廣西２９年生大花序桉生長規(guī)律及模型探究

莫繼有　嚴理　王建忠　秦武明　韋炳儉

摘要：選取廣西國有東門林場80年代引種的大花序桉（Eucalyptus cloeziana）進行研究，對29年生大花序桉的胸徑、樹高、材積和干形等指標進行分析，發(fā)現(xiàn)其胸徑、樹高和材積分別達到33.17 cm、33.6 m和 0.92 m3，并擬合得出長周期經營大花序桉的胸徑、樹高和材積生長模型。通過分析對比相似年限的不同大中徑材用材樹種，發(fā)現(xiàn)大花序桉的生長具有明顯優(yōu)勢，同時在不同的桉樹種中大花序桉也具有明顯的培育優(yōu)勢。

關鍵詞：大花序桉（Eucalyptus cloeziana）;生長規(guī)律;最優(yōu)模型;大中徑材

中圖分類號：S725.7? ? ? ? ?文獻標識碼：A

文章編號：0439-8114（2020）04-0091-07

Abstract： The Eucalyptus cloeziana of the Dongmen State Forest Farm of Guangxi was introduced from the 1980s. The diameter at breast height， tree height， volume and dry shape of the 29-years-old large inflorescence were studied， the results showed that the diameter at breast height， tree height and volume were 33.17 cm， 33.6 m and 0.92 m3， respectively， and the optimal model of diameter at breast height， tree height and volume growth regression of long-period Eucalyptus cloeziana were fitted out. By analyzing and comparing different large and medium-sized timber species with similar years of the Eucalyptus cloeziana， it is found that the growth of Eucalyptus cloeziana has obvious advantages， and even in different eucalyptus species， the Eucalyptus cloeziana also has the significant advantage in cultivation.

Key words： Eucalyptus cloeziana; growth rhythm; optimal regression model; large and medium size wood

作為桉屬（Eucalyptus）昆士蘭桉亞屬（Idiogens L.D. Ptyor & L.A.S. Johnson ex Brooker）的單一種高大喬木，大花序桉（Eucalyptus cloeziana）原本天然分布于澳大利亞的昆士蘭州，原名昆士蘭桉[1]。因其木材價值高，比肩國內優(yōu)良珍貴樹種，因此業(yè)內也稱作“澳洲大花梨”[2]。在天然生長狀態(tài)下，大花序桉樹高可達50 m以上，其特點為干形通直，木材質地堅硬、顏色深沉，是制作實木家具的好材料[3]，在其澳洲原產地更是廣泛用于建筑材料[4]。目前，中國桉樹人工林普遍采取短周期經營方式，一般從造林至生長5、6年即采伐，少部分經營周期較長的也僅有10至12年[5]。桉樹的短周期經營在中國木材戰(zhàn)略中作出了巨大貢獻，但是帶來巨大經濟效益的同時也產生了諸多生態(tài)問題和社會問題[5-7]。短周期經營不僅導致林地土壤肥力下降，大面積單一桉樹人工林的發(fā)展也帶來生物多樣性降低、入侵種泛濫等問題[8-11]。而大花序桉兼具生長迅速和材性優(yōu)良的特點，目前已被廣西列入珍貴樹種名錄，具有廣闊前景[2]。

廣西國有東門林場自1983年開始引入大花序桉，分別于1983年和1989年引種了3個和11個種源，不僅保存了豐富的大花序桉種源，同時開展了大量的引種栽培試驗[12]。總結國內外對大花序桉的研究，見諸報道的主要集中在引種試驗、木材材性和抗性等方面[13-17]，且研究對象多為生長年限較短的大花序桉[18-20]。本研究以1989年引種到廣西國有東門林場的大花序桉為材料，系統(tǒng)研究其生長規(guī)律以及長周期大花序桉作為大中徑材的發(fā)展?jié)摿?。根?9年生大花序桉的生長規(guī)律研究和模型擬合，以期對桉樹多結構合理化發(fā)展提供更多的科學支持。

