广西南宁良凤江森林公园降香黄檀生物量探究

梁建平，严 理，廖克波，秦武明，唐 丹，姜 翠

(1.广西南宁树木园，广西 南宁 530001； 2.广西大学林学院，广西 南宁 530004)

广西南宁良凤江森林公园降香黄檀生物量探究

梁建平1，严 理2，廖克波1，秦武明2，唐 丹2，姜 翠2

(1.广西南宁树木园，广西 南宁 530001； 2.广西大学林学院，广西 南宁 530004)

对广西南宁良凤江森林公园内12、25、26、31、45、46年生降香黄檀的生物量进行测定，并进行模型拟合，得出各器官及单株生物量的最优方程。结果表明：45年生降香黄檀单株生物量最大，为237.43 kg，并且降香黄檀的生物量、干形及心材在相同年限差异显著；46年生降香黄檀心材直径平均值为10.7 cm，心材年增长速率为1.11%，最大心材比例出现在第38年。总体上胸径对于生物量的贡献值大于树高，树干生物量、根蔸生物量分别占降香黄檀地上、地下生物量的绝大部分，树干生物量最优方程为Y=0.013D2.941，单株生物量最优方程为Y=-190.668+23.631D-0.208D2。

降香黄檀；生物量；拟合方程；心材生长规律

降香黄檀(DalbergiaodoriferaT.chen)又名海南黄花梨、花梨木、花梨母等，为蝶形花科黄檀属乔木，其树高10～15 m，树皮粗糙呈褐色，羽状复叶，圆锥花序，荚果舌状[1]。原产于海南岛，其木材质极佳，是国家红木标准认定的33种红木中原产我国的珍贵种品质种之一，仅次于最为优异的檀香紫檀(PterocarpussantalinusL.)[2-3]。其心材呈红褐色，材质坚实厚重纹理细腻多变，为上等家具良材；有香味，可作香料；根部心材名降香，为良好的镇痛剂，又治刀伤出血。降香黄檀木料与鸡翅木、紫檀木、铁力木并称中国古代“四大名木”[4]。由于过度采伐，降香黄檀一度濒危，被列为国家二级保护植物，但受其心材市场价格的不断攀升，近年来降香黄檀人工林种植已蔚然成风。文献记载降香黄檀7～8 a可形成心材[5]，黎素平[6]研究认为是9～15 a可形成心材，但由于现存人工种植的降香黄檀大都林龄较小，因而国内对于降香黄檀人工林生物量的研究仅见于幼苗[7]。目前针对降香黄檀的研究主要集中在内含物的含量测定及成分分析，如对降香黄檀中总黄酮的含量测定[8-10]、引种栽培试验[11-15]、幼苗生长和生理实验[16-20]等方面。本文对降香黄檀不同树龄生物量的测定、生长规律的剖析，以期为降香黄檀的种植、抚育管理提供参考。

1 试验地概况

试验地位于广西南宁良凤江国家森林公园，园内地貌多为较低矮山丘，坡度较小，水热丰富。地处东经108°21′、北纬22°40′，海拔80～220 m，相对高度30～140 m，年平均气温21.6 ℃，1月平均气温12.4 ℃，极端最低气温-1.4 ℃，7月平均气温28.3 ℃，极端最高气温39.5 ℃，年平均霜期5 d，年均降水量1340 mm，4～9月为雨季，相对湿度65%～80%。土壤类型为砂页岩发育形成的赤红壤，厚度在80 cm 以上。所选降香黄檀人工林为1968年种植，并陆续补植，面积1.5 hm2，平均树高 18.7 m，平均胸径21.6 cm。与海红豆(AdenantherapavoninaLinn)、枸骨木(SwidawilsonianaWanger)、阴香(Cinnamomumburmanni)等混交，混交林中降香黄檀保留密度为75株·hm-2，林分郁闭度为0.8。

2 材料与方法

2.1 标准地设置与调查

根据试验地内不同立地情况设置3块标准地(20 m×20 m)，共计1200 m2，记录每块标准地的立地情况(坡位、坡向、坡度、海拔等)，在样地内对降香黄檀进行每木检尺，测量其树高、胸径、枝下高、冠幅等信息，并测量记录样地内混交树种的平均树高、胸径。

