張 燁，韋鑠星，蔣 燚，劉 菲，黃榮林

(廣西壯族自治區(qū)林業(yè)科學(xué)研究院、國家林業(yè)局中南速生材繁育實(shí)驗(yàn)室，廣西 南寧 530002)

江南油杉(KeteleeriacyclolepisFlous)是中國特有油杉屬樹種，其干形通直，木材堅(jiān)實(shí)，生長快速，硬度適中，具有較高的用材價(jià)值[1-2]，同時(shí)枝繁葉茂，四季常綠宜于園林、曠野栽培，是優(yōu)秀的園林樹種[3-4]。由于過度砍伐利用等人為原因及自然環(huán)境壓迫等綜合影響，現(xiàn)今天然分布的江南油杉已十分稀有，已經(jīng)處于瀕危的狀態(tài)[5-6]，因此開展對江南油杉的物種保護(hù)、幼苗培育、栽培技術(shù)等研究迫在眉睫[7]。隨著我國森林質(zhì)量精準(zhǔn)提升和樹種結(jié)構(gòu)調(diào)整工程的推進(jìn)落實(shí)，近幾年來全國特別是廣西對江南油杉這一珍貴鄉(xiāng)土樹種加大了研發(fā)力度[8-14]，并在優(yōu)良種源家系的篩選、苗木繁育和栽培技術(shù)上獲得突破[15-16]，但由于缺乏江南油杉生長規(guī)律及其生物量分布特征的系統(tǒng)研究，加上幼樹墩苗時(shí)間較長，林業(yè)生產(chǎn)單位對該樹種生長過程和周期的認(rèn)識出現(xiàn)嚴(yán)重偏差，導(dǎo)致樹種的推廣種植嚴(yán)重受阻[17-18]。為改變上述現(xiàn)狀，本文以廣西賀州30年生江南油杉為研究對象，采用分層分區(qū)位全挖標(biāo)準(zhǔn)木法，通過林分測樹因子調(diào)查和樹干解析分析，探明江南油杉生長規(guī)律和生物量構(gòu)成，同時(shí)運(yùn)用恒重烘干法系統(tǒng)研究江南油杉各器官生物量的結(jié)構(gòu)分配特征，以期為江南油杉的人工栽培、經(jīng)營管理和推廣種植提供參考。

1 材料與方法

1.1 自然地理概況

試驗(yàn)點(diǎn)位于廣西賀州市步頭鎮(zhèn)，東經(jīng)111°41′54″、北緯24°8′19″，海拔350 m。屬亞熱帶季風(fēng)氣候，氣候溫潤多雨，夏長冬短，年均降水量為1652～1995 mm，年均氣溫23.4 ℃，年均蒸發(fā)量1230～1350 mm，年均相對濕度74.6%～79.8%，全年無霜期334 d，適合江南油杉生長。試驗(yàn)林為1989年春季種植的江南油杉人工純林，株行距2 m×3 m，未經(jīng)過人工撫育間伐，林下植被較少，主要為箬葉竹、金毛狗、華山姜等，枯枝落葉層較厚，林分密度為825株·hm-2。樣地設(shè)置在林分西南坡，坡度在15°～18°之間，坡長160 m，人為干擾較少。

1.2 樣地設(shè)置與林分調(diào)查

在上坡、中坡和下坡分別設(shè)置1個(gè)代表性樣地(30 m×20 m)，記錄樣地立地情況。在標(biāo)準(zhǔn)樣地內(nèi)開展每木檢尺，用測高器、胸徑圍尺、皮尺測量樹高、胸徑、冠幅和枝下高等林木生長指標(biāo)，分別做好記錄并統(tǒng)計(jì)。根據(jù)江南油杉林分的平均樹高、胸徑、冠幅和枝下高，在上坡、中坡和下坡各選取5株標(biāo)準(zhǔn)木，共15株。

