連香樹人工林林分結(jié)構(gòu)及生長規(guī)律研究

向 明， 趙前權(quán)， 譚桂英， 鐘青山， 袁 潔， 向祖恒

(1.龍山縣林業(yè)局，湖南 龍山 416800; 2.湖南龍山印家界省級自然保護(hù)區(qū)管理局，湖南 龍山 416800)

連香樹(Cercidiphyllumjaponicum)是連香樹科連香樹屬落葉大喬木，樹高10～40 m[1]，是第四紀(jì)冰川時(shí)期殘存的孑遺植物，間斷分布于中國和日本，在中國僅星散保存于晉、陜、甘、川、黔、湘、鄂、贛、浙、皖、豫等地的孤立山區(qū)[2-3]，處于瀕危狀態(tài)。我國于1999年及2021年兩次將連香樹列入《國家重點(diǎn)保護(hù)野生植物名錄》，保護(hù)級別均為二級。連香樹是珍貴用材和優(yōu)良觀賞樹種[1，4-5]，其葉、皮具有一定的藥用價(jià)值和工業(yè)用途[6-7]。目前，人們對連香樹的研究主要集中在其生態(tài)適應(yīng)性、種群分布、提取物利用、觀賞品種選育以及育苗、栽培、修枝和病蟲害防治等方面[5，8-17]，其中以用于園林綠化的研究為主，用于山地造林的研究較少，僅見于曹基武等[8]對單株野生連香樹和萬濤等[18]對連香樹人工林生長規(guī)律的研究，有關(guān)連香樹人工林林分結(jié)構(gòu)方面的研究尚未見報(bào)道。我們對湖南省龍山縣萬寶山林場8年生連香樹人工林林分結(jié)構(gòu)及生長規(guī)律進(jìn)行研究，以期為連香樹人工林培育提供參考。

1 研究區(qū)概況

連香樹人工林位于湖南省龍山縣萬寶山林場王家堡，其地理位置為109°40′07″E，29°34′08″N，地處武陵山區(qū)中北部。該區(qū)屬亞熱帶山地季風(fēng)濕潤氣候區(qū)，其年均氣溫11.2 ℃，極端高溫35.0 ℃，極端低溫-11.9 ℃，≥15 ℃活動積溫2669.8 ℃；年均降水量1389.5 mm，年均相對濕度在80%以上，年無霜期274.8 d；年日照935.5 h，日照百分率21%，試驗(yàn)地海拔1100～1200 m，坡向東南，中坡位，坡度12°；成土母巖為頁巖，土層厚度在80 cm以上， 土壤腐殖質(zhì)層厚度不足10 cm，土壤為黃棕壤。連香樹人工林于2015年3月營造，面積1.8 hm2，株行距3 m×(1～1.5)m，造林用苗木為1年生實(shí)生苗，苗木定植后每年割草撫育2次，連續(xù)撫育3年，植株保存率在90%以上。

2 研究方法

2.1 樣地設(shè)置和林分生長調(diào)查

2022年3月，在8年生連香樹人工林內(nèi)設(shè)置3塊400～600 m2的臨時(shí)樣地，用測圍尺實(shí)測每木胸徑；用伸縮標(biāo)高尺實(shí)測每木樹高、分枝高；用皮尺分別沿東西、南北兩個(gè)方向?qū)崪y冠幅。

2.2 數(shù)據(jù)處理

計(jì)算樣地胸徑、樹高、分枝高、冠幅、冠幅面積及單株材積、單位面積蓄積量的平均值，以平均值除以林分年齡得到年均生長量。

單株材積(Vi)=gi×hi×f

(1)

單位面積蓄積量(V)=∑Vi/S×10 000

(2)

單株冠幅面積(A)=πr2

(3)

(1)～(3)式中：i=1、2、3…n，n為樣地中連香樹株數(shù)；g為林木胸高斷面積；f為胸高形數(shù)(取本林分樹干解析獲得的最小穩(wěn)定值0.44)；h為林木樹高；S為樣地面積；r為樹冠半徑，等于樹冠東西冠幅與南北冠幅平均值的1/2。

