大別山野生杜鵑基徑與年輪相關關系的初步研究

金衛(wèi)斌 李志良 王書珍 陳海林

摘?要：?樹齡是樹木的重要生長特征。但對于像杜鵑這樣的灌木來說，多數(shù)莖稈難以使用普通生長錐進行采樣觀察。利用植物徑向生長與樹齡之間存在的相關關系，建立經(jīng)驗回歸方程，由基徑估算年齡是一個簡單有效的方法。在湖北羅田的黃獅寨隨機選擇了12個大小不一的杜鵑的主莖，測量其基徑，截取莖稈的圓盤樣品觀察年輪，得到樣本個體的基徑在8.44～48.21?mm之間，年輪數(shù)在6～53?a之間。用直線回歸、指數(shù)回歸、冪函數(shù)回歸三種方法分別建立了年輪數(shù)與其基徑的經(jīng)驗方程，結果發(fā)現(xiàn)，三個回歸方程都是極顯著的，直線回歸方程估計杜鵑平均年輪寬度為0.615?3?mm/a。指數(shù)函數(shù)方程的決定系數(shù)最大，表明在所調查的樹齡范圍內，杜鵑徑向生長速度更符合指數(shù)增長規(guī)律，呈前期慢、后期加快的特點。使用該指數(shù)回歸方程估計年輪數(shù)的平均偏差為3.044?6?a，最大偏差小于12?a，采用指數(shù)回歸方程可以估算出本地杜鵑樹齡的大致年代，推測本地杜鵑居群主要是在五十多年前開始定居繁殖的。

關鍵詞：?杜鵑;樹齡;基徑;回歸方程

中圖分類號：S792.32?文獻標識碼：A?文章編號：1004-3020（2019）06-0004-03

Preliminary?Study?on?the?Correlation?Between?the?Annual?Rings?and

the?Base?Diameter?for?Rhododendron?simsii?in?Dabie?Mountains

Jin?Weibin?Li?Zhiliang?Wang?Shuzhen?Chen?Hailin

（?College?of?Biology?and?Agricultural?Resource，Huanggang?Normol?University?Huanggang?438000）

Abstract：?Tree?age?is?an?important?growth?feature?of?trees.?But?for?shrubs?like?Rhododendron?simsii，most?stems?are?difficult?to?sample?using?ordinary?growth?cones.?Using?the?correlation?between?plant?radial?growth?and?tree?age，establishing?empirical?regression?equations?about?age?and?stem?diameter?was?a?simple?and?effective?method?for?age?estimating.?In?the?Huangshizhai?of?Luotian，Hubei，12?main?stems?of?different?sizes?of?rhododendron?were?randomly?selected，and?the?base?diameter?was?measured，the?circle?samples?of?the?stems?were?taken?to?observe?the?annual?rings，and?the?base?diameter?of?the?sample?individuals?was?8.44～48.21?mm.?The?number?of?annual?rings?is?between?6～53?a.?Three?regression?models，linear，exponential，power?functional，were?established，all?of?them?were?significant?statistically?（P<0.01）?and?can?be?used?to?estimate?ages?for?the?population.?Estimated?by?linear?regression?model，the?average?width?of?the?annual?rings?was?about?0.615?3?mm/a?.?The?R2?of?the?exponential?model?was?maximum?among?the?three?models，indicating?that，in?the?range?surveyed，the?radial?growth?rate?was?more?in?line?with?the?exponential?growth?law，slow?at?began?and?accelerate?at?later.?The?average?deviation?between?estimates?from?the?exponential?model?and?observes?for?annual?rings?was?about?3.044?6?a，the?maximum?deviation?less?than?12?a，the?exponential?regression?equation?can?be?used?to?estimate?ages?in?units?of?about?ten?years.?It?was?speculated?that?the?local?Rhododendron?simsii?population?began?to?settle?and?reproduce?more?than?50?years?ago.

Key?words：?Rhododendron?simsii;?tree?age;base?diameter;?regr

年輪是多年生木本植物莖的橫斷面上的同心環(huán)紋，隨四季交替形成了一圈一圈深淺交替的年輪。在樹木調查與研究的過程中，樹木年齡數(shù)據(jù)獲取是非常有必要的，因而也產生了樹木年代學這一學科[1]，其學科內涵卻不僅限于對活樹或原木或木制品精確定年，還可利用年輪固有的信息追索或重建自然環(huán)境演變的歷史過程，鑒定相關古建筑、古文物、古藝術品的年代[2]。然而在野外準確鑒定樹齡其實也是一個技術難題。由于直接截取莖稈的圓盤樣品觀察年輪的方法，屬于破壞性的觀察，在目前多數(shù)野生樹木需要加以保護的形勢下，是無法應用的。大型喬木一般是采用生長錐取木段進行觀察，它是以“T”字型工具將細細的錐筒穿進樹皮，使錐筒向內旋轉穿過樹心，再將探取桿插入筒中取出筷子粗的木條，得到帶有年輪的木條標本，在木條上打磨出年輪分界線，用放大鏡觀察數(shù)出年輪[3]，但這種方式不適應小喬木和灌木[4-5]。此外，還有一些運用現(xiàn)代測量儀器的方法，如CT法，X射線法，14C測定法，加速器質譜法等[3]，但這些方法估算精度以百年、千年計，且大部分這樣的方法費時費力，不適宜在野外調查中采用。