1.3 標(biāo)準(zhǔn)木砍伐與樹干解析

用羅盤儀在15株標(biāo)準(zhǔn)木的根頸和胸徑位置標(biāo)明樹干北向，挖掘或平地進(jìn)行機(jī)械倒伐，倒伐后根據(jù)標(biāo)記在全樹干上標(biāo)明北向，在根頸處截取10～15 cm厚的圓盤(記為0號)，第2塊圓盤在1.3 m處截取(記為1號)，之后按2 m區(qū)分段在全株鋸取圓盤(依次記為2、3、4…號)，直至梢頂。在圓盤非工作面做好標(biāo)記，包括南北線、截?cái)嗵柕?。將工作面剖平后用塑料薄膜密封帶回室?nèi)，采用傳統(tǒng)年輪確定法判別樹木圓盤的年輪[19]，從東西方向和南北方向分別測定圓盤的生長輪寬度，取其平均值。繪制樹高曲線圖，由樹高生長曲線圖查出各齡階的樹高，各齡階的去皮材積利用區(qū)分段法求算[20]。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

運(yùn)用Excel軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，運(yùn)用SPSS 19.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 林分生長情況

本研究發(fā)現(xiàn)坡位因子對江南油杉的生長具有顯著影響。相關(guān)研究表明，坡位因子能對林木的生長產(chǎn)生顯著影響[21-22]。本研究以試驗(yàn)林上坡、中坡、下坡標(biāo)準(zhǔn)地江南油杉的胸徑、樹高、冠幅、枝下高、郁閉度為基本指標(biāo)，分析坡位因子對江南油杉生長的影響。從表1可見，不同坡位江南油杉林分郁閉度相差不大，均在0.65～0.7之間；平均胸徑、樹高、冠幅的大小順序均為下坡>中坡>上坡，其中30年生江南油杉下坡位的胸徑最大為31.2 cm，其與中坡位、上坡位胸徑間存在顯著差異，江南油杉的樹高和冠幅上坡位與中坡位、下坡位間均存在顯著差異。這說明坡位因子對江南油杉的生長具有顯著影響。

表1 不同坡位對江南油杉生長指標(biāo)的影響

圖1 江南油杉樹干縱斷面圖

通過樹干解析，以直徑為橫坐標(biāo)，樹高為縱坐標(biāo)，繪制樹干縱斷面圖(圖1)。江南油杉的樹干整體比較通直，經(jīng)計(jì)算，其實(shí)驗(yàn)形數(shù)達(dá)到0.44，胸高形率為0.74，說明江南油杉生長良好，干形通直，出材率高，具有優(yōu)良用材樹種的特性，值得在其適生區(qū)推廣種植。

將上坡位、中坡位、下坡位各選取的5 株標(biāo)準(zhǔn)木進(jìn)行樹干解析，取同一樹齡胸徑平均值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得到江南油杉胸徑生長的變化規(guī)律(圖2、圖3)。胸徑的總生長量隨著樹齡增加而增長，并且曲線較為平穩(wěn)，在第30年時(shí)達(dá)到25.8 cm(去皮)。胸徑的連年生長量曲線較平均生長量曲線和總生長量曲線要復(fù)雜，雖呈現(xiàn)隨著樹齡增加而增長，但有所波動(dòng)，30 a間經(jīng)歷4～8 a、13～15 a、17～20 a 3個(gè)胸徑連年生長量的快速增長期。

從圖3可見，江南油杉胸徑平均生長量隨樹齡增加幾乎呈直線上升，說明30 a樹齡的江南油杉胸徑生長均處于高速增長狀態(tài)，但連年生長量生長曲線有所波動(dòng)，這說明江南油杉的胸徑生長除其本身生物學(xué)特性決定之外，也容易受到外界環(huán)境因子的干擾。

