木蘭科鵝掌楸的樹(shù)干解析研究

李輝虎，劉巧麗，吳照祥，李彥強(qiáng)，劉騰云，鐘永達(dá)，余發(fā)新

(江西省科學(xué)院生物資源研究所/江西省觀賞植物遺傳改良重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，330096，南昌)

0 引言

樹(shù)干解析是為了深入研究不同樹(shù)種或者不同立地條件下，同一樹(shù)種的立木生長(zhǎng)特點(diǎn)，分析它們的胸徑、樹(shù)高、材積、生長(zhǎng)率和形數(shù)等因子的變化規(guī)律和生長(zhǎng)過(guò)程，是研究樹(shù)木生長(zhǎng)過(guò)程的基本方法[1-3]，可用于樹(shù)木生長(zhǎng)規(guī)律及其立地條件、環(huán)境因子的關(guān)系研究[4-5]，測(cè)算生物量[6-8]，確定林分的間伐、主伐年齡[9]，從而為樹(shù)種的保護(hù)、栽培、繁殖等提供依據(jù)，在測(cè)樹(shù)學(xué)中具有重大意義。

鵝掌楸屬(Liriodendron)屬于雙子葉植物綱、木蘭科、鵝掌楸亞科。鵝掌楸亞科只有1個(gè)屬，即鵝掌楸屬，該屬自然界現(xiàn)僅存2個(gè)種，即馬褂木(Liriodendronchinense(Hemsl.) Sarg.)和北美鵝掌楸(LiriodendrontulipiferaLinn)[10]。馬褂木在我國(guó)零星分布，呈瀕危狀態(tài)，被列為國(guó)家二級(jí)珍稀瀕危保護(hù)樹(shù)種。本文旨在對(duì)馬褂木進(jìn)行樹(shù)干解析，揭示馬褂木生長(zhǎng)規(guī)律，為馬褂木的保護(hù)和培育提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)點(diǎn)概況

試驗(yàn)點(diǎn)位于江西高安市祥符鎮(zhèn)巴夫洛總部，境內(nèi)屬中亞熱帶濕潤(rùn)性季風(fēng)氣候區(qū)，四季分明，雨量充足，無(wú)霜期達(dá)276 d。年平均氣溫17.8 ℃，年平均降水量約1 567.4 mm，立地條件為崗地，土壤為紅壤土，總面積約0.8 hm2。

1.2 方法

2019年6月在詳細(xì)踏查人工林后，隨機(jī)設(shè)面積400 m2(20 m×20 m)標(biāo)準(zhǔn)樣地5個(gè)，對(duì)樣地內(nèi)馬褂木胸徑、樹(shù)高進(jìn)行測(cè)量，計(jì)算統(tǒng)計(jì)其生長(zhǎng)狀況，隨機(jī)選取一株生長(zhǎng)狀況居于平均水準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)木做標(biāo)準(zhǔn)木解析。伐倒之前，準(zhǔn)確標(biāo)定樹(shù)干東西南北方向，標(biāo)定根莖位置，測(cè)定胸徑。伐倒后先測(cè)定樹(shù)干全長(zhǎng)，以1 m為一個(gè)區(qū)分段，截?cái)喑扇舾啥?，不足一個(gè)區(qū)分段長(zhǎng)度的樹(shù)干作為梢頭木，每區(qū)分段在底端截取厚度3～5 cm圓盤(pán)，胸徑處截取圓盤(pán)，將圓盤(pán)工作面刨光，在工作面標(biāo)定東西南北方向，辨別年輪，標(biāo)定各齡階位置(3 a為一個(gè)齡階)，并測(cè)量各個(gè)方向上各齡階直徑。最后計(jì)算各齡階的形數(shù)、胸徑、樹(shù)高和材積的總生長(zhǎng)量、連年生長(zhǎng)量和平均生長(zhǎng)量，并計(jì)算生長(zhǎng)率。繪制各種生長(zhǎng)量的生長(zhǎng)過(guò)程曲線。樹(shù)干解析測(cè)量數(shù)據(jù)與解析圖見(jiàn)圖1與表1。

