攀西地區(qū)德昌杉木生長(zhǎng)過程分析

賈晨，周永麗，羅建勛，宋鵬，尤世慧，李杰,3

(1.四川省林業(yè)科學(xué)研究院，四川 成都 610081；2.鹽源縣林業(yè)局，四川 涼山615700；3.成都大學(xué)，四川 成都 610106)

德昌杉木(Cunninghamiaunica)是20世紀(jì)70年代由四川省林業(yè)科學(xué)研究院的研究人員發(fā)現(xiàn)的杉木新種[1-3]，國(guó)家Ⅲ級(jí)保護(hù)樹種[4]，屬于常綠喬木，高達(dá)50m，胸徑可達(dá)3m。分布區(qū)位于四川低緯度地區(qū)，主要在四川省西南涼山州、攀枝花市的德昌、米易、鹽源等海拔1 300-2 800m地帶。德昌杉木屬較喜陰樹種，易生長(zhǎng)在山坡半陰坡或陰坡，但是在半陽坡或陽坡也能正常生長(zhǎng)，表現(xiàn)出對(duì)特殊性干旱氣候環(huán)境的適應(yīng)性。

德昌杉木木材品質(zhì)優(yōu)良，是當(dāng)?shù)刂匾挠貌闹?，?0世紀(jì)80年代左右被當(dāng)?shù)貜V泛栽植。由于前期對(duì)其天然林資源的亂砍濫伐，造成該樹種的天然資源急劇減少，因此對(duì)其資源保護(hù)利用也迫在眉睫。德昌杉木具有耐旱性強(qiáng)，冠幅小，生長(zhǎng)速度快，幼樹生長(zhǎng)速度隨樹齡增加而增大，易培育大徑材等特點(diǎn)，同時(shí)也是培育杉木良種的優(yōu)良種質(zhì)資源[5]。德昌杉木是一個(gè)生長(zhǎng)分布區(qū)域狹窄的樹種，關(guān)于它的研究國(guó)內(nèi)外少有報(bào)道?，F(xiàn)有文獻(xiàn)主要報(bào)道了德昌杉木的組織培養(yǎng)、遺傳育種、胞核學(xué)和同工酶作用[6-9]，對(duì)于德昌杉木種子預(yù)處理研究表明，用25℃溫水浸種1h發(fā)芽率最高達(dá)28.67%[10]。研究樹木生長(zhǎng)過程，可以基本確定樹種的不同生長(zhǎng)階段的特性、數(shù)量、成熟時(shí)間等信息，能夠引導(dǎo)林農(nóng)科學(xué)撫育管理某樹種。中國(guó)學(xué)者對(duì)多個(gè)樹種進(jìn)行了探索研究，如油松(Pinustabuliformis)、柳杉(Cryptomeriafortunei)、楓樺(Betulacostata)、山桂花(Bennettiodendronleprosipes)等，總結(jié)出各樹種不同生長(zhǎng)階段的劃分或樹高、胸徑、材積的最優(yōu)生長(zhǎng)方程，為各樹種的森林經(jīng)營(yíng)管理提供依據(jù)[11-14]。本文采用樹干解析法對(duì)四川德昌杉木生長(zhǎng)過程進(jìn)行分析研究，以揭示德昌杉木的生長(zhǎng)規(guī)律，為該樹種的保護(hù)和利用提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

德昌縣隸屬于四川省涼山彝族自治州，介于101°54′-102°29′E，27°05′-27°36′N之間。地處安寧河谷地帶，橫斷山區(qū)康藏高原東緣，地形復(fù)雜多樣，以中山地貌為主，安寧河北入南出貫穿全境。周邊與會(huì)理、米易、鹽源、西昌及普格等縣市相連相鄰。德昌縣屬亞熱帶高原季風(fēng)氣候，年均氣溫17.7℃，年均降水1 049mm，無霜期300d以上，年日照2 147h，夏無酷暑，冬無嚴(yán)寒。德昌縣金河林場(chǎng)的德昌杉木人工林營(yíng)造始于20世紀(jì)70年代初，現(xiàn)有林分面積約20-33hm2，垂直分布海拔在1 945-2 260m之間。

