紅椿人工林生長(zhǎng)規(guī)律、生物量及生產(chǎn)力研究

韋 緒，覃德文

(1.廣西國(guó)有三門江林場(chǎng)，廣西 柳州 545000； 2.廣西大學(xué)林學(xué)院，廣西 南寧 530004)

紅椿人工林生長(zhǎng)規(guī)律、生物量及生產(chǎn)力研究

韋 緒1，覃德文2

(1.廣西國(guó)有三門江林場(chǎng)，廣西 柳州 545000； 2.廣西大學(xué)林學(xué)院，廣西 南寧 530004)

以廣西國(guó)有三門江林場(chǎng)30年生的紅椿人工林為研究對(duì)象，采用標(biāo)準(zhǔn)樣地法、樹干解析法分析其生長(zhǎng)過程、生物量及生產(chǎn)力特征。結(jié)果表明：紅椿在桂北具有較強(qiáng)的生長(zhǎng)適應(yīng)性，30年生平均胸徑(去皮)、平均樹高和平均單株材積分別達(dá)到31.4 cm、25.2 m、0.3997 m3，紅椿樹高和胸徑生長(zhǎng)均以前8 a最快，樹高平均生長(zhǎng)量在0.8～1.6 m·a-1范圍，胸徑年平均生長(zhǎng)量在1.367 cm左右；材積生長(zhǎng)在26 a時(shí)達(dá)到最大生長(zhǎng)速率，隨后持續(xù)下降；擬合出最優(yōu)回歸模型，紅椿人工林樹高、胸徑與林齡的最優(yōu)回歸模型為蘇馬克模型，R2值分別為0.9890、0.9929，材積的最優(yōu)模型是坎派茲方程，擬合相關(guān)系數(shù)高達(dá)0.9846；30年生紅椿人工林林分生物量為390.28 t·hm-2，其中生物量大小為：?jiǎn)棠緦?380.62 t·hm-2)>灌木層(5.42 t·hm-2)>凋落物層(3.02 t·hm-2)>草本層(1.22 t·hm-2)，分別占97.52%、1.38%、0.77%、0.31%，林分喬木層年凈生產(chǎn)力為21.605 t·hm-2·a-1，不同器官凈生產(chǎn)力大小次序?yàn)椋簶淙~>樹干>樹根>樹枝>樹皮。

紅椿；生長(zhǎng)規(guī)律；生物量；生產(chǎn)力

紅椿(ToonaciliataRoem.)為楝科(Meliaceae)香椿屬(Toona)喬木，也稱紅楝子，福建、兩廣等亦稱之為香鈴子，該樹種為落葉或半落葉喬木[1]。樹高最大可達(dá)35 m，胸徑最大可達(dá)1 m；樹皮灰褐色，生長(zhǎng)初期有幼毛，成年后幼毛褪卻，紅椿有一定的藥用價(jià)值，為中國(guó)珍貴用材樹種之一，有中國(guó)桃花心木之稱，為國(guó)家Ⅱ級(jí)重點(diǎn)保護(hù)野生植物[2]，紅椿木心材深紅褐色，紋理通直，花紋美觀，質(zhì)地堅(jiān)韌，持久微香，防蟲耐腐，承重性強(qiáng)及膠粘性能良好，是建筑、家具、室內(nèi)裝飾良材。紅椿屬陽(yáng)性深根性樹種，性喜溫暖，適應(yīng)幅度較大，紅椿樹干通直，樹冠龐大，常作為街道、庭院旁觀賞樹種[3]。

