30年生江南油杉人工林生长规律

张 烨，韦铄星，蒋 燚，刘 菲，黄荣林

(广西壮族自治区林业科学研究院、国家林业局中南速生材繁育实验室，广西 南宁 530002)

江南油杉(KeteleeriacyclolepisFlous)是中国特有油杉属树种，其干形通直，木材坚实，生长快速，硬度适中，具有较高的用材价值[1-2]，同时枝繁叶茂，四季常绿宜于园林、旷野栽培，是优秀的园林树种[3-4]。由于过度砍伐利用等人为原因及自然环境压迫等综合影响，现今天然分布的江南油杉已十分稀有，已经处于濒危的状态[5-6]，因此开展对江南油杉的物种保护、幼苗培育、栽培技术等研究迫在眉睫[7]。随着我国森林质量精准提升和树种结构调整工程的推进落实，近几年来全国特别是广西对江南油杉这一珍贵乡土树种加大了研发力度[8-14]，并在优良种源家系的筛选、苗木繁育和栽培技术上获得突破[15-16]，但由于缺乏江南油杉生长规律及其生物量分布特征的系统研究，加上幼树墩苗时间较长，林业生产单位对该树种生长过程和周期的认识出现严重偏差，导致树种的推广种植严重受阻[17-18]。为改变上述现状，本文以广西贺州30年生江南油杉为研究对象，采用分层分区位全挖标准木法，通过林分测树因子调查和树干解析分析，探明江南油杉生长规律和生物量构成，同时运用恒重烘干法系统研究江南油杉各器官生物量的结构分配特征，以期为江南油杉的人工栽培、经营管理和推广种植提供参考。

1 材料与方法

1.1 自然地理概况

试验点位于广西贺州市步头镇，东经111°41′54″、北纬24°8′19″，海拔350 m。属亚热带季风气候，气候温润多雨，夏长冬短，年均降水量为1652～1995 mm，年均气温23.4 ℃，年均蒸发量1230～1350 mm，年均相对湿度74.6%～79.8%，全年无霜期334 d，适合江南油杉生长。试验林为1989年春季种植的江南油杉人工纯林，株行距2 m×3 m，未经过人工抚育间伐，林下植被较少，主要为箬叶竹、金毛狗、华山姜等，枯枝落叶层较厚，林分密度为825株·hm-2。样地设置在林分西南坡，坡度在15°～18°之间，坡长160 m，人为干扰较少。

1.2 样地设置与林分调查

在上坡、中坡和下坡分别设置1个代表性样地(30 m×20 m)，记录样地立地情况。在标准样地内开展每木检尺，用测高器、胸径围尺、皮尺测量树高、胸径、冠幅和枝下高等林木生长指标，分别做好记录并统计。根据江南油杉林分的平均树高、胸径、冠幅和枝下高，在上坡、中坡和下坡各选取5株标准木，共15株。

1.3 标准木砍伐与树干解析

用罗盘仪在15株标准木的根颈和胸径位置标明树干北向，挖掘或平地进行机械倒伐，倒伐后根据标记在全树干上标明北向，在根颈处截取10～15 cm厚的圆盘(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。将工作面剖平后用塑料薄膜密封带回室内，采用传统年轮确定法判别树木圆盘的年轮[19]，从东西方向和南北方向分别测定圆盘的生长轮宽度，取其平均值。绘制树高曲线图，由树高生长曲线图查出各龄阶的树高，各龄阶的去皮材积利用区分段法求算[20]。

1.4 数据处理与分析

运用Excel软件进行数据处理，运用SPSS 19.0软件进行数据统计分析。

2 结果与分析

2.1 林分生长情况

本研究发现坡位因子对江南油杉的生长具有显著影响。相关研究表明，坡位因子能对林木的生长产生显著影响[21-22]。本研究以试验林上坡、中坡、下坡标准地江南油杉的胸径、树高、冠幅、枝下高、郁闭度为基本指标，分析坡位因子对江南油杉生长的影响。从表1可见，不同坡位江南油杉林分郁闭度相差不大，均在0.65～0.7之间；平均胸径、树高、冠幅的大小顺序均为下坡>中坡>上坡，其中30年生江南油杉下坡位的胸径最大为31.2 cm，其与中坡位、上坡位胸径间存在显著差异，江南油杉的树高和冠幅上坡位与中坡位、下坡位间均存在显著差异。这说明坡位因子对江南油杉的生长具有显著影响。