2 研究方法

2.1 樣地設(shè)置

在德昌杉木人工林中按不同坡向選擇3個(gè)不同的林分，在各林分中各設(shè)定1個(gè)20m×20m的標(biāo)準(zhǔn)地，對(duì)3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)地中的林木進(jìn)行每木檢尺，測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)地內(nèi)的樹高、胸徑、枝下高和冠幅等性狀。根據(jù)每木檢尺結(jié)果，在各標(biāo)準(zhǔn)地內(nèi)選擇1株平均木作為解析木。

2.2 解析木的處理與圓盤測(cè)定

采集3株平均木，按2m區(qū)分段進(jìn)行樹干解析。圓盤測(cè)定使用直尺測(cè)量南-北、東-西方向的帶皮直徑、去皮直徑、各年輪直徑等指標(biāo)。解析木的材積(V)采用中央斷面區(qū)分求積式計(jì)算，材積生長(zhǎng)率采用普雷斯勒生長(zhǎng)率公式求算[15]。

2.3 各性狀的生長(zhǎng)方程擬合

德昌杉木的樹高、胸徑與材積的生長(zhǎng)過程采用Logistic生長(zhǎng)曲線進(jìn)行模擬，其表達(dá)式為,y=K/(1+ae-bx)；其中x是自變量，表示生長(zhǎng)時(shí)間；y為因變量，表示觀測(cè)指標(biāo)的累積生長(zhǎng)量；a、b是待定常量；K為生長(zhǎng)終極量。利用Origin Pro 8.5軟件求得a、b、K值。

2.4 數(shù)據(jù)處理

利用Excel軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和制作表格，Origin Pro 8.5制圖軟件進(jìn)行作圖。

3 結(jié)果與分析

通過對(duì)3株德昌杉木解析木的測(cè)定分析獲得其基本生長(zhǎng)情況，包括年齡、樹高、胸徑、枝下高、冠幅、地理坐標(biāo)和生長(zhǎng)地海拔等情況(表1)。

對(duì)所采集的3株德昌杉木解析木圓盤的測(cè)定與分析結(jié)果表明，Ⅰ號(hào)、Ⅱ號(hào)與Ⅲ號(hào)解析木的年齡分別為38年、38年與43年。以3年為1個(gè)齡級(jí)對(duì)解析木進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，測(cè)定3株樹各自的胸徑總生長(zhǎng)量、樹高總生長(zhǎng)量與材積總生長(zhǎng)量，最后計(jì)算出各性狀的平均值，進(jìn)一步計(jì)算出各性狀的年平均生長(zhǎng)量與連年生長(zhǎng)量(表2)。因3株解析木中有2株樹的年齡是38年生，為保證對(duì)林分生長(zhǎng)過程分析的準(zhǔn)確性和可靠性，故只對(duì)3株解析木的38年內(nèi)的平均生長(zhǎng)量進(jìn)行分析，而Ⅱ號(hào)樹的單獨(dú)生長(zhǎng)過程結(jié)果作為參考信息。