2.2 试验方法

根据降香黄檀每木检尺的统计数据，在每块标准地分别选取2株生长正常、具有代表性的标准木。单株生物量取样分为地上部分(树干(带皮)、树枝、树叶)及地下部分(采用全根挖掘法，按根蔸、粗根(根系直径≥2.0 cm)、中根(0.5～2.0 cm)、细根(<0.5 cm))，待标准木伐倒后立即全树称量鲜重，做好记录，然后对各器官取样(样品质量约500～1000 g)，将样品用保鲜袋封装并带回实验室，在85 ℃下恒温烘干24～48 h至恒重，测定各样品的干重和含水率，然后推算出各器官的生物量，进而累计求得6株标准木各自生物量。

2.3 数据处理

所有数据整理及图表分析采用Excel软件及SPSS 17.0软件。

3 结果与分析

由表1可知，南宁树木园园内降香黄檀的生长条件基本一致，保留密度相近，并且降香黄檀人工林3块样地的生长状况大致相同，样地内胸径及树高最大值的差异分别为8.3%、5.1%，可推断3块样地内的降香黄檀生长状况具有一般代表性。

由表2可知，降香黄檀生物量并非随着胸径及树龄的增加而保持绝对增长，在相同径阶或相近树龄下均出现生物量增长与胸径及树龄负相关的现象。但是心材直径比例这一数据随树龄的增加而保持显著增长关系。

表1 立地条件及降香黄檀人工林概况

3.1 降香黄檀单株生物量

降香黄檀不同径级单株生物量见图1，由图1可知，降香黄檀的生物量累积基本上随胸径增大而增加，但是相同径级的降香黄檀单株生物量表现出较大差异，如胸径13.9 cm的降香黄檀生物量为107.03 kg，胸径14.4 cm的降香黄檀单株生物量为97.72 kg，根据树干解析可知其年龄分别为25 a和26 a，其树高分别为14.2 m和15.0 m。由器官生物量分布情况可知，导致单株生物量差异的原因为树干、侧枝和树叶部分。胸径为21.6 cm与22.2 cm的2株降香黄檀单株生物量也差异较大(分别为193.51 kg与237.43 kg)，树高分别为18.7 m与17.6 m，后者胸径比前者大2.7%，树高却小5.9%，生物量的差异达到22.69%，可以判断对于树龄大的降香黄檀(分别为46 a与45 a)，其胸径对生物量的贡献比树高大。在实际测量和树干解析的过程中发现，降香黄檀的生长具有较大的特异性，即单株生物量、干形、心材等在相同树龄和胸径时表现出较大差异。

表2 解析木信息表

由图2可知，降香黄檀地上器官生物量分布大致随胸径增大而增加，基本上表现为树干>大枝>侧枝>树皮>树叶。其中树干生物量占单株生物量的百分比随着胸径增加出现先降再升的趋势，最终为53.27%；树皮生物量的占比大致稳定在8%左右；大枝、侧枝及树叶3个器官表现为明显的先升后降趋势。整个地上部分各器官生物量占单株生物量的百分比出现小范围波动，大致稳定在84%左右。

由图3可知，不同胸径降香黄檀的地下部分器官生物量大致为根蔸>粗根>中根>细根，且均随胸径的增大而增加，但是各器官生物量占单株生物量的百分比变化规律却不尽相同：根蔸和粗根部分大致呈现“降-升-降”的趋势，而中根和细根则持续下降。根蔸生物量在整个地下部分生物量中占绝大部分，并且在单株生物量中约稳定在10%左右。

图2 降香黄檀地上部分器官生物量图3 降香黄檀地下部分器官生物量

3.2 降香黄檀心材生长规律

在对心材的解析中发现降香黄檀树干的心材生长具有很大程度随机性，例如会出现树干两端生长心材但中段无心材的现象，以及同一断面出现2处甚至3处心材生长点并且相互不融合等现象。因为树干解析时无法将全株树干的心材一一剥出，并且挖掘根蔸时发现个别降香黄檀根部心材较多，因此无法准确计算降香黄檀单株心材生物量，故本文根据树干解析的数据对心材的生长规律进行分析。

