30年生江南油杉人工林生長(zhǎng)規(guī)律

張 燁，韋鑠星，蔣 燚，劉 菲，黃榮林

(廣西壯族自治區(qū)林業(yè)科學(xué)研究院、國(guó)家林業(yè)局中南速生材繁育實(shí)驗(yàn)室，廣西 南寧 530002)

江南油杉(KeteleeriacyclolepisFlous)是中國(guó)特有油杉屬樹種，其干形通直，木材堅(jiān)實(shí)，生長(zhǎng)快速，硬度適中，具有較高的用材價(jià)值[1-2]，同時(shí)枝繁葉茂，四季常綠宜于園林、曠野栽培，是優(yōu)秀的園林樹種[3-4]。由于過度砍伐利用等人為原因及自然環(huán)境壓迫等綜合影響，現(xiàn)今天然分布的江南油杉已十分稀有，已經(jīng)處于瀕危的狀態(tài)[5-6]，因此開展對(duì)江南油杉的物種保護(hù)、幼苗培育、栽培技術(shù)等研究迫在眉睫[7]。隨著我國(guó)森林質(zhì)量精準(zhǔn)提升和樹種結(jié)構(gòu)調(diào)整工程的推進(jìn)落實(shí)，近幾年來全國(guó)特別是廣西對(duì)江南油杉這一珍貴鄉(xiāng)土樹種加大了研發(fā)力度[8-14]，并在優(yōu)良種源家系的篩選、苗木繁育和栽培技術(shù)上獲得突破[15-16]，但由于缺乏江南油杉生長(zhǎng)規(guī)律及其生物量分布特征的系統(tǒng)研究，加上幼樹墩苗時(shí)間較長(zhǎng)，林業(yè)生產(chǎn)單位對(duì)該樹種生長(zhǎng)過程和周期的認(rèn)識(shí)出現(xiàn)嚴(yán)重偏差，導(dǎo)致樹種的推廣種植嚴(yán)重受阻[17-18]。為改變上述現(xiàn)狀，本文以廣西賀州30年生江南油杉為研究對(duì)象，采用分層分區(qū)位全挖標(biāo)準(zhǔn)木法，通過林分測(cè)樹因子調(diào)查和樹干解析分析，探明江南油杉生長(zhǎng)規(guī)律和生物量構(gòu)成，同時(shí)運(yùn)用恒重烘干法系統(tǒng)研究江南油杉各器官生物量的結(jié)構(gòu)分配特征，以期為江南油杉的人工栽培、經(jīng)營(yíng)管理和推廣種植提供參考。

1 材料與方法

1.1 自然地理概況

試驗(yàn)點(diǎn)位于廣西賀州市步頭鎮(zhèn)，東經(jīng)111°41′54″、北緯24°8′19″，海拔350 m。屬亞熱帶季風(fēng)氣候，氣候溫潤(rùn)多雨，夏長(zhǎng)冬短，年均降水量為1652～1995 mm，年均氣溫23.4 ℃，年均蒸發(fā)量1230～1350 mm，年均相對(duì)濕度74.6%～79.8%，全年無霜期334 d，適合江南油杉生長(zhǎng)。試驗(yàn)林為1989年春季種植的江南油杉人工純林，株行距2 m×3 m，未經(jīng)過人工撫育間伐，林下植被較少，主要為箬葉竹、金毛狗、華山姜等，枯枝落葉層較厚，林分密度為825株·hm-2。樣地設(shè)置在林分西南坡，坡度在15°～18°之間，坡長(zhǎng)160 m，人為干擾較少。

1.2 樣地設(shè)置與林分調(diào)查

在上坡、中坡和下坡分別設(shè)置1個(gè)代表性樣地(30 m×20 m)，記錄樣地立地情況。在標(biāo)準(zhǔn)樣地內(nèi)開展每木檢尺，用測(cè)高器、胸徑圍尺、皮尺測(cè)量樹高、胸徑、冠幅和枝下高等林木生長(zhǎng)指標(biāo)，分別做好記錄并統(tǒng)計(jì)。根據(jù)江南油杉林分的平均樹高、胸徑、冠幅和枝下高，在上坡、中坡和下坡各選取5株標(biāo)準(zhǔn)木，共15株。