表1 解析木的生長(zhǎng)情況Tab.1 Growth situation of parse tree

表2 德昌杉木樹干生長(zhǎng)過程Tab.2 Tree growth process of Cunninghamia unica

3.1 樹高生長(zhǎng)過程

對(duì)38年生德昌杉木樹高生長(zhǎng)過程進(jìn)行分析，結(jié)果見表2與圖1。

圖1 德昌杉木樹高生長(zhǎng)過程Fig.1 Tree height growth process of Cunninghamia unica

由表2與圖1可知，38年生的德昌杉木樹高可以達(dá)到18.34m，德昌杉木樹高生長(zhǎng)呈現(xiàn)出勻速增長(zhǎng)的趨勢(shì)，總生長(zhǎng)量曲線基本保持線性增長(zhǎng)。樹高累計(jì)生長(zhǎng)量隨著年齡的增加而不斷增大，總生長(zhǎng)量在18年和27年時(shí)生長(zhǎng)速度略有減緩。樹高的連年生長(zhǎng)量曲線波動(dòng)很大，呈現(xiàn)出明顯的鋸齒狀。連年生長(zhǎng)量的變異范圍為0.22-0.77m，在第6年出現(xiàn)最小值為0.22m，此后開始上升并在第18年時(shí)達(dá)到最大值0.77m，然后又下降到0.44m(第21年時(shí))，接著上升到0.69m(第27年時(shí))，此后開始下降并逐步趨于穩(wěn)定；而年平均生長(zhǎng)量的變異范圍為0.40-0.55m，變異幅度小于連年生長(zhǎng)量。年平均生長(zhǎng)量在3年到6年之間逐步下降到最小值為0.40m，此后平均生長(zhǎng)量保持平穩(wěn)上升，并在27年達(dá)到最大值0.55m，之后開始緩慢下降。兩生長(zhǎng)曲線有4次相交，第1次相交在8年左右，之后分別在20年、22年、28年相交，發(fā)生兩者多次相交的原因可能與其林分生長(zhǎng)環(huán)境或自然撫育有一定關(guān)系。最后1次相交在28年，說明該樹種的樹高數(shù)量成熟齡約為28年。

3.2 胸徑生長(zhǎng)過程

對(duì)38年生德昌杉木的胸徑生長(zhǎng)過程進(jìn)行分析結(jié)果表明(表2與圖2)，38年生德昌杉木的胸徑為25.52cm，胸徑增長(zhǎng)和樹高基本相似，呈現(xiàn)出勻速增長(zhǎng)的趨勢(shì)，總生長(zhǎng)量曲線基本保持線性增長(zhǎng)。胸徑連年生長(zhǎng)量在9-15年之間增長(zhǎng)速度較快，在15年時(shí)達(dá)到最大值0.98cm，之后緩慢下降到最低值0.44cm(第33年)。胸徑平均生長(zhǎng)量同時(shí)在9年之后出現(xiàn)增長(zhǎng)，并在21年達(dá)到最大值0.75cm，此后逐漸平緩的下降。胸徑平均生長(zhǎng)量與連年生長(zhǎng)量曲線在第9年左右第1次相交，在相交前對(duì)該人工林分開展1次間伐撫育管理，可維持林分的充分的生長(zhǎng)空間和養(yǎng)分供應(yīng)，促使林木在后期更好地生長(zhǎng)表現(xiàn)；在第24年時(shí)第2次相交，此后連年生長(zhǎng)量一直低于平均生長(zhǎng)量，表明胸徑的數(shù)量成熟齡約為24年。

圖2 德昌杉木胸徑生長(zhǎng)過程Fig.2 DBH growth process of Cunninghamia unica

3.3 材積生長(zhǎng)過程

對(duì)38年生德昌杉木的材積生長(zhǎng)過程進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果見表2與圖3。

圖3 德昌杉木材積生長(zhǎng)過程Fig.3 Tree volume growth process of Cunninghamia unica

由表2與圖3可知，38年生的德昌杉木材積累計(jì)生長(zhǎng)量為0.462 2m3，年平均生長(zhǎng)量達(dá)0.012 16m3，連年生長(zhǎng)量為0.021 29m3；材積的連年生長(zhǎng)量曲線先是緩慢增加(1-9年)，然后快速增加(9-21年)，接著上升有所減緩但仍在上升中(21-30年)，并在第30年時(shí)達(dá)到最大值，為0.024 68m3；而年平均生長(zhǎng)量曲線一直處于緩慢上升趨勢(shì)，在第38年時(shí)其值為0.012 16m3，這可以看出德昌杉木的材積生長(zhǎng)可以分為3個(gè)階段，1-9年生長(zhǎng)緩慢，9-30年生長(zhǎng)快速，30年后生長(zhǎng)減緩。在38年時(shí)，材積的連年生長(zhǎng)量大于平均生長(zhǎng)量，兩者曲線在此時(shí)仍未未相交，說明德昌杉木的材積數(shù)量成熟齡大于38年，而根據(jù)兩者曲線的趨勢(shì)預(yù)計(jì)在40年之后相交。且單獨(dú)分析Ⅱ號(hào)樹材積生長(zhǎng)過程時(shí)，其連年生長(zhǎng)量曲線與平均生長(zhǎng)量曲線是在41年生時(shí)相交，一定程度上證實(shí)了該樹種的數(shù)量成熟齡在38年以上。在林分實(shí)施采伐撫育或主伐時(shí)，其重要理論依據(jù)就是某樹種的材積數(shù)量成熟年齡，林分達(dá)到數(shù)量成熟時(shí)即可間伐或主伐。因此德昌杉木的采伐時(shí)間應(yīng)在41年后。