國(guó)內(nèi)外對(duì)紅椿的研究起始于20世紀(jì)70年代，主要是圍繞紅椿種質(zhì)資源及栽培技術(shù)研究[4]?，F(xiàn)階段研究則側(cè)重于紅椿苗木生長(zhǎng)特性[5]、紅椿種群結(jié)構(gòu)的研究[6]。其中，劉洋等[7]研究表明，紅椿幼苗在高濃度鉛脅迫下減少了葉片葉綠素的合成，直接抑制了紅椿光合作用。馮立新等[8]對(duì)桂西北紅椿種群年齡結(jié)構(gòu)與空間分布格局分析研究表明，桂西北紅椿在5 m×5 m、5 m×10 m、10 m×10 m的取樣面積上，隨著取樣面積的增大，呈均勻分布的齡級(jí)逐漸增加，紅椿群落復(fù)雜度增加。李曉清等[9]對(duì)紅椿人工林密度試驗(yàn)表明，紅椿人工林前期生長(zhǎng)不受初植密度影響，10年生紅椿人工林密度1600株·hm-2，可達(dá)最佳經(jīng)營(yíng)效益。但國(guó)內(nèi)外的研究中，未見紅椿人工林生長(zhǎng)規(guī)律及生產(chǎn)力研究。本研究以廣西國(guó)有三門江林場(chǎng)內(nèi)30年生紅椿人工林為研究對(duì)象，探討其生長(zhǎng)規(guī)律及生物量、生產(chǎn)力的分布情況，總結(jié)紅椿人工林營(yíng)林栽培技術(shù)，為今后紅椿人工林栽培提供參考。

1 試驗(yàn)地概況

調(diào)查的紅椿人工林樣地位于中國(guó)廣西國(guó)有三門江林場(chǎng)，東經(jīng)109°48′—109°51′、北緯24°34′—24°36′。氣候?qū)賮啛釒Ъ撅L(fēng)型氣候，氣候適宜，太陽(yáng)總輻射強(qiáng)為439.61 kJ·cm-2·a-1，年日照時(shí)間1218～1620 h。年均氣溫為19.5 ℃，年均降水量1000～1200 mm，相對(duì)濕度80%～84%。紅椿林分平均海拔160 m，土壤為砂頁(yè)巖紅壤，土壤厚度為80 cm 左右，樣地紅椿人工林為1985年3月造林，株行距為3 m ×4 m。林分保存密度為625株·hm-2，郁閉度0.8。試驗(yàn)地林下植被種類不多，草本主要有：五節(jié)芒(Miscanthusfloridulus)、鐵芒箕(Dicranopterisdichotoma)、半邊旗(Pterissemipinnata)、東方烏毛蕨(Blechnumorientale)等，平均高度為0.3 m。灌木層主要有小葉榕(Ficusconcinna)、青岡櫟(Cyclobalanopsisglauca)、潤(rùn)楠(Machiluspingii)等，平均高度為1.2 m，灌草覆蓋率達(dá)23%。

2 研究方法

2.1 標(biāo)準(zhǔn)地設(shè)置和林分生長(zhǎng)規(guī)律與生物量的測(cè)定

30年生紅椿人工林中設(shè)置3個(gè)400 m2(20 m×20 m)的試驗(yàn)樣地，并對(duì)樣地進(jìn)行每木檢尺，調(diào)查林分平均樹高、胸徑等生長(zhǎng)因子。并在每個(gè)樣地選取2株平均木伐倒，以2 m距離取一個(gè)5 cm厚的圓盤帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行樹干解析，分析林分生長(zhǎng)規(guī)律[10]；林分生物量的測(cè)定則采用收獲法進(jìn)行測(cè)定[11]，生產(chǎn)力的測(cè)定參考禤火超[12]的計(jì)算方法。

2.2 生長(zhǎng)方程的擬合

根據(jù)生長(zhǎng)方程經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ蚚13-14]，對(duì)紅椿人工林的樹高、胸徑、材積3個(gè)生長(zhǎng)指標(biāo)與林齡進(jìn)行模型擬合分析，選取經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ停簝绾瘮?shù)模型、邏輯斯蒂模型、理查德模型、考爾夫模型、坎派茲模型、蘇馬克模型，擬合精度越高，殘差平方和越小，表明擬合效果越好。

2.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和處理

采用Excel 2007、SPSS 19.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，以及生長(zhǎng)方程的擬合和相似度檢驗(yàn)。

