林能慶，洪永輝，李蔚倩，熊玉楨，王如均

(1.福建省龍巖市林業(yè)種苗站，福建 龍巖 364000；2.福建省上杭白砂國有林場，福建 上杭 364200；3.福建農(nóng)林大學(xué)林學(xué)院，福建 福州 350001；4.福建省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃院，福建 福州 350003)

學(xué)術(shù)研究

米老排人工林生長規(guī)律及生長模型擬合研究

林能慶1*，洪永輝2，李蔚倩3，熊玉楨2，王如均4

(1.福建省龍巖市林業(yè)種苗站，福建 龍巖 364000；2.福建省上杭白砂國有林場，福建 上杭 364200；3.福建農(nóng)林大學(xué)林學(xué)院，福建 福州 350001；4.福建省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃院，福建 福州 350003)

通過對米老排人工林平均木進行樹干解析，選擇7種林木生長經(jīng)驗?zāi)Ｐ蛯γ桌吓派L過程進行回歸分析，并對其結(jié)果進行綜合比較，確定米老排的最佳生長模型。最后，根據(jù)最佳生長模型對米老排生長過程進行精度驗證，結(jié)果表明：米老排經(jīng)過科學(xué)經(jīng)營后能產(chǎn)生巨大的生態(tài)、社會和經(jīng)濟效益，可列為福建珍貴速生闊葉樹種進行培育推廣。

米老排；人工林；樹干解析；生長過程；生長模型

龍巖市是福建三大林區(qū)之一。全市有林地面積157.7 萬hm2，其中杉木林面積占14.7%，馬尾松林占40.4%。由于樹種單一，杉木、松木等針葉樹種多代連栽，造成地力衰退，林分質(zhì)量下降。近年來龍巖市大面積引種桉樹，但2015年冰雪天氣造成了大面積凍害，表明桉樹生長具有一定局限性。如何選擇優(yōu)良速生闊葉樹，且材積及其它指標不亞于杉木和桉樹等其他速生樹種，為市場提供優(yōu)質(zhì)材種，成為龍巖當前造林急待解決的問題。20世紀60年代后米老排(Mytilarialaosensis)[2]在全省各地引種結(jié)果表明該樹種很適合在福建生長。90年代米老排在龍巖引種成功。通過多年遺傳改良，龍巖市在米老排優(yōu)樹選擇標準、母樹林營建、苗木生長規(guī)律、嫁接等方面取得突破[3-7]。米老排屬金縷梅科常綠喬木樹種，被列入我國木材戰(zhàn)略儲備樹種、福建省第一批主要栽培珍貴樹種。米老排木材氣干密度0.524～0.564 g/cm3，木材纖維平均長達1 884 μm，總纖維素含量達80%左右，是建筑、家具、優(yōu)良的制漿造紙和人造板原料[1]。米老排兼具改善土壤理化性質(zhì)、保持水土等優(yōu)點，是集用材、防火、飼料等多功效于一體的速生闊葉樹，可用作營造速生闊葉樹純林，也可以在馬尾松林下套種培育大徑材。目前，米老排已成為高效生態(tài)型混交示范模式樹種。國內(nèi)有關(guān)米老排的研究主要集中在優(yōu)樹選擇、育苗、水源涵養(yǎng)、土壤改良、材性等，而生長規(guī)律研究較少[2-8]。筆者以福建上杭白砂26年生米老排為研究對象，開展生長規(guī)律相關(guān)研究，為米老排科學(xué)經(jīng)營提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1試驗地概況

米老排人工林位于福建省上杭白砂國有林場，處東經(jīng)116°35′～116°39′，北緯25°7′～25°08′，年均氣溫19.2 ℃，極端最低溫-6 ℃，年均降水量1 732 mm，無霜期295 d。林地地處武夷山脈南段東坡玳帽山延伸的低山丘陵地帶，海拔450～500 m，林下植被以芒萁為主，立地質(zhì)量等級Ⅱ級，高丘，中坡，紅壤，坡度16°～25°，土層厚度1 m以上。林分在第7、14、16年曾進行間伐，林分郁閉度0.8。

1.2研究方法

在米老排人工林中按上坡、中坡、下坡布設(shè)3塊大小為20 m×10 m的臨時標準地。標準地內(nèi)進行每木調(diào)查，在各標準地中選1株平均木進行樹干解析。以2 m為一區(qū)分段進行樹干解析，各齡級去皮直徑取東西、南北向平均值，去皮材積利用區(qū)分段法求算。根據(jù)斷面高度與到達該斷面的年數(shù)繪制樹高生長過程曲線，得出各齡階樹高，并用平均斷面求積計算林木材積。各齡級米老排林分胸徑、樹高和材積等因子平均值，依據(jù)標準地米老排各徑級的株數(shù)分布及解析木的樹高推算得出。

