攀西地区德昌杉木生长过程分析

2018-05-16贾晨周永丽罗建勋宋鹏尤世慧李杰

西部林业科学 2018年2期

贾晨，周永丽，罗建勋，宋鹏，尤世慧，李杰,3

(1.四川省林业科学研究院，四川成都 610081；2.盐源县林业局，四川凉山615700；3.成都大学，四川成都 610106)

德昌杉木(Cunninghamiaunica)是20世纪70年代由四川省林业科学研究院的研究人员发现的杉木新种[1-3]，国家Ⅲ级保护树种[4]，属于常绿乔木，高达50m，胸径可达3m。分布区位于四川低纬度地区，主要在四川省西南凉山州、攀枝花市的德昌、米易、盐源等海拔1 300-2 800m地带。德昌杉木属较喜阴树种，易生长在山坡半阴坡或阴坡，但是在半阳坡或阳坡也能正常生长，表现出对特殊性干旱气候环境的适应性。

德昌杉木木材品质优良，是当地重要的用材之一，在20世纪80年代左右被当地广泛栽植。由于前期对其天然林资源的乱砍滥伐，造成该树种的天然资源急剧减少，因此对其资源保护利用也迫在眉睫。德昌杉木具有耐旱性强，冠幅小，生长速度快，幼树生长速度随树龄增加而增大，易培育大径材等特点，同时也是培育杉木良种的优良种质资源[5]。德昌杉木是一个生长分布区域狭窄的树种，关于它的研究国内外少有报道。现有文献主要报道了德昌杉木的组织培养、遗传育种、胞核学和同工酶作用[6-9]，对于德昌杉木种子预处理研究表明，用25℃温水浸种1h发芽率最高达28.67%[10]。研究树木生长过程，可以基本确定树种的不同生长阶段的特性、数量、成熟时间等信息，能够引导林农科学抚育管理某树种。中国学者对多个树种进行了探索研究，如油松(Pinustabuliformis)、柳杉(Cryptomeriafortunei)、枫桦(Betulacostata)、山桂花(Bennettiodendronleprosipes)等，总结出各树种不同生长阶段的划分或树高、胸径、材积的最优生长方程，为各树种的森林经营管理提供依据[11-14]。本文采用树干解析法对四川德昌杉木生长过程进行分析研究，以揭示德昌杉木的生长规律，为该树种的保护和利用提供科学依据。

1 研究区概况

德昌县隶属于四川省凉山彝族自治州，介于101°54′-102°29′E，27°05′-27°36′N之间。地处安宁河谷地带，横断山区康藏高原东缘，地形复杂多样，以中山地貌为主，安宁河北入南出贯穿全境。周边与会理、米易、盐源、西昌及普格等县市相连相邻。德昌县属亚热带高原季风气候，年均气温17.7℃，年均降水1 049mm，无霜期300d以上，年日照2 147h，夏无酷暑，冬无严寒。德昌县金河林场的德昌杉木人工林营造始于20世纪70年代初，现有林分面积约20-33hm2，垂直分布海拔在1 945-2 260m之间。

2 研究方法

2.1 样地设置

在德昌杉木人工林中按不同坡向选择3个不同的林分，在各林分中各设定1个20m×20m的标准地，对3个标准地中的林木进行每木检尺，测定标准地内的树高、胸径、枝下高和冠幅等性状。根据每木检尺结果，在各标准地内选择1株平均木作为解析木。

2.2 解析木的处理与圆盘测定

采集3株平均木，按2m区分段进行树干解析。圆盘测定使用直尺测量南-北、东-西方向的带皮直径、去皮直径、各年轮直径等指标。解析木的材积(V)采用中央断面区分求积式计算，材积生长率采用普雷斯勒生长率公式求算[15]。

2.3 各性状的生长方程拟合

德昌杉木的树高、胸径与材积的生长过程采用Logistic生长曲线进行模拟，其表达式为,y=K/(1+ae-bx)；其中x是自变量，表示生长时间；y为因变量，表示观测指标的累积生长量；a、b是待定常量；K为生长终极量。利用Origin Pro 8.5软件求得a、b、K值。

2.4 数据处理

利用Excel软件进行数据分析和制作表格，Origin Pro 8.5制图软件进行作图。

3 结果与分析

通过对3株德昌杉木解析木的测定分析获得其基本生长情况，包括年龄、树高、胸径、枝下高、冠幅、地理坐标和生长地海拔等情况(表1)。

对所采集的3株德昌杉木解析木圆盘的测定与分析结果表明，Ⅰ号、Ⅱ号与Ⅲ号解析木的年龄分别为38年、38年与43年。以3年为1个龄级对解析木进行统计分析，测定3株树各自的胸径总生长量、树高总生长量与材积总生长量，最后计算出各性状的平均值，进一步计算出各性状的年平均生长量与连年生长量(表2)。因3株解析木中有2株树的年龄是38年生，为保证对林分生长过程分析的准确性和可靠性，故只对3株解析木的38年内的平均生长量进行分析，而Ⅱ号树的单独生长过程结果作为参考信息。

