貴州習(xí)水國家級自然保護(hù)區(qū)福建柏生長過程研究

李 茂，鄧倫秀，潘德權(quán)，穆君，李崇清，楊成華*(.貴州省林業(yè)科學(xué)研究院，貴州貴陽550000;.習(xí)水國家級自然保護(hù)區(qū)，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(diǎn)保護(hù)野生植物，在柏科的系統(tǒng)發(fā)育研究中有較大的科學(xué)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(zhì)優(yōu)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(nèi)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(xí)水中亞熱帶常綠闊葉林國家級自然保護(hù)區(qū)(以下簡稱習(xí)水保護(hù)區(qū))的天然植被中，保存著一定面積的以福建柏為優(yōu)勢的群落。2010年7月，貴州省林業(yè)廳組織科學(xué)考察隊，對該自然保護(hù)區(qū)進(jìn)行綜合科學(xué)考察。筆者作為考察隊的一員，通過實(shí)地調(diào)查，發(fā)現(xiàn)習(xí)水保護(hù)區(qū)內(nèi)三岔河風(fēng)景區(qū)內(nèi)的成年福建柏大量死亡。經(jīng)有關(guān)部門批準(zhǔn)，選擇1株已死亡的福建柏進(jìn)行樹干解析與分析研究，以期為福建柏資源的拯救、保護(hù)及可持續(xù)性發(fā)展提供依據(jù)。

1 自然概況

保護(hù)區(qū)位于貴州省北隅，地理位置為105°50'～106°29'E、28°07'～28°34'N。區(qū)內(nèi)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(fēng)氣候，保護(hù)區(qū)內(nèi)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(tài)系統(tǒng)。

2 材料與方法

2.1 研究材料 2010年11月，在保護(hù)區(qū)內(nèi)三岔河鄉(xiāng)天堂溝針闊葉林中，選擇1株已死亡的福建柏，經(jīng)報批后伐倒并進(jìn)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(jī)質(zhì)豐富，土壤較緊實(shí)、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(xiàn)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(qū)分段截取圓盤并標(biāo)記北方向線、圓盤號和斷面高度。將圓盤取回在室內(nèi)刨光工作面，以東西、南北2個方向上年輪直徑的算術(shù)平均值作為該年齡直徑，測算樹高采用成子純修正法。根據(jù)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(shí)驗(yàn)形數(shù)［7］。采用SPSS分析軟件對樹高生長過程進(jìn)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(jìn)行編號，以對象木為中心，10 m為半徑作樣圓，將樣圓范圍內(nèi)所有喬木視為競爭木，實(shí)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(shù)模型來計算競爭指數(shù)。

式中GI是競爭指數(shù)，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(jié)果與分析

3.1 生長規(guī)律分析 經(jīng)對福建柏解析木進(jìn)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(guī)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(xiàn)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(guī)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(xiàn)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(dá)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(guī)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(xiàn)較快的增長趨勢，在55～60年生和65～70年生時達(dá)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(dá)58.38%;而平均生長量前期一直表現(xiàn)為平穩(wěn)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(shù)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(shí)驗(yàn)形數(shù)變化規(guī)律。福建柏的胸高實(shí)驗(yàn)形數(shù)在10～15年生為0.41，15年生后其胸高形數(shù)均小于0.40。從福建柏各齡階實(shí)驗(yàn)形數(shù)情況來看，福建柏的胸高實(shí)驗(yàn)形數(shù)比較小，說明福建柏樹干尖削度較大。形數(shù)增減的總體趨勢是形數(shù)隨樹齡的增加而降低，符合林木生長的正常規(guī)律。福建柏的胸高平均實(shí)驗(yàn)形數(shù)為0.37，略低于我國主要喬木的平均實(shí)驗(yàn)形數(shù)。福建柏胸高實(shí)驗(yàn)形數(shù)的變化趨勢見實(shí)驗(yàn)形數(shù)變化曲線圖(圖7)。

3.2 樹高曲線 以縱坐標(biāo)表示樹高，橫坐標(biāo)為胸徑，將各胸徑對應(yīng)的樹高依直徑點(diǎn)繪在坐標(biāo)圖上，并依據(jù)散點(diǎn)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(guī)律，這條曲線稱為樹高曲線。反映樹高隨直徑而變化的數(shù)學(xué)方程被稱為樹高曲線方程［13］。

表2 方程參數(shù)估計與評價指標(biāo)

利用SPSS統(tǒng)計分析軟件對解析木的樹高與胸徑的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得出有效的參數(shù)估計值與評價指標(biāo)(表2)。根據(jù)評價指標(biāo)中的復(fù)決定系數(shù)(R2)、回歸方程顯著性檢驗(yàn)系數(shù)(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(dá)式如下:y=1.121+1.004x－0.028x2+0x3