1? 試驗地概況

選取的樣地位于廣西壯族自治區(qū)崇左市扶綏縣國有東門林場，屬于亞熱帶大陸性季風氣候，年均溫22 ℃，極端高溫和低溫分別為40、-3 ℃，年均降水量1 250 mm[21]。試驗地大花序桉人工林為1年生實生苗造林，造林地點為東門林場雷卡分廠，地勢平坦，海拔約為170 m。造林時間為1989年5月，株行距為3.0 m×2.5 m，造林密度為1 335株/hm2，造林面積共計9 hm2。林地母巖為砂巖，土壤類型為赤紅壤，前茬林地為檸檬桉（Eucalyptus citriodora）。人工林下主要植被為鐵芒箕（Dicranopteris dichotoma）、山菅蘭（Dianella ensifolia）、五節(jié)芒（Dianella ensifolia）、野牡丹（Melastoma candidum）、大青（Clerodendrum cyrtophyllum）、潺槁樹（Litsea glutinosa）、山礬（Symplocos sumuntia）、三椏苦（Evodia lepta）等。

3.1.4? 大花序桉人工林胸徑、樹高及材積的生長率? 根據29年生大花序桉采集樣木的數據，計算得出胸徑、樹高和材積的生長率，詳見圖4。由圖4可知，29年生大花序桉的胸徑、樹高和材積的生長率整體都呈快速下降然后趨于穩(wěn)定的規(guī)律。胸徑的初始生長率接近65%，從第1年迅速下降至第4年的20%左右，此后下降趨勢放緩但在第9年低于10%，直至第29年胸徑的生長率大概在2%。樹高的初始生長率約為95%，同樣在第1年至第4年期間迅速下降至20%。第8年樹高生長率低于10%，從第9年至第16年樹高生長率維持在4%至5%，此后下降至1%。第29年時大花序桉的樹高生長率約為3%。29年生的材積生長率變化最大，從初始生長率接近135%快速下降至第7年的20%。材積生長率在第8年至第12年平均維持在15%，第13年下降到8%左右，最終第29年的材積生長率約為4%。

3.1.5? 大花序桉人工林胸高形數變化規(guī)律? 作為樹干完滿度的重要指標，樹木的胸高形數反映出樹干形狀的變化趨勢。形數的大小可以說明樹干生長的穩(wěn)定性。29年大花序桉的胸高形數的變化規(guī)律見圖5，可以看到整體呈下降趨勢，并逐漸趨于穩(wěn)定。大花序桉在第8年之前均保持超過1的胸高形數，說明其干形保持極佳。從第20年開始，大花序桉胸高形數沒有再出現(xiàn)明顯下降，穩(wěn)定地維持在0.5左右。

3.2? 大花序桉人工林生長模型的擬合

由于不同的造林樹種具有各自的生長特性，在不同環(huán)境因子和自身遺傳因子的共同調控下表現(xiàn)出一定的規(guī)律性和特異性。根據不同學者對大量造林樹種提出的生長模型，本研究選取了應用普遍且適用性較好的10種模型，分別對29年生大花序桉的樹高、胸徑及材積與樹齡的關系進行建模，得出最佳回歸方程（表1、表2、表3）。

根據相關系數R2最大、殘差平方和SSE最小的最優(yōu)曲線擬合原則，在符合實際意義前提下擬合得出29年生大花序桉胸徑、樹高和材積的最優(yōu)模型，3種模型的相關系數分別達到0.994、0.997和0.999，且殘差平方和在所有擬合方程中最小。最終得出的模型表達式如下。

胸徑生長模型為二次曲線方程：

Y=1.47+0.99T+0.002T2（1）

樹高生長模型為蘇瑪克方程：

Y=42.69e-7.66/（T+1.12）（2）

材積生長模型為蘇瑪克方程：

Y=2.61e-34.55/（T+4.15）（3）

3.3? 大花序桉人工林生長模型的校驗

將得到的大花序桉胸徑、樹高及材積的模型帶入相應樹齡，得出擬合值與相比實測值的殘差，詳見表4，并計算得到不同生長模型下的平均預測誤差（MPE）、平均預測誤差百分比（MPE）、平均絕對誤差（MAE）及平均絕對誤差百分比（MAE），詳見表5，由此可以更好地驗證所得生長模型的可靠性。

