歐建德 吳志莊

(明溪縣林業(yè)局，三明，365200) (浙江省竹子高效加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(國家林業(yè)局竹子研究開發(fā)中心))

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經(jīng)營措施及地形因子與南方紅豆杉杈干關(guān)系1)

歐建德 吳志莊

(明溪縣林業(yè)局，三明，365200) (浙江省竹子高效加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(國家林業(yè)局竹子研究開發(fā)中心))

南方紅豆杉分杈是南方紅豆杉內(nèi)在生理因素和外部環(huán)境條件共同作用的結(jié)果。為探明經(jīng)營措施和地形因子與南方紅豆杉杈干關(guān)系，選取福建省明溪縣65個(gè)標(biāo)準(zhǔn)地，采用數(shù)量化理論法Ⅰ構(gòu)建杈干數(shù)學(xué)模型并驗(yàn)證。結(jié)果表明：以造林類型、坡向、苗木類型、林分密度、坡位為變量，構(gòu)建的南方紅豆杉杈干率、分杈高度數(shù)學(xué)模型是合適的。影響南方紅豆杉杈干率因子重要性由大到小依次為造林類型、坡向、苗木類型、林分密度、坡位; 影響南方紅豆杉分杈高度因子重要性由大到小依次為造林類型、林分密度、苗木類型、坡向、坡位;這些因子對南方紅豆杉杈干現(xiàn)象影響均達(dá)到極顯著性。采用林下套種模式與2年生宿土苗木類型，選擇陰坡和下坡、山谷，提高造林密度與林分密度，能顯著減少杈干發(fā)生，提高分杈高度。

南方紅豆杉；杈干；經(jīng)營措施；地形因子；數(shù)量化理論

The forking ofTaxuswallichinavar.maireiis caused by both the internal physiological factors and external environmental conditions. To explore the relationship between the management measures and terrain factors ofT.wallichinavar.maireiplantation and its forking, the forking mathematical models were built by using the quantitative theory I model with 65 sample plots in theT.wallichinasvar.maireion Mingxi County of Fujian Province, and those models were validated. The forking height mathematical models ofT.wallichinavar.maireiwith the afforestation type, the slope direction, the seedling type, the stand density, and the slope position were suitable. The descending order of importance affecting the multiple stem ratio forT.wallichinavar.maireiwas afforestation type, slope direction, seedling type, stand density, and slope position. The descending order of importance affecting the forking height forT.wallichinavar.maireiwas afforestation type, stand density, seedling type, slope direction, and slope position. All the factors had significant effect onT.wallichinavar.maireiforking. Adopting the interplanting patterns and 2-year territory seedling types, choosing the shady slope, downhill and valley, and increasing afforestation density and stand density can effectively decrease the proportion of forked trees, and increase the forking height.

分杈是指由于某種原因使樹木的頂芽或頂枝停止生長或生長衰退，而使側(cè)芽或側(cè)枝發(fā)展起來，形成多岐樹干的一種現(xiàn)象[1]。前人研究結(jié)論認(rèn)為林木分杈現(xiàn)象，一方面，受自身遺傳物質(zhì)控制[2]，另一方面，也受到生態(tài)環(huán)境、培育措施及地形的影響[3-12]。南方紅豆杉(Taxuswallichinavar.mairei)是我國重要的藥用、材用和觀賞利用的多用途珍貴樹種[13]，更是南方各省主要的珍貴用材造林樹種。為培育干形優(yōu)良的珍貴用材林，已就干形遺傳改良[14-15]、修枝技術(shù)方面[16]進(jìn)行研究。南方紅豆杉人工林杈干發(fā)生嚴(yán)重，降低木材質(zhì)量與出材率，已成為急需解決的科技難題，迄今未見有關(guān)杈干方面的研究。因此，筆者試圖從經(jīng)營措施及地形因子方面，分析其與南方紅豆杉杈干現(xiàn)象發(fā)生的關(guān)系，探討其規(guī)律并提出建議，以期為南方紅豆杉優(yōu)質(zhì)珍貴用材林科學(xué)培育提供參考與依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)選在具有“中國紅豆杉之鄉(xiāng)”之稱的明溪縣，明溪縣位于福建省西北部，北緯26°8′～26°39′、東經(jīng)117°4′～118°47′，屬中亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候。該區(qū)年平均氣溫18.1 ℃，年平均降水量1 786 mm，5—6月份降水最多，全年平均蒸發(fā)量1 364 mm，年平均日照時(shí)間1 750.7 h，無霜期283 d，年平均相對濕度81%。

