木兰科鹅掌楸的树干解析研究

李辉虎，刘巧丽，吴照祥，李彦强，刘腾云，钟永达，余发新

(江西省科学院生物资源研究所/江西省观赏植物遗传改良重点实验室，330096，南昌)

0 引言

树干解析是为了深入研究不同树种或者不同立地条件下，同一树种的立木生长特点，分析它们的胸径、树高、材积、生长率和形数等因子的变化规律和生长过程，是研究树木生长过程的基本方法[1-3]，可用于树木生长规律及其立地条件、环境因子的关系研究[4-5]，测算生物量[6-8]，确定林分的间伐、主伐年龄[9]，从而为树种的保护、栽培、繁殖等提供依据，在测树学中具有重大意义。

鹅掌楸属(Liriodendron)属于双子叶植物纲、木兰科、鹅掌楸亚科。鹅掌楸亚科只有1个属，即鹅掌楸属，该属自然界现仅存2个种，即马褂木(Liriodendronchinense(Hemsl.) Sarg.)和北美鹅掌楸(LiriodendrontulipiferaLinn)[10]。马褂木在我国零星分布，呈濒危状态，被列为国家二级珍稀濒危保护树种。本文旨在对马褂木进行树干解析，揭示马褂木生长规律，为马褂木的保护和培育提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验点概况

试验点位于江西高安市祥符镇巴夫洛总部，境内属中亚热带湿润性季风气候区，四季分明，雨量充足，无霜期达276 d。年平均气温17.8 ℃，年平均降水量约1 567.4 mm，立地条件为岗地，土壤为红壤土，总面积约0.8 hm2。

1.2 方法

2019年6月在详细踏查人工林后，随机设面积400 m2(20 m×20 m)标准样地5个，对样地内马褂木胸径、树高进行测量，计算统计其生长状况，随机选取一株生长状况居于平均水准标准木做标准木解析。伐倒之前，准确标定树干东西南北方向，标定根茎位置，测定胸径。伐倒后先测定树干全长，以1 m为一个区分段，截断成若干段，不足一个区分段长度的树干作为梢头木，每区分段在底端截取厚度3～5 cm圆盘，胸径处截取圆盘，将圆盘工作面刨光，在工作面标定东西南北方向，辨别年轮，标定各龄阶位置(3 a为一个龄阶)，并测量各个方向上各龄阶直径。最后计算各龄阶的形数、胸径、树高和材积的总生长量、连年生长量和平均生长量，并计算生长率。绘制各种生长量的生长过程曲线。树干解析测量数据与解析图见图1与表1。

图1 树干解析图

表1 中国马褂木树胸径、树高、材积、形数生长过程分析表

连年生长量：树木一年的生长量为连年生长量(current annual incerment)，连年生长量数值一般很小，测量困难，通常用定期平均生长量代替。

材积生长率计算公式：

式中：Pv为材积生长率，Va为a年时树干总材积，Va-n为a-n年树干材积，n为2次调查间隔年数。

材积计算公式：

式中：V为树干材积，g0为树干底断面积，gn为梢头木底断面积，gi为各区分段之间的断面积，l、l′分别为区分段长度和梢头木长度gx。

形数计算公式：

式中：fx为干高x处断面为基础的形数，V为树干材积，V′为比较圆柱体的体积，gx为干高x处的横断面积，h为全树高[2]。

2 结果与分析

2.1 总生长量

从图2可以看出，马褂木在树高、胸径、材积的总生长量曲线上呈强劲的递增趋势，鹅掌楸树高总生长量一直保持较高生长态势，在前9 a生长最快，9—18 a期间生长放缓(图2(a))。胸径生长总量一直保持较高的生长趋势，无生长放缓迹象，18 a胸径可至30.2 cm(图2(b))。3 a后材积生长总量开始急速增长，18 a材积可达0.53 m3，根据树木材积生长量“S”型变化规律，可知材积生长速度尚未达到顶峰(图2(c))。

2.2 平均生长量和连年生长量

由图3(a)可知，马褂木树高生长最强势时期为0—3 a，顶峰时期每年生长速度可至1.67 m/a，说明马褂木属于速生型树种。树高平均生长量始终高于连年生长量，树高生长量在后期放缓，在12 a后连年生长量保持平稳状态。6 a胸径生长速度至顶峰，平均生长量至顶峰后平缓降低，连年生长量有较小范围浮动，6 a至顶峰，6—12 a持续减缓，12—15 a上升，15 a下降，造成该现象的原因可能受当时环境变化影响；相较于树高平均生长量和连年生长量，马褂木前期生长以胸径为主(图3(b))。材积平均生长量和连年生长量曲线符合一般规律，其平均生长量增长缓慢平稳，而连年生长量在3 a后明显高于平均生长量，在15 a后出现急剧下降拐点(图3(c))。由于考察样本生长年龄限制，暂无法对平均生长量曲线和连年生长量曲线是否将要相交定论，推测其尚未达到数量成熟年龄。

图2 树高、胸径、材积总生长量曲线图

2.3 生长率

从树高、胸径、材积生长率对比图显示(图4)，马褂木树高生长率和胸径生长率保持较为一致的曲线走势，12 a后一直保持在平稳较低水平，但胸径生长率始终高于树高生长率，表明马褂木前18 a以胸径生长为主。

图3 树高、胸径、材积连年生长量、平均生长量对比曲线图

图4 树高、胸径、材积生长率对比曲线图

2.4 形数分析

胸高形数是以树干胸高断面作为比较圆柱体的横断面所计数的形数，它的大小反映了树干粗度变化的快慢，值越大表示干形越饱满。0—9 a胸高形数保持上升趋势，9—12 a较快增长，12—18 a胸径形数较为稳定，表明12 a后马褂木干形较为稳定(图5)。

图5 胸高形数曲线图

3 讨论

开展鹅掌楸属树种树干解析，揭示其生长规律，对研究杂种和亲本间关系，比较种间差异，推测速生期、轮伐期和主伐年龄、林分管理，营造有利生长发育条件具有重要意义。本研究通过对马褂木单木树干解析，发现速生型树种中国马褂木18 a生树高达13.6 m，胸径30.2 cm，材积0.53 m3，且在前18 a马褂木一直处于生长快速期，尚未达到生长最大值，还存在生长空间。树高与胸径的平均生长连年生长表现为先增加后减少的规律，树高平均生长量与连年生长量第3年达到最大值，胸径平均生长量与连年生长量在第6年达到最大值，材积前3 a增长较为缓慢，3 a后进入快速增长期，材积平均生长量与连年生长量曲线未相交表明此时尚未达到数量成熟，不能确定主伐

年龄。通过对生长率比较发现前期马褂木以胸径增长速度大于树高增长速度，以胸径增粗为主胸高形数显示马褂木前期干型不饱满，后期干型愈发饱满，趋于稳定。该标准木整体生长未出现较大浮动的波动，表明当地生态环境居于稳定。与常见栽培树种生长一般呈现出S型生长规律，幼苗时期因适应新生长环境，生长迟缓，然后再到速生期，最后衰老生长状况下降不同，中国马褂木表现出良好的环境适应性，能够在短时间内适应环境，表现出最佳生长状态。因此，在此阶段应加强林分抚育，保障水、肥、光照的条件，满足其生长所需，最大程度提高其经济效益。

影响马褂木生长的因素包括立地条件、林分类型、时间效应、竞争等因素及相互作用，而树干解析作为直观的观测工作，结合上述因素综合分析，构建最符合马褂木的生长模型，对于马褂木培育与利用具有重要的研究价值。