木蘭科鵝掌楸的樹干解析研究

李輝虎，劉巧麗，吳照祥，李彥強，劉騰云，鐘永達，余發新

(江西省科學院生物資源研究所/江西省觀賞植物遺傳改良重點實驗室，330096，南昌)

0 引言

樹干解析是為了深入研究不同樹種或者不同立地條件下，同一樹種的立木生長特點，分析它們的胸徑、樹高、材積、生長率和形數等因子的變化規律和生長過程，是研究樹木生長過程的基本方法[1-3]，可用于樹木生長規律及其立地條件、環境因子的關系研究[4-5]，測算生物量[6-8]，確定林分的間伐、主伐年齡[9]，從而為樹種的保護、栽培、繁殖等提供依據，在測樹學中具有重大意義。

鵝掌楸屬(Liriodendron)屬于雙子葉植物綱、木蘭科、鵝掌楸亞科。鵝掌楸亞科只有1個屬，即鵝掌楸屬，該屬自然界現僅存2個種，即馬褂木(Liriodendronchinense(Hemsl.) Sarg.)和北美鵝掌楸(LiriodendrontulipiferaLinn)[10]。馬褂木在我國零星分布，呈瀕危狀態，被列為國家二級珍稀瀕危保護樹種。本文旨在對馬褂木進行樹干解析，揭示馬褂木生長規律，為馬褂木的保護和培育提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗點概況

試驗點位于江西高安市祥符鎮巴夫洛總部，境內屬中亞熱帶濕潤性季風氣候區，四季分明，雨量充足，無霜期達276 d。年平均氣溫17.8 ℃，年平均降水量約1 567.4 mm，立地條件為崗地，土壤為紅壤土，總面積約0.8 hm2。

1.2 方法

2019年6月在詳細踏查人工林后，隨機設面積400 m2(20 m×20 m)標準樣地5個，對樣地內馬褂木胸徑、樹高進行測量，計算統計其生長狀況，隨機選取一株生長狀況居于平均水準標準木做標準木解析。伐倒之前，準確標定樹干東西南北方向，標定根莖位置，測定胸徑。伐倒后先測定樹干全長，以1 m為一個區分段，截斷成若干段，不足一個區分段長度的樹干作為梢頭木，每區分段在底端截取厚度3～5 cm圓盤，胸徑處截取圓盤，將圓盤工作面刨光，在工作面標定東西南北方向，辨別年輪，標定各齡階位置(3 a為一個齡階)，并測量各個方向上各齡階直徑。最后計算各齡階的形數、胸徑、樹高和材積的總生長量、連年生長量和平均生長量，并計算生長率。繪制各種生長量的生長過程曲線。樹干解析測量數據與解析圖見圖1與表1。

圖1 樹干解析圖

表1 中國馬褂木樹胸徑、樹高、材積、形數生長過程分析表

連年生長量：樹木一年的生長量為連年生長量(current annual incerment)，連年生長量數值一般很小，測量困難，通常用定期平均生長量代替。

材積生長率計算公式：

式中：Pv為材積生長率，Va為a年時樹干總材積，Va-n為a-n年樹干材積，n為2次調查間隔年數。

材積計算公式：

式中：V為樹干材積，g0為樹干底斷面積，gn為梢頭木底斷面積，gi為各區分段之間的斷面積，l、l′分別為區分段長度和梢頭木長度gx。

形數計算公式：

式中：fx為干高x處斷面為基礎的形數，V為樹干材積，V′為比較圓柱體的體積，gx為干高x處的橫斷面積，h為全樹高[2]。

2 結果與分析

2.1 總生長量

從圖2可以看出，馬褂木在樹高、胸徑、材積的總生長量曲線上呈強勁的遞增趨勢，鵝掌楸樹高總生長量一直保持較高生長態勢，在前9 a生長最快，9—18 a期間生長放緩(圖2(a))。胸徑生長總量一直保持較高的生長趨勢，無生長放緩跡象，18 a胸徑可至30.2 cm(圖2(b))。3 a后材積生長總量開始急速增長，18 a材積可達0.53 m3，根據樹木材積生長量“S”型變化規律，可知材積生長速度尚未達到頂峰(圖2(c))。

