廣西35年生大花序桉人工林生長規(guī)律研究

邱炳發(fā)，鐘連香，熊 濤，秦武明，覃漢夫

(1. 廣西國有東門林場，廣西 扶綏 532108；2. 廣西大學林學院，廣西 南寧 530004)

大花序桉(Eucalyptuscloeziana)，原名昆士蘭桉[1]，為桃金娘科桉屬(Eucalyptus)常綠喬木，原產于澳洲。其樹形高大筆直，樹高可達50 m以上，木材質地堅硬，比肩國內優(yōu)良珍貴樹種，是制作家具的優(yōu)良木材，被稱為“澳洲大花梨”[2-3]。桉樹作為速生樹種，在我國南方地區(qū)大面積種植，其普遍采用短周期經營方式，一般從造林至采伐只需5～6 a時間[4]。桉樹的短周期經營在中國木材戰(zhàn)略儲備中貢獻突出，經濟效益顯著，但短周期、單一樹種經營也會面臨嚴峻的生態(tài)問題和社會問題[5-6]，如林地土壤肥力下降、生物多樣性降低、入侵種泛濫等[7-8]。大花序桉不僅生長快速，且木材堅硬，目前已被廣西列入珍貴樹種名錄，應用前景廣闊。

廣西國有東門林場自1983年開始引入大花序桉，分別于1983年和1989年引進了3個和11個種源，不僅保存了豐富的大花序桉種源，同時開展了大量的引種栽培試驗[9]。總結國內外對大花序桉的研究，見諸報道的主要集中在引種試驗[10]、木材材性[11]和抗性[12-13]等方面，且研究對象多為生長年限較短的大花序桉[14-15]。樹干解析法是當前林木生長規(guī)律研究的主要方法，普遍用于麻櫟(Quercusacutissima)林分[16]、西南樺(Betulaalnoides)林分[17]、江南油杉(Keteleeriafortunei)林分[18]等各類林分生長規(guī)律分析。樹干解析結果能準確地反映樹木生長規(guī)律，為人工林經營提供科學依據。因此，系統地研究大花序桉生長規(guī)律以及林分徑級和樹高分布狀況，探究其作為培育大中徑材的發(fā)展?jié)摿Γ瑢Υ蠡ㄐ蜩袢斯ぴ耘嗑哂兄匾獏⒖純r值。

1 試驗地概況

研究地點位于廣西崇左市扶綏縣國有東門林場，研究對象為35年生大花序桉人工林，地理位置為北緯22°17′～22°30′，東經107°14′～108°00′。試驗區(qū)屬亞熱帶大陸性季風氣候，光照充足，年日照時間為1 634～1 719 h，年均溫22 ℃左右，降雨充沛。試驗地以低丘為主，海拔100～300 m，坡度一般為5°～10°，土壤為赤紅壤，土層厚度>100 cm。林下以山菅蘭(Dianellaensifolia)、桃金娘(Rhodomyrtustomentosa)、野牡丹(Melastomacandidum)、余甘子(Phyllanthusemblica)、三叉苦(Euodialepta)、大青(Clerodendrumcyrtophyllum)、白茅(Imperatacylindrica)、山礬(Sym-plocossumuntia)等植被為主。

2 研究方法

2.1 樣地設置與調查

本研究于2018年7月在廣西國有東門林場雷卡分場進行，試驗研究對象為35年生大花序桉人工林。試驗設置標準樣地3塊，規(guī)格為20 m×30 m，共計1 800 m2。通過對3塊標準樣地所有林木進行每木檢尺，得出林木的樹高、胸徑、枝下高等生長指標，同時記錄樣地的海拔、坡向、坡位、林下植被分布狀況等信息。

2.2 解析木測定與生長模型的擬合

根據樣方調查結果選擇1株平均木作為解析木，標準解析木共3株。在標準木上標明南北向和胸徑位置，將標準木進行機械伐倒后在整株樹干上標明北向，分別在0 m、1.3 m以及3.6 m處截取圓盤，其中0 m處圓盤標記為0號圓盤，1.3 m處圓盤標記為1號圓盤，3.6 m處圓盤標記為2號圓盤；3.6 m后按照2 m一個區(qū)分段截取圓盤直至梢頂。圓盤截取完成后用保鮮膜將圓盤包住，帶回實驗室后將圓盤工作面刨光，判定各個圓盤的年輪，同時以2 a為一個齡階劃分并測量圓盤各齡階的東西方向和南北方向的直徑。根據繪制的樹高曲線推算出各齡階樹高，同時利用區(qū)分段法求算各齡階去皮材積。對解析木的樹高、胸徑和材積與林齡的回歸方程采用較為常用的經驗模型進行擬合，主要經驗方程為邏輯斯蒂模型(Logstic)、二次曲線模型、理查德模型(Richards)、威布爾模型、蘇瑪克模型(Schumacher)及坎派茲模型(Compertz)這6種常用的經驗模型，經驗方程為：