由表4、表5數據可知，大花序桉人工林胸徑和樹高生長模型的實測值與擬合值匹配度較高，其平均預測誤差和平均絕對誤差均較小，平均預測誤差比例和平均絕對誤差比例也在較低的范圍。但同時可以看到，材積生長模型的平均預測誤差比例和平均絕對誤差比例的數值均超過10.00%，結合表4可知，大花序桉材積的殘差在樹木早期偏大，這是由于樹木早期體積小造成誤差被放大。隨著樹齡的增加，材積殘差變小并趨于穩(wěn)定，考慮到材積生長模型的應用階段為林木成熟期，因而10%的誤差范圍經過修正后能較好地應用于實踐。

4? 結論與討論

根據廣西國有東門林場29年生大花序桉的樣木數據，發(fā)現(xiàn)大花序桉的胸徑生長在前20年基本上維持在每年1.0 cm，且自第23年開始出現(xiàn)明顯的階梯式增長，即表現(xiàn)為一年生長量的快速增長第二年生長量下降，總體呈明顯的生長量增加趨勢，在第28年時胸徑當年生長量達到了2.78 cm，隨后的第29年下降至0.71 cm。這一明顯的“大小年”胸徑生長特征具有明顯特色。最終29年生的大花序桉去皮胸徑總量達到33.17 cm，年均增長量超過1.0 cm。初步判斷大花序桉的胸徑生長在第20年以后表現(xiàn)出較大潛力，對于培育大徑材具有較大優(yōu)勢。大花序桉的樹高生長同樣表現(xiàn)出明顯的階段性，在第1年至第4年樹高的連年生長量和平均生長量均明顯上升，第3年的樹高生長更是超過3.0 m。此后雖然樹高的生長放緩，但仍保持接近每年2.0 m的生長速度，直至第9年樹高生長下降至1.2 m。因此，可以認為大花序桉在第1年至第8年間為樹高生長的高速期，此后高生長放緩后整體為下降趨勢，但在第11年至第18年間出現(xiàn)了2次峰值，說明后期的高生長仍具有較大潛力。進入第20年后連年高生長量較長時間維持在0.5 m以下，但仍具有出現(xiàn)峰值的可能性。最終29年生大花序桉的樹高為33.6 m，同樣年均樹高生長超過1.0 m。大花序桉的材積生長在前7年都明顯上升，但由于大花序桉的胸徑增長和樹高增長的快速期不同步，導致之后的材積生長出現(xiàn)明顯的波動特點，且該趨勢一直持續(xù)到第29年也未見停止。第18年的材積連年生長量最大，達到0.05 m3，最終單株總材積達到第29年的0.92 m3。從大花序桉的胸高形數可以看出，其干形在生長過程中一直保持良好，適合大徑材的培育。