圖2 江南油杉胸徑總生長曲線圖圖3 江南油杉胸徑連年/平均生長曲線圖

2.2 江南油杉樹高生長規(guī)律

樹高是描述樹木生長的一個(gè)重要指標(biāo)，樹高生長曲線圖可直觀反映樹木的生長過程。從圖4可以看出，江南油杉樹高總生長量隨著時(shí)間的增加而增長，在0～24 a樹高增長較為迅速，樹齡24 a后樹高生長速率趨于平緩。從圖5可以看出，江南油杉連年生長曲線可將其高生長大致分3個(gè)階段：緩慢調(diào)整生長期(1～12 a)、快速生長期(13～24 a)、穩(wěn)定生長期(25～30 a)。1～12 a連年生長量增長較為緩慢，連年生長量在0.35～0.55 m·a-1之間，平均生長量為0.45 m·a-1；13～24 a樹高生長進(jìn)入快速增長期，連年生長量在0.80～1.20 m·a-1之間，平均生長量為0.91 m·a-1，樹齡22 a達(dá)到最高的1.2 m·a-1；25～30 a樹高生長進(jìn)入穩(wěn)定期，樹高連年生長量迅速下降，平均生長量僅為0.40 m·a-1。

從圖5還可以看出，江南油杉樹高年平均生長曲線呈相對較為平緩?fù)够⌒?，總體趨勢隨著年齡的增加先增長后逐漸降低，平均生長曲線與連年生長曲線相交于第24年，此時(shí)樹高的總平均生長量達(dá)到最大值0.68 m·a-1。

圖4 江南油杉樹高總生長曲線圖圖5 江南油杉樹高連年/平均生長曲線圖

2.3 江南油杉材積生長規(guī)律

樹木材積是用材樹種經(jīng)營的主要目的之一。從圖6可知，江南油杉總材積的累積隨樹齡增長呈線性的遞增關(guān)系，是一個(gè)先緩慢增長到快速增長的過程，樹齡30 a時(shí)達(dá)到最大值0.4959 m3?？偛姆e的增長在0～14 a時(shí)非常緩慢，此期間總材積累積量僅為0.0052 m3，僅占30 a樹齡總材積生長量的1.0%；樹齡15 a后江南油杉總材積積累進(jìn)入了一個(gè)逐漸加快的快速增長期。

從圖7可以看出，江南油杉材積連年生長量和平均生長量均隨樹齡增加呈先緩慢增長再快速增長的過程，連年生長量和平均生長量在樹齡14 a之前變化均很小且漲幅不明顯，樹齡15 a之后才出現(xiàn)較明顯的漲幅，樹齡30 a時(shí)江南油杉材積平均生長量達(dá)到最大值0.0165 m3、連年生長量達(dá)到最大值0.0681 m3，這說明30年生的江南油杉處于材積快速增長期，未達(dá)到砍伐用材年齡。

圖6 江南油杉材積總生長曲線圖圖7 江南油杉材積連年/平均生長曲線圖

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態(tài)系統(tǒng)中所有植物的基礎(chǔ)，包括了植物體的干、枝、葉、根、種子等生物量，不同器官的生物量是衡量植物有效利用光能、水分養(yǎng)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長狀況，是林分結(jié)構(gòu)合理程度的體現(xiàn)。

從圖8可以看出，在上坡位江南油杉各器官生物量構(gòu)成中，各器官生物量比例排序?yàn)闃涓?枝>根>皮>葉，其中樹干占比最大，占整株生物量的50%，根系占整株生物量的17%，而葉僅占3%。中坡位江南油杉各器官生物量的大小排列順序與上坡位一致(圖9)，也是樹干>枝>根>皮>葉，根系生物量比上坡位減少2%，枝和皮的生物量均比上坡位增長1%。下坡位的江南油杉各器官生物量的大小排列順序和構(gòu)成比例均與上坡位一致(圖10)，其中根系均占整株生物量的17%，但側(cè)根占比增加1%，主根減少1%。