3.4 材積生長(zhǎng)率生長(zhǎng)過程

材積生長(zhǎng)率是反映樹木材積生長(zhǎng)過程中某一時(shí)期的相對(duì)速度的指標(biāo)。對(duì)38年生德昌杉木的材積生長(zhǎng)率進(jìn)行分析(見表2與圖4)，結(jié)果表明，德昌杉木的材積生長(zhǎng)率在1-9年下降速度很快，之后在9-21年下降速度開始減緩，然后在21-27年下降速度有所增加，接著曲線穩(wěn)定下降，并在38年時(shí)下降到2.8%。這表明德昌杉木材積生長(zhǎng)相對(duì)速度隨著年齡增加而不斷下降，在生長(zhǎng)前期下降速度快，后期降速有所減緩。

圖4 德昌杉木材積生長(zhǎng)率生長(zhǎng)過程Fig.4 Tree volume growth rate of Cunninghamia unica

3.5 各性狀的生長(zhǎng)方程擬合

對(duì)各生長(zhǎng)性狀進(jìn)行擬合，結(jié)果見表3。各生長(zhǎng)性狀的擬合方程的相關(guān)系數(shù)均在0.99以上，說明Logistic方程可以很好地描述胸徑、樹高、材積與年齡的生長(zhǎng)過程。

表3 樹高、胸徑、材積生長(zhǎng)方程Tab.3 Growth equations of tree height,DBH,volume

4 結(jié)論與討論

德昌杉木樹高的連年生長(zhǎng)量曲線波動(dòng)很大，呈現(xiàn)出鋸齒狀。而年平均生長(zhǎng)量曲線在6年后先平穩(wěn)上升而后平緩降低。樹高連年生長(zhǎng)量在18年時(shí)達(dá)到最大值0.77m，而平均生長(zhǎng)量是在27年時(shí)達(dá)到最大值0.55m，樹高數(shù)量成熟齡約是28年。

德昌杉木胸徑生長(zhǎng)具有前期速生性，連年生長(zhǎng)量第15年左右達(dá)到最大值0.98cm，年平均生長(zhǎng)在21年時(shí)達(dá)到最大值0.75cm，出現(xiàn)時(shí)間晚于連年生長(zhǎng)量。連年生長(zhǎng)量曲線和平均生長(zhǎng)量曲線在第24年時(shí)相交，表明德昌杉木的胸徑數(shù)量成熟齡約在24年，而前24年是培育胸徑生長(zhǎng)關(guān)鍵期。在關(guān)鍵期應(yīng)做好撫育管理、肥力控制與密度調(diào)控。

德昌杉木的材積連年生長(zhǎng)量在在第30年時(shí)達(dá)到最大值，為0.024 68m3。而材積平均生長(zhǎng)量在38年生時(shí)尚未達(dá)到最大值，而且兩者尚未相交，表明德昌杉木在38年生時(shí)尚未達(dá)到數(shù)量成熟齡，估測(cè)德昌杉木的數(shù)量成熟齡約41年生時(shí)。綜合考慮德昌杉木樹高、胸徑和材積的生長(zhǎng)過程，可將其生長(zhǎng)過程大致分為4個(gè)階段：1-9年為幼樹期，10-30年為速生期，31-40年為近成熟期，41年后為成熟期。

利用logistic曲線方程擬合德昌杉木樹高、胸徑與材積的生長(zhǎng)過程具有很好的效果，各性狀的生長(zhǎng)方程分別為樹高H=19.303 0/(1+14.302 5*e-0.142 1x)；胸徑D=25.945 7/(1+17.113 0*e-0.153 1x)；材積V=0.552 0/(1+174.524 3*e-0.177 3x)。

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