(2)二次曲線模型：Y=A+BT+CT2

(3)理查德模型：Y=A(1-e-BT)C

(4)Korf：Y=Ae-BT-c

(6)坎派茲模型：Y=Ae-Be-CT

以上模型中，Y分別為樹高、胸徑、材積，T為林齡，A、B、C為隨機參數。

2.3 數據處理

采用Excel 2016軟件進行數據整理及圖標制作，林木材積采用區(qū)分段平均斷面積法計算，用SPSS 20.0數據處理軟件擬合樹高、胸徑和單株材積與林齡的生長數學模型。

3 結果分析

3.1 大花序桉人工林胸徑、樹高分布結構

根據林分調查數據繪制大花序桉人工林胸徑—株數和樹高—株數分布結構圖(圖1，圖2)。

圖1 大花序桉人工林胸徑—株數分布結構Fig.1 DBH distribution of Eucalyptus cloeziana plantation

圖2 大花序按人工林樹高—株數分布結構Fig.2 Tree height distribution of Eucalyptus cloeziana plantation

由圖1結果顯示，35年生大花序桉人工林胸徑分布基本呈正態(tài)分布。胸徑分布主要集中在34～38 cm區(qū)間，占比達36.05%；18～32 cm區(qū)間的林木占比達32.56%；胸徑32 cm以上林木占整個林分的74.42%，表明35年生大花序桉人工林胸徑較大的植株分布較多，利于培育大徑材。

由圖2結果顯示，35年生大花序桉人工林的樹高總體分布以30～38 m居多，占林分的74.42%，其中32 m和34 m高的林木占比最大，達37.21%；樹高30 m以上的林木占比達84.88%。林分中林木分化不顯著，生長過快和過慢的林木占比較小，符合人工林生長的基本規(guī)律，說明大花序桉人工林密度設置趨于合理狀態(tài)。

3.2 大花序桉人工林生長規(guī)律

3.2.1胸徑生長規(guī)律

經樹干解析，35年生大花序桉胸徑生長過程見圖3，胸徑總生長量呈現逐年上升趨勢，在樹齡達35 a時，大花序桉胸徑總生長量為36.20 cm。平均生長量隨樹齡的增加先增加后緩慢下降，樹齡為4 a時達到峰值1.63 cm；隨后平均生長量緩慢降低，至35 a時，平均生長量為0.94 cm。連年生長量隨樹齡的增加在4 a時達到峰值，為1.75 cm，然后整體呈現下降趨勢，從6 a開始，連年生長量始終低于平均生長量。相比平均生長量，連年生長量的波動較大，在樹齡達到35 a時，連年生長量僅為0.50 cm。整體來看，胸徑總生長量呈逐年遞增趨勢，而平均生長量和連年生長量在樹木生長前期高于生長后期。因此，在林木栽培初期應加強管護，保證水肥供應充足，以保證林木的快速生長。

圖3 大花序桉胸徑生長曲線Fig.3 DBH growth curve of Eucalyptus cloeziana

3.2.2 樹高生長規(guī)律

樹干解析結果，隨樹齡的增加，大花序桉樹高總生長量、平均生長量和連年生長量變化規(guī)律不一(圖4)。從樹高總生長量看，整體呈現逐年遞增的趨勢，樹木生長達到35 a時，樹高總生長量為33.8 m。樹高平均生長量隨樹齡的增加先增加后趨于穩(wěn)定，至樹齡達到35 a時，樹高平均生長量為0.85 m。樹高連年生長量在35年生長周期中上下波動，在35年生長周期中出現4個峰值，分別為第6年的1.35 m、第16年的1.20 m、第26年的0.85 m和第30年的0.85 m；樹木生長至35 a時，樹高連年生長量降低至0.62 m。樹高連年生長量相比平均生長量波動更大，且與平均生長量在10～28年間出現5次相交。從樹高總生長量、平均生長量和連年生長量指標看，在樹木生長的0～16年為速生期，在此期間應適當增加施肥，以促進林木生長。