2.2 平均生長量和連年生長量

由圖3(a)可知，馬褂木樹高生長最強勢時期為0—3 a，頂峰時期每年生長速度可至1.67 m/a，說明馬褂木屬于速生型樹種。樹高平均生長量始終高于連年生長量，樹高生長量在后期放緩，在12 a后連年生長量保持平穩狀態。6 a胸徑生長速度至頂峰，平均生長量至頂峰后平緩降低，連年生長量有較小范圍浮動，6 a至頂峰，6—12 a持續減緩，12—15 a上升，15 a下降，造成該現象的原因可能受當時環境變化影響；相較于樹高平均生長量和連年生長量，馬褂木前期生長以胸徑為主(圖3(b))。材積平均生長量和連年生長量曲線符合一般規律，其平均生長量增長緩慢平穩，而連年生長量在3 a后明顯高于平均生長量，在15 a后出現急劇下降拐點(圖3(c))。由于考察樣本生長年齡限制，暫無法對平均生長量曲線和連年生長量曲線是否將要相交定論，推測其尚未達到數量成熟年齡。

圖2 樹高、胸徑、材積總生長量曲線圖

2.3 生長率

從樹高、胸徑、材積生長率對比圖顯示(圖4)，馬褂木樹高生長率和胸徑生長率保持較為一致的曲線走勢，12 a后一直保持在平穩較低水平，但胸徑生長率始終高于樹高生長率，表明馬褂木前18 a以胸徑生長為主。

圖3 樹高、胸徑、材積連年生長量、平均生長量對比曲線圖

圖4 樹高、胸徑、材積生長率對比曲線圖

2.4 形數分析

胸高形數是以樹干胸高斷面作為比較圓柱體的橫斷面所計數的形數，它的大小反映了樹干粗度變化的快慢，值越大表示干形越飽滿。0—9 a胸高形數保持上升趨勢，9—12 a較快增長，12—18 a胸徑形數較為穩定，表明12 a后馬褂木干形較為穩定(圖5)。

圖5 胸高形數曲線圖

3 討論

開展鵝掌楸屬樹種樹干解析，揭示其生長規律，對研究雜種和親本間關系，比較種間差異，推測速生期、輪伐期和主伐年齡、林分管理，營造有利生長發育條件具有重要意義。本研究通過對馬褂木單木樹干解析，發現速生型樹種中國馬褂木18 a生樹高達13.6 m，胸徑30.2 cm，材積0.53 m3，且在前18 a馬褂木一直處于生長快速期，尚未達到生長最大值，還存在生長空間。樹高與胸徑的平均生長連年生長表現為先增加后減少的規律，樹高平均生長量與連年生長量第3年達到最大值，胸徑平均生長量與連年生長量在第6年達到最大值，材積前3 a增長較為緩慢，3 a后進入快速增長期，材積平均生長量與連年生長量曲線未相交表明此時尚未達到數量成熟，不能確定主伐

年齡。通過對生長率比較發現前期馬褂木以胸徑增長速度大于樹高增長速度，以胸徑增粗為主胸高形數顯示馬褂木前期干型不飽滿，后期干型愈發飽滿，趨于穩定。該標準木整體生長未出現較大浮動的波動，表明當地生態環境居于穩定。與常見栽培樹種生長一般呈現出S型生長規律，幼苗時期因適應新生長環境，生長遲緩，然后再到速生期，最后衰老生長狀況下降不同，中國馬褂木表現出良好的環境適應性，能夠在短時間內適應環境，表現出最佳生長狀態。因此，在此階段應加強林分撫育，保障水、肥、光照的條件，滿足其生長所需，最大程度提高其經濟效益。

影響馬褂木生長的因素包括立地條件、林分類型、時間效應、競爭等因素及相互作用，而樹干解析作為直觀的觀測工作，結合上述因素綜合分析，構建最符合馬褂木的生長模型，對于馬褂木培育與利用具有重要的研究價值。