圖1 樹(shù)干解析圖

表1 中國(guó)馬褂木樹(shù)胸徑、樹(shù)高、材積、形數(shù)生長(zhǎng)過(guò)程分析表

連年生長(zhǎng)量：樹(shù)木一年的生長(zhǎng)量為連年生長(zhǎng)量(current annual incerment)，連年生長(zhǎng)量數(shù)值一般很小，測(cè)量困難，通常用定期平均生長(zhǎng)量代替。

材積生長(zhǎng)率計(jì)算公式：

式中：Pv為材積生長(zhǎng)率，Va為a年時(shí)樹(shù)干總材積，Va-n為a-n年樹(shù)干材積，n為2次調(diào)查間隔年數(shù)。

材積計(jì)算公式：

式中：V為樹(shù)干材積，g0為樹(shù)干底斷面積，gn為梢頭木底斷面積，gi為各區(qū)分段之間的斷面積，l、l′分別為區(qū)分段長(zhǎng)度和梢頭木長(zhǎng)度gx。

形數(shù)計(jì)算公式：

式中：fx為干高x處斷面為基礎(chǔ)的形數(shù)，V為樹(shù)干材積，V′為比較圓柱體的體積，gx為干高x處的橫斷面積，h為全樹(shù)高[2]。

2 結(jié)果與分析

2.1 總生長(zhǎng)量

從圖2可以看出，馬褂木在樹(shù)高、胸徑、材積的總生長(zhǎng)量曲線上呈強(qiáng)勁的遞增趨勢(shì)，鵝掌楸樹(shù)高總生長(zhǎng)量一直保持較高生長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，在前9 a生長(zhǎng)最快，9—18 a期間生長(zhǎng)放緩(圖2(a))。胸徑生長(zhǎng)總量一直保持較高的生長(zhǎng)趨勢(shì)，無(wú)生長(zhǎng)放緩跡象，18 a胸徑可至30.2 cm(圖2(b))。3 a后材積生長(zhǎng)總量開(kāi)始急速增長(zhǎng)，18 a材積可達(dá)0.53 m3，根據(jù)樹(shù)木材積生長(zhǎng)量“S”型變化規(guī)律，可知材積生長(zhǎng)速度尚未達(dá)到頂峰(圖2(c))。

2.2 平均生長(zhǎng)量和連年生長(zhǎng)量

由圖3(a)可知，馬褂木樹(shù)高生長(zhǎng)最強(qiáng)勢(shì)時(shí)期為0—3 a，頂峰時(shí)期每年生長(zhǎng)速度可至1.67 m/a，說(shuō)明馬褂木屬于速生型樹(shù)種。樹(shù)高平均生長(zhǎng)量始終高于連年生長(zhǎng)量，樹(shù)高生長(zhǎng)量在后期放緩，在12 a后連年生長(zhǎng)量保持平穩(wěn)狀態(tài)。6 a胸徑生長(zhǎng)速度至頂峰，平均生長(zhǎng)量至頂峰后平緩降低，連年生長(zhǎng)量有較小范圍浮動(dòng)，6 a至頂峰，6—12 a持續(xù)減緩，12—15 a上升，15 a下降，造成該現(xiàn)象的原因可能受當(dāng)時(shí)環(huán)境變化影響；相較于樹(shù)高平均生長(zhǎng)量和連年生長(zhǎng)量，馬褂木前期生長(zhǎng)以胸徑為主(圖3(b))。材積平均生長(zhǎng)量和連年生長(zhǎng)量曲線符合一般規(guī)律，其平均生長(zhǎng)量增長(zhǎng)緩慢平穩(wěn)，而連年生長(zhǎng)量在3 a后明顯高于平均生長(zhǎng)量，在15 a后出現(xiàn)急劇下降拐點(diǎn)(圖3(c))。由于考察樣本生長(zhǎng)年齡限制，暫無(wú)法對(duì)平均生長(zhǎng)量曲線和連年生長(zhǎng)量曲線是否將要相交定論，推測(cè)其尚未達(dá)到數(shù)量成熟年齡。

圖2 樹(shù)高、胸徑、材積總生長(zhǎng)量曲線圖

2.3 生長(zhǎng)率

從樹(shù)高、胸徑、材積生長(zhǎng)率對(duì)比圖顯示(圖4)，馬褂木樹(shù)高生長(zhǎng)率和胸徑生長(zhǎng)率保持較為一致的曲線走勢(shì)，12 a后一直保持在平穩(wěn)較低水平，但胸徑生長(zhǎng)率始終高于樹(shù)高生長(zhǎng)率，表明馬褂木前18 a以胸徑生長(zhǎng)為主。