圖4 大花序桉樹高生長曲線Fig.4 Height growth curve of Eucalyptus cloeziana

3.2.3 材積生長規(guī)律

35年生大花序桉人工林材積生長規(guī)律如圖5所示，大花序桉的材積總生長量隨樹齡的增加而遞增，至35 a時材積生長量達1.058 76 m3。材積平均生長量隨樹齡的增加而增加，在0～28年生長周期中材積平均生長量增加的幅度較大，28年后平均生長量相對平穩(wěn)，保持在0.029 m3左右。隨樹齡的增加，材積的連年生長量上下波動，在22年時材積連年生長量達到最大值，為0.052 77 m3；36年后材積生長量急劇下降，至35年時材積連年生長量僅為0.023 41 m3。材積連年生長量較平均生長量波動大，并在32年時相交，說明大花序桉人工林材積生長成熟期為32 a，此時林分達到主伐年齡，可進行采伐。

圖5 大花序桉材積生長曲線Fig.5 Volume growth curve of Eucalyptus cloeziana

3.2.4胸高形數

作為樹干完滿度的重要指標，樹木的胸高形數反映出樹干性狀的變化趨勢。形數的大小可以反映樹干粗度變化快慢。35年生大花序桉胸高形數變化曲線如圖6所示。

圖6 大花序桉胸高形數變化規(guī)律Fig.6 Form factor curve of Eucalyptus cloeziana

從圖6可以看出，35年生大花序桉的胸高形數整體呈下降趨勢，并逐漸趨于穩(wěn)定。大花序桉胸高形數在前兩年達到3.5以上，從第6年開始胸高形數保持在0.45左右，表明大花序桉干形很通直，具有較好的完滿度。

3.2.5生長模型擬合

以2 a為一個齡級，建立樹高、胸徑和單株材積與林齡的回歸方程，回歸方程最優(yōu)模型按照相關決定系數R2最高、殘差平方和最小的最優(yōu)曲線擬合原則。如表1所示，大花序桉的樹高與林齡最優(yōu)回歸方程為蘇馬克模型，擬合精度為0.999 2，殘差平方和為2.699 3；胸徑與林齡的最優(yōu)模型為二次曲線，擬合精度R2為0.998 8，殘差平方和為1.686 0；單株材積的最優(yōu)模型是蘇馬克模型，擬合相關系數R2達0.997 7，殘差平方和僅為0.139 0。3個測樹因子與樹齡間的擬合模型相關指數均達到0.99以上，擬合的模型效果較理想，能夠很好地反映林木生長狀況，該結果可以很好地表達大花序桉人工林分生長規(guī)律。

表1 大花序桉樹高、胸徑和材積最優(yōu)生長模型Tab.1 Optimal growth model of height, DBH and volume of Eucalyptus cloeziana

3 結論

35年生大花序桉人工林胸徑、樹高和材積的生長量分別為36.2 cm、33.8 m、1.058 76 m3，較常用鄉(xiāng)土造林樹種36年生黃果厚殼桂(Cryptocaryaconcinna)[19](胸徑18.4 cm，樹高17.5 cm，材積0.180 m3)生長快。與36年生頂果木(Acrocarpusfraxinifoliust)[20](平均材積1.512 8 m3)相比，大花序桉的材積生長較為緩慢。因此，在大花序桉人工林栽培過程中，應適當加強撫育間伐管理和速生改良，使其在人工林培育中獲得更大的競爭力，以增加林木胸徑增長和材積增長，達到提高經濟效益的目的。胸高形數作為樹干完滿度的重要指標，反映樹干粗度變化的快慢。莫繼有[21]等在探究廣西地區(qū)29年生大花序桉人工林胸高形數時發(fā)現，29年生大花序桉人工林胸高形數為0.45左右，研究中發(fā)現，35年生大花序桉的胸高形數達0.45左右，表明大花序桉完滿度良好。從林分胸徑和樹高分布結果可知，林分胸徑和樹高基本呈正態(tài)分布，說明林分分化不嚴重，結構合理，同時胸徑、樹高較大的植株分布較多，具有培育大中徑材的潛力。通過建立大花序桉胸徑、樹高、材積3個樹木生長指標與林齡最優(yōu)回歸方程可知，各回歸方程的擬合相關系數均達到0.99以上，在實踐中可用相應模型預測大花序桉各階段的生長值。