3 結(jié)果與分析

3.1 樹高生長(zhǎng)特性

由圖1可知，紅椿人工林樹高生長(zhǎng)呈不斷升高的趨勢(shì)，樹高年平均生長(zhǎng)量范圍為0.8～1.6 m·a-1，但總體呈下降的趨勢(shì)。其中0～4 a間，年平均生長(zhǎng)量呈上升的趨勢(shì)，第4年時(shí)，年平均生長(zhǎng)量達(dá)到最大，為1.575 m；但伴隨著林齡的增加，紅椿人工林年平均增長(zhǎng)量呈下降的趨勢(shì)，第30年時(shí)，仍處于下降過程。而樹高連年生長(zhǎng)量曲線變動(dòng)較大，30 a間出現(xiàn)了4次峰值，第4年時(shí)達(dá)到最大值1.600 m；連年生長(zhǎng)曲線與平均生長(zhǎng)曲線出現(xiàn)了4次相交，表現(xiàn)出了4次生長(zhǎng)高峰期。此后隨林齡增長(zhǎng)，連年生長(zhǎng)量變化均低于同年平均生長(zhǎng)量。

3.2 胸徑生長(zhǎng)特性

由圖2可知，隨著林齡的增加，紅椿人工林胸徑生長(zhǎng)量呈快速增長(zhǎng)的趨勢(shì)，隨著林分進(jìn)入第24年，林分胸徑生長(zhǎng)量逐漸減緩。紅椿人工林胸徑年平均生長(zhǎng)量曲線波動(dòng)幅度較小，年平均生長(zhǎng)量為1.367 cm左右，至第30年平均生長(zhǎng)量下降到1.193 cm。紅椿人工林胸徑連年生長(zhǎng)量曲線變動(dòng)幅度較大，在第12年、18年、26年出現(xiàn)了3次高峰期，第18年連年生長(zhǎng)量達(dá)到最大，為2.375 cm，紅椿人工林連年生長(zhǎng)量曲線與年平均生長(zhǎng)量曲線出現(xiàn)了6個(gè)交點(diǎn)，主要原因可能是紅椿人工林受天氣影響明顯，胸徑生長(zhǎng)變化幅度較大。此后隨著林齡的增加，胸徑連年生長(zhǎng)量呈較明顯的下降趨勢(shì)，由 2.15 cm逐漸下降到0.60 cm，均明顯低于同年平均生長(zhǎng)量。

3.3 材積生長(zhǎng)特性

由紅椿單株材積生長(zhǎng)過程可以看出(圖3)，30年生紅椿人工林單株材積為0.3997 m3，紅椿人工林前期單株材積生長(zhǎng)變化較為緩慢，隨著林分進(jìn)入第8年，單株材積量增加顯著，但紅椿單株材積連年生長(zhǎng)量曲線與年平均生長(zhǎng)量曲線受桂北氣候變化影響明顯，出現(xiàn)了多處交點(diǎn)。林分連年單株材積則表現(xiàn)出隨林齡增長(zhǎng)而先緩慢增加(0～18 a)，迅速增加(18～26 a)，再逐年減緩(26～30 a)的變化，至30年生時(shí)達(dá)到峰值；連年生長(zhǎng)量曲線波動(dòng)較大，與平均生長(zhǎng)量出現(xiàn)了3個(gè)交點(diǎn)，其主要受到當(dāng)?shù)貧夂驐l件影響，第26年時(shí)連年增長(zhǎng)量達(dá)到最大，為0.03505 m3·a-1，然后逐漸降低，說明該紅椿人工林第26年材積達(dá)到了數(shù)量成熟期，可進(jìn)行采伐。由紅椿人工林材積曲線發(fā)現(xiàn)，材積生長(zhǎng)總體仍然保持持續(xù)升高的趨勢(shì)，表明紅椿人工林具有培育大徑材的潛力。

3.4 生長(zhǎng)方程擬合

采用2 a為1個(gè)齡級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合本文選取的6個(gè)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ驼归_回歸分析統(tǒng)計(jì)，篩選最優(yōu)模型，擬合結(jié)果見表1。其中，紅椿人工林?jǐn)M合的最優(yōu)胸徑、樹高生長(zhǎng)模型為蘇馬克模型，擬合精度分別0.9890、0.9929，模型擬合精度適合紅椿人工林使用，能貼切反映林木生長(zhǎng)情況。材積的最優(yōu)模型是坎派茲方程，R2為0.9846，殘差平方和為402.67，單株材積生長(zhǎng)模型對(duì)紅椿人工林經(jīng)營(yíng)具有重要參考價(jià)值。

