湘西野生巨紫荊樹干解析

和紅曉，易 烜，仝奇峰，鐘少偉，黃瑞春

(1.湘西自治州林業(yè)局，湖南 吉首 416000；2.青羊湖國有林場，湖南 寧鄉(xiāng) 410600；3.湘西高新區(qū)不動產(chǎn)登記中心，湖南 吉首 416000；4.湘西自治州林業(yè)科學研究所，湖南 吉首 416000)

巨紫荊Cercisgigantea，為豆科紫荊屬落葉大喬木，在我國分布較少，高大喬木及野生群落更是罕見。其樹體高大，生長速度快，適應(yīng)能力強，具有豆科植物所特有的根瘤菌，能提高土壤地力、改善生境條件，有重要的觀賞、經(jīng)濟、生態(tài)和獨特的開發(fā)利用研究價值，是當前鄉(xiāng)村振興及生態(tài)文明建設(shè)不可多得的特色鄉(xiāng)土植物資源。

樹干解析是指將樹木伐倒后，按照中央斷面積區(qū)分求積方法將樹干進行區(qū)分，截取每個區(qū)分段的中央部位樹干橫斷面的圓盤，測量其各齡階的直徑總生長量，并查數(shù)各圓盤的年輪數(shù)，由此估測該樹木的胸徑、樹高、材積生長過程[1-5]。樹干解析的作用是深入研究不同樹種或不同立地條件下同一樹種的立木生長特點和規(guī)律，為樹種的保護、栽培、繁殖等提供依據(jù)[6]。目前，我國學者雖然啟動了巨紫荊的相關(guān)研究工作，但多集中在種子特性、栽培管理、園林綠化用途等方面[7-11]，而關(guān)于巨紫荊樹種生長規(guī)律的研究鮮有報道。本文通過對湘西地區(qū)的野生巨紫荊進行樹干解析，探明其生長規(guī)律，為該樹種引種馴化、苗木培育及推廣應(yīng)用等提供科學參考依據(jù)。

1 試驗地概況

試驗地設(shè)在湘西州保靖縣呂洞山鎮(zhèn)排捧村巨紫荊野生群落，地理坐標為109.61°E、28.44°N，屬中亞熱帶季風性濕潤氣候，海拔1 100 m，無霜期288 d左右，年平均氣溫為16.1 ℃，年平均降水量在1 320～1 620 mm之間，土壤為紅黃壤，巖石多，土層薄。

2 研究方法

2.1 試驗對象

在巨紫荊天然群落中選擇具有代表性的林分作為試驗地，在試驗地內(nèi)設(shè)置3塊大小為20 m×20 m的樣地，在樣地內(nèi)對主要樹種進行每木檢尺和林分因子調(diào)查，按照調(diào)查結(jié)果選擇1株平均木作為巨紫荊解析木。

2.2 試驗方法

為了研究野生巨紫荊的生長過程及生長特點，按照樹干解析的方法，對樹干進行分段、截取圓盤、測量等，從離地面0.1 m處開始截取圓盤，之后2 m一個區(qū)分段，在區(qū)分段中央處截取圓盤，包括樹高1.3 m處圓盤以及梢底圓盤，共截取7個圓盤，每個圓盤厚度保留5～8 cm，在非工作面編號，數(shù)出每個圓盤的年輪數(shù)，以3 a為一個齡階，計算該齡階的直徑。

2.3 數(shù)據(jù)處理與分析

運用Excel 2010軟件，按照樹干解析的方法進行數(shù)據(jù)分析，采用中央斷面區(qū)分求積式計算各個齡階的材積，按照計算結(jié)果繪制出生長曲線圖，研究巨紫荊生長規(guī)律[12]。

3 結(jié)果與分析

3.1 生長規(guī)律

3.1.1 樹高生長規(guī)律 以巨紫荊樹高為縱坐標，樹齡為橫坐標，繪制樹高生長曲線，詳見圖1和圖2。由圖1可知，巨紫荊樹高隨年齡幾乎呈直線生長，6 a前生長速度較快，6 a后生長速度逐漸降低。由圖2可知，樹高的連年生長量在前6 a較大，6 a達到最高值1.27 m，6～9 a逐漸下降，9 a后開始快速增加，15 a達到0.77 m后開始迅速下降，20 a時下降為0.15 m。樹高平均生長量在6 a達最高值0.98 m，6 a后逐漸下降。數(shù)據(jù)表明巨紫荊在自然條件下，樹齡15 a前樹高連年生長量和平均生長量都呈現(xiàn)出上升趨勢，15 a后開始下降。

圖1 巨紫荊樹高總生長量曲線

圖2 巨紫荊樹高平均生長量和連年生長量曲線

3.1.2 胸徑生長規(guī)律 對樹高1.3 m處截取的巨紫荊圓盤繪制的胸徑總生長量曲線、連年生長量和平均生長量曲線見圖3、圖4。由圖3和圖4可知，巨紫荊的胸徑在20 a 前隨著樹齡的增加幾乎呈直線增加，生長速度非常快；胸徑的平均生長量在18 a前增長速度較快，18 a達最高值1.08 cm之后開始緩慢下降；胸徑的連年生長量也在18 a增大至最大值1.37 cm之后開始下降；胸徑的連年生長量和平均生長量在20 a相交后開始緩慢增長，數(shù)據(jù)表明巨紫荊胸徑在樹齡20 a后增長速度開始下降，但20 a時胸徑的連年生長量和平均生長量均保持相當高的生長量，說明該株巨紫荊還未達到成熟期，還有一定的生長空間。

