张东北,刘彬彬,张丽珍,吴小林,吴 强,叶 青
浙江庆元天然林中笔罗子生长量的测定与分析
张东北1,刘彬彬2,张丽珍1,吴小林1,吴 强3,叶 青1
(1. 浙江省庆元县实验林场,浙江 庆元 323800;2. 中国科学院植物研究所 系统与进化植物学国家重点实验室,北京 海淀 100093;3. 浙江省庆元县永青国有林场,浙江 庆元 323800)
对浙江庆元天然林中45年生笔罗子的树高、胸径和材积3个树干解析数据进行分析,研究其生长规律。结果表明:(1)笔罗子树高的生长受环境条件的影响很大,在生长期内不稳定;胸径和材积的高速生长期集中在26 a以后,因此前26 a为最佳抚育期。(2)材积的连年生长曲线和平均生长曲线在生长期内并没有相交,因此不能确定笔罗子的数量成熟龄。(3)利用IBM SPSS Statistics 19.0对年龄与树高、胸径和材积进行拟合计算,3个拟合的数学模型都具有较高的精度,能较好的反映笔罗子的生长规律。
笔罗子;天然林;生长规律;模型
笔罗子,为清风藤科Sabiaceae泡花树属常绿小乔木,分布于云南南部、广西、贵州、湖北西南部、湖南、广东、福建、江西、浙江以及台湾等地,日本也有分布[1]。浙江省主要分布于仙霞岭至四明山一线的东南地区,浙西北和浙东北地区少有分布,生长于海拔1 500 m以下山坡谷地以及滨海和岛屿上的常绿阔叶林中。木材淡红色,坚硬,适宜制农具柄和薪炭用,树皮含鞣质16%,叶含鞣质5.7%,可提取栲胶,种子油可制肥皂[2]。笔罗子的树干通直,树形优美,具有较高的观赏价值,用作行道树、庭院树,具有极高的开发前景。
目前,对笔罗子的研究甚少,仅林传文[3]在福建青冈林主要种群生态位的研究中略有涉及,认为笔罗子为狭生态位树种,曹文等[4]在笔罗子木材物理学性质的研究中指出笔罗子木材干缩性较小,软硬适中,具有一定的冲韧性,是比较适合加工利用的树种。关于笔罗子的其他研究均未出现,所以作为具有重要生态、工业和园林应用价值的笔罗子拥有极大的研究空间。林木的生长发育受遗传因子和立地环境的影响很大,因此,分析和研究树木及其生长因子的变化规律,对指导森林经营工作具有重要意义[5]。本研究通过对笔罗子天然林生长规律的研究分析,旨在为以后笔罗子用于人工造林和园林推广提供科学参考。
研究地点位于浙江省庆元县松源镇镜山,119°03′59.1″ E,27°37′47.0″ N,地处中亚热带与南亚热带交汇带附近[6],从地理位置上看,该试验地为浙江、福建和江西的三省交界地,属亚热带季风气候,温暖湿润,冬暖夏凉,四季分明,最热月7月平均气温26.9℃,最冷月1月6.7℃,年平均气温为17.4℃,≥10℃年积温在5 500℃以上,年降水量为1 777.9 mm。年平均无霜期为250 d左右,相对湿度为80%左右,光热资源充足。地貌以丘陵山区为主,海拔380 ~ 468 m。林区内山地起伏,山峦重叠,小气候复杂多样。
在笔罗子为优势树种的天然林常绿阔叶林中沿自然坡面设30 m×30 m随机样方3个,按照常规群落学方法进行样方调查。调查结果显示,乔木层树种主要为笔罗子,青冈,毛锥以及枫香树4个树种,密度为1 820株·hm-2,平均胸径为14.8 cm,其中笔罗子的重要值达到34.6%。林下植被主要为乌药,长圆叶鼠刺s,锈毛莓,毛冬青,毛柄连蕊茶,香花崖豆藤,流苏子,狗脊等。
在样地内选择通直度、圆满度、尖削度都较高且生长正常的平均木1株进行树干解析。伐倒前,先确定其根颈和胸径位置,并标注南北向。伐倒后,用皮尺量取树高,在树干根茎0 m和胸径1.3 m处截一圆盘,其他圆盘按照1 m为一区分段截取圆盘,圆盘厚度约5 cm,在非工作面标明南北向、解析木号和断面高度。圆盘带回实验室后以1 a为一个龄阶查数年轮,在各圆盘东西和南北两向线上用大头针标定各年轮线位置,并用直尺分别量取各年轮直径及最后期间的去皮和带皮直径,平均后为该圆盘每个年轮的直径。
采用Excel 2007进行数据处理,用SigmaPlot 10.0绘制各测树因子与生长量的图表。用IBM SPSS Statistics 19.0三次多项式(Cubic)对年龄与树高、胸径和材积进行拟合计算,以残差平方和最小、相关指数最大为最优原则确定最优模型。IBM SPSS Statistics 19.0三次多项式如下:
