黃孝杰，李蓮芳，李俞鑫，劉 暢，姜若超，王姝茜，合金鑫

(西南林業(yè)大學(xué) 林學(xué)院，云南 昆明 650224)

1 引言

柚木(Tectonagrandis)為馬鞭草科(Verbenaceae)柚木屬半落葉性大喬木，胸徑可達(dá)2 m，樹高達(dá)45 m。其生長迅速，木材紋理美觀，具有耐腐抗蟲和易于加工等優(yōu)良特性，屬熱帶南亞熱帶的珍貴用材樹種；其天然分布于印度、印度尼西亞、馬來西亞、緬甸和泰國等地區(qū)。中國于20世紀(jì)60年代開始第一次引種栽培，經(jīng)過約50 a的研究，在種質(zhì)資源、遺傳改良、繁育、人工林培育技術(shù)等方面取得了一定突破[1～5]。國內(nèi)柚木研究包括種源試驗(yàn)與評價(jià)、適生區(qū)域劃分、無性系選育、苗木和人工林培育基礎(chǔ)和技術(shù)等，也包括少量的人工林生長研究[6～11]。

賈宏炎[12]研究廣西大青山柚木人工林生長過程，指出30 a生柚木人工林未達(dá)數(shù)量成熟，應(yīng)繼續(xù)對其撫育經(jīng)營；潘玉華[13]對5 a生柚木的研究表明，樹高和胸徑的連年生長量在第4 a達(dá)到最高。鄭海水[14]對海南柚木人工林生長規(guī)律的研究，指出林木胸徑和樹高的生長與林齡間的關(guān)系可采用對數(shù)或二次拋物線等回歸方程擬合檢驗(yàn)。

不同區(qū)域的柚木人工林，生長過程亦不相同，因此，本研究對保山市龍陵縣勐糯鎮(zhèn)11 a生柚木人工林進(jìn)行樹干解析，分析其胸徑(D)、樹高(H)、材積(V)相關(guān)指標(biāo)的生長過程，并與林齡(T)進(jìn)行回歸分析，擬合生長模型，為相同氣候區(qū)域人工幼林的生長預(yù)測及其撫育提供參考。

2 研究地及林分概況

研究地位于云南省保山市龍陵縣勐糯鎮(zhèn)滾塘凹子，地理坐標(biāo)為99°5′8″～99°5′15″E和24°18′5″～ 24°18′16″N，海拔800～900 m，屬怒江流域低熱河谷南亞熱帶氣候。林地位于怒江沿岸的小溪流兩側(cè)凹形坡地帶，受怒江暖濕氣流的影響，日照充足，常年無霜，年平均氣溫20.6 ℃，年降雨量1200～1500 mm[15]，屬柚木的邊緣產(chǎn)區(qū)，僅于小生境和小氣候適宜生境可零星培育人工林。

造林苗木為2 a生的截干苗，因此，林木由萌蘗形成，造林分2 a完成，其林齡相差1～2 a。林分的初始造林密度為2490株/畝(株行距2 m×2 m)。調(diào)查時(shí)，林木經(jīng)過2次疏伐，其保留密度為510～780株/hm2，林分平均胸徑、樹高和枝下高分別為14.1 cm、12.0 m、4.2 m，郁閉度約0.9，密度較大，自然整枝明顯，枝條纖細(xì)(枝條直徑1.1～4.2 cm)。

3 研究方法

3.1 解析木選擇和采樣

于林分內(nèi)設(shè)置12個(gè)20 m×50 m的樣地，對林分進(jìn)行每木檢尺，測定林木胸徑、樹高和枝下高。根據(jù)胸徑分布于8.0～18.3 cm之間，以2 cm劃分徑階，共劃分為8、10、12、14、16和18 cm共6個(gè)徑階，在6個(gè)徑階中選擇生長正常、無病蟲害的14株標(biāo)準(zhǔn)木(6個(gè)徑階分別選取了1、1、5、4、1、2株)，測定其胸徑、地徑和樹高，并記錄地理位置；伐倒樣木以2 m為一個(gè)區(qū)分段截距圓盤(不足2 m部分按梢頭計(jì)算)，測定圓盤和部分解析木全株枝葉鮮重，并取部分枝葉樣品，于60 ℃烘箱內(nèi)烘干水分，測定其烘干重。打磨圓盤至年輪清晰可見；在打磨面過髓心作東西南北2條直徑線，并由內(nèi)向外定輪(由于樹齡較小，故不進(jìn)行齡階劃分)。分別測量圓盤4個(gè)方向上各個(gè)年輪直徑。

3.2 生長指標(biāo)計(jì)算

通過Forstat2.2計(jì)算解析木隨齡林變化的平均、年平均和連年樹高、胸徑和材積，采用Excel繪制出各解析木的胸徑、樹高和材積的平均生長量、連年生長量和年平均生長量變化曲線。