圖3 巨紫荊胸徑總生長量曲線

圖4 巨紫荊胸徑平均生長量和連年生長量曲線

3.1.3 材積生長規(guī)律 由圖5可以看出，巨紫荊材積生長量符合一般樹木生長的“S”形變化曲線，材積生長量在6 a前比較緩慢，6～9 a逐漸增大，9 a之后開始迅速增長，并沒有減緩的趨勢。由圖6可知，巨紫荊材積的平均生長量和連年生長量均呈上升趨勢，平均材積生長量隨樹齡增加而逐年增長的趨勢并未減緩，連年生長量在18 a達最大生長量0.017 m3后開始逐漸下降，連年生長量在18 a時明顯高于平均生長量。雖然18 a后有下降趨勢，但始終高于平均生長量，說明該株巨紫荊還未達到成熟年齡，還有一定的生長空間。

圖5 巨紫荊材積生長量曲線

圖6 巨紫荊材積平均生長量和連年生長量曲線

3.1.4 生長率 生長率是反映樹木相對生長速度的指標[3，13-14]。由圖7可知，巨紫荊樹高、胸徑和材積的生長率曲線變化趨勢基本一致，生長率10 a前下降迅速，10 a后下降趨勢漸緩。樹高和胸徑的生長率曲線變化一致，說明它們的生長速度基本相同。巨紫荊樹高和胸徑的生長率均在20 a下降到極低的水平，表明其胸徑和樹高的生長速度開始變得緩慢。材積的生長率比胸徑、樹高生長率降低速度稍慢，但在20 a也降低到最低點。

圖7 巨紫荊生長率曲線

3.1.5 形數(shù) 形數(shù)是樹木干形的重要指標，是樹干材積與比較圓柱體體積的比值，當胸高和樹高一定時，飽滿樹干的材積與比較圓柱體的體積相差較小，形數(shù)值較大[3]。

巨紫荊各個齡階的胸高形數(shù)變化見圖8。由圖8可知，巨紫荊胸高形數(shù)在3～6 a急劇下降，在6～15 a緩慢下降，在15～20 a基本穩(wěn)定在0.3～0.4之間，說明巨紫荊15 a后干形基本穩(wěn)定。

圖8 巨紫荊胸高形數(shù)生長量曲線

3.2 樹干縱剖面

以直徑為縱坐標，以樹高為橫坐標，在各斷面高的位置上，按照各齡階直徑大小繪制出樹干縱剖面，如圖9所示。從圖中可直觀地看出各個齡階樹干的形狀與樹高之間的關(guān)系，說明該株巨紫荊干型比較規(guī)則，樹干通直圓滿，尖削度較小，隨著樹高的增加，樹皮逐漸變薄。

圖9 巨紫荊樹干縱剖面

4 結(jié)論與討論

開展巨紫荊樹干解析，揭示其生長規(guī)律，對推測速生期、輪伐期和主伐年齡、林分管理，營造有利于林分生長發(fā)育條件具有重要意義。通過對采伐標準木樹干解析，初步得出巨紫荊20 a樹木胸徑為21.5 cm和材積年平均生長量為11.25 m3·hm-2，高于20 a速生豐產(chǎn)林杉木平均胸徑15.3 cm和材積年平均生長量10.65 m3·hm-2[14]。隨著樹齡的增長，巨紫荊胸徑、樹高和材積的總生長量都在增加，20 a均未達最大值，還具有一定的生長空間。樹齡15 a前，樹高連年生長量和平均生長量都呈現(xiàn)出上升趨勢，說明巨紫荊在15 a前樹高增長迅速，15 a后生長開始減慢。胸徑在20 a前隨著樹齡的增加幾乎呈直線增加，生長速度非?？欤恍貜降钠骄L量和連年生長量均在18 a時達最高值，分別為1.08 cm和1.37 cm，之后胸徑平均生長量開始緩慢下降，而連年生長量則迅速下降，連年生長量和平均生長量在20 a相交后，生長速度開始減慢。材積的平均生長量和連年生長量隨樹齡增加均呈上升趨勢，連年生長量始終高于平均生長量，并在18 a達到最大值0.017 m3后開始逐漸下降，說明該株巨紫荊材積生長還有一定的空間；同時由于材積平均生長量與連年生長量曲線未相交，表明此時尚未達到數(shù)量成熟，不能確定主伐年齡。

通過對生長率進行比較發(fā)現(xiàn)，前期巨紫荊胸徑增長速度與樹高增長速度同步，胸高形數(shù)顯示巨紫荊前期干形不飽滿，后期干形逐漸飽滿，最后趨于穩(wěn)定。該標準木整體生長未出現(xiàn)較大幅度的波動，表明巨紫荊能夠迅速適應(yīng)當?shù)刈匀粭l件和立地條件，在較短時間內(nèi)呈現(xiàn)出良好的生長狀態(tài)。因此，在巨紫荊前期生長階段加強林分撫育，滿足林分生長所需，以達到巨紫荊栽培效益最大化的目的。該研究結(jié)論與周火明等[15]的研究結(jié)果具有一定相似性。

本研究旨在分析巨紫荊單株的生長規(guī)律，并不能反映巨紫荊整體林分生長規(guī)律，具有一定的局限性。因此，要進一步了解巨紫荊林分的生長狀況，還需要多樣地多目標樹進行綜合分析，綜合評價立地條件、林分類型、時間效應(yīng)、競爭等因素及相互作用[16]，以促進巨紫荊林分的速生豐產(chǎn)，為巨紫荊天然林保護和人工林培育提供科學依據(jù)。