y = a0+ a1+ a22+ a33
式中,y分别代表树高、胸径和材积,表示龄阶;a0,a1,a2,a3分别代表方程参数。
3.1.1 树高生长过程分析 由树干解析数据绘制笔罗子树高与年龄的生长曲线(图1)。由图1可知,树高的总生长量随年龄的增加而增大,45年生时树高达到12.88 m。在1 ~ 45 a的生长期内笔罗子的连年生长曲线波动较大,符合多峰态曲线分布[9],其峰值出现在第32年左右,达到0.54 m·a-1,前8 a的连年生长量较大,保持在0.28 ~ 0.44 m·a-1,之后开始下降,在第14年时降到最低值0.12 m·a-1,这可能是因为在笔罗子的生长早期,林分尚未郁闭,且对养分的竞争相对较低,为林木的生长提供了有力的环境,随着林分的郁闭度越来越大,以及水热等条件的不足,竞争日趋激烈,使树高的生长速度开始放缓,并呈现下降趋势,26年生以后,由于林分的自然稀疏,在一定程度上改善了活立木的生长环境,出现了一次生长高峰期。笔罗子的平均生长量在前14 a一直处于下降状态,之后趋于平缓,波动在0.27 ~ 0.30 m·a-1。笔罗子的连年生长曲线和平均生长曲线在生长期内出现多次相交,但并不集中,由此可看出,笔罗子的整个生长过程均不稳定,其生长受环境的影响很大。
图1 笔罗子树高生长过程
Figure 1 Height growth of
3.1.2 胸径生长过程分析 由树干解析数据绘制笔罗子胸径与年龄的生长曲线(图2)。由图2可知,胸径的总生长量与年龄呈正相关,45年生的笔罗子带皮胸径达到15.35 cm,去皮胸径达到14.35 cm。1 ~ 45年生的生长期内笔罗子胸径的连年生长量虽有些波动,但整体呈增长趋势,其中前14 a一直处于<0.25 cm·a-1的低速生长状态,之后在第16年前后出现一个小高峰,达到0.35 cm·a-1,随后开始下降,降至连年生长量的最低值0.2 cm·a-1,之后出现高速增长,至第28年达到最大值0.525 cm·a-1,之后开始在波动中增长,但没有下降的趋势。由此可看出,笔罗子的胸径生长还有很大的潜力,林分有待进一步挖掘。笔罗子的平均生长量在生长期内一直以较平缓的趋势增长,在第45年达到最大值0.32 cm·a-1。笔罗子的连年生长曲线和平均生长曲线并未出现任何交点,连年生长量始终大于平均生长量,说明其生长还有很大的空间。
图2 笔罗子胸径生长过程
Figure 2 DBH growth of
图3 笔罗子材积生长过程
Figure 3 Volume growth of
3.1.3 材积生长过程分析 由笔罗子的材积与年龄的生长曲线(图3)可知,材积的总生长量、连年生长量和平均生长量均随年龄的增加而增长,45年生笔罗子材积总生长量达到0.13 m3。材积的连年生长量从20年生时开始增幅较大,至44年生左右达到最高峰0.011 7 m3·a-1。从平均生长曲线上来看,笔罗子材积的年平均生长量在前24 a均维持在较低水平,之后呈增长趋势,45年生时达到最大值0.003 0 m3·a-1。材积的连年生长曲线和平均生长曲线始终未出现相交,说明材积的生长并未达到数量成熟龄,还有上升的空间[8]。
拟合结果(表1)表明,3个生长模型的相关系数均在0.9以上,而且材积生长模型的残差平方和为0,由此可知,3个测树因子的拟合方程具有很高的精确度,效果十分理想,可用于对45年生笔罗子生长规律的预测。
表1 笔罗子数学模型拟合结果
为了进一步验证笔罗子生长模型的准确性,将各测树因子的实测值与预测值列表进行对比分析(表2)。由表2可知,预测值与实测值之间的残差都很小,即预测值非常接近实测值,说明所拟合的参数方程能较好的反映笔罗子的生长规律,可为以后的造林生产提供科学参考。
表2 笔罗子测树因子生长模型预测值与实测值对比
