广东琼楠人工林生长规律研究

钟连香，米 伟，施福军*

(1. 广西大学林学院，广西 南宁 530004；2. 广西南宁树木园，广西 南宁 530031)

【研究意义】樟科(Lauraceae)植物为广泛种植的速生珍贵阔叶树种，约有45～50属，2000～3000种[1]。广东琼楠(Beilschmiediafordii)为樟科琼楠属(Beilschmiedia)常绿乔木，产自广东、广西、四川、湖南及江西等地，适生与湿润的山林中，其中越南也有分布[2]，因具有适应性强、生长快、树干通直圆满、冠形优美等特点，同时木材结构细密、耐腐抗虫、木材花纹美观，是优良的用材树种[3]。随着珍贵木材在木材市场上的比重增加，加之我国南方主要用材树种松、杉和桉比重过大，由此带来了潜在生态风险与市场风险。因此，研究广东琼楠人工林的生长规律，对珍贵树种的推广种植具有重要的现实意义。【前人研究进展】目前，有关琼楠属植物的研究较少，Macphail[4]和韦裕宗[5-6]对琼楠属植物的分类进行了系统的剖析，孙瑾等[3]和林松[7]利用木材解剖的手段探究了琼楠的木材特性，发现琼楠属木材是进化程度较高的属种。近年来对琼楠属植物的研究逐渐转向琼楠种群结构特征及植物生理方面，范蓓蓓[8]、杨怀等[9]及盛大勇等[10]在种群结构调查中发现广东琼楠是优良的建群种，李阳等[11]研究发现琼楠叶片精油含量高达40.54 %，罗思源等[12]研究发现琼楠叶片挥发油中可鉴定出75种组分，占挥发油总量的90.39 %。【本研究切入点】目前，关于广东琼楠的研究多集中在种群结构、木材结构以及叶片挥发油含量方面，在林木栽培方面的研究未见报道。【拟解决的关键问题】对广西南宁树木园内广东琼楠人工林测树因子各年间的变化动态进行测定，并建立回归模型，以期为广东琼楠乃至琼楠属植物生长规律的研究，乃至林木快速生长期的科学合理抚育及森林质量、产量的提高提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

供试广东琼楠生长于广西南宁树木园(22°40′ N，108°21′ E)，试验区地处北回归线以南，属南亚热带南缘季风气候，年平均气温12.4 ℃；年平均霜期5 d，年降水量为1340 mm，雨季为4～9月，相对湿度65 %～80 %。试验区地貌多为低矮山丘，海拔80～220 m；土壤类型为赤红壤，厚度为80 cm以上。因温度适宜、雨水充沛，该地土壤肥沃，林木生长性状表现优良。所选择广东琼楠人工林于1984年栽植，林相整齐，郁闭度为0.8以上，林分平均树高为19.7 m，平均胸径为23.6 cm。试验区人为活动较多，林下植被较少，林冠下零星分布有东方乌毛蕨(Blechnumorientale)、玉叶金花(Mussaendapubescens)、粗叶榕(Ficushirta)及黄果厚壳桂(Cryptocaryaconcinna)等植物。

1.2 标准地设置与调查

于2017年12月对广东琼楠人工林进行实地踏查，根据试验区内不同立地状况分别设置3块标准地(20 m×20 m)。对样地内的林木进行每木检尺(测量其树高、胸径、枝下高和冠幅)，同时记录样地立地情况。根据调查结果，每个标准地选出能代表林分生长水平的平均木1株作为伐倒木，共计3株。

1.3 解析木测定

用罗盘仪测定出标准木根颈位置，在树干上标明胸径位置及南北向，对标准木在离地10 cm处进行机械伐倒并在全树干上标明北向，截取圆盘(记为0号)，第2块圆盘在1.3 m处截取(记为1号)，之后按2 m为区分段在全株锯取圆盘(依次记为2、3、4…号)，直至梢顶。在圆盘非工作面做好标记，包括南北线、截断号等，用塑料薄膜密封带回实验室，采用传统年轮确定法与GIS工具相结合的方法判定树木圆盘的年轮[13]，同时根据绘制的树高曲线得出各龄阶树高，利用区分段法求算各龄阶去皮材积[14]。

1.4 生长模型的拟合

1.5 数据处理

采用Excel 2016软件进行数据整理及图标制作，林木材积采用区分段平均断面积法计算，用SPSS 20.0数据处理软件拟合树高、胸径和单株材积与林龄的生长数学模型。

