红椿人工林生长规律、生物量及生产力研究

韦 绪，覃德文

(1.广西国有三门江林场，广西 柳州 545000； 2.广西大学林学院，广西 南宁 530004)

红椿人工林生长规律、生物量及生产力研究

韦 绪1，覃德文2

(1.广西国有三门江林场，广西 柳州 545000； 2.广西大学林学院，广西 南宁 530004)

以广西国有三门江林场30年生的红椿人工林为研究对象，采用标准样地法、树干解析法分析其生长过程、生物量及生产力特征。结果表明：红椿在桂北具有较强的生长适应性，30年生平均胸径(去皮)、平均树高和平均单株材积分别达到31.4 cm、25.2 m、0.3997 m3，红椿树高和胸径生长均以前8 a最快，树高平均生长量在0.8～1.6 m·a-1范围，胸径年平均生长量在1.367 cm左右；材积生长在26 a时达到最大生长速率，随后持续下降；拟合出最优回归模型，红椿人工林树高、胸径与林龄的最优回归模型为苏马克模型，R2值分别为0.9890、0.9929，材积的最优模型是坎派兹方程，拟合相关系数高达0.9846；30年生红椿人工林林分生物量为390.28 t·hm-2，其中生物量大小为：乔木层(380.62 t·hm-2)>灌木层(5.42 t·hm-2)>凋落物层(3.02 t·hm-2)>草本层(1.22 t·hm-2)，分别占97.52%、1.38%、0.77%、0.31%，林分乔木层年净生产力为21.605 t·hm-2·a-1，不同器官净生产力大小次序为：树叶>树干>树根>树枝>树皮。

红椿；生长规律；生物量；生产力

红椿(ToonaciliataRoem.)为楝科(Meliaceae)香椿属(Toona)乔木，也称红楝子，福建、两广等亦称之为香铃子，该树种为落叶或半落叶乔木[1]。树高最大可达35 m，胸径最大可达1 m；树皮灰褐色，生长初期有幼毛，成年后幼毛褪却，红椿有一定的药用价值，为中国珍贵用材树种之一，有中国桃花心木之称，为国家Ⅱ级重点保护野生植物[2]，红椿木心材深红褐色，纹理通直，花纹美观，质地坚韧，持久微香，防虫耐腐，承重性强及胶粘性能良好，是建筑、家具、室内装饰良材。红椿属阳性深根性树种，性喜温暖，适应幅度较大，红椿树干通直，树冠庞大，常作为街道、庭院旁观赏树种[3]。

国内外对红椿的研究起始于20世纪70年代，主要是围绕红椿种质资源及栽培技术研究[4]。现阶段研究则侧重于红椿苗木生长特性[5]、红椿种群结构的研究[6]。其中，刘洋等[7]研究表明，红椿幼苗在高浓度铅胁迫下减少了叶片叶绿素的合成，直接抑制了红椿光合作用。冯立新等[8]对桂西北红椿种群年龄结构与空间分布格局分析研究表明，桂西北红椿在5 m×5 m、5 m×10 m、10 m×10 m的取样面积上，随着取样面积的增大，呈均匀分布的龄级逐渐增加，红椿群落复杂度增加。李晓清等[9]对红椿人工林密度试验表明，红椿人工林前期生长不受初植密度影响，10年生红椿人工林密度1600株·hm-2，可达最佳经营效益。但国内外的研究中，未见红椿人工林生长规律及生产力研究。本研究以广西国有三门江林场内30年生红椿人工林为研究对象，探讨其生长规律及生物量、生产力的分布情况，总结红椿人工林营林栽培技术，为今后红椿人工林栽培提供参考。