庆元天然林中45年生笔罗子平均木的树高、胸径、材积总生长量分别达到了12.88 m,14.35 cm,0.134 785 m3。影响树木生长的因子很多,其中最主要的是树木的年龄、环境条件和人为经营措施[11]。研究表明笔罗子树高的生长受环境条件的影响很大,在整个生长期内较不稳定;胸径和材积的生长主要集中在26 a以后,后期为笔罗子生长的速生时期。掌握林木的生长规律对于确定间伐抚育期,提高造林的经济效益等具有很强的指导意义,林木在生长期内对水、肥、热等条件要求相对较高[12],在此期间应重视对林分的管理,从笔罗子的生长规律来看,在前期适当进行施肥抚育是十分必要的,以满足其在后期高生长所需的营养。
从材积生长曲线上可得出,45年生笔罗子还没有达到其数量成熟龄,并不能确定砍伐期,笔罗子的合理采伐年龄有待进一步探讨。
根据树干解析数据建立的年龄与树高、胸径和材积的生长模型都较理想,具有较高的精度,但是该模型仅适用于具有相同立地和气候条件的≤45年生笔罗子的生长预测,对于是否可应用于其他地区域>45年生笔罗子生长规律预测有待进一步探讨。该模型可为浙西南地区≤45年生笔罗子以后的造林生产提供参考或指导。
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Measurement of Increment and Analysis ofat Natural Forest in Qingyuan
ZHANG Dong-bei1,LIU Bin-bin2,ZHANG Li-zhen1,WU Xiao-lin1,WU Qiang3,YE Qing1
(1. Qingyuan Experimental Forest Farm of Zhejiang, Qingquan 323800, China; 2. State Key Laboratory of Systematic & Evolutionary Botany, Institute of Botany, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100093, China; 3. Qingyuan Yongqing State-owned Forest Farm of Zhejiang, Qingyuan 323800, China)
Stem analysis of 45-yearwas conducted in terms of height, DBH and volume from a natural forest in Qingyuan, Zhejiang province. The results showed that height growth was greatly influenced by the habitat, fast-growing period of DHB and volume was after 26 years of growth, indicating that it was the best period of tending from 0-26 years. The current and mean annual increment curve of volume had no intersection during growth period, therefore, age of quantitative maturity could not be identified. Fitting calculation by IBM SPSS Statistics 19.0 on age with height, DBH and volume demonstrated that mathematical models had a good fitting accuracy.
; natural forest; growth; model
10.3969/j.issn.1001-3776.2018.03.006
S758.1
A
1001-3776(2018)03-0036-05
2017-10-23;
2018-03-09
中央财政林业科技推广示范项目(〔2017〕TS17号)
张东北,高级工程师,从事森林培育和林木良种繁育研究;E-mail:zdb6@163.com。