表1 樹高、胸徑、材積與年齡最優(yōu)方程

3.5 林分生物量及其分配

由表2可知，紅椿人工林總生物量為390.28 t·hm-2，其中喬木層生物量為380.62 t·hm-2，占林分總生物量的97.52%；紅椿人工林地上部分291.94 t·hm-2，占林分總生物量的74.80%；地下部分生物量為88.68 t·hm-2，占林分總生物量的22.66%。在喬木層生物量分配中，地上部分占喬木層生物量四分之三，林分主要營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)匯集進(jìn)入了喬木層地上部分。紅椿人工林樹干生物量達(dá)到了168.56 t·hm-2，為喬木層生物量的44.29%，地上部分生物量最小為葉片，葉生物量?jī)H占喬木層的5.02%，主要受到林分密度影響，林分空間小和株間競(jìng)爭(zhēng)激烈，且紅椿葉片較少，樹干通直。另外，根系生物量占喬木層生物量的23.30%，在紅椿人工林生物量起到重要作用，由于根系作為紅椿樹種養(yǎng)分吸收的重要器官，為紅椿提供了主要物質(zhì)輸送，可見紅椿樹種根系生物量生長(zhǎng)潛力巨大。

紅椿人工林林下生物量大小排序?yàn)椋汗嗄緦?5.42 t·hm-2)>凋落物層(3.02 t·hm-2)>草本層(1.22 t·hm-2)。紅椿的林下植被生物量?jī)H為9.66 t·hm-2，占林分總生物量的2.45%。由此可知，結(jié)合喬木層生物量分配比例可以得出，伴隨著紅椿人工林較小的葉片生物量，該林分林下凋落物僅為林分生物量的0.77%，可見該林分林下空間較大，在營(yíng)林經(jīng)營(yíng)中，可充分利用紅椿人工林林下種植空間，發(fā)展復(fù)合農(nóng)業(yè)。

表2 紅椿人工林林分生物量

3.6 凈生產(chǎn)力的估算

在計(jì)算紅椿生產(chǎn)力時(shí)，考慮到紅椿為落葉樹種，樹葉的生產(chǎn)力年限為2 a，林分其他器官計(jì)算以30 a計(jì)算。由表3可知，桂北地區(qū)30年生紅椿人工林年均總凈生產(chǎn)力為21.605 t·hm-2·a-1，其中干材年凈生產(chǎn)力占林分總凈生產(chǎn)力的26.01%；葉片年凈生產(chǎn)力為9.555 t·hm-2·a-1，占林分總凈生產(chǎn)力的44.23%；干材、樹根年凈生產(chǎn)力分別為5.619、2.956 t·hm-2·a-1，最小的是樹皮年凈生產(chǎn)力，僅為1.431 t·hm-2·a-1。

表3 紅椿人工林喬木層凈生產(chǎn)力及其分配

4 結(jié)論與討論

結(jié)合紅椿人工樹干解析，桂北地區(qū)30年生紅椿人工林林分平均胸徑為31.4 cm，平均樹高為25.2 m，平均單株材積達(dá)0.3997 m3，年均單株材積生長(zhǎng)量達(dá)到0.0134 m3·a-1，明顯高于桂西北地區(qū)西南樺人工林年平均單株材積增長(zhǎng)量(0.0122 m3·a-1)[15]，高出廣西地區(qū)杉木人工林蓄積年均生長(zhǎng)量指標(biāo)(0.0119 m3·a-1)11.19%[16]，與廣西香椿人工林年平均生長(zhǎng)量(0.0138 m3·a-1)相近[17]，說明紅椿在廣西具有較高的生長(zhǎng)速生水平。