1 试验地概况

调查的红椿人工林样地位于中国广西国有三门江林场，东经109°48′—109°51′、北纬24°34′—24°36′。气候属亚热带季风型气候，气候适宜，太阳总辐射强为439.61 kJ·cm-2·a-1，年日照时间1218～1620 h。年均气温为19.5 ℃，年均降水量1000～1200 mm，相对湿度80%～84%。红椿林分平均海拔160 m，土壤为砂页岩红壤，土壤厚度为80 cm 左右，样地红椿人工林为1985年3月造林，株行距为3 m ×4 m。林分保存密度为625株·hm-2，郁闭度0.8。试验地林下植被种类不多，草本主要有：五节芒(Miscanthusfloridulus)、铁芒箕(Dicranopterisdichotoma)、半边旗(Pterissemipinnata)、东方乌毛蕨(Blechnumorientale)等，平均高度为0.3 m。灌木层主要有小叶榕(Ficusconcinna)、青冈栎(Cyclobalanopsisglauca)、润楠(Machiluspingii)等，平均高度为1.2 m，灌草覆盖率达23%。

2 研究方法

2.1 标准地设置和林分生长规律与生物量的测定

30年生红椿人工林中设置3个400 m2(20 m×20 m)的试验样地，并对样地进行每木检尺，调查林分平均树高、胸径等生长因子。并在每个样地选取2株平均木伐倒，以2 m距离取一个5 cm厚的圆盘带回实验室进行树干解析，分析林分生长规律[10]；林分生物量的测定则采用收获法进行测定[11]，生产力的测定参考禤火超[12]的计算方法。

2.2 生长方程的拟合

根据生长方程经验模型[13-14]，对红椿人工林的树高、胸径、材积3个生长指标与林龄进行模型拟合分析，选取经验模型：幂函数模型、逻辑斯蒂模型、理查德模型、考尔夫模型、坎派兹模型、苏马克模型，拟合精度越高，残差平方和越小，表明拟合效果越好。

2.3 数据统计和处理

采用Excel 2007、SPSS 19.0软件对数据进行统计分析，以及生长方程的拟合和相似度检验。

3 结果与分析

3.1 树高生长特性

由图1可知，红椿人工林树高生长呈不断升高的趋势，树高年平均生长量范围为0.8～1.6 m·a-1，但总体呈下降的趋势。其中0～4 a间，年平均生长量呈上升的趋势，第4年时，年平均生长量达到最大，为1.575 m；但伴随着林龄的增加，红椿人工林年平均增长量呈下降的趋势，第30年时，仍处于下降过程。而树高连年生长量曲线变动较大，30 a间出现了4次峰值，第4年时达到最大值1.600 m；连年生长曲线与平均生长曲线出现了4次相交，表现出了4次生长高峰期。此后随林龄增长，连年生长量变化均低于同年平均生长量。

3.2 胸径生长特性

由图2可知，随着林龄的增加，红椿人工林胸径生长量呈快速增长的趋势，随着林分进入第24年，林分胸径生长量逐渐减缓。红椿人工林胸径年平均生长量曲线波动幅度较小，年平均生长量为1.367 cm左右，至第30年平均生长量下降到1.193 cm。红椿人工林胸径连年生长量曲线变动幅度较大，在第12年、18年、26年出现了3次高峰期，第18年连年生长量达到最大，为2.375 cm，红椿人工林连年生长量曲线与年平均生长量曲线出现了6个交点，主要原因可能是红椿人工林受天气影响明显，胸径生长变化幅度较大。此后随着林龄的增加，胸径连年生长量呈较明显的下降趋势，由 2.15 cm逐渐下降到0.60 cm，均明显低于同年平均生长量。