1.3數(shù)據(jù)處理

2 結(jié)果與分析

2.1林分生長分析

標準地調(diào)查可知，26年生的米老排胸徑10.2～31.3 cm，平均胸徑17.8 cm；樹高11.0～23.5 m，平均樹高15.9 m。與原產(chǎn)地廣西憑祥的26年生米老排胸徑13.5～21.5 cm，樹高18.5～21.5 m[9]對比可知，本次調(diào)查的樹高、胸徑最大值均優(yōu)于原產(chǎn)地，但個別米老排樹高、胸徑低于廣西憑祥，其變異系數(shù)較大。通過踏查，林分初植時為杉木或馬尾松與米老排混交造林，造林后第7年曾均勻衛(wèi)生伐，第14、16年間伐杉木、馬尾松為主，由于米老排萌芽更新能力強，現(xiàn)生長較慢的植株為二代萌芽更新樹木，因此，從廣西引種的米老排較適宜在閩西、閩南地區(qū)生長[2]。

表1 林分現(xiàn)狀與解析木狀況

2.2米老排生長過程分析

林木生長過程研究主要采用樹干解析法。在米老排人工林標準地內(nèi)取平均木進行樹干解析，計算各株樣木胸徑、樹高和單株材積的年均生長量和連年生長量，取解析木的平均值代表林分總體情況得出米老排人工林生長過程表(表2)。由表2可知，26年生米老排解析木樹高、胸徑生長與林齡呈正相關(guān)關(guān)系。通過對比，試驗地的數(shù)據(jù)與廣西憑祥及漳洲長泰的生長數(shù)據(jù)相近[2-8]。因此，米老排具有明顯的速生特性，可作為福建省培育大徑材的首選優(yōu)良珍貴闊葉樹種之一。

2.3米老排生長規(guī)律

2.3.1 米老排樹高生長規(guī)律

26年生米老排樹高生長總量呈不斷增加趨勢，其樹高總生長量17.98 m，平均生長量0.69 m，連年生長量0.20～1.52 m。樹高平均生長量峰值出現(xiàn)在第2年，為1.52 m/a，在第3～10年穩(wěn)定在1.02～1.26 m；第11～26年逐年減少，到第26年時樹高平均生長量為0.69 m/a。樹高連年生長量呈折線形波動曲線，其連年生長量每增加2～3 年后，其生長速度減緩；樹高生長高峰期出現(xiàn)在第5～8年，其連年生長量分別為1.13和1.14 m/a，其它年份保持在0.5～0.8 m/a，但在第15、16、24年連年生長量低至0.25 m左右。米老排樹高平均生長量曲線與連年生長量曲線在第5和第8年相交，此后米老排平均生長量和連年生長量逐年降低，但平均生長量降幅相對平穩(wěn)，而連年生長量升降波動較大。在第15年連年生長量僅為0.2 m/a(表2)。由此可看出，試驗地米老排的平均與連年生長量與廣西憑祥和漳州長泰的生長量十分相似[2-8]，但出現(xiàn)高或低生長量的年度不同。

表2 米老排人工林樹高、胸徑、材積生長過程

2.3.2 米老排胸徑生長規(guī)律

米老排去皮胸徑總生長量隨著林齡增加逐漸增大，第26年總生長量達17.57 cm。分析可知：米老排前期生長速度較快，3～8 a為胸徑連年生長量速生期，峰值出現(xiàn)在第4年；在第9～18年胸徑連年生長量緩慢下降，保持在0.52～0.75 cm/a；第19年之后降至0.5 cm以下，與廣西的生長規(guī)律相近[8]。平均生長峰期出現(xiàn)在5～10 a，之后緩慢下降。連年生長量與平均生長量曲線在第6～8 年相交(表2)，說明米老排胸徑生長具有早期速生和持久的特點[2-8]。研究表明米老排在全林分利用下在第7年可以盈利，第8年收益率就高于行業(yè)基準收益率5.56%，凈現(xiàn)值也呈上升趨勢，到11 a起達頂峰[13]。強化早期撫育管理有利于林木生長，可縮短工業(yè)原料林建設(shè)周期，達到與桉樹培育相當?shù)男Ч?/p>