不同坡位江南油杉各器官的生物量大小排列順序均為樹干>枝>根>皮>葉，各器官生物量的占比非常接近，分別為50%、22%～23%、15%～17%、8%、3%～4%。樹干生物量的占比最大，均為50%，這與江南油杉作為優(yōu)良用材林造林樹種，干型通直，出材率高、枝叉少而小等生長特性相適應(yīng)。另外，3種坡位江南油杉根系中側(cè)根的生物量均占主根生物量2倍左右，這說明江南油杉根系側(cè)根發(fā)達(dá)，這與地上部分樹枝少而小的情況正好相反。

圖8 上坡位江南油杉各器官生物量構(gòu)成比例圖9 中坡位江南油杉各器官生物量構(gòu)成比例

圖10 下坡位江南油杉各器官生物量構(gòu)成比例

3 結(jié)論與討論

林木生長發(fā)育是一個(gè)復(fù)雜的動(dòng)態(tài)過程[23]，胸徑、樹高、冠幅3個(gè)測樹因子是樹木生長的最直觀表述。30年生江南油杉干型通直，實(shí)驗(yàn)形數(shù)為0.44，胸高形率為0.74，生長迅速，胸徑年均生長量可達(dá)1 cm以上，胸徑連年生長量經(jīng)歷4～8 a、13～15 a、17～20 a間的3個(gè)快速增長期，材積生長隨樹齡增長呈線性的遞增關(guān)系，是一個(gè)先緩慢增長到快速增長的過程，在0～14 a材積累積非常緩慢，樹齡15 a后進(jìn)入了一個(gè)逐漸加快的快速增長期，這說明30 a樹齡的江南油杉胸徑、材積生長均處于高速增長狀態(tài)，未達(dá)到最佳砍伐用材年齡，這與前人類似的研究結(jié)果相似。

江南油杉各器官間生物量大小排列順序不受坡位影響，均為樹干>枝>根>皮>葉，且各器官生物量占比差異不大，分別為50%、22%～23%、15%～17%、8%、3%～4%。樹干生物量占比約是樹枝的2倍，但側(cè)根的生物量占比約是主根生物量2倍，這說明江南油杉具有干型通直，出材率高、枝叉少而小，根系側(cè)根發(fā)達(dá)等優(yōu)良用材造林樹種特性。

劉菲等[24]對27年生江南油杉人工林生長規(guī)律研究發(fā)現(xiàn)，江南油杉樹高的快速生長期是在24 a內(nèi)，胸徑的快速生長期是在27 a內(nèi)；高楠等[25]對50年生油杉人工林生長規(guī)律進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，江南油杉胸徑的快速生長期是在造林的前26 a內(nèi)。本研究中江南油杉30 a的胸徑和材積快速生長期比前人多4 a，甚至更多，這進(jìn)一步證明了江南油杉生長周期較長，最佳采伐林齡在30 a以上。而4 a快速生長期的差異說明江南油杉的生長規(guī)律具有一定的地域差異性，其生長周期受不同的環(huán)境、土壤等因子作用而產(chǎn)生差異。因此在江南油杉人工種植時(shí)，在其快速生長期應(yīng)進(jìn)行適度間伐以控制林分密度，并加強(qiáng)水肥管理。

另外，通過研究發(fā)現(xiàn)，江南油杉樹高隨著樹齡增長出現(xiàn)3個(gè)階段的生長期，分別為緩慢調(diào)整生長期(0～12 a)、快速生長期(13～24 a)和穩(wěn)定生長期(25～30 a)，平均生長曲線與連年生長曲線相交于第24年，此時(shí)樹高的平均生長量達(dá)到最大值0.68 m·a-1。而林同龍[26]對12年生江南油杉生物量和生長規(guī)律進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，江南油杉幼年期連年生長量較高，在10 a后樹高生長放緩，胸徑生長增長。這可能是由于不同林分間的撫育管理措施不同造成的，雖然試驗(yàn)林均為人工林，但本研究造林時(shí)期缺乏人工施肥、撫育管護(hù)不到位，造成樹高生長延緩。