单株材积：

式中，g0为干基段面积，gn为梢头低端段面积，gi为第i区分段段面积，L、l为区分段长度及梢头长度。

胸高形数：

式中，V为材积，g1.3为胸高段面积，h为树高。

模型检验。

残差δ=实测值-估测值

平均相对误差。

2 结果与分析

通过树干解析结果得出广东琼楠树木直径生长数据，并据此推算其树高、胸径和材积的总生长量、连年生长量、平均生长量及胸高形数，结果见表1。

表1 广东琼楠人工林生长过程

2.1 胸径生长规律

对33年生广东琼楠胸径生长过程的分析结果(图1)表明，在树龄达到33年时，广东琼楠胸径总生长量、平均生长量和连年生长量分别为23.6 cm、0.72和0.30 cm/a。胸径总生长量随树龄的增加而不断上升，平均生长量也呈缓慢增加趋势，2～8年胸径平均生长速度较快，第10年平均生长量有所下降，但第12年又增高至最高值0.82 cm/a，而后有所下降；胸径的连年生长量较平均生长量波动大，出现多个峰值，并在第12年达到最大值1.25 cm/a。连年生长曲线与平均生长曲线在第2～4年和第8～24年之间出现相交；连年生长曲线在24年之后波动较小，且小于平均生长量，在第33年时达到最小值0.3 cm/a。

图1 广东琼楠胸径生长曲线Fig.1 DBH growth curve of Beilschmiedia fordii

2.2 树高生长规律

由图2可知，广东琼楠单株树高总生长量随着树龄的增加呈上升趋势，第2～24年树高生长波动较小，第24～30年树高生长幅度较前24年生长速度较快，第30年后树高生长较为缓慢但并没有停止，在第33年时树高总生长量达到19.7 m。树高连年生长曲线整体趋势为“升-降-升-降”，树高连年生长量的峰值出现在第8、26和28年，树高连年生长量分别为1.05、1.00和1.00 m/a。树高的生长高峰期为第4～8年，第8年后连年生长量生长速度减缓，第24年开始快速增加，26年时达到另一个峰值1.00 m/a，28年后急剧下降。树高平均生长量在第12年时出现最大值0.67 m/a。树高平均生长量较之连年生长量较为平缓，连年生长量波动大，且与平均生长量在第10～30年间出现3次相交。

2.3 材积生长规律

33年生广东琼楠人工林材积生长规律(图3)表明，广东琼楠的材积总生长量随树龄的增加而增加，到33年时材积生长量达到0.37471 m3；材积的平均生长量随树龄的增加缓慢上升。材积的连年生长量随着树龄的递增先增长后下降，2～18年不断增加，18年之后材积连年生长量呈现“降-升-降”的趋势，28年达到峰值0.02415 m3/a；30年后材积连年生长量快速减少，33年时仅为0.00758 m3/a。材积连年生长量较平均生长量波动大，并在第30～32年之间相交，说明广东琼楠人工林材积生长成熟期在30年之后，林分达到主伐年龄可进行采伐。

图2 广东琼楠树高生长曲线Fig.2 Height growth curve of Beilschmiedia fordii

2.4 胸高形数规律

树木的胸高形数是指其材积与以树干胸高形数作为比较的圆柱体之比，它的大小可以反映树干粗度变化的快慢。由图4可知，广东琼楠胸高形数一直保持在0.46左右，说明其干形很通直；胸高形数最大值为第2年的8.74，而后逐渐下降并趋于稳定的趋势。这说明广东琼楠具有较好的完满度。

2.5 生长模型拟合

以2年为一个龄级，建立树高、胸径和单株材积与林龄的回归方程，回归方程最优模型取相关决定系数R2最高、残差平方和最小。由表2可知，广东琼楠的树高与林龄最优回归方程为苏马克模型，拟合精度为0.9967，残差平方和仅为651.7028；胸径与林龄的最优模型为理查德模型，拟合精度R2为0.9992；单株材积的最优模型是坎派兹模型，拟合相关系数R2达到0.9998。3个测树因子与树龄间的拟合模型，相关指数均达到0.99以上，拟合的模型效果较理想，能够很好地反映林木生长情况，该结果可以很好地掌握广东琼楠人工林林分的生长规律。

图3 广东琼楠材积生长曲线Fig.3 Individual tree volume growth curve of Beilschmiedia fordii

图4 广东琼楠胸高形数变化规律Fig.4 Breast-height form factor curve of Beilschmiedia fordii provenance