2 材料與方法

2.1 試驗(yàn)材料

2015年在福建省明溪縣選擇13～17年生南方紅豆杉林分，設(shè)置采用臨時(shí)樣地(20 m×20 m)進(jìn)行樣地調(diào)查與數(shù)據(jù)采集。依據(jù)數(shù)量化理論要求，本研究項(xiàng)目數(shù)7個(gè)、19個(gè)類目(表1)，共計(jì)調(diào)查65個(gè)樣地。通過查閱造林技術(shù)檔案確定各樣地南方紅豆杉林分林齡、造林類型、苗木類型，測量調(diào)查各樣地的林分密度、南方紅豆杉杈干率、分杈高度和坡向、坡位、坡形、海撥；其中，林下套種是指在現(xiàn)有林分林窗中栽植南方紅豆杉，形成并長期處在復(fù)層林結(jié)構(gòu)的下層，林冠層郁閉度維持在0.3～0.7的造林類型；跡地混交林培育是指在采伐或火燒跡地，利用南方紅豆杉與伴生樹種(一般選擇速生樹種)混交造林的類型；伴生樹種主要有杉木(Cunninghamialanceolata)、馬尾松(Pinusmassoniana)、木荷(Schimasuperba)、香樟(Cinnamomumcamphora)等速生樹種，混交期間伴生樹種的生長良好，且樹高明顯大于南方紅豆杉，混交數(shù)量(S)為S(南方紅豆杉)∶S(伴生樹種)=1∶1、S(南方紅豆杉)∶S(伴生樹種)=1∶2、S(南方紅豆杉)∶S(伴生樹種)=1∶3。杈干率=(南方紅豆杉杈干株數(shù)/南方紅豆杉總株數(shù))×100%；分杈高度(m)=南方紅豆杉分杈高度總和/南方紅豆杉杈干總株數(shù)。

表1 項(xiàng)目類目劃分標(biāo)準(zhǔn)

將65個(gè)樣地按8∶2比例進(jìn)行劃分，其中52個(gè)樣地?cái)?shù)據(jù)用于數(shù)學(xué)模型擬合；另外13個(gè)樣地?cái)?shù)據(jù)作為獨(dú)立檢驗(yàn)樣本數(shù)據(jù)，用于數(shù)學(xué)模型的驗(yàn)證，具體情況見表2。

表2 南方紅豆杉人工林調(diào)查樣本因子情況

2.2 南方紅豆杉杈干定義

鑒于以單個(gè)側(cè)枝代替主枝，樹干仍是單一，且隨著林木徑生長的加粗，仍可形成通直樹干，對材質(zhì)影響不大的情況[4]。本研究定義，凡出現(xiàn)側(cè)枝與主梢并存或出現(xiàn)多個(gè)主梢，且在莖干形成兩個(gè)以上(含兩個(gè))粗和高相似的主干均稱為杈干。單株木出現(xiàn)多次分杈干，分杈高度以出現(xiàn)在莖干最基部分杈干情況為測量結(jié)果，同時(shí)僅統(tǒng)計(jì)杈干株數(shù)，不統(tǒng)計(jì)分杈次數(shù)[7]。

2.3 南方紅豆杉杈干數(shù)量化理論模型的建立

因子項(xiàng)目和類目選擇與劃分：本研究針對南方紅豆杉的生長特性，參照前人的研究成果[4-5，9-10，17-19]，選擇評價(jià)因子項(xiàng)目，即經(jīng)營措施因素，選擇造林類型、苗木類型、林分密度；地形因子中選擇坡位、坡向、坡形、海撥；并進(jìn)行類目等級劃分(表1)。

