廣西南寧木荷人工林生長規(guī)律研究*

韋昌幸 秦武明 張黨權(quán) 嚴(yán) 理 王鳳琴

（1.廣西國有高峰林場(chǎng)，廣西 南寧 530001；2.廣西大學(xué) 林學(xué)院，廣西 南寧 530004；3.中南林業(yè)科技大學(xué)/林業(yè)生物技術(shù)湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南 長沙 410004）

木荷Schima superba 別名荷木、荷樹，為山茶科Theaceae 木荷屬樹種，屬于常綠大喬木，是南方重要的防火林帶造林樹種，適應(yīng)性強(qiáng)，對(duì)土壤的條件要求不高，紅黃壤、赤紅壤、紅壤等都能生長[1]。在廣西南寧市海撥130～700 m 有大量木荷人工林分布，如廣西國有高峰林場(chǎng)目前種植有木荷純林151.2 hm2，種植有木荷Schima superba 與紅錐Castanopsis hystrix、馬尾松Pinus massoniana、杉木Cunninghamia lanceolota、火力楠Michelia macclurei 等樹種混交林38.0 hm2，木荷均長勢(shì)良好，不受海撥較低的影響。陳芳、華國棟[2]在研究中指出，木荷在廣東省生物防火林帶建設(shè)、造林綠化、儲(chǔ)備林建設(shè)中發(fā)揮重要作用，并且將培育大徑級(jí)木荷作為廣東省國家儲(chǔ)備林建設(shè)主要珍貴樹種之一。李志輝等[3]在《我國南方珍貴用材樹種資源的重要性及其發(fā)展策略》中將木荷列為珍貴樹種。木荷人工林的生態(tài)效益、經(jīng)濟(jì)效益、防火作用越來越受到關(guān)注，具有較好的發(fā)展前景。

當(dāng)前，學(xué)者對(duì)木荷人工林的研究日益見多，如木荷育苗造林技術(shù)[4-6]，木荷人工林防火性能[7-8]、 混交林研究[9]、營養(yǎng)元素分布格局[10]等。林麗平[11]等對(duì)廣東省全境范圍內(nèi)的40 株木荷解析木按照樹高—年齡分級(jí)方法，探討分級(jí)方法的生長模型與未分級(jí)方法生長模型的不同之處；程玉娜等[12]進(jìn)行了木荷次生天然林胸徑—樹高生長相關(guān)模型研究；林立彬等[13]對(duì)14 a 生閩楠木荷人工混交林的生長規(guī)律進(jìn)行研究；吳曉生[14]抽樣調(diào)查不同林齡木荷的生長指標(biāo)，研究了13～44 a 生閩北防火林帶中的木荷生長規(guī)律。對(duì)木荷人工純林生長規(guī)律和生長模型擬合研究少見報(bào)道。文章利用樹干解析方法，探討廣西南寧48 a 生木荷人工林胸徑、樹高、材積生長規(guī)律，以及胸高形數(shù)規(guī)律、林木生長率，對(duì)胸徑、樹高、材積生長模型進(jìn)行擬合，為木荷人工林的撫間撫育、主伐年齡確定及經(jīng)管管理提供技術(shù)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 林地概況

研究林地位于廣西南寧市北邊的高峰林場(chǎng)六里分場(chǎng)10 林班36 小班，面積3.8 hm2，木荷種植于1965 年，采用實(shí)生苗造林。研究地屬于南亞熱帶季風(fēng)氣候，年均氣溫21.8 ℃、降雨量1 350 mm、相對(duì)濕度79%。調(diào)查時(shí)林分郁閉度0.7，每公頃保留密度976 株。調(diào)查時(shí)林下灌木有玉葉金花Mussaenda pubescens、越南懸鉤子Rubus cochinchinensis、杜 莖 山Maesa japonica、毛桐Mallotus barbatus 等；林下草本植物主要有五節(jié)芒Miscanthus floridulus、鐵芒箕Dicranopteris linearis、蔓生莠竹Microstegium vegans 和東方烏毛蕨Blechnum orientale 等。

1.2 研究方法

1.2.1 典型樣地設(shè)置及調(diào)查內(nèi)容 在林地內(nèi)按照典型選樣原則，建立面積為 20 m×20 m 的樣地4 個(gè)，面積共1 600 m2,記錄標(biāo)準(zhǔn)地的坡位、坡向、海撥等信息，測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)地內(nèi)所有林木的樹高、胸徑及樣地內(nèi)保留密度，根據(jù)計(jì)算結(jié)果，每個(gè)樣地選取2 株標(biāo)準(zhǔn)木作為解析木，共選8 株，標(biāo)準(zhǔn)木要求無病蟲害、生長正常、不斷梢。樣地概況見表1。