2.3 樹干解析

每塊樣地選擇胸徑接近樣地胸徑平均值，樹高生長正常的平均木及胸徑最大的優(yōu)勢木各1株，自干基伐倒，按1 m區(qū)分段法做樹干解析[16]。材積生長率、胸高形數(shù)按下列公式計(jì)算。

(4)

(5)

(4)～(5)式中：t為年齡；Yt為t年的材積；Yt-1為t年前1年的材積；V為解析木材積；h為解析木樹高；g為解析木胸高斷面積；d1.3為解析木胸徑。

2.4 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)采用Excel 2007軟件進(jìn)行分析。

3 結(jié)果與分析

3.1 林分結(jié)構(gòu)

3塊臨時(shí)樣地共調(diào)查8年生連香樹440株，其生長調(diào)查結(jié)果見表1。

表1 8年生連香樹人工林生長調(diào)查結(jié)果

3.1.1 林分胸徑結(jié)構(gòu) 林分胸徑結(jié)構(gòu)即林分內(nèi)林木株數(shù)按徑階的分布狀態(tài)[10]。將440株連香樹胸徑由大到小排序后等距分成11組，其分布狀態(tài)見圖1。由圖1可見，8年生連香樹人工林胸徑呈典型的正態(tài)分布，表現(xiàn)出中齡林特征[10]。由表1可見，林分胸徑偏度、峰度均小于零，也表現(xiàn)出中齡林特征[10]。根據(jù)圖1及表1可以判斷該連香樹人工林已進(jìn)入中齡林階段，說明連香樹是一種速生樹種。樣地調(diào)查未發(fā)現(xiàn)林木自然枯損，表明該林分尚處于中齡林前期，其林木個(gè)體間自然競爭尚不太強(qiáng)烈。

3.1.2 林分樹高結(jié)構(gòu) 林分樹高結(jié)構(gòu)即林分內(nèi)不同樹高的林木按樹高組的分布狀態(tài)[10]。將440株連香樹樹高由大到小排序后等距分成11組，分布狀態(tài)見圖2。由表1可見，林分平均樹高6.92 m，樹高眾數(shù)8.0，接近平均樹高的林木株數(shù)最多。由表1、圖2可見，該連香樹人工林樹高分布曲線為接近平均樹高的株數(shù)最多的不對稱單峰曲線，符合林木樹高分布一般規(guī)律[10]。

圖1 8年生連香樹人工林胸徑分布圖Fig.1 DBH distribution of 8-year-old plantation of Cercidiphyllum japonicum

圖2 8年生連香樹人工林樹高分布圖Fig.2 Height distribution of 8-year-old plantation of Cercidiphyllum japonicum

3.2 林分生長量

由表2可知：連香樹人工林林分平均胸徑為5.15 cm，胸徑年均生長量為0.64 cm·a-1；平均樹高為6.94 m，樹高年均生長量為0.87 m·a-1；單位面積蓄積量為23.0110 m3·hm-2，單位面積年均蓄積量為2.8764 m3·hm-2a-1。林分平均分枝高為2.88 m；平均冠幅為2.38 m，平均冠幅面積為4.44 m2。根據(jù)表2結(jié)果可計(jì)算出林分平均高徑比為136.1，平均冠高比為0.59。

表2 8年生連香樹人工林樣地調(diào)查結(jié)果

由表2還可知：1號樣地的連香樹冠幅總面為878.1 m2，是樣地面積的1.46倍，說明當(dāng)林分密度為3183株·hm-2時(shí)，其林木的樹冠重疊較多，密度過大；2號樣地的冠幅總面積為488.8 m2，是樣地面積的1.22倍，說明當(dāng)林分密度為2333株·hm-2時(shí)，其林木的樹冠有少量重疊，密度較大；3號樣地的冠幅總面積為591.5 m2，是樣地面積的0.99倍，說明密度為1817株·hm-2的林分接近于完全郁閉。據(jù)此推測，連香樹造林初植密度控制在1800株·hm-2以內(nèi)時(shí)不需進(jìn)行早期間伐。