生长模型的验证。利用树高、胸径和单株材积拟合度最高的回归方程对广东琼楠生长进行检验，得出相应的预测值。广东琼楠生长实测值与预测值比较如表3所示。

由表4可知，估测值与实测值总体上相近，相对总误差较小，树高和胸径的平均相对误差及相对总误差均低于3.71 %。树高24～26年的估测值偏低较多，而30年偏高较多，8和12年胸径实测值比估测值高0.5 cm左右，但总体估测效果较好。材积估测值与实测值残差不大，但平均相对误差达到6.07 %。

表2 广东琼楠树高、胸径和材积最优生长模型

表3 广东琼楠树高、胸径及材积生长模型检验

表4 广东琼楠生长模型误差检验

3 讨 论

由广东琼楠的树干解析数据得知，在胸径的连年生长过程中，2～14年为第一个快速生长期，并在12年出现连年生长量的最大值，由此可知，应在广东琼楠的快速生长期加强水肥管理和适当间伐，为充分利用其快速生长期形成更多的生产力。随后14～33年连年生长量波动较小，为缓慢生长期，可能是由于长期生长竞争导致林木生长出现差异，树高的生长、冠幅的增加以及根系对水肥的利用效率不一致等原因使得林木长势存在差异，生长较好的林木获得更多的生长资源，连年生长量逐渐增加，生长较差的林木则被抑制。因此，在广东琼楠生长的缓慢期即14～33年时应当增加人为抚育措施，伐除生长较差的林木，为生长状况较好的林木提供更多的资源。为培育大径材的广东琼楠，应在速生期加强水肥管理和适当的抚育间伐。树高的连年生长出现2次峰值，分别为第8和26年，出现2次峰值的原因可能是随着林木的生长，林分郁闭度的增加及林分自然稀疏，生长较好的林木获得更多的空间及养分，因此，在26年时广东琼楠的高连年生长量第2次达到峰值。广东琼楠胸高形数在第2年的时候胸高形数数值达到极高值8.74，原因是高增长显著大于粗生长；而后逐渐下降第4年之后胸高形数趋于稳定，保持在0.46左右，达到广西阔叶树胸高形数平均水平(0.40)以上[17]，这符合林木幼、中龄时生长迅速，形数变化大，而近成熟龄生长减慢，形数变化小的规律。

李志辉和聂侃谚[18]在对湘西地区香樟进行生长规律探究时发现，香樟(Cinnamomumcamphora)人工林胸生长为17.9 cm，平均生长量为0.69 cm/a，连年生长量为0.26 cm/a，均低于本研究得出的广东琼楠27年时的胸径生长量(总生长量23.6 cm，平均生长量0.72 cm/a，连年生长量0.30 cm/a)，总生长量相差24.2 %，可见，广东琼楠在胸径生长上具有较大的优势。27年生的山白兰(Paramicheliabaillonii)人工林平均胸径，树高及材积分别为17.98 m，20.15 cm，0.27761 m3，相比广东琼楠27年时的生长水平，横向生长上，广东琼楠平均胸径23.6 cm，高于山白兰胸径略显优势；纵向生长上山白兰高于广东琼楠，但在出材量上，广东琼楠(0.37471 m3)高于山白兰[19]。韦秋思等[20]研究发现30年铁坚油杉(Keteleeriadavidiana)树高平均生长量仅为14.4 m，而广东琼楠30年时树高生长已达19.3 m，同比增加25.4 %。梁有祥等[21]研究发现，31年生火力楠(Micheliamacclurei)树高总生长量为19.1 m，胸径21 cm，材积为0.3 m3，均低于广东琼楠。杨来安等[22]通过对27年生的观光木(Tsoongiodendronodorum)人工林生长规律进行研究，结果表明观光木胸径生长量为19 cm，低于广东琼楠27年时的胸径生长。陈卫国[23]研究发现，32年生的阴香(Cinnamomumburmanni)人工林树高总生长量为17.6 m，相比广东琼楠树高生长缓慢。

4 结 论

33年生广东琼楠生长快，适应性强，具有较好的完满度，干材生物量的生长过程中优势明显。2～14年为胸径的第1个快速生长期；树高在2～8年出现第1个快速生长期，连年生长量峰值分别出现在第8和26年；30～32年材积生长量达到数量成熟，可进行合理采伐。树高、胸径及单株材积最优生长模型分别为苏马克模型、理查德模型及坎派兹模型，相关指数R2均达到0.99以上，拟合精度较高，可用于生产实践。在对广东琼楠进行抚育时，应在快速生长期加强抚育管理，保证水肥和光照的利用率，促进林木快速生长。