表1 不同坡位对江南油杉生长指标的影响

图1 江南油杉树干纵断面图

通过树干解析，以直径为横坐标，树高为纵坐标，绘制树干纵断面图(图1)。江南油杉的树干整体比较通直，经计算，其实验形数达到0.44，胸高形率为0.74，说明江南油杉生长良好，干形通直，出材率高，具有优良用材树种的特性，值得在其适生区推广种植。

将上坡位、中坡位、下坡位各选取的5 株标准木进行树干解析，取同一树龄胸径平均值进行统计分析，得到江南油杉胸径生长的变化规律(图2、图3)。胸径的总生长量随着树龄增加而增长，并且曲线较为平稳，在第30年时达到25.8 cm(去皮)。胸径的连年生长量曲线较平均生长量曲线和总生长量曲线要复杂，虽呈现随着树龄增加而增长，但有所波动，30 a间经历4～8 a、13～15 a、17～20 a 3个胸径连年生长量的快速增长期。

从图3可见，江南油杉胸径平均生长量随树龄增加几乎呈直线上升，说明30 a树龄的江南油杉胸径生长均处于高速增长状态，但连年生长量生长曲线有所波动，这说明江南油杉的胸径生长除其本身生物学特性决定之外，也容易受到外界环境因子的干扰。

图2 江南油杉胸径总生长曲线图图3 江南油杉胸径连年/平均生长曲线图

2.2 江南油杉树高生长规律

树高是描述树木生长的一个重要指标，树高生长曲线图可直观反映树木的生长过程。从图4可以看出，江南油杉树高总生长量随着时间的增加而增长，在0～24 a树高增长较为迅速，树龄24 a后树高生长速率趋于平缓。从图5可以看出，江南油杉连年生长曲线可将其高生长大致分3个阶段：缓慢调整生长期(1～12 a)、快速生长期(13～24 a)、稳定生长期(25～30 a)。1～12 a连年生长量增长较为缓慢，连年生长量在0.35～0.55 m·a-1之间，平均生长量为0.45 m·a-1；13～24 a树高生长进入快速增长期，连年生长量在0.80～1.20 m·a-1之间，平均生长量为0.91 m·a-1，树龄22 a达到最高的1.2 m·a-1；25～30 a树高生长进入稳定期，树高连年生长量迅速下降，平均生长量仅为0.40 m·a-1。

从图5还可以看出，江南油杉树高年平均生长曲线呈相对较为平缓凸弧形，总体趋势随着年龄的增加先增长后逐渐降低，平均生长曲线与连年生长曲线相交于第24年，此时树高的总平均生长量达到最大值0.68 m·a-1。

图4 江南油杉树高总生长曲线图图5 江南油杉树高连年/平均生长曲线图

2.3 江南油杉材积生长规律

树木材积是用材树种经营的主要目的之一。从图6可知，江南油杉总材积的累积随树龄增长呈线性的递增关系，是一个先缓慢增长到快速增长的过程，树龄30 a时达到最大值0.4959 m3。总材积的增长在0～14 a时非常缓慢，此期间总材积累积量仅为0.0052 m3，仅占30 a树龄总材积生长量的1.0%；树龄15 a后江南油杉总材积积累进入了一个逐渐加快的快速增长期。

从图7可以看出，江南油杉材积连年生长量和平均生长量均随树龄增加呈先缓慢增长再快速增长的过程，连年生长量和平均生长量在树龄14 a之前变化均很小且涨幅不明显，树龄15 a之后才出现较明显的涨幅，树龄30 a时江南油杉材积平均生长量达到最大值0.0165 m3、连年生长量达到最大值0.0681 m3，这说明30年生的江南油杉处于材积快速增长期，未达到砍伐用材年龄。

图6 江南油杉材积总生长曲线图图7 江南油杉材积连年/平均生长曲线图

2.4 江南油杉各器官生物量分布特征

生物量是森林和森林生态系统中所有植物的基础，包括了植物体的干、枝、叶、根、种子等生物量，不同器官的生物量是衡量植物有效利用光能、水分养分的重要因子，各器官生物量所占的比例在一定程度上能表明林分的生长状况，是林分结构合理程度的体现。