1.3 標(biāo)準(zhǔn)木砍伐與樹干解析

用羅盤儀在15株標(biāo)準(zhǔn)木的根頸和胸徑位置標(biāo)明樹干北向，挖掘或平地進(jìn)行機(jī)械倒伐，倒伐后根據(jù)標(biāo)記在全樹干上標(biāo)明北向，在根頸處截取10～15 cm厚的圓盤(記為0號(hào))，第2塊圓盤在1.3 m處截取(記為1號(hào))，之后按2 m區(qū)分段在全株鋸取圓盤(依次記為2、3、4…號(hào))，直至梢頂。在圓盤非工作面做好標(biāo)記，包括南北線、截?cái)嗵?hào)等。將工作面剖平后用塑料薄膜密封帶回室內(nèi)，采用傳統(tǒng)年輪確定法判別樹木圓盤的年輪[19]，從東西方向和南北方向分別測(cè)定圓盤的生長(zhǎng)輪寬度，取其平均值。繪制樹高曲線圖，由樹高生長(zhǎng)曲線圖查出各齡階的樹高，各齡階的去皮材積利用區(qū)分段法求算[20]。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

運(yùn)用Excel軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，運(yùn)用SPSS 19.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 林分生長(zhǎng)情況

本研究發(fā)現(xiàn)坡位因子對(duì)江南油杉的生長(zhǎng)具有顯著影響。相關(guān)研究表明，坡位因子能對(duì)林木的生長(zhǎng)產(chǎn)生顯著影響[21-22]。本研究以試驗(yàn)林上坡、中坡、下坡標(biāo)準(zhǔn)地江南油杉的胸徑、樹高、冠幅、枝下高、郁閉度為基本指標(biāo)，分析坡位因子對(duì)江南油杉生長(zhǎng)的影響。從表1可見，不同坡位江南油杉林分郁閉度相差不大，均在0.65～0.7之間；平均胸徑、樹高、冠幅的大小順序均為下坡>中坡>上坡，其中30年生江南油杉下坡位的胸徑最大為31.2 cm，其與中坡位、上坡位胸徑間存在顯著差異，江南油杉的樹高和冠幅上坡位與中坡位、下坡位間均存在顯著差異。這說明坡位因子對(duì)江南油杉的生長(zhǎng)具有顯著影響。

表1 不同坡位對(duì)江南油杉生長(zhǎng)指標(biāo)的影響

圖1 江南油杉樹干縱斷面圖

通過樹干解析，以直徑為橫坐標(biāo)，樹高為縱坐標(biāo)，繪制樹干縱斷面圖(圖1)。江南油杉的樹干整體比較通直，經(jīng)計(jì)算，其實(shí)驗(yàn)形數(shù)達(dá)到0.44，胸高形率為0.74，說明江南油杉生長(zhǎng)良好，干形通直，出材率高，具有優(yōu)良用材樹種的特性，值得在其適生區(qū)推廣種植。

將上坡位、中坡位、下坡位各選取的5 株標(biāo)準(zhǔn)木進(jìn)行樹干解析，取同一樹齡胸徑平均值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得到江南油杉胸徑生長(zhǎng)的變化規(guī)律(圖2、圖3)。胸徑的總生長(zhǎng)量隨著樹齡增加而增長(zhǎng)，并且曲線較為平穩(wěn)，在第30年時(shí)達(dá)到25.8 cm(去皮)。胸徑的連年生長(zhǎng)量曲線較平均生長(zhǎng)量曲線和總生長(zhǎng)量曲線要復(fù)雜，雖呈現(xiàn)隨著樹齡增加而增長(zhǎng)，但有所波動(dòng)，30 a間經(jīng)歷4～8 a、13～15 a、17～20 a 3個(gè)胸徑連年生長(zhǎng)量的快速增長(zhǎng)期。

從圖3可見，江南油杉胸徑平均生長(zhǎng)量隨樹齡增加幾乎呈直線上升，說明30 a樹齡的江南油杉胸徑生長(zhǎng)均處于高速增長(zhǎng)狀態(tài)，但連年生長(zhǎng)量生長(zhǎng)曲線有所波動(dòng)，這說明江南油杉的胸徑生長(zhǎng)除其本身生物學(xué)特性決定之外，也容易受到外界環(huán)境因子的干擾。