1.2.2 生長規(guī)律測(cè)算 解析木伐倒前用羅盤儀標(biāo)記南北向，標(biāo)記解析木0 m，1.3 m 位置，伐倒解析木后，對(duì)胸徑以上按長度2.0 m 分段標(biāo)記3.3 m、5.3 m、7.3 m.......位置，標(biāo)記是枝頂，在每個(gè)標(biāo)記位置截取5 cm 厚圓盤，在每個(gè)圓盤上寫清解析木號(hào)和南北向、以及區(qū)分段號(hào)等信息。當(dāng)天將所有圓盤帶回實(shí)驗(yàn)室按照樹干解析方法（2 a 為一個(gè)齡階）、測(cè)樹學(xué)方法測(cè)定，每個(gè)圓盤對(duì)應(yīng)年輪直徑為圓盤南北向直徑和東西向直徑的平均值，計(jì)算分析木荷胸徑、樹高、材積、胸高形數(shù)、林木生長率等情況。其中根據(jù)繪制的樹高曲線得出各齡階樹高，利用區(qū)分段法求算各齡階去皮材積[15]。

1.2.3 生長模型擬合 為研究木荷人工林的生長規(guī)律，參照吳敏等[16]和林能慶等[17]的做法，采用常用的6 種經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛯?duì)木荷的胸徑、樹高和材積進(jìn)行回歸方程的擬合。6 種模型分別為威布爾、蘇瑪克、邏輯斯蒂、理查德、二次曲線和坎派茲。將樹干解析所得數(shù)據(jù)分別帶入6 個(gè)模型中，選擇決定系數(shù)最大、殘差平方和最小的模型為最優(yōu)生長模型。模型中D 為胸徑，H 為樹高，V 為材積，T 為林齡。本文采用Microsoft Excel 2003 和DPS數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

表1 木荷人工林樣地概況Tab.1 The plot situation of Schima superba plantation

2 結(jié)果與分析

2.1 木荷人工林生長過程

通過樹干解析方法，計(jì)算木荷人工林的生長過程，木荷人工林生長過程數(shù)據(jù)見表2。48 a 生木荷人工林平均胸徑20.68 cm,平均樹高23.54 m,平均材積為0.359 8 m3,胸徑年平均生長量為0.38 cm,樹高年平均生長量為0.49 m,材積（去皮）年平均生長量為0.006 1 m3，胸徑、樹高、材積生長與年齡基本呈正相關(guān)關(guān)系。

2.2 木荷人工林生長規(guī)律

2.2.1 胸徑生長規(guī)律 木荷胸徑生長過程見表2和圖1，48 a 生木荷人工林平均胸徑為20.68 cm。木荷胸徑平均生長量最大值出現(xiàn)在12 a 時(shí)，數(shù)值為0.54 cm，12 a 前隨著年齡的增加而增加且增長較快，12 a 后木荷胸徑隨著年齡的增加而逐漸變?。荒竞尚貜竭B年生長量最大值為6 a 的0.68 cm，6 a 前連年生長量隨著年齡的增加而增加且增長的幅度較為明顯，之后逐漸下降且波動(dòng)較大；平均生長量和連年生長量交匯于12～14 a，說明交匯點(diǎn)之前胸徑生長快速。48 a 生木荷胸徑總生長量隨著年齡的增加而增加。

2.2.2 樹高生長規(guī)律 木荷樹高生長過程見表2和圖2，48 a 生木荷人工林平均樹高為23.54 m。木荷樹高平均生長量最大值出現(xiàn)在14～16 a 時(shí)，數(shù)值為0.58 m，0～14 a 隨著年齡的增加而增加，16 a后隨著年齡的增加而逐漸減少；木荷樹高連年生長量最大值為4 a 時(shí)的0.66 m,之后緩慢下降；樹高平均生長量和連年生長量交匯于15～16 a，說明交匯點(diǎn)之前為木荷樹高迅速生長期。48 a 生木荷樹高總生長量隨著年齡的增加而增加。

表2 木荷人工林生長過程Tab.2 Growth process of Schima superba plantation

2.2.3 材積生長規(guī)律 由于在林木或林分生長過程中，材積連年生長曲線和平均生長曲線的交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的林齡在林業(yè)上叫做數(shù)量成熟齡，是確定合理采伐年齡的依據(jù)之一，在此之前，合理的間伐不僅可以促進(jìn)林木生長，提高出材量，也可以在經(jīng)營過程中獲得利潤[18]。木荷材積生長過程見表2 和圖3，48 a 生木荷人工林平均材積為0.359 8 m3。0～48 a 木荷總材積的累積和材積連年生長量、平均生長量均隨年齡的增長而呈線性遞增關(guān)系，且到48 a 連年生長量曲線和平均生長量曲線仍未相交，未到數(shù)量成熟齡，因此，對(duì)48 a生木荷人工林進(jìn)行適當(dāng)?shù)拈g伐，仍然可以促進(jìn)林分材積較快的生長。

