢，2～8年胸徑平均生長速度較快，第10年平均生長量有所下降，但第12年又增高至最高值0.82 cm/a，而后有所下降；胸徑的連年生長量較平均生長量波動大，出現多個峰值，并在第12年達到最大值1.25 cm/a。連年生長曲線與平均生長曲線在第2～4年和第8～24年之間出現相交；連年生長曲線在24年之后波動較小，且小于平均生長量，在第33年時達到最小值0.3 cm/a。

圖1 廣東瓊楠胸徑生長曲線Fig.1 DBH growth curve of Beilschmiedia fordii

2.2 樹高生長規律

由圖2可知，廣東瓊楠單株樹高總生長量隨著樹齡的增加呈上升趨勢，第2～24年樹高生長波動較小，第24～30年樹高生長幅度較前24年生長速度較快，第30年后樹高生長較為緩慢但并沒有停止，在第33年時樹高總生長量達到19.7 m。樹高連年生長曲線整體趨勢為“升-降-升-降”，樹高連年生長量的峰值出現在第8、26和28年，樹高連年生長量分別為1.05、1.00和1.00 m/a。樹高的生長高峰期為第4～8年，第8年后連年生長量生長速度減緩，第24年開始快速增加，26年時達到另一個峰值1.00 m/a，28年后急劇下降。樹高平均生長量在第12年時出現最大值0.67 m/a。樹高平均生長量較之連年生長量較為平緩，連年生長量波動大，且與平均生長量在第10～30年間出現3次相交。

2.3 材積生長規律

33年生廣東瓊楠人工林材積生長規律(圖3)表明，廣東瓊楠的材積總生長量隨樹齡的增加而增加，到33年時材積生長量達到0.37471 m3；材積的平均生長量隨樹齡的增加緩慢上升。材積的連年生長量隨著樹齡的遞增先增長后下降，2～18年不斷增加，18年之后材積連年生長量呈現“降-升-降”的趨勢，28年達到峰值0.02415 m3/a；30年后材積連年生長量快速減少，33年時僅為0.00758 m3/a。材積連年生長量較平均生長量波動大，并在第30～32年之間相交，說明廣東瓊楠人工林材積生長成熟期在30年之后，林分達到主伐年齡可進行采伐。

圖2 廣東瓊楠樹高生長曲線Fig.2 Height growth curve of Beilschmiedia fordii

2.4 胸高形數規律

樹木的胸高形數是指其材積與以樹干胸高形數作為比較的圓柱體之比，它的大小可以反映樹干粗度變化的快慢。由圖4可知，廣東瓊楠胸高形數一直保持在0.46左右，說明其干形很通直；胸高形數最大值為第2年的8.74，而后逐漸下降并趨于穩定的趨勢。這說明廣東瓊楠具有較好的完滿度。

2.5 生長模型擬合

以2年為一個齡級，建立樹高、胸徑和單株材積與林齡的回歸方程，回歸方程最優模型取相關決定系數R2最高、殘差平方和最小。由表2可知，廣東瓊楠的樹高與林齡最優回歸方程為蘇馬克模型，擬合精度為0.9967，殘差平方和僅為651.7028；胸徑與林齡的最優模型為理查德模型，擬合精度R2為0.9992；單株材積的最優模型是坎派茲模型，擬合相關系數R2達到0.9998。3個測樹因子與樹齡間的擬合模型，相關指數均達到0.99以上，擬合的模型效果較理想，能夠很好地反映林木生長情況，該結果可以很好地掌握廣東瓊楠人工林林分的生長規律。

圖3 廣東瓊楠材積生長曲線Fig.3 Individual tree volume growth curve of Beilschmiedia fordii

圖4 廣東瓊楠胸高形數變化規律Fig.4 Breast-height form factor curve of Beilschmiedia fordii provenance

生長模型的驗證。利用樹高、胸徑和單株材積擬合度最高的回歸方程對廣東瓊楠生長進行檢驗，得出相應的預測值。廣東瓊楠生長實測值與預測值比較如表3所示。

由表4可知，估測值與實測值總體上相近，相對總誤差較小，樹高和胸徑的平均相對誤差及相對總誤差均低于3.71 %。樹高24～26年的估測值偏低較多，而30年偏高較多，8和12年胸徑實測值比估測值高0.5 cm左右，但總體估測效果較好。材積估測值與實測值殘差不大，但平均相對誤差達到6.07 %。