圖3 樹(shù)高、胸徑、材積連年生長(zhǎng)量、平均生長(zhǎng)量對(duì)比曲線圖

圖4 樹(shù)高、胸徑、材積生長(zhǎng)率對(duì)比曲線圖

2.4 形數(shù)分析

胸高形數(shù)是以樹(shù)干胸高斷面作為比較圓柱體的橫斷面所計(jì)數(shù)的形數(shù)，它的大小反映了樹(shù)干粗度變化的快慢，值越大表示干形越飽滿。0—9 a胸高形數(shù)保持上升趨勢(shì)，9—12 a較快增長(zhǎng)，12—18 a胸徑形數(shù)較為穩(wěn)定，表明12 a后馬褂木干形較為穩(wěn)定(圖5)。

圖5 胸高形數(shù)曲線圖

3 討論

開(kāi)展鵝掌楸屬樹(shù)種樹(shù)干解析，揭示其生長(zhǎng)規(guī)律，對(duì)研究雜種和親本間關(guān)系，比較種間差異，推測(cè)速生期、輪伐期和主伐年齡、林分管理，營(yíng)造有利生長(zhǎng)發(fā)育條件具有重要意義。本研究通過(guò)對(duì)馬褂木單木樹(shù)干解析，發(fā)現(xiàn)速生型樹(shù)種中國(guó)馬褂木18 a生樹(shù)高達(dá)13.6 m，胸徑30.2 cm，材積0.53 m3，且在前18 a馬褂木一直處于生長(zhǎng)快速期，尚未達(dá)到生長(zhǎng)最大值，還存在生長(zhǎng)空間。樹(shù)高與胸徑的平均生長(zhǎng)連年生長(zhǎng)表現(xiàn)為先增加后減少的規(guī)律，樹(shù)高平均生長(zhǎng)量與連年生長(zhǎng)量第3年達(dá)到最大值，胸徑平均生長(zhǎng)量與連年生長(zhǎng)量在第6年達(dá)到最大值，材積前3 a增長(zhǎng)較為緩慢，3 a后進(jìn)入快速增長(zhǎng)期，材積平均生長(zhǎng)量與連年生長(zhǎng)量曲線未相交表明此時(shí)尚未達(dá)到數(shù)量成熟，不能確定主伐

年齡。通過(guò)對(duì)生長(zhǎng)率比較發(fā)現(xiàn)前期馬褂木以胸徑增長(zhǎng)速度大于樹(shù)高增長(zhǎng)速度，以胸徑增粗為主胸高形數(shù)顯示馬褂木前期干型不飽滿，后期干型愈發(fā)飽滿，趨于穩(wěn)定。該標(biāo)準(zhǔn)木整體生長(zhǎng)未出現(xiàn)較大浮動(dòng)的波動(dòng)，表明當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境居于穩(wěn)定。與常見(jiàn)栽培樹(shù)種生長(zhǎng)一般呈現(xiàn)出S型生長(zhǎng)規(guī)律，幼苗時(shí)期因適應(yīng)新生長(zhǎng)環(huán)境，生長(zhǎng)遲緩，然后再到速生期，最后衰老生長(zhǎng)狀況下降不同，中國(guó)馬褂木表現(xiàn)出良好的環(huán)境適應(yīng)性，能夠在短時(shí)間內(nèi)適應(yīng)環(huán)境，表現(xiàn)出最佳生長(zhǎng)狀態(tài)。因此，在此階段應(yīng)加強(qiáng)林分撫育，保障水、肥、光照的條件，滿足其生長(zhǎng)所需，最大程度提高其經(jīng)濟(jì)效益。

影響馬褂木生長(zhǎng)的因素包括立地條件、林分類型、時(shí)間效應(yīng)、競(jìng)爭(zhēng)等因素及相互作用，而樹(shù)干解析作為直觀的觀測(cè)工作，結(jié)合上述因素綜合分析，構(gòu)建最符合馬褂木的生長(zhǎng)模型，對(duì)于馬褂木培育與利用具有重要的研究?jī)r(jià)值。