圖1 廣西南寧木荷胸徑生長曲線Fig.1 Curve of DBH growth of Schima superba plantation in Nanning,Guxangxi

圖2 廣西南寧木荷樹高生長曲線Fig.2 Curve of tree height growth of Schima superba plantation in Nanning,Guxangxi

圖3 廣西南寧木荷材積生長曲線Fig.3 Curve of volume growth of Schima superba plantation in Nanning,Guxangxi

2.2.5 胸高形數(shù)規(guī)律 胸高形數(shù)能夠說明樹干的通直和完滿度。從表2 和圖5 可知，0～48 a 木荷胸高形數(shù)呈下降趨勢(shì)，且下降速度為先急速后緩慢。4～8 a 木荷胸高形數(shù)均高于0.69，顯示木荷干形很好，且0～48 a 胸高形數(shù)均保持在0.48 以上。

2.3 木荷生長模型擬合及檢驗(yàn)

圖4 廣西南寧木荷生長率曲線Fig.4 Curve of growth rate of Schima superba plantation in Nanning,Guxangxi

圖5 廣西南寧木荷胸高形數(shù)曲線Fig.5 Curve of breast height form factor of Schima superba plantation in Nanning,Guxangxi

表3 木荷胸徑、樹高和材積生長模型檢驗(yàn)Tab.3 DBH，tree height and volume growth model test of Schima superba plantation

表4 木荷生長模型誤差檢驗(yàn)Tab.4 Error test of growth model of Schima superba plantation

2.3.2 木荷生長模型檢驗(yàn) 以2 a 為一個(gè)齡級(jí)，進(jìn)一步檢驗(yàn)生長模型的可靠性，計(jì)算相應(yīng)的預(yù)測(cè)值，木荷胸徑、樹高、材積的實(shí)測(cè)值和預(yù)測(cè)值數(shù)值詳見表3，生長模型誤差檢驗(yàn)詳見表4。從表3、表4 可以看出，木荷胸徑、樹高和材積的實(shí)測(cè)值和預(yù)測(cè)值總體上非常相近，平均相對(duì)誤差和相對(duì)總誤差均很小，均在2.74%以下，實(shí)踐中可用相應(yīng)模型預(yù)測(cè)木荷各階段的生長值。

3 結(jié)論與討論

48 a 生木荷人工林平均胸徑、樹高和材積分 別 為20.68 cm，23.54 m 和0.359 8 m3。 相 比梁建平等[19]研究的廣西南寧46 a 生降香黃檀Dalbergia odorifera 人工林平均胸徑、樹高、材積分別為21.6 cm、18.7 m、0.401 9 m3，48 a 生木荷平均胸徑、平均材積均低于46 a 生降香黃檀，但48 a 生木荷平均樹高則大于46 a 生降香黃檀，高生長比46 a 降香黃檀多出25.9%。這與48 a 生木荷人工林管理較為粗放，未進(jìn)行撫育間伐而導(dǎo)致林木郁閉度偏高，出現(xiàn)樹高生長明顯，胸徑生長較慢的現(xiàn)象。在營林生產(chǎn)過程中，應(yīng)適當(dāng)加強(qiáng)撫育間伐的管理，以增加林木胸徑增長和材積增長，達(dá)到提高經(jīng)濟(jì)效益的目的。

48 a 生木荷人工林平均生長量和連年生長量相交于12～14 a，說明12～14 a 之前為胸徑快速生長階段，應(yīng)在這一階段加強(qiáng)水肥管理和適當(dāng)間伐，以促進(jìn)林木胸徑的生長。48 a 生木荷人工林樹高平均生長量和連年生長量相交于15～16 a，說明交匯點(diǎn)之前為木荷樹高迅速生長期。48 a 生木荷材積連年生長量曲線和平均生長量曲線仍未相交，表明48 a 生木荷人工林未達(dá)到數(shù)量成熟齡，還可以繼續(xù)通過間伐促進(jìn)林分生長。

48 a 生木荷胸高形數(shù)最低值為48 a 的0.485，相比高于呂曼芳等[20]研究的36 a 生頂果木Acrocarpus fraxinifolius 胸高形數(shù)0.47，鐘連香等[21]研究的33 a 生廣東瓊楠Beilschmiedia fordii胸高形數(shù)0.44，說明48 a 生木荷干形通直，完滿度較好，出材率高。

通過建立木荷胸徑、樹高和材積與林齡最優(yōu)回歸方程并進(jìn)行生長模型誤差檢驗(yàn)，在實(shí)踐中可用相應(yīng)模型預(yù)測(cè)木荷各階段的生長值。