46年生降香黄檀人工林的心材生长规律见表3。如前文所述，由于样木中降香黄檀心材的生长呈现极大随机性，查阅文献得知心材的形成受到诸多因素的影响，因此本文中的心材数据为6株降香黄檀的平均值，对降香黄檀的心材量采取保守估计，故其低于生长最佳的降香黄檀心材量。由表3可知，降香黄檀在第8年前后开始出现心材，与前人的研究相符合，46年生时心材直径平均值为10.7 cm，对应整树胸径为21.6 cm，所采样木中最大心材直径为16.9 cm，对应植株胸径为25.8 cm。自第8年心材出现时心材比例为7.3%，至46年生时为49.54%，年增长速率为1.11%，最大心材比出现在第38年，但是此后一直保持在49%以上。

表3 降香黄檀心材生长规律

3.3 降香黄檀生物量模型拟合

根据所采伐样木的胸径、树高和D2H等因子与树干生物量等进行相关性分析，结果见表4。由表4可知，胸径(D)及D2H分别与树干生物量、树皮生物量及地下器官生物量成显著或极显著关系，但是均与大枝生物量、侧枝生物量及树叶生物量无显著相关性；树高(H)仅与地上部分的侧枝生物量显著相关，并与地下部分生物量极显著相关；D及D2H分别与单株总生物量极显著相关，H与单株总生物量显著相关。由此可以判断胸径、树高及D2H均可用于建立回归方程模拟降香黄檀大部分器官及单株生物量的模型。此外，各器官生物量及单株生物量的相关性比较随机。

表4 D2H、D、H与各变量间相关矩阵

*：**为在0.01水平(双侧)上显著相关；*为在0.05水平(双侧)上显著相关。

3.3.1 树干生物量模型 利用D2H、D、H3个因子对树干生物量进行模型拟合(表5)，其中D2H和D均与树干生物量极显著相关，并发现以D为自变量建立的幂函数R2最大为0.986，且相伴概率P值最小，因此其模型Y=0.013D2.941拟合最优，可用于估测降香黄檀树干生物量。

表5 树干生物量回归模型

3.3.2 树皮生物量模型 在对树皮生物量的方程拟合中，发现以D2H和D为自变量拟合的方程R2均较高，但D2H的相伴概率P值较大，因此选择以D为自变量的幂函数作为降香黄檀树皮生物量的拟合方程，表达式为Y=0.001D3.145。而H与树皮生物量的相关性不显著(表6)。

表6 树皮生物量回归模型

3.3.3 大枝、侧枝及树叶生物量 由表7可知，大枝生物量与D2H、D、H的相关性均不显著，但在拟合过程中以H为自变量得到的幂函数方程相关系数R2最大且显著高于D2H和D，P值最小，因此选择其作为大枝生物量的最优方程：Y=0.02H2.558。

侧枝生物量、树叶生物量方程的拟合与大枝类似(表8、表9)，最后选取的回归方程均为以H为自变量得到的幂函数，其相关系数分别为0.918和0.828，表达式为侧枝生物量Y=0.009H2.737，树叶生物量Y=0.015H2.059。

表7 大枝生物量回归模型

表8 侧枝生物量回归模型

表9 树叶生物量回归模型

3.4 根系生物量模型

由表10可知，根蔸生物量与D2H、D、H都表现出极显著相关，并且以D2H、D、H为自变量得到的不同方程相关系数都很高(分别为0.997、0.996、0.983)，其P值均为0.000，因此最终选择相关系数最高的D2H为自变量建立的二次方程式Y=-1.036+0.004(D2H)-2.024E-7(D2H)2作为最优方程。但实际上以D为自变量建立的二次方程拟合精度也较高，在实践中对降香黄檀进行生物量预测时可进行验证，并最终挑选合适方程。

由表11～表13可知，粗根生物量、中根生物量、细根生物量与D2H、D、H均呈显著或极显著相关，并且获得的回归方程相关系数较高，P值较小，最终得到表达式分别为粗根生物量Y=-8.062+1.09H+0.025H2，中根生物量Y=0.006(D2H)0.626，细根生物量Y=0.002H1.92。