一個相對簡單可靠的方法是通過測量樹木莖干直徑，利用樹木生長年齡與徑向生長之間的關系，采用經(jīng)驗回歸方程來間接估算年齡?？梢圆捎玫幕貧w方程包括直線回歸、指數(shù)回歸和冪函數(shù)回歸等[6-8]。當然，隨著樹種、立地條件、氣候條件的不同，可用的方程都會隨之變化。本文報道的是對大別山廣泛分布的杜鵑花基徑與年輪相關關系研究的一個結果。旨在為更好地研究大別山野生杜鵑居群的生態(tài)遺傳特征，促進野生杜鵑資源的保護和利用提供科學依據(jù)。

1?材料與方法

在湖北羅田黃獅寨隨機選擇了12株大小不同的野生杜鵑主莖，截取大約10?cm長的基部莖稈樣品，編號記錄帶回實驗室，使用電子游標卡尺測量基徑（精度準確到0.01?mm），不規(guī)則圓盤測出兩直角系方向直徑數(shù)據(jù)記錄并取平均數(shù)。將其進一步切成大約2?mm厚的圓盤樣品，依次用400目、600目、800目的砂紙對圓盤樣品進行打磨拋光，直到樹木年輪的紋理清晰可見[5]。

為方便目測，以年輪髓心為原點，用直尺、鉛筆在圓盤上建立直角坐標系，在顯微鏡（放大倍數(shù)為10）下將圓盤四個方向的年輪目測出來，按編號記錄數(shù)據(jù)并取最大值。用手機在顯微鏡目鏡下拍照記錄。10號樣品因圓盤上帶較大污漬無法觀察，最后獲得11個有效樣品的數(shù)據(jù)。

以基莖為自變量x，年輪為因變量y。分別采用直線回歸、指數(shù)回歸、冪函數(shù)回歸的方法建立經(jīng)驗方程，對相關系數(shù)進行顯著性測驗，，計算決定系數(shù)，篩選出最優(yōu)回歸方程，將回歸估計值與實測值進行比較，獲得各個取值點的擬合偏差。

2?結果與分析

11個有效圓盤樣品基徑測量、年輪目測的結果見表1。

基徑大小在8.44～48.21?mm之間，平均值為29.2?mm。年輪圈數(shù)在6～53之間，平均值為25。

分別采用直線、指數(shù)、冪函數(shù)回歸方法得到的基徑（x）與年輪（y）的回歸方程及其統(tǒng)計參數(shù)見表2。

由表2可見，三種回歸關系都達到了極顯著水平（P<0.01），都可以用于年輪的估算。由直線回歸方程估算的杜鵑徑向生長速度大致為0.615?3?mm/a。從決定系數(shù)看，擬合效果最好的是指數(shù)方程，其次是冪函數(shù)方程，直線方程最差，說明杜鵑的徑向生長更符合指數(shù)增長規(guī)律，呈現(xiàn)前慢后快的特點。表3給出了采用指數(shù)回歸方程進行估算的年輪與各個年輪觀察值之間的偏差。

年輪觀察值與利用回歸方程的估算值的平均偏差為3.044?6年，最大為11.587?0年。這說明，采用指數(shù)回歸方程可以估算出樣本個體樹齡的大致年代，為居群生態(tài)遺傳特征的研究能夠提供比較細致的信息。

3?討論

大量研究表明，樹木徑向生長與樹齡存在極顯著的正相關，通過建立經(jīng)驗回歸方程估算樹齡是簡便易行的野外調查方法。提高估算精度的途徑主要是增加樣本容量，擴大自變量的變化范圍[6-8]。本文只采集了一個地點上為數(shù)不多的樣本，基徑變化范圍也受到限制。今后需要不斷積累、不斷改進。

初步研究結果表明，本地杜鵑平均徑向生長速度為0.615?3?mm/a，李小龍研究的結果，祁連山四種高山杜鵑年輪平均寬度在0.155～0.270?mm之間[5]，這反映出不同氣候生態(tài)區(qū)和不同杜鵑品種具有不同的徑向生長特點。采用指數(shù)回歸方程更符合杜鵑徑向生長規(guī)律，前期較慢，后期較快，其他樹種上的研究結果與之類似[6-8]。利用指數(shù)回歸方程可以估算杜鵑樹齡的大致年代，推測本地野生杜鵑居群主要是從50多年前開始出現(xiàn)定居和繁殖。

參?考?文?獻

[1]曹紅芳，秦偉，胡永寧，等.榆樹年輪記錄的渾善達克沙地春季平均最高氣溫[J].中國沙漠，2018，38（6）：199-206.

[2]祁承經(jīng)，趙運林，喻勛林，等.樹木年輪學綜論[J].中南林業(yè)科技大學學報，2017，37（3）：1-8，16.

[3]吳斡寧，萬濤.淺談樹木年齡測定方法的研究進展[J].綠色科技，2013，（7）：152-155.

[4]蘆曉明，梁爾源.灌木年輪學研究進展[J].生態(tài)學報，2013，33（5）：1367-1374.

[5]李小龍.祁連山4種杜鵑克隆生長特性及其年輪寬度對氣候因子的響應[D].蘭州：甘肅農業(yè)大學，2017.

[6]王曉江，李愛平，王云霓，等.西鄂爾多斯自然保護區(qū)胡楊島胡楊林齡結構特征研究[J].內蒙古林業(yè)科技，2017，43（4）：1-5.

[7]代力民，孫偉中，鄧紅兵，等.長白山北坡椴樹闊葉紅松林群落主要樹種的年齡結構研究[J].林業(yè)科學，2002，38（3）：73-77.

[8]胡云云，亢新剛，趙俊卉.長白山地區(qū)天然林林木年齡與胸徑的變動關系[J].東北林業(yè)大學學報，2009，37（11）：38-42.

（責任編輯：唐?嵐）