通過10種經驗方程的擬合，在取得較好相關性的前提下，發(fā)現(xiàn)大花序桉的最佳擬合方程，且對方程校驗得到了較高的可靠性，可以用于大花序桉的生產預測。

大花序桉的木材材性良好，應用前景廣泛。本研究的結果顯示，大花序桉在長期經營中保持了較高的生產潛力，材積增長迅速，頂端優(yōu)勢明顯且干形飽滿通直。據廣西國有東門林場的數據，27年生大花序桉的平均胸徑可達30.9 cm，平均樹高29.3 m，單株材積接近1.1 m3，并且最優(yōu)單株的材積可達5.6 m3，相比于傳統(tǒng)的大徑材樹種，具有明顯優(yōu)勢。根據本研究的數據，29年生大花序桉單株材積為0.93 m3，相比之下，廣西28年生珍貴樹種頂果木的材積為0.84 m3[25]，廣東30年生樟木的單株材積不到0.2 m3[27]，廣西30年生鐵堅油杉單株材積為0.48 m3[24]，廣西46年生降香黃檀單株材積為0.40 m3[22]，廣西46年生灰木蓮單株材積為0.47 m3[26]。對比可知，相較于傳統(tǒng)的長周期、大中徑材樹種，大花序桉的材積生長具有明顯優(yōu)勢。因國內其他桉樹的生長年限鮮有接近30年的，因此本研究將對比其他桉樹種在不同生長年限的生長量。如廣西合浦的5.5年生桉樹無性系單株材積最大可達0.13 m3[28]，廣西六萬林場4年生桉樹無性系的單株材積約為0.11 m3[29]，廣西南寧地區(qū)5年生尾巨桉單株材積為0.14 m3[30]，均顯著高于大花序桉在第4年的單株材積，說明相比于其他大部分桉樹種，大花序桉在早期的生長速度確實較慢。但值得注意的是，大花序桉在第7年的單株材積可達0.13 m3，此后年均材積生長量達到30%左右，高于閩北8年生鄧恩桉0.095 m3的單株材積[31]，其發(fā)展?jié)摿σ蚕喈斂捎^。大花序桉的材積生長在第29年依然維持在0.04 m3，材積增長穩(wěn)定。陳少雄[32]對7種桉樹大中徑材的生長潛力進行評價，發(fā)現(xiàn)大花序桉的胸徑指標僅次于尾葉桉，排名第二;樹高指標僅次于尾葉桉和尾巨桉，排名第三;材積指標僅次于尾葉桉，排名第二。項東云等[33]和陳健波等[34]對18年生大花序桉的材性進行研究表明，大花序桉密度高且應力變化小，是優(yōu)良的硬木材料，同時材性形狀的可育性高，定向培育潛力大。

隨著中國木材戰(zhàn)略和生態(tài)環(huán)境的雙重目標的建立，大花序桉這樣的速生優(yōu)良材樹種具有較大發(fā)展?jié)摿?。因此，今后對大花序桉的研究方向將從引種栽培和材性研究逐步擴展到定向遺傳育種、分子發(fā)育機理和高效繁育栽培技術等，為中國木材事業(yè)的可持續(xù)發(fā)展作出貢獻。

致謝：本研究得到了廣西國有東門林場的支持，感謝鐘連香等人在樣地調查中的協(xié)助。

參考文獻：

[1] 韋國潔.大花序桉在桂中地區(qū)的發(fā)展前景[J].桉樹科技，2002（1）：32-34.

[2] 黃? 振，張? 俊，陳? 炙，等.大花序桉國內遺傳育種現(xiàn)狀與研究展望[J].四川林業(yè)科技，2018，39（1）：17-21.

[3] 王豁然.桉樹生物學概論[M].北京：科學出版社，2010.

[4] 薛華正，吳之揚，陳? 霞，等.桉屬樹種與種源、家系比較試驗[J].林業(yè)科學研究，1997（6）：32-39.

[5] 陳少雄，陳小菲.我國桉樹經營的技術問題與思考[J].桉樹科技，2013，30（3）：52-59.

[6] 黃國勤，趙其國.廣西桉樹種植的歷史、現(xiàn)狀、生態(tài)問題及應對策略[J].生態(tài)學報，2014，34（18）：5142-5152.

[7] 趙筱青，和春蘭.外來樹種桉樹引種的景觀生態(tài)安全格局[J].生態(tài)學報，2013，33（6）：1860-1871.

[8] 葉紹明，溫遠光，楊? 梅，等.連栽桉樹人工林植物多樣性與土壤理化性質的關聯(lián)分析[J].水土保持學報，2010，24（4）：246-250.

[9] 平? 亮，謝宗強.引種桉樹對本地生物多樣性的影響[J].應用生態(tài)學報，2009，20（7）：1765-1774.

[10] 于?？?，黃新會，王克勤，等.桉樹人工林生態(tài)退化與恢復研究進展[J].中國生態(tài)農業(yè)學報，2009，17（2）：393-398.

[11] 項東云，陳健波，葉? 露，等.廣西桉樹人工林發(fā)展現(xiàn)狀、問題與對策[J].廣西林業(yè)科學，2006（4）：195-201.