杈干數(shù)量化理論模型建立與檢驗(yàn)：采用SPSS21計(jì)算軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析與檢驗(yàn)，分別計(jì)算出各項(xiàng)目得分值、偏相關(guān)系數(shù)、T檢驗(yàn)值及模型的復(fù)相關(guān)系數(shù)，并進(jìn)行復(fù)相關(guān)系數(shù)與偏相關(guān)系數(shù)的F檢驗(yàn)與t檢驗(yàn)[17-19]。為找出影響南方紅豆杉杈干的主導(dǎo)因子，本研究剔除偏相關(guān)系數(shù)t檢驗(yàn)不顯著的項(xiàng)目，重新計(jì)算，直到所有項(xiàng)目偏相關(guān)系數(shù)t檢驗(yàn)顯著為止[17]。

2.4 南方紅豆杉杈干數(shù)量化理論模型的驗(yàn)證

偏差統(tǒng)計(jì)量：利用獨(dú)立檢驗(yàn)樣本數(shù)據(jù),通過計(jì)算平均偏差(ME)、平均絕對偏差(MA，E)、平均相對偏差(MP，E)、平均相對偏差絕對值(MA，P，E)指標(biāo)，評價(jià)模型預(yù)測能力[20]，計(jì)算公式詳見參考文獻(xiàn)[20]。

F統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)方法：通過實(shí)測值yi和模型預(yù)估值xi之間建立一元線性回歸方程:

yi=α+βxi+εi。

由檢驗(yàn)數(shù)據(jù)(xi,yi)(i=1,2，…，n),采用最小二乘法估計(jì)回歸系數(shù)α和β的估計(jì)值a和b,并計(jì)算出回歸標(biāo)準(zhǔn)誤(Sy)和模型預(yù)估精度，檢驗(yàn)結(jié)果無顯著差異時(shí),則所建立的模型適用于該地區(qū)[17]。模型的預(yù)估精度公式詳見參考文獻(xiàn)[21]。

3 結(jié)果與分析

3.1 南方紅豆杉杈干數(shù)學(xué)模型建立與驗(yàn)證

3.1.1 南方紅豆杉杈干率數(shù)學(xué)模型

應(yīng)用數(shù)量化理論Ⅰ模型，經(jīng)計(jì)算，南方紅豆杉杈干率回歸方程為

y1=50.910-29.786x11-2.647x12-1.526x21+3.244x23-

0.913x32+1.931x41+0.170x42+3.025x51+0.702x52。

式中：y1表示杈干率(%)；y2表示杈干高度(m)；x11表示林下套種；x12表示裸地混交林；x13表示祼地純林；x21表示高密度林分；x22表示中密度林分；x23表示低密度林分；x31表示1年生裸根苗類型；x32表示2年生宿土苗類型；x41表示坡向?yàn)殛柶?；x42表示半陰陽坡向；x43表示坡向?yàn)殛幤拢粁51表示山頂、坡上部；x52表示山坡中部；x53表示山谷、坡下部。

杈干率模型中因子偏相關(guān)系數(shù)T檢驗(yàn)結(jié)果均極顯著(表3)；復(fù)相關(guān)系數(shù)R1=0.943，采用F檢驗(yàn)，F(xiàn)1=75.461，大于F0.01(5，46)=3.440，檢驗(yàn)結(jié)果為極顯著(表3)；說明篩選出的造林類型、苗木類型、林分密度、坡向和坡形5個(gè)因子與杈干率之間具有極顯著的關(guān)系。模型運(yùn)行結(jié)果、各類目系數(shù)值和項(xiàng)目得分范圍、貢獻(xiàn)百分比見表3。