2.3.3 米老排單株材積生長規(guī)律

米老排單株材積連年生長量從第14年起處于快速增加階段，其連年生長量均高于0.01 m3，至第25年連年生長量達到最高值0.012 8 m3/a(表2)。年平均生長量從第14年起一直表現(xiàn)平穩(wěn)增長趨勢，為0.005 5～0.008 2 m3/a，到第26年時，其材積連年生長量與年平均生長量仍未相交，即材積平均生長量未達到最大值，表明此時米老排材積生長處在旺盛階段，其數(shù)量成熟年齡尚未達到，材積的生長潛力巨大。

2.3.4 米老排形數(shù)生長規(guī)律

形數(shù)是反映林木生長過程的重要因子，是表示樹木干形的飽滿程度的指標。形數(shù)越大說明樹干越通直圓滿。米老排的形數(shù)隨著年齡的增加而降低，總體呈現(xiàn)波浪型曲線變化，但形數(shù)變化幅度較小。在造林后20 a內(nèi)，其胸高形數(shù)均保持在0.55以上，20 a后雖然有下降但仍保持在0.51以上，說明米老排干形好，出材率較高，培育米老排人工林可獲得較高出材量。

2.3.5 米老排林木生長率

反映林木生長相對速率快慢的指標是林木生長率。利用普雷斯特生長率公式計算樹木的樹高、胸徑及材積等因子的生長率，并繪制樹高、胸徑、材積生長率曲線圖(圖1)。

圖1 米老排樹高、胸徑、材積生長率曲線

米老排去皮胸徑和單株材積連年生長率隨著樹齡增加而遞減，呈現(xiàn)先急后緩的趨勢。單株材積生長分為2個階段，4～9 a下降較快，第10年開始維持平緩下降水平，與去皮胸徑基本平行下降。樹高連年生長率波動性較大，僅在第15年與材積生長相交。分析認為樹高生長可能與該林分部分為杉木、馬尾松混交林有關(guān)。林分密度大的針闊混交林林冠重疊，造成樹高生長起伏較大，在第7、14、16年間伐后其高生長繼續(xù)生長。樹高生長率(k)為樹高與胸徑生長率的比值，是反映樹高生長能力指數(shù)。根據(jù)計算，26 年生米老排k值始終大于1，說明米老排樹高一直處于旺盛生長狀態(tài)。

2.4米老排生長模型擬合及檢驗

2.4.1 米老排樹高生長數(shù)學(xué)模型

對26年生米老排樹高進行7種生長模型回歸分析(表3)。理查德、蘇瑪克、韋布爾3種數(shù)學(xué)模型擬合相關(guān)性R2為6種模型中最高，均為0.998，殘差平方和≤1.211，說明這3種生長模型對米老排樹高生長均有較好的擬合效果。蘇瑪克模型的殘差平方和最小，可選為26年生米老排樹高生長模型，其公式為H=29.598e-(15.737)/(T+4.725))。

2.4.2 米老排胸徑生長數(shù)學(xué)模型

對米老排去皮胸徑生長模型的回歸分析中(表4)，4種生長數(shù)學(xué)模型擬合優(yōu)度均達到0.99以上，其中擬合優(yōu)度最高是理查德、韋布爾這2種數(shù)學(xué)模型，擬合相關(guān)性達0.999，殘差平方和≤0.548，說明這2種生長模型對米老排胸徑有較好的擬合效果。二者中，理查德模型殘差平方和為0.325，擬合效果最佳。因此，選取理查德方程作為去皮胸徑生長數(shù)學(xué)模型，公式為：D=25.391×(1-1.064e-0.04T)0.835。

表3 米老排去皮樹高生長數(shù)學(xué)模型回歸分析

表4 米老排去皮胸徑生長數(shù)學(xué)模型回歸分析

2.4.3 米老排材積生長數(shù)學(xué)模型

7個經(jīng)驗生長模型對26年生米老排的擬合結(jié)果表明(表5)，理查德、蘇瑪克、韋布爾、坎派茲、高斯模型均能較好地對米老排材積進行擬合，擬合優(yōu)度R2均達到0.999，但理查德(Richards)模型殘差平方和最小，為0.000 010。因此，選取理查德方程，其公式為V=0.612/(1-1.077e-0.037T)2.034，作為單株材積生長數(shù)學(xué)模型。