3.3 生長規(guī)律

3.3.1 胸徑生長規(guī)律 從圖3可看出，胸徑總生長量持續(xù)增長，8年生的連香樹胸徑達(dá)4.48 cm，自3年生開始，優(yōu)勢木的胸徑總生長量明顯大于平均木的。

圖3 優(yōu)勢木與平均木胸徑生長量曲線Fig.3 Curve of DBH growth of dominant trees and average trees

由圖4可見：胸徑連年生長量的波動性較年均生長量的大。胸徑年均生長量持續(xù)增長，平均木的胸徑年均生長量為0.56 cm·a-1，自3年生開始，優(yōu)勢木的年均生長量明顯大于平均木的。至8年生時(shí)，優(yōu)勢木的年均生長量達(dá)1.05 cm·a-1，接近平均木的2倍。優(yōu)勢木連年生長量的波動幅度明顯大于平均木的，最大值達(dá)2.07 cm·a-1。優(yōu)勢木的連年生長量與年均生長量在7年生時(shí)相交，之后連年生長量曲線上揚(yáng)，與年均生長量曲線分離。平均木連年生長量與年均生長量曲線逐漸分離，未出現(xiàn)交點(diǎn)。

圖4 優(yōu)勢木與平均木胸徑連年生長量與年均生長量曲線Fig.4 Curve of annual growth and average growth of dominant and average DBH

3.3.2 樹高生長規(guī)律 由圖5可見，樹高總生長量持續(xù)增長，優(yōu)勢木的樹高總生長量明顯大于平均木的。

圖5 優(yōu)勢木與平均木樹高生長量曲線Fig.5 Height growth curve of dominant trees and average trees

由圖6可見：樹高年均生長量的波動性較連年生長量的小。平均木年均生長量在2～8年生時(shí)在0.8～1.0 cm·a-1范圍內(nèi)波動；優(yōu)勢木的樹高年均生長量在1～7年生時(shí)在1.2～1.4 cm·a-1范圍內(nèi)波動，在8年生時(shí)下降至1.0 cm·a-1以下；優(yōu)勢木的樹高年均生長量波動幅度明顯大于平均木的。在1～7年生時(shí)，優(yōu)勢木的連年生長量大于平均木的，在8年生時(shí)，優(yōu)勢木的連年生長量小于平均木的。優(yōu)勢木連年生長量曲線與年均生長量曲線在2～3年生及4～5年生時(shí)相交，之后連年生長量小于年均生長量。平均木連年生長量曲線與年均生長量曲線于3年生、4～5年生及6～7年生時(shí)3次相交，7年生后連年生長量小于年均生長量。

圖6 優(yōu)勢木與平均木樹高連年生長量與年均生長量曲線Fig.6 Curve of annual growth and average growth of dominant trees and average trees of height

圖6還表明，優(yōu)勢木的年均生長量及連年生長量在4年生時(shí)急劇下降，平均木的年均生長量及連年生長量在6年生時(shí)急劇下降，優(yōu)勢木的下降幅度明顯大于平均木的，表明優(yōu)勢木的樹高生長勢較平均木的衰退快。

3.3.3 材積生長規(guī)律 由圖7可見，連香樹材積總量持續(xù)增長，8年生時(shí)平均木的達(dá)到0.006275 m3。自3年生起，優(yōu)勢木的材積增幅明顯大于平均木的。

圖7 優(yōu)勢木與平均木材積生長量曲線Fig.7 Curve of wood volame growth of dominant trees and average trees

由圖8可見：優(yōu)勢木與平均木的材積年均生長量及連年生長量均持續(xù)增長，8年生時(shí)平均木的分別達(dá)0.000784 m3·a-1及0.002513 m3·a-1。材積年均生長量與連年生長量的曲線逐漸分離。優(yōu)勢木的材積年均生長量及連年生長量增幅均明顯大于平均木的。