表3 模型運(yùn)行結(jié)果

注：** 表示差異極顯著(p<0.01)。

3.1.2 南方紅豆杉分杈高度數(shù)學(xué)模型

經(jīng)計(jì)算，南方紅豆杉分杈高度回歸方程為

y2=1.689 5+1.418x11-0.05x13-0.137x21+0.130x23-

0.181x31+0.210x32-0.181x41-0.058x42-0.070x51-

0.029x52。

分杈高度模型中因子偏相關(guān)系數(shù)T檢驗(yàn)結(jié)果均極顯著(表3)；復(fù)相關(guān)系數(shù)R2=0.938，采用F檢驗(yàn)，F(xiàn)2=67.941，均大于F0.01(5，46)=3.440，檢驗(yàn)結(jié)果為極顯著(表3)；說明篩選出的造林類型、苗木類型、林分密度、坡向和坡形5個(gè)因子與分杈高度之間有極顯著的關(guān)系。模型運(yùn)行結(jié)果、各類目系數(shù)值和項(xiàng)目得分范圍、貢獻(xiàn)百分比見表3。

3.1.3 南方紅豆杉杈干數(shù)學(xué)模型的驗(yàn)證

為檢驗(yàn)所擬合杈干數(shù)學(xué)模型是否適合以及模型精度情況,利用獨(dú)立檢驗(yàn)樣本對所建立的模型進(jìn)行驗(yàn)證。設(shè)實(shí)測值為y,模型預(yù)測值為y*,建立直線方程y=a+by*,用F檢驗(yàn)檢查a是否近似為0，b是否近似1。假設(shè)a=0,b=1,如果通過檢驗(yàn),則認(rèn)為模型適合,若通不過檢驗(yàn),則該模型系統(tǒng)誤差較大,不能推廣應(yīng)用[20-21]。驗(yàn)證結(jié)果列表4。

表4 杈干數(shù)學(xué)模型驗(yàn)證結(jié)果

從表4中可看出,2個(gè)杈干數(shù)學(xué)模型均通過了置信橢圓F檢驗(yàn)(α=0.05),且模型的預(yù)估精度很高，都在92%以上。模型的檢驗(yàn)結(jié)果也進(jìn)一步表明，通過偏差統(tǒng)計(jì)量檢驗(yàn)和置信橢圓檢驗(yàn)兩種檢驗(yàn)方法是一致的[20-21]。

3.2 經(jīng)營措施及地形因子對南方紅豆杉杈干的影響

3.2.1 對南方紅豆杉杈干發(fā)生的影響

根據(jù)偏相關(guān)系數(shù)絕對值大小得出各項(xiàng)目影響杈干率的重要性[17-19]。結(jié)果(表3)顯示，影響杈干率重要性由大到小依次為造林類型、坡向、苗木類型、林分密度、坡位；項(xiàng)目得分范圍的總和為40.425，意味著杈干率可調(diào)控幅度達(dá)40.425%，表明合理培育措施與地形選擇可有效控制杈干率；項(xiàng)目的貢獻(xiàn)百分比顯示，造林類型對杈干率的貢獻(xiàn)率最大，為73.682%，坡向次之，為11.800%；苗木類型最小，為2.259%；坡位與林分密度貢獻(xiàn)率居中、且相近，表明調(diào)控南方紅豆杉杈干率項(xiàng)目先后順序?yàn)樵炝诸愋?、坡向、坡位、林分密度、苗木類型?/p>

經(jīng)營措施的杈干率影響結(jié)果(表3)：造林類型、林分密度和苗木類型等經(jīng)營措施對杈干率有著顯著性影響；造林類型的類目系數(shù)值顯示，林下套種的杈干率最低，其次為跡地混交林培育，跡地純林培育的杈干率最高。究其原因，南方紅豆杉生長期的頂梢或頂芽較嫩，休眠期時(shí)木質(zhì)化程度亦較低；南方紅豆杉屬萌發(fā)能力強(qiáng)樹種，一旦頂芽或頂枝受傷后，往往由下部側(cè)芽和側(cè)枝取代主梢生長，或刺激潛伏芽萌發(fā)生長，易造成多杈干現(xiàn)象。跡地純林培育類型的頂梢或頂芽易受強(qiáng)光灼傷、低溫凍傷，形成杈干，是誘發(fā)杈干高發(fā)的原因；跡地混交林因選擇杉木、馬尾松、木荷、香樟等速生樹種為伴生樹種，能有效地為南方紅豆杉提供側(cè)方蔭蔽與保護(hù)，一定程度減輕因灼傷、凍傷等形成的杈干；林下套種形成的復(fù)層林結(jié)構(gòu)，長期減輕位于林下南方紅豆杉因灼傷、凍傷等形成的杈干。林分密度類型的類目系數(shù)值顯示(表3)，較大密度林分的杈干率較低，這是因?yàn)榱址置芏容^大，林分提前郁閉且郁閉度更大，強(qiáng)化植株間相互遮陰與保護(hù)，主梢生長優(yōu)勢明顯并減少杈干發(fā)生。由此推測，強(qiáng)光與凍傷是導(dǎo)致南方紅豆杉杈干發(fā)生的直接因素。2年生宿土苗的杈干率較1年生裸根苗低(表3)，究其原因，可能是具有較強(qiáng)抗逆性的2年生宿土苗，減輕了日灼、凍傷危害，同時(shí)2年生宿土苗造林時(shí)的基部修枝行為，可消除因苗木帶入杈干的因素。