表5 米老排去皮單株材積生長數(shù)學(xué)模型回歸分析

2.4.4 入選的米老排各生長數(shù)學(xué)模型驗證

使用入選的米老排樹高、胸徑和材積生長模型估測各齡級的樹高、胸徑和材積(表6)，并與實測值進行對比，結(jié)果顯示估測值與實測值總體上相近，相對總誤差較小，樹高、胸徑、材積的平均相對誤差及相對總誤差均低于1.401%(表7)。13年生樹高估測值偏低0.46 m，8年生胸徑估測值偏低0.21 cm，但總體估測值效果較好，因此，實踐中上述模型可直接用于各階段林木生長預(yù)測。

表6 米老排人工林樹高、胸徑和材積生長模型殘差比較

表7 米老排生長模型誤差檢驗

3 結(jié)果與討論

3.1研究結(jié)果

通過對米老排生長規(guī)律的研究可知，其樹高、胸徑年生長具有一定相似性，而連年生長量表現(xiàn)為折線型曲線升降趨勢。樹高平均生長量最大值出現(xiàn)在第2年，胸徑平均生長量最大值出現(xiàn)在第8年，樹高、胸徑在10 a前其平均生長量基本保持波動性穩(wěn)定，之后樹高、胸徑均緩慢下降，因此，加強對幼齡期的撫育管理和施肥，可確保林木快速穩(wěn)定生長。米老排材積連年生長量呈現(xiàn)折線型波狀增長，與胸徑、樹高生長變化有一定關(guān)系，平均生長量在第26年仍保持增長趨勢，連年生長量與平均生長量曲線尚未相交，說明26年生米老排尚未達到數(shù)量成熟，該樹種的數(shù)量成熟齡有待進一步研究。米老排胸高形數(shù)隨著林齡增加保持較穩(wěn)定狀態(tài)，26 a的胸高形數(shù)為0.51，其干形可與松、杉等針葉樹種通直程度相比擬。米老排胸徑和材積連年生長率隨著樹齡增加而遞減，呈現(xiàn)先急后緩的趨勢。材積生長分為2個階段，4～9 a下降較快，第10年開始維持平緩下降水平，與胸徑基本平行下降。樹高連年生長率波動性較大，僅在第15年與材積生長相交，說明米老排生長旺盛，具有培育珍優(yōu)闊葉大徑材的潛質(zhì)。引種至福建上杭的生米老排表現(xiàn)出明顯速生特性，是該地區(qū)培育大徑材的珍貴優(yōu)良闊葉樹種之一。

3.2討論

通過分析比較，從7個生長經(jīng)驗?zāi)Ｐ椭羞x取蘇瑪克和理查德數(shù)學(xué)模型建立米老排樹高、胸徑、單株材積與樹齡的生長模型方程。模型精度檢驗表明樹高、胸徑與材積的估測值基本接近實測值，在實踐中具有較強的可靠性。因此，根據(jù)米老排各齡級材積估測值結(jié)合林地立地條件、造林密度來確定培育短周期或中、大徑材的目標更有意義。

對26年生米老排人工林不同林齡生長規(guī)律進行分析，可以為米老排進行科學(xué)撫育管理提供理論依據(jù)。首先，綜合米老排測樹因子、生長量及生長率的研究表明，其具有明顯的早期速生特性，樹高和胸徑連年生長在第3、4、7、9年相交，并分別在第2年、第4年達到最高峰值，與桉樹早期速生特性接近，其速生性和材性均與桉樹一樣可列為短周期工業(yè)原料林進行經(jīng)營[8]。其次，米老排經(jīng)濟效益分析表明，在全林分利用下在第7年可以盈利，第8年收益率就高于行業(yè)基準收益率5.56%，凈現(xiàn)值也呈上升趨勢，到第11起達到頂峰[13]；同時，米老排萌芽能力強，枯枝落葉多，若作為經(jīng)營短周期中小徑級材和針闊混交樹種可連續(xù)多代經(jīng)營，也具有較好經(jīng)濟收益。因此，本研究認為可將米老排列為福建珍貴速生闊葉樹種進行培育推廣，能夠產(chǎn)生巨大的生態(tài)、社會和經(jīng)濟效益。

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林能慶(1963-),男,福建龍巖人,高級工程師,從事遺傳育種和森林培育工作。

洪永輝(1963-),男,福建龍巖人,教授級高級工程師,從事林木、花卉遺傳育種、森林培育，(E-mail)hohu819@163.com。

S792.99

A

1004-2180(2017)03-0022-07