圖2 江南油杉胸徑總生長(zhǎng)曲線圖圖3 江南油杉胸徑連年/平均生長(zhǎng)曲線圖

2.2 江南油杉樹高生長(zhǎng)規(guī)律

樹高是描述樹木生長(zhǎng)的一個(gè)重要指標(biāo)，樹高生長(zhǎng)曲線圖可直觀反映樹木的生長(zhǎng)過程。從圖4可以看出，江南油杉樹高總生長(zhǎng)量隨著時(shí)間的增加而增長(zhǎng)，在0～24 a樹高增長(zhǎng)較為迅速，樹齡24 a后樹高生長(zhǎng)速率趨于平緩。從圖5可以看出，江南油杉連年生長(zhǎng)曲線可將其高生長(zhǎng)大致分3個(gè)階段：緩慢調(diào)整生長(zhǎng)期(1～12 a)、快速生長(zhǎng)期(13～24 a)、穩(wěn)定生長(zhǎng)期(25～30 a)。1～12 a連年生長(zhǎng)量增長(zhǎng)較為緩慢，連年生長(zhǎng)量在0.35～0.55 m·a-1之間，平均生長(zhǎng)量為0.45 m·a-1；13～24 a樹高生長(zhǎng)進(jìn)入快速增長(zhǎng)期，連年生長(zhǎng)量在0.80～1.20 m·a-1之間，平均生長(zhǎng)量為0.91 m·a-1，樹齡22 a達(dá)到最高的1.2 m·a-1；25～30 a樹高生長(zhǎng)進(jìn)入穩(wěn)定期，樹高連年生長(zhǎng)量迅速下降，平均生長(zhǎng)量?jī)H為0.40 m·a-1。

從圖5還可以看出，江南油杉樹高年平均生長(zhǎng)曲線呈相對(duì)較為平緩?fù)够⌒危傮w趨勢(shì)隨著年齡的增加先增長(zhǎng)后逐漸降低，平均生長(zhǎng)曲線與連年生長(zhǎng)曲線相交于第24年，此時(shí)樹高的總平均生長(zhǎng)量達(dá)到最大值0.68 m·a-1。

圖4 江南油杉樹高總生長(zhǎng)曲線圖圖5 江南油杉樹高連年/平均生長(zhǎng)曲線圖

2.3 江南油杉材積生長(zhǎng)規(guī)律

樹木材積是用材樹種經(jīng)營(yíng)的主要目的之一。從圖6可知，江南油杉總材積的累積隨樹齡增長(zhǎng)呈線性的遞增關(guān)系，是一個(gè)先緩慢增長(zhǎng)到快速增長(zhǎng)的過程，樹齡30 a時(shí)達(dá)到最大值0.4959 m3。總材積的增長(zhǎng)在0～14 a時(shí)非常緩慢，此期間總材積累積量?jī)H為0.0052 m3，僅占30 a樹齡總材積生長(zhǎng)量的1.0%；樹齡15 a后江南油杉總材積積累進(jìn)入了一個(gè)逐漸加快的快速增長(zhǎng)期。

從圖7可以看出，江南油杉材積連年生長(zhǎng)量和平均生長(zhǎng)量均隨樹齡增加呈先緩慢增長(zhǎng)再快速增長(zhǎng)的過程，連年生長(zhǎng)量和平均生長(zhǎng)量在樹齡14 a之前變化均很小且漲幅不明顯，樹齡15 a之后才出現(xiàn)較明顯的漲幅，樹齡30 a時(shí)江南油杉材積平均生長(zhǎng)量達(dá)到最大值0.0165 m3、連年生長(zhǎng)量達(dá)到最大值0.0681 m3，這說明30年生的江南油杉處于材積快速增長(zhǎng)期，未達(dá)到砍伐用材年齡。

圖6 江南油杉材積總生長(zhǎng)曲線圖圖7 江南油杉材積連年/平均生長(zhǎng)曲線圖

2.4 江南油杉各器官生物量分布特征

生物量是森林和森林生態(tài)系統(tǒng)中所有植物的基礎(chǔ)，包括了植物體的干、枝、葉、根、種子等生物量，不同器官的生物量是衡量植物有效利用光能、水分養(yǎng)分的重要因子，各器官生物量所占的比例在一定程度上能表明林分的生長(zhǎng)狀況，是林分結(jié)構(gòu)合理程度的體現(xiàn)。

從圖8可以看出，在上坡位江南油杉各器官生物量構(gòu)成中，各器官生物量比例排序?yàn)闃涓?枝>根>皮>葉，其中樹干占比最大，占整株生物量的50%，根系占整株生物量的17%，而葉僅占3%。中坡位江南油杉各器官生物量的大小排列順序與上坡位一致(圖9)，也是樹干>枝>根>皮>葉，根系生物量比上坡位減少2%，枝和皮的生物量均比上坡位增長(zhǎng)1%。下坡位的江南油杉各器官生物量的大小排列順序和構(gòu)成比例均與上坡位一致(圖10)，其中根系均占整株生物量的17%，但側(cè)根占比增加1%，主根減少1%。