3.3 對比 1981年，貴州省林業(yè)科學(xué)研究院羅祖筠、楊成華［14］在同一區(qū)域選擇1株福建柏進(jìn)行了解析研究。經(jīng)過對比，可以看出雖然數(shù)值有差別，但2個研究對象達(dá)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(qū)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(nèi)種間競爭 福建柏群落種內(nèi)種間競爭指數(shù)統(tǒng)計結(jié)果如表4。其中，競爭指數(shù)(CI)越大，表明與中心木福建柏的競爭越激烈。根據(jù)表2中福建柏群落種內(nèi)種間競爭指數(shù)，可將福建柏的種內(nèi)種間競爭強(qiáng)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(nèi)種間競爭強(qiáng)度

表5 福建柏種間競爭統(tǒng)計

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

各級種間競爭強(qiáng)度詳細(xì)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(qiáng)度較大，平均競爭指數(shù)為0.39，總競爭指數(shù)為0.77，占總競爭指數(shù)的65.81%。在相同地點(diǎn)所作的群落調(diào)查中，這2種與福建柏競爭顯著的樹種都屬于該林區(qū)喬木層優(yōu)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(shù)為0.20，占總競爭指數(shù)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(wèi)矛屬1種，它們與中心木福建柏的競爭強(qiáng)度較小，平均競爭指數(shù)為0.067。

4 結(jié)論與討論

(1)福建柏胸徑、樹高的生長快速期都出現(xiàn)在早期，但具體時間存在差異。樹高快速生長期出現(xiàn)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(xí)水福建柏在85齡后生長逐漸緩慢，生命力減弱。保護(hù)區(qū)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(shí)驗(yàn)形數(shù)為0.37，略低于我國主要喬木的平均實(shí)驗(yàn)形數(shù)，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(fù)決定系數(shù)為0.995。

(5)習(xí)水保護(hù)區(qū)福建柏種間競爭強(qiáng)度最大的植物為杉木和腺萼馬銀花。

［1］中國科學(xué)院中國植物志編輯委員會.中國植物志(第7卷)［M］.北京:科學(xué)出版社，1978:345 －347.

［2］貴州植物志編輯委員會.貴州植物志(第5卷)［M］.成都:四川民族出版社，1988:40.

［3］哀建國，丁炳揚(yáng).鳳陽山自然保護(hù)區(qū)福建柏群落特征的初步研究［J］.浙江林學(xué)院學(xué)報，2005，22(2):133 －138.

［4］哀建國，丁炳揚(yáng).鳳陽山自然保護(hù)區(qū)福建柏種群結(jié)構(gòu)和分布格局研究［J］.西部林業(yè)科學(xué)，2005，34(3):45 －49.

［5］哀建國，梅盛龍，劉勝龍，等.浙江鳳陽山自然保護(hù)區(qū)福建柏群落物種多樣性［J］.浙江林學(xué)院學(xué)報，2006，23(1):41 －45.

［6］鄧賢蘭，龍婉婉.井岡山自然保護(hù)區(qū)福建柏群落的研究［J］.熱帶亞熱帶植物學(xué)報，2008，16(2):128 －133.

［7］王維興.越南黃連國家公園福建柏群落的研究［J］.安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2009，37(9):4024 －4028，4031.

［8］吳協(xié)保，但新球.廣西千家洞自然保護(hù)區(qū)珍稀瀕危植物福建柏群落的研究［J］.江西農(nóng)業(yè)學(xué)報，2007，19(5):51 －53.

［9］駱強(qiáng)，游泳，陳坤浩.大方福建柏保護(hù)區(qū)福建柏種群結(jié)構(gòu)研究［J］.安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2008，36(17):7227 －7228.

［10］陳洪舉，羅雪.金沙縣冷水河自然保護(hù)區(qū)福建柏群落調(diào)查［J］.貴州林業(yè)科技，2011，39(3):20 －23.

［11］李茂，鄧倫秀，姜運(yùn)力，等.貴州習(xí)水自然保護(hù)區(qū)福建柏群落組成及結(jié)構(gòu)研究［J］.西北林學(xué)院學(xué)報，2013，28(1):46 －50.

［12］孟憲宇.測樹學(xué)［M］.3 版.北京:中國林業(yè)出版社，2006.

［13］陳家法，李志輝.光皮樹人工林生長規(guī)律研究［J］.湖南林業(yè)科技，2010，37(2):16 －19.

［14］羅祖筠，楊成華.貴州珍貴稀有樹種［M］.貴陽:貴州人民出版社，1987.