圖8 優(yōu)勢木與平均木材積連年生長量與年均生長量曲線Fig.8 Curve of annual growth and average growth of dominant trees and average trees volume

由圖9可見：材積生長率隨年齡增長而降低。在1～6年生時(shí)，優(yōu)勢木的材積生長率大于平均木的，7年生以后優(yōu)勢木與平均木的材積生長率趨于一致， 在8年生時(shí)，平均木的材積生長率降至42.4%。

圖9 優(yōu)勢木與平均木材積生長率曲線Fig.9 Curve of wood volume growth rate of dominant trees and average trees

3.3.4 形數(shù)變化規(guī)律 形數(shù)是表示樹干形狀的指數(shù)[16]，反映樹干的尖削或飽滿程度。胸高斷面積、樹高及胸高形數(shù)是構(gòu)成林木材積的三要素。形數(shù)隨年齡的增長而下降，直至某一穩(wěn)定水平。由圖10可見:平均木的胸高形數(shù)在8年生時(shí)仍處于0.58的較高水平；優(yōu)勢木形數(shù)的下降速度高于平均木的，優(yōu)勢木的形數(shù)在6年生后穩(wěn)定于0.44左右。因此，0.44可作為連香樹人工林材積的胸高形數(shù)。

圖10 優(yōu)勢木與平均木形數(shù)曲線Fig.10 Curve of b reast height form factor of dominant trees and average trees

4 結(jié)論與討論

(1)連香樹是一種速生樹種[19]，其8年生人工林已進(jìn)入中齡林前期，林分胸徑呈典型正態(tài)分布，樹高分布曲線為接近平均樹高的株數(shù)最多的不對稱單峰曲線。

(2)8年生連香樹人工林林分平均胸徑5.15 cm，胸徑年均生長量0.64 cm·a-1；平均樹高6.94 m，樹高年均生長量0.87 m·a-1；單位面積蓄積量23.0110 m3·hm-2，單位面積年均蓄積量2.8764 m3·hm-2a-1。林分平均分枝高2.88 m，平均冠幅2.38 m，平均冠幅面積4.44 m2。

(3)連香樹人工林胸徑連年生長量的波動性較年均生長量的大。平均木的胸徑總生長量、年均生長量均持續(xù)增長，在8年生時(shí)分別達(dá)4.48 cm、0.56 cm·a-1，與四川茂縣生態(tài)站連香樹同齡人工林的胸徑(4.95 cm)、胸徑年均生長量(0.618 cm·a-1)[18]相近；胸徑連年長量與年均生長量曲線逐漸分離。

(4)連香樹人工林樹高平均生長量的波動性較連年生長量的小。平均木的樹高總生長量持續(xù)增長，平均木及優(yōu)勢木的樹高年均生長量分別在6年生后及4年生后急劇下降。樹高生長量主要取決于立地因子而非密度[20]，影響連香樹胸徑、樹高生長的主要因子依次為土壤化學(xué)性質(zhì)、土壤物理性質(zhì)、氣候因子，土壤化學(xué)性質(zhì)中影響連香樹生長的N、Al、Mg等因子主要依賴土壤有機(jī)質(zhì)分解[21]。本研究的試驗(yàn)林立地條件良好，氣候適宜，但林地土壤腐殖質(zhì)層不足10 cm，因此，導(dǎo)致林分樹高生長量急劇下降的原因可能是土壤有機(jī)質(zhì)含量低，致使土壤供肥能力不足。據(jù)此推測，因連香樹生長快，其土壤養(yǎng)分消耗大，人工林需在4年生時(shí)進(jìn)行追肥，以維持樹高的快速生長。

(5)連香樹人工林平均木的材積總量、年均生長量及連年生長量均持續(xù)增長，8年生時(shí)分別達(dá)到0.006275 m3、0.000784 m3·a-1及0.002513 m3·a-1。材積年均生長量與連年生長量曲線明顯分離。胸高形數(shù)隨年齡的增長而下降，優(yōu)勢木的胸高形數(shù)在6年生后穩(wěn)定于0.44左右。