黃果厚殼桂人工林天然更新幼樹(苗)高度與地徑關(guān)系模型

張振林，李明蔓，米 偉，鄧祥勝，陳 壽，何 鵬，程 飛

(1.廣西壯族自治區(qū)南寧良鳳江國家森林公園，南寧 530031；2.廣西大學林學院，南寧 530004)

黃果厚殼桂(Cryptocaryaconcinna)是樟科厚殼桂屬喬木，主要分布于中國廣東、廣西、江西及臺灣等省區(qū)。常生于海拔600 m以下谷地或緩坡常綠闊葉林中。木材紋理交錯，結(jié)構(gòu)細致而均勻，材質(zhì)硬且韌，易于加工，不易折裂，耐水濕，但稍易患蟲蛀，材色鮮明，呈淡灰棕色，縱切面具光澤，頗雅致，可作家具和建筑用材[1]。迄今，黃果厚殼桂研究主要集中在天然林種群動態(tài)[2-4]、群落特征[5]、幼苗更新[6-7]、生物量[8-10]、殘體分解[11-12]、養(yǎng)分特征[13-15]、苗木生長[16-18]、遺傳多樣性[19]和木材材性[1,20-21]等方面。為揭示黃果厚殼桂人工林林下更新層生存狀況、生長規(guī)律并預(yù)測其發(fā)展趨勢，給黃果厚殼桂林地保護管理、恢復更新和人工林栽培提供理論依據(jù)，我們對南寧良鳳江國家森林公園黃果厚殼桂人工林林下更新層幼苗、幼樹的高度級與徑級結(jié)構(gòu)及其相互關(guān)系模型進行了研究。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

本研究區(qū)位于廣西壯族自治區(qū)南寧良鳳江國家森林公園內(nèi)。南寧市位于北回歸線南側(cè)，屬濕潤亞熱帶季風氣候，陽光充足，雨量充沛，霜少無雪，氣候溫和，夏長冬短，年平均氣溫21.6 ℃，極端最高氣溫40.4 ℃，年均降水量1 304.2 mm，平均相對濕度為79%，氣候特點是炎熱潮濕。夏季潮濕，冬季稍顯干燥，干濕季節(jié)分明。春秋兩季氣候溫和，夏季降水量集中。

1.2 數(shù)據(jù)收集和分析

2020年8月對良鳳江國家森林公園內(nèi)黃果厚殼桂人工林下樹高大于0.3 m、胸徑小于5 cm的天然更新幼苗、幼樹樹高和地徑進行測量，共測定記錄315株；用MS Excel軟件進行數(shù)據(jù)整理與分析。

采用上限排外法劃分幼苗、幼樹的高度級和徑級。高度級，樹高0.3～1.0 m(不包括1.0 m)為第I高度級，此后每增高1 m為一高度級，1.0～2.0 m(不包括2.0 m)為第II高度級，依次類推，≥7.0 m為第VIII高度級。徑級，0.15～0.55 cm(不包括0.55 cm)為第I徑級，此后每增加0.5 cm為一徑級，0.55～1.10 cm(不包括1.10 cm)為第II徑級，依次類推，大于等于3.1 cm為第VII徑級。用Spss繪制高度級和徑級條形圖。

將每個徑級內(nèi)樹高小于(平均值-2×標準差)以及大于(平均值+2×標準差)的異常觀察值剔除后，獲得290個有效觀測值，并用11種模型進行地徑—樹高擬合，根據(jù)樣本觀察值散點疊加擬合模型曲線圖判斷，初步篩選得到幾個較優(yōu)模型。

對通過曲線估計分析獲得的模型方程參數(shù)和回歸方程的可靠性進行T檢驗，利用方差分析Sig、決定系數(shù)R2、剩余離差平方和RMSE、平均絕對誤差A(yù)MR對各模型進行優(yōu)劣檢驗，以RMSE和AMR較小、R2較高的模型為最優(yōu)模型。評價指標計算公式如下：

2 結(jié)果分析

2.1 黃果厚殼桂幼苗和幼樹徑級和高度級分布

黃果厚殼桂人工林林下不同徑級幼苗、幼樹的株數(shù)不同，其中徑級0.55～1.10 cm(II級)占比最高，為總數(shù)的45.40%(143株)，徑級1.10～1.60 cm(III級)、0.15～0.55 cm(I級)、1.60～2.10 cm(IV級)的株數(shù)依次占總數(shù)的19.05%、18.10%和11.43%，徑級>3.10 cm(VII級)占比最小，只有0.63%(圖1)。

黃果厚殼桂人工林林下不同高度級幼苗、幼樹的株數(shù)也不同，其中高度 < 1.00 m的I級株數(shù)占比最高(40.3%，127株)，其次為高度1.0～2.0 m的II級(34.6%)，其它高度級的株數(shù)占株數(shù)25.1%，高度 > 7.00 m的VIII級株數(shù)占比最小(0.32%)，僅1株(圖1)。

圖1 黃果厚殼桂人工林下幼苗、幼樹徑級與高度級分布

2.2 黃果厚殼桂幼苗和幼樹樹高—地徑相關(guān)模型擬合

以地徑為橫坐標，樹高為縱坐標繪制散點圖，用11中常見模型對黃果厚殼桂幼苗、幼樹的地徑、樹高關(guān)系進行模擬的結(jié)果為，其中4種(表1)回歸模型的樹高—地徑擬合曲線與觀測值吻合較好(表2)，各模型的參數(shù)均具有顯著統(tǒng)計學意義，即較好地反映了黃果厚殼桂幼苗、幼樹生長中地徑與樹高的關(guān)系(圖2)。然而不同模型所指示的含義有所不同，線性模型顯示黃果厚殼桂幼苗、幼樹的地徑與樹高呈現(xiàn)直線相關(guān)；二次模型顯示在地徑達到1.00 cm前樹高隨地徑增長較慢，而地徑在1.00 cm后，樹高隨地徑增長加快；三次模型顯示隨著黃果厚殼桂幼苗、幼樹地徑的增大，高生長呈現(xiàn)“”型，即地徑在0～1.00 cm時，樹高增長較慢，在地徑1.00～3.00 cm時，樹高增長較快，爾后樹高生長再次放緩；冪模型則顯示樹高隨地徑增長緩慢于其它模型。