地形因子的杈干率影響結(jié)果(表3)：坡向與坡位等地形因子顯著影響著杈干率，杈干率由高到低表現(xiàn)為陽坡、半陰陽坡、陰坡，山頂、坡上部，山坡中部，山谷、坡下部，這與相對較弱的光照陰坡和較陰蔽的山谷、下坡滿足南方紅豆杉早期生長所需的蔭蔽條件，主梢生長迅速，減輕頂梢或頂芽的灼傷，減少杈干發(fā)生有關(guān)；反之亦然，進(jìn)一步驗(yàn)證了強(qiáng)光是導(dǎo)致南方紅豆杉杈干發(fā)生的直接因素。

綜上所述，合理造林類型、苗木類型、林分密度等經(jīng)營措施與優(yōu)化地形的坡向、坡位等可顯著降低南方紅豆杉杈干的發(fā)生，利于單干良材培育。采用林下套種模式和2年生宿土苗，選擇陰坡與山谷、坡下部，較高密度造林是減少杈干率的有效手段，是培育優(yōu)良干材珍貴用材林的有效途徑。

3.2.2 對南方紅豆杉分杈高度的影響

根據(jù)偏相關(guān)系數(shù)絕對值大小得出各項(xiàng)目影響分杈高度的重要性[17-19]。結(jié)果(表3)顯示，影響南方紅豆杉分杈高度因子重要性由大到小依次為造林類型、林分密度、苗木類型、坡向、坡位。項(xiàng)目得分范圍總和為2.467，意味著分杈高度可調(diào)控幅度達(dá)2.467 m，表明合理培育措施與地形選擇可有效控制分杈高度。從項(xiàng)目的貢獻(xiàn)百分比可知,造林類型對南方紅豆杉分杈高度的貢獻(xiàn)率最大，達(dá)59.100%；苗木類型次之，為19.903%；林分密度再次之，為10.823%；坡向與坡位影響較小，分別為7.337%、2.837%，表明調(diào)控南方紅豆杉分杈高度項(xiàng)目先后順序?yàn)樵炝诸愋?、苗木類型、林分密度、坡向、坡位?/p>

經(jīng)營措施對分杈高度影響結(jié)果(表3)：造林類型、林分密度和苗木類型等經(jīng)營措施顯著影響著南方紅豆杉分杈高度。造林類型的類目系數(shù)值顯示，林下套種的分杈高度最高，其次為跡地混交林培育，跡地純林培育最低。究其原因，跡地純林培育的南方紅豆杉生長較慢，杈干現(xiàn)象早發(fā)、多發(fā)，且杈干出現(xiàn)在樹木基部比例大；林下套種形成的復(fù)層林結(jié)構(gòu)，滿足了南方紅豆杉喜陰、喜濕的生物學(xué)特性，生長迅速，杈干少發(fā)、推遲；跡地混交林培育類型因伴生樹種提供有效的側(cè)方蔭蔽與保護(hù)，一定程度促進(jìn)生長并減輕、推遲杈干發(fā)生。林分密度類型的類目系數(shù)值(表3)顯示，較大密度林分的分杈高度較高，這與林分密度較大，林分提前郁閉、加大郁閉度，強(qiáng)化植株間相互遮陰，減輕、推遲杈干發(fā)生。2年生宿土苗的分杈高度較1年生裸根苗高(表3)，這與2年生宿土苗具有較強(qiáng)的抗逆性，生長較好，推遲杈干發(fā)生，并減少因苗期帶入基部杈干因素有關(guān)。