3.3 材积生长特性

由红椿单株材积生长过程可以看出(图3)，30年生红椿人工林单株材积为0.3997 m3，红椿人工林前期单株材积生长变化较为缓慢，随着林分进入第8年，单株材积量增加显著，但红椿单株材积连年生长量曲线与年平均生长量曲线受桂北气候变化影响明显，出现了多处交点。林分连年单株材积则表现出随林龄增长而先缓慢增加(0～18 a)，迅速增加(18～26 a)，再逐年减缓(26～30 a)的变化，至30年生时达到峰值；连年生长量曲线波动较大，与平均生长量出现了3个交点，其主要受到当地气候条件影响，第26年时连年增长量达到最大，为0.03505 m3·a-1，然后逐渐降低，说明该红椿人工林第26年材积达到了数量成熟期，可进行采伐。由红椿人工林材积曲线发现，材积生长总体仍然保持持续升高的趋势，表明红椿人工林具有培育大径材的潜力。

3.4 生长方程拟合

采用2 a为1个龄级标准，结合本文选取的6个经验模型展开回归分析统计，筛选最优模型，拟合结果见表1。其中，红椿人工林拟合的最优胸径、树高生长模型为苏马克模型，拟合精度分别0.9890、0.9929，模型拟合精度适合红椿人工林使用，能贴切反映林木生长情况。材积的最优模型是坎派兹方程，R2为0.9846，残差平方和为402.67，单株材积生长模型对红椿人工林经营具有重要参考价值。

表1 树高、胸径、材积与年龄最优方程

3.5 林分生物量及其分配

由表2可知，红椿人工林总生物量为390.28 t·hm-2，其中乔木层生物量为380.62 t·hm-2，占林分总生物量的97.52%；红椿人工林地上部分291.94 t·hm-2，占林分总生物量的74.80%；地下部分生物量为88.68 t·hm-2，占林分总生物量的22.66%。在乔木层生物量分配中，地上部分占乔木层生物量四分之三，林分主要营养物质汇集进入了乔木层地上部分。红椿人工林树干生物量达到了168.56 t·hm-2，为乔木层生物量的44.29%，地上部分生物量最小为叶片，叶生物量仅占乔木层的5.02%，主要受到林分密度影响，林分空间小和株间竞争激烈，且红椿叶片较少，树干通直。另外，根系生物量占乔木层生物量的23.30%，在红椿人工林生物量起到重要作用，由于根系作为红椿树种养分吸收的重要器官，为红椿提供了主要物质输送，可见红椿树种根系生物量生长潜力巨大。

红椿人工林林下生物量大小排序为：灌木层(5.42 t·hm-2)>凋落物层(3.02 t·hm-2)>草本层(1.22 t·hm-2)。红椿的林下植被生物量仅为9.66 t·hm-2，占林分总生物量的2.45%。由此可知，结合乔木层生物量分配比例可以得出，伴随着红椿人工林较小的叶片生物量，该林分林下凋落物仅为林分生物量的0.77%，可见该林分林下空间较大，在营林经营中，可充分利用红椿人工林林下种植空间，发展复合农业。

表2 红椿人工林林分生物量

3.6 净生产力的估算

在计算红椿生产力时，考虑到红椿为落叶树种，树叶的生产力年限为2 a，林分其他器官计算以30 a计算。由表3可知，桂北地区30年生红椿人工林年均总净生产力为21.605 t·hm-2·a-1，其中干材年净生产力占林分总净生产力的26.01%；叶片年净生产力为9.555 t·hm-2·a-1，占林分总净生产力的44.23%；干材、树根年净生产力分别为5.619、2.956 t·hm-2·a-1，最小的是树皮年净生产力，仅为1.431 t·hm-2·a-1。

表3 红椿人工林乔木层净生产力及其分配

4 结论与讨论

结合红椿人工树干解析，桂北地区30年生红椿人工林林分平均胸径为31.4 cm，平均树高为25.2 m，平均单株材积达0.3997 m3，年均单株材积生长量达到0.0134 m3·a-1，明显高于桂西北地区西南桦人工林年平均单株材积增长量(0.0122 m3·a-1)[15]，高出广西地区杉木人工林蓄积年均生长量指标(0.0119 m3·a-1)11.19%[16]，与广西香椿人工林年平均生长量(0.0138 m3·a-1)相近[17]，说明红椿在广西具有较高的生长速生水平。