不同坡位江南油杉各器官的生物量大小排列順序均為樹干>枝>根>皮>葉，各器官生物量的占比非常接近，分別為50%、22%～23%、15%～17%、8%、3%～4%。樹干生物量的占比最大，均為50%，這與江南油杉作為優(yōu)良用材林造林樹種，干型通直，出材率高、枝叉少而小等生長(zhǎng)特性相適應(yīng)。另外，3種坡位江南油杉根系中側(cè)根的生物量均占主根生物量2倍左右，這說明江南油杉根系側(cè)根發(fā)達(dá)，這與地上部分樹枝少而小的情況正好相反。

圖8 上坡位江南油杉各器官生物量構(gòu)成比例圖9 中坡位江南油杉各器官生物量構(gòu)成比例

圖10 下坡位江南油杉各器官生物量構(gòu)成比例

3 結(jié)論與討論

林木生長(zhǎng)發(fā)育是一個(gè)復(fù)雜的動(dòng)態(tài)過程[23]，胸徑、樹高、冠幅3個(gè)測(cè)樹因子是樹木生長(zhǎng)的最直觀表述。30年生江南油杉干型通直，實(shí)驗(yàn)形數(shù)為0.44，胸高形率為0.74，生長(zhǎng)迅速，胸徑年均生長(zhǎng)量可達(dá)1 cm以上，胸徑連年生長(zhǎng)量經(jīng)歷4～8 a、13～15 a、17～20 a間的3個(gè)快速增長(zhǎng)期，材積生長(zhǎng)隨樹齡增長(zhǎng)呈線性的遞增關(guān)系，是一個(gè)先緩慢增長(zhǎng)到快速增長(zhǎng)的過程，在0～14 a材積累積非常緩慢，樹齡15 a后進(jìn)入了一個(gè)逐漸加快的快速增長(zhǎng)期，這說明30 a樹齡的江南油杉胸徑、材積生長(zhǎng)均處于高速增長(zhǎng)狀態(tài)，未達(dá)到最佳砍伐用材年齡，這與前人類似的研究結(jié)果相似。

江南油杉各器官間生物量大小排列順序不受坡位影響，均為樹干>枝>根>皮>葉，且各器官生物量占比差異不大，分別為50%、22%～23%、15%～17%、8%、3%～4%。樹干生物量占比約是樹枝的2倍，但側(cè)根的生物量占比約是主根生物量2倍，這說明江南油杉具有干型通直，出材率高、枝叉少而小，根系側(cè)根發(fā)達(dá)等優(yōu)良用材造林樹種特性。

劉菲等[24]對(duì)27年生江南油杉人工林生長(zhǎng)規(guī)律研究發(fā)現(xiàn)，江南油杉樹高的快速生長(zhǎng)期是在24 a內(nèi)，胸徑的快速生長(zhǎng)期是在27 a內(nèi)；高楠等[25]對(duì)50年生油杉人工林生長(zhǎng)規(guī)律進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，江南油杉胸徑的快速生長(zhǎng)期是在造林的前26 a內(nèi)。本研究中江南油杉30 a的胸徑和材積快速生長(zhǎng)期比前人多4 a，甚至更多，這進(jìn)一步證明了江南油杉生長(zhǎng)周期較長(zhǎng)，最佳采伐林齡在30 a以上。而4 a快速生長(zhǎng)期的差異說明江南油杉的生長(zhǎng)規(guī)律具有一定的地域差異性，其生長(zhǎng)周期受不同的環(huán)境、土壤等因子作用而產(chǎn)生差異。因此在江南油杉人工種植時(shí)，在其快速生長(zhǎng)期應(yīng)進(jìn)行適度間伐以控制林分密度，并加強(qiáng)水肥管理。

另外，通過研究發(fā)現(xiàn)，江南油杉樹高隨著樹齡增長(zhǎng)出現(xiàn)3個(gè)階段的生長(zhǎng)期，分別為緩慢調(diào)整生長(zhǎng)期(0～12 a)、快速生長(zhǎng)期(13～24 a)和穩(wěn)定生長(zhǎng)期(25～30 a)，平均生長(zhǎng)曲線與連年生長(zhǎng)曲線相交于第24年，此時(shí)樹高的平均生長(zhǎng)量達(dá)到最大值0.68 m·a-1。而林同龍[26]對(duì)12年生江南油杉生物量和生長(zhǎng)規(guī)律進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，江南油杉幼年期連年生長(zhǎng)量較高，在10 a后樹高生長(zhǎng)放緩，胸徑生長(zhǎng)增長(zhǎng)。這可能是由于不同林分間的撫育管理措施不同造成的，雖然試驗(yàn)林均為人工林，但本研究造林時(shí)期缺乏人工施肥、撫育管護(hù)不到位，造成樹高生長(zhǎng)延緩。