地形因子對分杈高度的影響結(jié)果(表3)：坡向與坡位等地形因子顯著影響著南方紅豆杉分杈高度，坡向?qū)Ψ骤靖叨鹊挠绊懹纱蟮叫”憩F(xiàn)為陰坡、半陰陽坡、陽坡，坡位對分杈高度的影響由大到小表現(xiàn)為山谷、坡下部，山坡中部，山頂、坡上部，這與較弱的光照陰坡和較陰蔽的山谷、坡下部滿足南方紅豆杉早期生長所需的蔭蔽條件，主梢生長迅速，減輕并推遲杈干發(fā)生有關(guān)。

綜上所述，合理造林類型、苗木類型、林分密度等經(jīng)營措施與優(yōu)化地形的坡向、坡位等可顯著提高分杈高度，利于高干良材培育。采用林下套種模式與2年生宿土苗，選擇陰坡與山谷、坡下部，較高密度造林、保持較高林分密度是提高分杈高度的有效手段。

4 結(jié)論與討論

南方紅豆杉林分存在著杈干多發(fā)、早發(fā)和普遍性的特點(diǎn)，是一種易杈干的針葉樹種。本研究率先從經(jīng)營措施及地形因子方面，采用數(shù)量化理論法Ⅰ模型，構(gòu)建了系列南方紅豆杉杈干數(shù)學(xué)模型并通過獨(dú)立檢驗(yàn)樣本驗(yàn)證，表明構(gòu)建的系列南方紅豆杉杈干數(shù)學(xué)模型是適合的；研究探明了南方紅豆杉杈干性狀(杈干率與分杈高度)主要影響因子、重要性與貢獻(xiàn)率百分比，為南方紅豆杉珍貴用材林的經(jīng)營措施優(yōu)化、立地選擇提供理論依據(jù)與技術(shù)支撐。結(jié)果表明，造林類型、苗木類型、林分密度、坡向、坡度等因素顯著影響著南方紅豆杉杈干率與分杈高度。影響南方紅豆杉杈干率的重要性的由大到小為造林類型、坡向、苗木類型、林分密度、坡位，因子貢獻(xiàn)百分比由高到低為造林類型、坡向、坡位、林分密度、苗木類型；影響南方紅豆杉分杈高度的重要性由大到小為造林類型、林分密度、苗木類型、坡向、坡位，因子貢獻(xiàn)百分比由高到低為造林類型、苗木類型、林分密度、坡向、坡位。研究結(jié)論認(rèn)為，南方紅豆杉杈干現(xiàn)象的發(fā)生，一方面受到自身遺傳控制，另一方面受到環(huán)境與經(jīng)營措施影響，這與前人的研究結(jié)論一致[1-5，7，9-12]。陰坡較陽坡的杈干率更低、分杈高度提高，驗(yàn)證了前人的研究結(jié)論[5]。林分密度越大，杈干率越低，分杈高度越高，這與前人的研究結(jié)論一致[4-5]。研究結(jié)果表明，采用林下套種模式與2年生宿土苗類型，選擇陰坡與山谷、坡下部，較高密度造林，保持較高林分密度是減少杈干危害的有效手段，是培育南方紅豆杉珍貴用材林的有效途徑。

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Relationship between Management Measures and Terrain Factors ofTaxuswallichinavar.maireiArtificial Pure Forest and Its Forking//

Ou Jiande(Mingxi Forestry Bureau, Mingxi 365200, P. R. China); Wu Zhizhuang

(China National Bamboo Research Center Key Laboratory of High Efficent Processing of Bamboo of Zhejiang Province)//Journal of Northeast Forestry University，2016,44(9)：24-28.

Taxuswallichinavar.mairei； Forking； Management measures； Terrain factors； Quantitative theory

S725.7；S754.3