表2 黃果厚殼桂林幼苗、幼樹樹高—胸徑相關(guān)模型參數(shù)

圖2 四種回歸模型擬合曲線

F檢驗進一步顯示4個模型的Sig.均小于0.001，表明各曲線擬合結(jié)果均達到極顯著水平，所有候選模型的決定系數(shù)R2均高于0.800，表明各模型均能指示出樹高和地徑所具有的很強相關(guān)性。4個模型中以三次模型的R2最高，達到0.845，說明其擬合程度好，模型可靠；其次是二次模型，R2達到0.839；冪模型和線性模型的R2均較低，分別為0.818和0.813，表示模型擬合程度相對較差(表3)。

RMSE也顯示出了相同結(jié)果(表3)。三次模型的RMSE最低，達到1.400，表明回歸模型擬合程度高；其次是二次模型，其RMSE為1.403；而冪模型和線性模型的RMSE均較高，分別達到1.423和1.432，指示出較差的擬合情況。然而，MAE以線性模型最低(0.879)，其次是二次模型和三次模型，MAE最高是冪模型。

表3 黃果厚殼桂人工林幼苗和幼樹樹高—胸徑相關(guān)模型擬合評價

總體來看，四個模型中，三次模型R2最高、RMSE最小，是本研究最優(yōu)模型，故黃果厚殼桂幼苗、幼樹樹高與胸徑的最佳相關(guān)模型為三次模型，其模型形式為：H=0.073+0.821D-0.125D2+0.009D3。

3 討論

本研究盡管未對黃果厚殼桂人工林幼苗、幼樹進行年齡結(jié)構(gòu)分析，但對其高度級和徑級研究發(fā)現(xiàn)，分布第I和第II徑級株數(shù)占總株數(shù)60%以上，這與第I和第II高度級個體數(shù)量可達總數(shù)70%以上的高度級的分布相一致。表明黃果厚殼桂人工林更新層主要是由地徑小、樹高相對較低、近期更新起來的年輕個體所組成，大齡個體數(shù)量相對較少，整體呈現(xiàn)金字塔型，與周先葉等在廣東黑石頂發(fā)現(xiàn)的黃果厚殼桂幼苗以低齡幼苗(2齡和3齡)占優(yōu)勢結(jié)論[7]一致。黃果厚殼桂人工林中胸徑大于5 cm的個體所占比例很小，且由于樹高、地徑和年齡之間的正相關(guān)關(guān)系，可以推測本研究對象黃果厚殼桂種群是一個迅速增長的種群，具有很強的更新能力，較高的幼苗密度可以在未來相當長的時間內(nèi)使種群保持較高的穩(wěn)定性[18]。

樹高與胸徑(地徑)都是衡量林木生長好壞的兩個非常重要的因子，通過測定林木樹高和胸徑(地徑)指標能夠直觀表征不同樹種在某地區(qū)的生長狀況和適合程度。通過建立樹高和胸徑(地徑)之間的聯(lián)系，有助于深入認識不同樹種的生物學特性[22]。由于樹高與胸徑(地徑)之間存在密切的相關(guān)關(guān)系，建立適宜模型是準確探討樹高—胸徑(地徑)關(guān)系的重要手段。本研究分析篩選出了4個與數(shù)據(jù)擬合較好的曲線模型，并再通過一系列比較分析后得到三次模型為該人工林更新層的最佳樹高—地徑模型。三次模型顯示黃果厚殼桂幼苗、幼樹高生長隨著胸徑變化表現(xiàn)出 “S”型，即前期樹高增長較慢，爾后樹高增長稍快，然后再次生長放緩。溫達志等發(fā)現(xiàn)黃果厚殼桂2～3 a生樹苗無論在全自然光還是在弱光下均能較好地存活，而全光下的黃果厚殼桂樹苗的地徑和樹高生長大于遮光下的樹苗[23]。因此，推測其“S”的生長表現(xiàn)可能與林下遮蔭情況有關(guān)，更新層中較大個體發(fā)育需要較充足的光照，而人工林下高強度的遮蔭可能在一定程度上抑制了其生長，甚至造成個體死亡。

以往的研究已表明：不同樹種的最佳樹高-胸徑曲線模型有所不同[24-28]，同一樹種不同地點其擬合的最佳模型也有所差異[29]。這些差異可能源于林木的內(nèi)在因素，如種源和年齡，也可能源于所處環(huán)境條件，但無論什么原因造成的差異，對于類似黃果厚殼桂這種有開發(fā)潛力的物種，對其進行有針對性的建模和分析均有助于發(fā)現(xiàn)其在特定區(qū)域的生長特點。本研究是對廣西南寧良鳳江國家森林公園內(nèi)黃果厚殼桂人工林天然更新幼苗和幼樹生長的分析結(jié)果，今后還需對廣西其他分布地點的黃果厚殼桂種群開展調(diào)查，以進一步掌握黃果厚殼桂的人工和天然種群分布及生長特點，從而為深入了解黃果厚殼桂的種群及群落特征、更新機制提供參考，對于制定該樹種的保護、繁育、推廣具有重要意義。