[12] 莫繼有，吳永富，蘭? 俊.廣西東門林場國家桉樹良種基地[J].廣西林業(yè)，2011（8）：43.

[13] 王建忠，熊? 濤，張? 磊，等.25年生大花序桉種源生長與形質性狀的遺傳變異及選擇[J].林業(yè)科學研究，2016，29（5）：705-713.

[14] 周? 維，盧翠香，楊中寧，等.6年生大花序桉不同種源木材纖維特性的差異分析[J].西部林業(yè)科學，2016，45（2）：29-34.

[15] 譚健暉，黃壽先.大花序桉離體根培養(yǎng)過程中內源激素的變化[J].中南林業(yè)科技大學學報，2015，35（1）：34-36.

[16] 周? 維，李昌榮，陳健波，等.大花序桉種源遺傳變異及適應性研究[J].西南林業(yè)大學學報，2014，34（4）：36-41.

[17] 杜阿朋，趙知淵，王志超，等.不同品種桉樹人工林生長特征及持水性能研究[J].熱帶作物學報，2014，35（7）：1306-1310.

[18] 李昌榮，陳? 奎，周小金.大花序桉研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J].桉樹科技，2012，29（2）：40-46.

[19] 楊中寧，項東云，陳健波，等.大花序桉種源木材纖維特性變異研究[J].廣西林業(yè)科學，2011，40（1）：8-11.

[20] 翟新翠，項東云，陳健波，等.大花序桉種源/家系遺傳變異與早期選擇研究[J].廣西林業(yè)科學，2007（1）：26-30.

[21] 莫繼有，吳永富，蘭? 俊，等.廣西東門林場森林資源現(xiàn)狀和可持續(xù)發(fā)展策略[J].桉樹科技，2011，28（1）：53-56.

[22] 梁建平，蔣軍林，秦武明，等.廣西南寧46年生降香黃檀人工林生長規(guī)律[J].浙江農林大學學報，2015，32（4）：523-528.

[23] 劉延男，嚴壯洧，嚴? 理，等.桂東南馬尾松土貢良種大徑材人工林生長規(guī)律探究[J].山西農業(yè)科學，2016，44（8）：1138-1144.

[24] 韋秋思，吳? 敏，黃毅翠，等.鐵堅油杉天然林生長規(guī)律的研究[J].西北林學院學報，2014，30（5）：140-146.

[25] 呂曼芳，梁乃鵬，秦武明，等.頂果木人工林生長規(guī)律的研究[J].中南林業(yè)科技大學學報，2013，33（8）：43-49.

[26] 韋善華，覃? 靜，朱賢良，等.南寧地區(qū)灰木蓮人工林生長規(guī)律研究[J].西北林學院學報，2011，26（5）：174-178.

[27] 林麗平，徐期瑚，羅? 勇，等.廣東省樟樹立木生長規(guī)律和生長模型研究[J].中南林業(yè)科技大學學報，2018，38（6）：23-29.

[28] 李寶琦.桉樹大徑材良種中期選擇與栽培試驗研究[D].?？冢汉Ｄ洗髮W，2010.

[29] 駱閃麗.六萬林場桉樹不同無性系生長對比研究[D].南寧：廣西大學，2016.

[30] 唐日俊，韋晟珠，吳? 敏，等.尾巨桉（DH32-28）二代高產林生長規(guī)律及經濟效益研究[J].山西農業(yè)科學，2017，45（1）：30-33.

[31] 郭祥泉.鄧恩桉在閩北年節(jié)律與多年生林分生長適應性探討[J].中南林業(yè)科技大學學報，2012，32（4）：45-50.

[32] 陳少雄.桉樹中大徑材培育理論及關鍵技術研究[D].長沙：中南林業(yè)科技大學，2010.

[33] 項東云，陳健波，申文輝，等.大花序桉種源間木材物理性質變異研究[J].廣西林業(yè)科學，2008（2）：57-65.

[34] 陳健波，項東云，張照遠，等.大花序桉木材順紋抗壓強度變異研究[J].林業(yè)科技開發(fā)，2009，23（4）：63-66.