3.3 生長模型構(gòu)建

選擇公式(1)～(4)擬合生長指標(biāo)與林齡相關(guān)方程。相關(guān)系數(shù)R2值越大且接近1，表明擬合方程與實(shí)際生長狀況越接近；殘差平方和越小，則擬合精度越高，表明擬合效果越好，據(jù)此，篩選出較優(yōu)生長模型。通過生長方程的構(gòu)建，描述樹種生長指標(biāo)隨著林齡增長的變化規(guī)律，預(yù)測類似氣候條件下同一樹種的生長過程[16]，為人工林培育決策提供科學(xué)依據(jù)。

線性模型：Y=AT+B

(1)

二次曲線模型：Y=AT2+BT+C

(2)

冪函數(shù)模型：Y=TA

(3)

指數(shù)函數(shù)模型：Y=AT

(4)

式(1)～(4)中，Y分別表示胸徑、樹高和材積，T為林齡，A、B、C為參數(shù)。

4 結(jié)果與分析

4.1 胸徑和樹高生長過程分析

4.1.1 胸徑生長過程

(1)平均胸徑生長過程。造林后11 a的林分，除8 cm徑階的林木為10 a生外，10～18 cm徑階的林木均為11a生(圖1)。8 cm徑階的也許是2010年補(bǔ)植的，即調(diào)查柚木樹干基本屬于截干后萌生枝條生長形成的。

8 cm徑階的林木10 a生時(shí)，平均帶皮胸徑8.4 cm，10～18 cm徑階的分別達(dá)10.1、12.5、14.6、15.9和18.4 cm。所有徑階的林木平均胸徑都處于不斷生長階段(圖1)，即10、11a生林木胸徑仍然為速生階段，應(yīng)加強(qiáng)對其撫育管理。

注：圖中所有胸徑皆為去皮胸徑

(2)胸徑年平均和連年生長過程。12和16 cm徑階，胸徑年平均生長量呈下降趨勢，其余徑階年平均生長量都存在不同程度的波動，10 a或11 a間胸徑年平均生長量最高達(dá)2.5 cm/a，最低僅為0.58 cm/a；除18 cm徑階外，其余徑階的胸徑年平均生長量均在10～11 a呈下降趨勢，最低為0.58 cm/a；連年生長量波動較大，最高和最低連年生長量分別為2.5和0.1 cm，在3～4 a和6～8 a連年生長量有所回升；不同徑階的柚木年平均生長量和連年生長量有明顯差異，此林分的林木個(gè)體間生長過程差異明顯；8 cm和10 cm徑階年平均和連年生長量曲線2次相交，表明林分過密，需撫育間伐；此林分經(jīng)過兩次間伐，連年生長量分別有所回升，表明間伐可促進(jìn)柚木連年生長量，即促進(jìn)柚木快速生長。

4.1.2 樹高生長過程

10 a或11 a間，除8 cm徑階外，樹高皆達(dá)到10 m以上，最高達(dá)16.1 m。8～16 cm徑階的柚木樹高生長在10～11 a時(shí)均表現(xiàn)出生長下降趨勢，連年生長量幾乎停滯，而18 cm徑階柚木樹高生長未出現(xiàn)生長停滯(圖2)。根據(jù)18 cm徑階柚木的樹高生長過程分析，平均生長量逐年遞增，連年生長量回升，年平均生長量下降趨勢減緩，充分說明了樹高生長正在進(jìn)行，此林分還未達(dá)樹高生長的數(shù)量成熟齡。其余徑階表現(xiàn)出生長減緩趨勢可能受林分內(nèi)個(gè)體營養(yǎng)競爭所影響，結(jié)合林分調(diào)查，郁閉度達(dá)0.9，密度為510～780株/hm2，胸徑分布不均勻，應(yīng)當(dāng)對其進(jìn)行間伐，并合理施用化肥，以補(bǔ)充林木生長所需養(yǎng)分。

圖2 8～18 cm徑階樹高生長過程曲線

4.2 材積生長過程分析

解析木不同徑階的材積生長過程差異較小，隨著林齡的增加，材積的總生長量呈逐年上升趨勢，從第4 a開始材積生長速度加快，10～11 a生柚木材積最高量達(dá)0.1 m3，最低為0.018 m3(圖3)。從材積生長過程曲線可以看出，10 a或11 a間材積的年平均生長量曲線與連年生長量曲線未出現(xiàn)交叉，表明材積生長未達(dá)到數(shù)量成熟，并且連年生長量始終高于年平均生長量，表明此林分材積增長速度較高。為避免因林分密度過大或營養(yǎng)不足導(dǎo)致的林分提前達(dá)到數(shù)量成熟林齡，應(yīng)及時(shí)對其進(jìn)行撫育。

圖3 8～18 cm徑階材積生長過程曲線

4.3 生長方程擬合

4.3.1 方程擬合

4個(gè)生長模型中，胸徑的二次生長曲線模型的擬合度最高，殘差平方和最小，表明二次曲線模型為最優(yōu)生長模型(表1)。樹高擬合度最高的也是二次生長曲線，R2為0.992，殘差平方和最小。材積擬合結(jié)果同上。因此，柚木人工林胸徑、樹高、材積與林齡的最優(yōu)生長方程為：