表2 廣東瓊楠樹高、胸徑和材積最優生長模型

表3 廣東瓊楠樹高、胸徑及材積生長模型檢驗

表4 廣東瓊楠生長模型誤差檢驗

3 討 論

由廣東瓊楠的樹干解析數據得知，在胸徑的連年生長過程中，2～14年為第一個快速生長期，并在12年出現連年生長量的最大值，由此可知，應在廣東瓊楠的快速生長期加強水肥管理和適當間伐，為充分利用其快速生長期形成更多的生產力。隨后14～33年連年生長量波動較小，為緩慢生長期，可能是由于長期生長競爭導致林木生長出現差異，樹高的生長、冠幅的增加以及根系對水肥的利用效率不一致等原因使得林木長勢存在差異，生長較好的林木獲得更多的生長資源，連年生長量逐漸增加，生長較差的林木則被抑制。因此，在廣東瓊楠生長的緩慢期即14～33年時應當增加人為撫育措施，伐除生長較差的林木，為生長狀況較好的林木提供更多的資源。為培育大徑材的廣東瓊楠，應在速生期加強水肥管理和適當的撫育間伐。樹高的連年生長出現2次峰值，分別為第8和26年，出現2次峰值的原因可能是隨著林木的生長，林分郁閉度的增加及林分自然稀疏，生長較好的林木獲得更多的空間及養分，因此，在26年時廣東瓊楠的高連年生長量第2次達到峰值。廣東瓊楠胸高形數在第2年的時候胸高形數數值達到極高值8.74，原因是高增長顯著大于粗生長；而后逐漸下降第4年之后胸高形數趨于穩定，保持在0.46左右，達到廣西闊葉樹胸高形數平均水平(0.40)以上[17]，這符合林木幼、中齡時生長迅速，形數變化大，而近成熟齡生長減慢，形數變化小的規律。

李志輝和聶侃諺[18]在對湘西地區香樟進行生長規律探究時發現，香樟(Cinnamomumcamphora)人工林胸生長為17.9 cm，平均生長量為0.69 cm/a，連年生長量為0.26 cm/a，均低于本研究得出的廣東瓊楠27年時的胸徑生長量(總生長量23.6 cm，平均生長量0.72 cm/a，連年生長量0.30 cm/a)，總生長量相差24.2 %，可見，廣東瓊楠在胸徑生長上具有較大的優勢。27年生的山白蘭(Paramicheliabaillonii)人工林平均胸徑，樹高及材積分別為17.98 m，20.15 cm，0.27761 m3，相比廣東瓊楠27年時的生長水平，橫向生長上，廣東瓊楠平均胸徑23.6 cm，高于山白蘭胸徑略顯優勢；縱向生長上山白蘭高于廣東瓊楠，但在出材量上，廣東瓊楠(0.37471 m3)高于山白蘭[19]。韋秋思等[20]研究發現30年鐵堅油杉(Keteleeriadavidiana)樹高平均生長量僅為14.4 m，而廣東瓊楠30年時樹高生長已達19.3 m，同比增加25.4 %。梁有祥等[21]研究發現，31年生火力楠(Micheliamacclurei)樹高總生長量為19.1 m，胸徑21 cm，材積為0.3 m3，均低于廣東瓊楠。楊來安等[22]通過對27年生的觀光木(Tsoongiodendronodorum)人工林生長規律進行研究，結果表明觀光木胸徑生長量為19 cm，低于廣東瓊楠27年時的胸徑生長。陳衛國[23]研究發現，32年生的陰香(Cinnamomumburmanni)人工林樹高總生長量為17.6 m，相比廣東瓊楠樹高生長緩慢。

4 結 論

33年生廣東瓊楠生長快，適應性強，具有較好的完滿度，干材生物量的生長過程中優勢明顯。2～14年為胸徑的第1個快速生長期；樹高在2～8年出現第1個快速生長期，連年生長量峰值分別出現在第8和26年；30～32年材積生長量達到數量成熟，可進行合理采伐。樹高、胸徑及單株材積最優生長模型分別為蘇馬克模型、理查德模型及坎派茲模型，相關指數R2均達到0.99以上，擬合精度較高，可用于生產實踐。在對廣東瓊楠進行撫育時，應在快速生長期加強撫育管理，保證水肥和光照的利用率，促進林木快速生長。