伴隨著林分年齡的增長(zhǎng)，紅椿人工林各生長(zhǎng)指標(biāo)呈不斷增加的趨勢(shì)，第8年時(shí)樹高和胸徑生長(zhǎng)速率達(dá)到最高，隨后呈下降趨勢(shì)；紅椿人工林單株材積生長(zhǎng)速率以18～26 a間最大，26 a后增速減緩，其中26 a時(shí)達(dá)到峰值(0.03505 m3·a-1)，之后至30 a維持在0.028 m3·a-1左右，這與紅椿人工林生長(zhǎng)規(guī)律基本一致。擬合的生長(zhǎng)模型中，紅椿人工林的樹高、胸徑測(cè)樹因子與林齡最優(yōu)回歸模型為蘇馬克模型，擬合精度分別0.9890、0.9929；材積的最優(yōu)模型是坎派茲方程，擬合相關(guān)系數(shù)高達(dá)0.9846。

桂北30年生紅椿人工林生物量為390.28 t·hm-2，其中喬木層生物量(380.62 t·hm-2)及其凈生產(chǎn)力(21.605 t·hm-2·a-1)均明顯高于四川地區(qū)31年生紅椿人工林的生物量(11.02%)[18]，與廣西鄉(xiāng)土樹種32年生杉木相比高出15.35%[19]，與柳杉人工林[20]凈生產(chǎn)力相比高出14.32%。由此可見，在廣西地區(qū)，紅椿樹種人工林吸收養(yǎng)分、固碳能力較高。但由于紅椿生長(zhǎng)受氣候、環(huán)境條件、林分密度以及其他管理措施等影響，加上其成熟期一般需要26 a以上，本研究的30年生紅椿人工林已達(dá)到可采伐年齡，因此，在深入研究紅椿人工林生長(zhǎng)特性，還需進(jìn)行人工林和天然林的對(duì)比研究，總結(jié)紅椿生長(zhǎng)規(guī)律，應(yīng)用于營(yíng)林培育當(dāng)中。

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Studies on the Growth，Biomass and Productive Forces ofToonaciliataPlantation

WEI Xu1，QIN Dewen2

(1.SanMenJiangForistFarmofGuangxi，Liuzhou545000，Guangxi，China；2.ForestryCollegeofGuangxiUniversity，Nanning530004，Guangxi，China)

In this paper，research on the 30-year-oldToonaciliataplantation of Sanmengjiang Forest Farm of Guangxi，employ standard plots method and stem analysis method to the growth process，biomass and productivity. The results showed thatToonaciliatahad strong adaptability to growth in northern Guangxi，and average diameter at breast height (peeled) was 31.4 cm，average tree height was 25.2 m，volume per plant was 0.3997 m3，The growth ofToonaciliataand DBH were the fastest before 8 a，the average growth of tree height was in the range of 0.8～1.6 m·a-1，the average annual growth of DBH was about 1.367 cm；the maximum growth rate was reached at 26 a，the optimal regression model of tree height，diameter at breast height and stand age ofT.ciliataplantation was Sukmack model，R2reached 0.9890、0.9929，The volume of the optimal model was Compertz model，fitted correlation coefficient as high as 0.9846；The biomass of 30-year-old Chinese toon plantation was 390.28 t·hm-2，Among them，The size of the biomass: Tree layer (380.62 t·hm-2) > shrub layer (5.42 t·hm-2) > litter layer (3.02 t·hm-2)> herbaceous layer (1.22 t·hm-2)，respectively accounted for 97.52%，1.38%，0.77%，0.31%. The annual net productivity of arbor layer was 21.605 t·hm-2·a-1，the order of net productivity of different organs were：leaf>stem>root>branch>bark.

ToonaciliataRoem.；growth；biomass；productive forces

10.13428/j.cnki.fjlk.2016.04.008

2016-02-22；

2016-04-29

中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先進(jìn)科技專項(xiàng)項(xiàng)目(XDA5050205)

韋緒(1971—)，男，廣西武宣人，廣西國(guó)有三門江林場(chǎng)工程師，從事森林培育和林業(yè)經(jīng)營(yíng)管理方面研究。E-mail：569941732@qq.com。

覃德文(1988—)，男，廣西貴港人，廣西大學(xué)林學(xué)院在讀博士研究生，從事森林經(jīng)營(yíng)、森林生態(tài)和生態(tài)經(jīng)濟(jì)的研究工作。E-mail：qin_dw@mail.gxu.cn。

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1002-7351(2016)04-0038-05