表1 柚木胸徑、樹高及材積和林齡的回歸擬合

胸徑生長模型方程：y=-0.02x2+1.15x+0.13

(5)

樹高生長模型方程：y=-0.04x2+1.6x+0.86

(6)

材積生長模型方程：y=0.000898x2-0.000429x+0.000518

(7)

4.3.2 精度檢驗(yàn)

將林齡代入胸徑、樹高、材積的擬合最優(yōu)方程，將胸徑、樹高、材積對應(yīng)的預(yù)測值，與實(shí)測值進(jìn)行比較(表2)。

表2 柚木胸徑、樹高和材積生長模型預(yù)測值和實(shí)測值的比較

胸徑和樹高模型得出的實(shí)測值和預(yù)測值的相對誤差較小，實(shí)測值與預(yù)測值比較接近。材積模型得出的實(shí)測值和預(yù)測值的相對誤差較大。經(jīng)檢驗(yàn)，胸徑和樹高模型的預(yù)測效果較優(yōu)，可以在實(shí)踐中試用。

各測樹因子與樹齡的高精度回歸方程，不僅能揭示各測樹因子生長趨勢，也要能揭示其動態(tài)變化過程[17]。結(jié)合預(yù)測值，對林分胸徑、樹高和材積連年生長量和平均生長量的預(yù)測誤差進(jìn)行分析(表3)。胸徑預(yù)測值在前期生長過程中預(yù)測較為準(zhǔn)確，但在10～11a生長量變化值較大，均達(dá)到了0.2以上，表明后期生長中齡胸徑的增長幅度較大。樹高生長量變化值前期變化幅度大，中期有所減緩，而后期又開始大幅度變化，表明在前期樹高生長速度較快，中期生長速度有所下降，而后期生長速度加快。材積的連年生長量和平均生長量預(yù)測值變化范圍較小，回歸模型精度較高?？傮w來講，各測樹因子預(yù)測值殘差較小，估測結(jié)果可以應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐中。

表3 柚木胸徑、樹高和材積生長量相對誤差

5 結(jié)論與討論

5.1 結(jié)論

10a和11a生柚木胸徑最高達(dá)18.4cm，仍處于速生階段，年平均和連年生長量曲線相交，表明林分過密，撫育間伐可影響柚木連年生長量。10～11a時(shí)樹高生長量下降，而未達(dá)數(shù)量成熟；材積年平均和連年生長量曲線未相交，且連年生長量曲線位于年平均生長量曲線之上，表明積生長未達(dá)數(shù)量成熟，此林分處于速生期。林分密度過大，影響柚木生長，應(yīng)當(dāng)對其進(jìn)行合理的撫育經(jīng)營。胸徑、樹高和材積的最優(yōu)回歸模型皆為二次曲線模型，經(jīng)檢驗(yàn)擬合精度較高。

5.2 討論

考慮到所選取的解析木為平均木進(jìn)行樹干解析，無法均勻分布到各小立地，不能準(zhǔn)確代表林分全部差異，這些是本研究的局限所在。盡管如此，仍然得到一些較為有益的結(jié)果。柚木人工林在造林后即進(jìn)入速生期，這與魏國余等[17]麻櫟(Quercus acutissima)人工林的研究結(jié)果不相一致，是否因?yàn)椴煌瑯浞N之間速生期亦不相同。胸徑和樹高的連年生長量在不同年份波動較大，可能受當(dāng)年的極端氣候或撫育措施所影響。柚木是高投入高產(chǎn)出的樹種[18]，對氣候條件及立地條件要求較高，在適宜引種地區(qū)，土壤里的養(yǎng)分無法滿足柚木速生、優(yōu)質(zhì)及豐產(chǎn)的需求。

幼林時(shí)期，柚木的胸徑、樹高和材積都在快速度生長，這一時(shí)期如無法提供其生長需求的營養(yǎng)物質(zhì)，將導(dǎo)致林分提前進(jìn)入數(shù)量成熟期。在此生長期內(nèi)，胸徑的生長速度在某些年份有所回升，結(jié)合實(shí)際情況，可能與之前兩次對林分進(jìn)行疏伐有關(guān)。第11a材積的積累速度急劇降低。經(jīng)過調(diào)查可知，當(dāng)年氣候較為干旱，考慮因?yàn)闃O端氣候條件影響了柚木材積的生長。樹高生長在11a時(shí)出現(xiàn)生長減緩，經(jīng)分析排除數(shù)量成熟，考慮因?yàn)轲B(yǎng)分供應(yīng)不足以支撐柚木的樹高快速生長，對此，人為補(bǔ)充土壤養(yǎng)分含量，是避免提前進(jìn)入數(shù)量成熟期的合理方法。