伴随着林分年龄的增长，红椿人工林各生长指标呈不断增加的趋势，第8年时树高和胸径生长速率达到最高，随后呈下降趋势；红椿人工林单株材积生长速率以18～26 a间最大，26 a后增速减缓，其中26 a时达到峰值(0.03505 m3·a-1)，之后至30 a维持在0.028 m3·a-1左右，这与红椿人工林生长规律基本一致。拟合的生长模型中，红椿人工林的树高、胸径测树因子与林龄最优回归模型为苏马克模型，拟合精度分别0.9890、0.9929；材积的最优模型是坎派兹方程，拟合相关系数高达0.9846。

桂北30年生红椿人工林生物量为390.28 t·hm-2，其中乔木层生物量(380.62 t·hm-2)及其净生产力(21.605 t·hm-2·a-1)均明显高于四川地区31年生红椿人工林的生物量(11.02%)[18]，与广西乡土树种32年生杉木相比高出15.35%[19]，与柳杉人工林[20]净生产力相比高出14.32%。由此可见，在广西地区，红椿树种人工林吸收养分、固碳能力较高。但由于红椿生长受气候、环境条件、林分密度以及其他管理措施等影响，加上其成熟期一般需要26 a以上，本研究的30年生红椿人工林已达到可采伐年龄，因此，在深入研究红椿人工林生长特性，还需进行人工林和天然林的对比研究，总结红椿生长规律，应用于营林培育当中。

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Studies on the Growth，Biomass and Productive Forces ofToonaciliataPlantation

WEI Xu1，QIN Dewen2

(1.SanMenJiangForistFarmofGuangxi，Liuzhou545000，Guangxi，China；2.ForestryCollegeofGuangxiUniversity，Nanning530004，Guangxi，China)

In this paper，research on the 30-year-oldToonaciliataplantation of Sanmengjiang Forest Farm of Guangxi，employ standard plots method and stem analysis method to the growth process，biomass and productivity. The results showed thatToonaciliatahad strong adaptability to growth in northern Guangxi，and average diameter at breast height (peeled) was 31.4 cm，average tree height was 25.2 m，volume per plant was 0.3997 m3，The growth ofToonaciliataand DBH were the fastest before 8 a，the average growth of tree height was in the range of 0.8～1.6 m·a-1，the average annual growth of DBH was about 1.367 cm；the maximum growth rate was reached at 26 a，the optimal regression model of tree height，diameter at breast height and stand age ofT.ciliataplantation was Sukmack model，R2reached 0.9890、0.9929，The volume of the optimal model was Compertz model，fitted correlation coefficient as high as 0.9846；The biomass of 30-year-old Chinese toon plantation was 390.28 t·hm-2，Among them，The size of the biomass: Tree layer (380.62 t·hm-2) > shrub layer (5.42 t·hm-2) > litter layer (3.02 t·hm-2)> herbaceous layer (1.22 t·hm-2)，respectively accounted for 97.52%，1.38%，0.77%，0.31%. The annual net productivity of arbor layer was 21.605 t·hm-2·a-1，the order of net productivity of different organs were：leaf>stem>root>branch>bark.

ToonaciliataRoem.；growth；biomass；productive forces

10.13428/j.cnki.fjlk.2016.04.008

2016-02-22；

2016-04-29

中国科学院战略性先进科技专项项目(XDA5050205)

韦绪(1971—)，男，广西武宣人，广西国有三门江林场工程师，从事森林培育和林业经营管理方面研究。E-mail：569941732@qq.com。

覃德文(1988—)，男，广西贵港人，广西大学林学院在读博士研究生，从事森林经营、森林生态和生态经济的研究工作。E-mail：qin_dw@mail.gxu.cn。

S718.55+6

A

1002-7351(2016)04-0038-05