从图8可以看出，在上坡位江南油杉各器官生物量构成中，各器官生物量比例排序为树干>枝>根>皮>叶，其中树干占比最大，占整株生物量的50%，根系占整株生物量的17%，而叶仅占3%。中坡位江南油杉各器官生物量的大小排列顺序与上坡位一致(图9)，也是树干>枝>根>皮>叶，根系生物量比上坡位减少2%，枝和皮的生物量均比上坡位增长1%。下坡位的江南油杉各器官生物量的大小排列顺序和构成比例均与上坡位一致(图10)，其中根系均占整株生物量的17%，但侧根占比增加1%，主根减少1%。

不同坡位江南油杉各器官的生物量大小排列顺序均为树干>枝>根>皮>叶，各器官生物量的占比非常接近，分别为50%、22%～23%、15%～17%、8%、3%～4%。树干生物量的占比最大，均为50%，这与江南油杉作为优良用材林造林树种，干型通直，出材率高、枝叉少而小等生长特性相适应。另外，3种坡位江南油杉根系中侧根的生物量均占主根生物量2倍左右，这说明江南油杉根系侧根发达，这与地上部分树枝少而小的情况正好相反。

图8 上坡位江南油杉各器官生物量构成比例图9 中坡位江南油杉各器官生物量构成比例

图10 下坡位江南油杉各器官生物量构成比例

3 结论与讨论

林木生长发育是一个复杂的动态过程[23]，胸径、树高、冠幅3个测树因子是树木生长的最直观表述。30年生江南油杉干型通直，实验形数为0.44，胸高形率为0.74，生长迅速，胸径年均生长量可达1 cm以上，胸径连年生长量经历4～8 a、13～15 a、17～20 a间的3个快速增长期，材积生长随树龄增长呈线性的递增关系，是一个先缓慢增长到快速增长的过程，在0～14 a材积累积非常缓慢，树龄15 a后进入了一个逐渐加快的快速增长期，这说明30 a树龄的江南油杉胸径、材积生长均处于高速增长状态，未达到最佳砍伐用材年龄，这与前人类似的研究结果相似。

江南油杉各器官间生物量大小排列顺序不受坡位影响，均为树干>枝>根>皮>叶，且各器官生物量占比差异不大，分别为50%、22%～23%、15%～17%、8%、3%～4%。树干生物量占比约是树枝的2倍，但侧根的生物量占比约是主根生物量2倍，这说明江南油杉具有干型通直，出材率高、枝叉少而小，根系侧根发达等优良用材造林树种特性。

刘菲等[24]对27年生江南油杉人工林生长规律研究发现，江南油杉树高的快速生长期是在24 a内，胸径的快速生长期是在27 a内；高楠等[25]对50年生油杉人工林生长规律进行研究发现，江南油杉胸径的快速生长期是在造林的前26 a内。本研究中江南油杉30 a的胸径和材积快速生长期比前人多4 a，甚至更多，这进一步证明了江南油杉生长周期较长，最佳采伐林龄在30 a以上。而4 a快速生长期的差异说明江南油杉的生长规律具有一定的地域差异性，其生长周期受不同的环境、土壤等因子作用而产生差异。因此在江南油杉人工种植时，在其快速生长期应进行适度间伐以控制林分密度，并加强水肥管理。

另外，通过研究发现，江南油杉树高随着树龄增长出现3个阶段的生长期，分别为缓慢调整生长期(0～12 a)、快速生长期(13～24 a)和稳定生长期(25～30 a)，平均生长曲线与连年生长曲线相交于第24年，此时树高的平均生长量达到最大值0.68 m·a-1。而林同龙[26]对12年生江南油杉生物量和生长规律进行研究发现，江南油杉幼年期连年生长量较高，在10 a后树高生长放缓，胸径生长增长。这可能是由于不同林分间的抚育管理措施不同造成的，虽然试验林均为人工林，但本研究造林时期缺乏人工施肥、抚育管护不到位，造成树高生长延缓。