表1 解析木的生长情况Tab.1 Growth situation of parse tree

表2 德昌杉木树干生长过程Tab.2 Tree growth process of Cunninghamia unica

3.1 树高生长过程

对38年生德昌杉木树高生长过程进行分析，结果见表2与图1。

图1 德昌杉木树高生长过程Fig.1 Tree height growth process of Cunninghamia unica

由表2与图1可知，38年生的德昌杉木树高可以达到18.34m，德昌杉木树高生长呈现出匀速增长的趋势，总生长量曲线基本保持线性增长。树高累计生长量随着年龄的增加而不断增大，总生长量在18年和27年时生长速度略有减缓。树高的连年生长量曲线波动很大，呈现出明显的锯齿状。连年生长量的变异范围为0.22-0.77m，在第6年出现最小值为0.22m，此后开始上升并在第18年时达到最大值0.77m，然后又下降到0.44m(第21年时)，接着上升到0.69m(第27年时)，此后开始下降并逐步趋于稳定；而年平均生长量的变异范围为0.40-0.55m，变异幅度小于连年生长量。年平均生长量在3年到6年之间逐步下降到最小值为0.40m，此后平均生长量保持平稳上升，并在27年达到最大值0.55m，之后开始缓慢下降。两生长曲线有4次相交，第1次相交在8年左右，之后分别在20年、22年、28年相交，发生两者多次相交的原因可能与其林分生长环境或自然抚育有一定关系。最后1次相交在28年，说明该树种的树高数量成熟龄约为28年。

3.2 胸径生长过程

对38年生德昌杉木的胸径生长过程进行分析结果表明(表2与图2)，38年生德昌杉木的胸径为25.52cm，胸径增长和树高基本相似，呈现出匀速增长的趋势，总生长量曲线基本保持线性增长。胸径连年生长量在9-15年之间增长速度较快，在15年时达到最大值0.98cm，之后缓慢下降到最低值0.44cm(第33年)。胸径平均生长量同时在9年之后出现增长，并在21年达到最大值0.75cm，此后逐渐平缓的下降。胸径平均生长量与连年生长量曲线在第9年左右第1次相交，在相交前对该人工林分开展1次间伐抚育管理，可维持林分的充分的生长空间和养分供应，促使林木在后期更好地生长表现；在第24年时第2次相交，此后连年生长量一直低于平均生长量，表明胸径的数量成熟龄约为24年。

图2 德昌杉木胸径生长过程Fig.2 DBH growth process of Cunninghamia unica

3.3 材积生长过程

对38年生德昌杉木的材积生长过程进行统计分析，结果见表2与图3。

图3 德昌杉木材积生长过程Fig.3 Tree volume growth process of Cunninghamia unica

由表2与图3可知，38年生的德昌杉木材积累计生长量为0.462 2m3，年平均生长量达0.012 16m3，连年生长量为0.021 29m3；材积的连年生长量曲线先是缓慢增加(1-9年)，然后快速增加(9-21年)，接着上升有所减缓但仍在上升中(21-30年)，并在第30年时达到最大值，为0.024 68m3；而年平均生长量曲线一直处于缓慢上升趋势，在第38年时其值为0.012 16m3，这可以看出德昌杉木的材积生长可以分为3个阶段，1-9年生长缓慢，9-30年生长快速，30年后生长减缓。在38年时，材积的连年生长量大于平均生长量，两者曲线在此时仍未未相交，说明德昌杉木的材积数量成熟龄大于38年，而根据两者曲线的趋势预计在40年之后相交。且单独分析Ⅱ号树材积生长过程时，其连年生长量曲线与平均生长量曲线是在41年生时相交，一定程度上证实了该树种的数量成熟龄在38年以上。在林分实施采伐抚育或主伐时，其重要理论依据就是某树种的材积数量成熟年龄，林分达到数量成熟时即可间伐或主伐。因此德昌杉木的采伐时间应在41年后。

3.4 材积生长率生长过程

材积生长率是反映树木材积生长过程中某一时期的相对速度的指标。对38年生德昌杉木的材积生长率进行分析(见表2与图4)，结果表明，德昌杉木的材积生长率在1-9年下降速度很快，之后在9-21年下降速度开始减缓，然后在21-27年下降速度有所增加，接着曲线稳定下降，并在38年时下降到2.8%。这表明德昌杉木材积生长相对速度随着年龄增加而不断下降，在生长前期下降速度快，后期降速有所减缓。

图4 德昌杉木材积生长率生长过程Fig.4 Tree volume growth rate of Cunninghamia unica

3.5 各性状的生长方程拟合

对各生长性状进行拟合，结果见表3。各生长性状的拟合方程的相关系数均在0.99以上，说明Logistic方程可以很好地描述胸径、树高、材积与年龄的生长过程。

表3 树高、胸径、材积生长方程Tab.3 Growth equations of tree height,DBH,volume

4 结论与讨论

德昌杉木树高的连年生长量曲线波动很大，呈现出锯齿状。而年平均生长量曲线在6年后先平稳上升而后平缓降低。树高连年生长量在18年时达到最大值0.77m，而平均生长量是在27年时达到最大值0.55m，树高数量成熟龄约是28年。

德昌杉木胸径生长具有前期速生性，连年生长量第15年左右达到最大值0.98cm，年平均生长在21年时达到最大值0.75cm，出现时间晚于连年生长量。连年生长量曲线和平均生长量曲线在第24年时相交，表明德昌杉木的胸径数量成熟龄约在24年，而前24年是培育胸径生长关键期。在关键期应做好抚育管理、肥力控制与密度调控。

德昌杉木的材积连年生长量在在第30年时达到最大值，为0.024 68m3。而材积平均生长量在38年生时尚未达到最大值，而且两者尚未相交，表明德昌杉木在38年生时尚未达到数量成熟龄，估测德昌杉木的数量成熟龄约41年生时。综合考虑德昌杉木树高、胸径和材积的生长过程，可将其生长过程大致分为4个阶段：1-9年为幼树期，10-30年为速生期，31-40年为近成熟期，41年后为成熟期。

利用logistic曲线方程拟合德昌杉木树高、胸径与材积的生长过程具有很好的效果，各性状的生长方程分别为树高H=19.303 0/(1+14.302 5*e-0.142 1x)；胸径D=25.945 7/(1+17.113 0*e-0.153 1x)；材积V=0.552 0/(1+174.524 3*e-0.177 3x)。

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