表11 粗根生物量回归模型

3.5 单株生物量模型

由表14可知，降香黄檀单株总生物量与D2H、D呈极显著相关，与H呈显著相关，并且拟合方程相关系数较高且很接近，由于前文中提到胸径对单株材积的贡献更大，因而最终选取以D为自变量的二次函数Y=-190.668+23.631D-0.208D2为最优方程。

4 结论与讨论

4.1 生物量

本研究结果表明，降香黄檀单株生物量基本随胸径的增加而增大，但是在相同径级上生物量差异较为明显，如14 cm径级降香黄檀单株生物量相差9.53%，22 cm径级单株生物量相差22.69%。分析可知单株生物量的差异主要来源于树干、树枝及树叶部分，并且发现降香黄檀随树龄及胸径的增长出现树高差异日益显著，但总体上胸径对于生物量的贡献大于树高。树干生物量、根蔸生物量分别占降香黄檀地上、地下生物量的绝大部分，并且占单株生物量的百分比随胸径的增加分别稳定在53%、10%左右。树干生物量随胸径增大差异显著，而根蔸生物量的变化随胸径增加不明显。

由于研究降香黄檀立地条件及抚育措施基本一致，推测导致单株生物量的增长与树龄增长出现少量差异的原因可能包括林地小气候的差异、单株林木自身遗传特异性等，因胸径对生物量的贡献较大，因此为了提高降香黄檀单株生物量，可根据其生长规律在胸径快速生长期加大水肥补给并适当增大林隙透光度。俞月凤等[21]对广西北部50年生杉木人工林生物量的研究表明其单株生物量为193.43 kg，树干生物量占单株生物量百分比为75.97%；杜虎等[22]对广西东部60年生马尾松人工林的生物量研究发现各器官生物量大小为：树干>树根>树枝>树叶，并且树干生物量占单株生物量的83.1%；李元玖等[23]对云南中部43年生华山松人工林生物量的研究结果表明，其单株生物量为136.79 kg，其中树干生物量占41.52%。对比可知，46年生降香黄檀的净生物量积累位于较高水平，树干生物量占单株生物量的百分比较低，但仍属于中等水平。由于目前国内外针对降香黄檀及黄檀属树种生物量的研究多集中在幼苗阶段，因而本文中降香黄檀生物量的积累效率缺乏对比数据，有待后续研究更多的数据支持。

4.2心材生长规律

降香黄檀的心材形成机理较复杂，目前对各种产生心材树种的研究发现，其形成机理主要表现在边材向心材转变的过程中发生的一系列理化变化，包括酶活性、含水量、营养元素等物质的变化以及特殊代谢物的产生等[24]。而决定心材数量或体积的临界点在于树体的生长发育中边材和心材的比例达到利于自身生长的最佳水平[25]，所以在理论上可以通过人工干预如修枝等手段和人为外源刺激等方法促进降香黄檀心材的形成。贾瑞丰[26]研究发现降香黄檀的心材形成主要来自于水分胁迫、真菌菌液、生长调节剂等改变了树体的内部代谢或直接加速边材转变成为心材。因在试验中发现降香黄檀的心材生长特异性较强，为了反映出其一般规律，故文中降香黄檀心材数据选用的是平均值，低于降香黄檀心材的最佳值。本文中降香黄檀在第8年前后开始出现心材，46年生时心材直径平均值为10.7 cm，对应植株胸径为21.6 cm。可以看到自心材出现时，心材比例由第8年的7.3%上升至46年生时的49.54%，年增长速率为1.11%，最大心材比例出现在第38年，此后一直保持在49%以上，由于心材形成原因受外界刺激影响较大，因此不能说明心材生长速率下降。心材是降香黄檀木材主要价值所在，依照本文数据得知降香黄檀在第30年生时心材直径比例在40%左右并且此后持续增长，46年生时其接近50%的心材直径比例相当可观，若能在降香黄檀心材形成机制方面有所发现和突破，使单株降香黄檀的心材生长趋于一致和稳定，预测南宁树木园降香黄檀人工林的心材产量将具有巨大的价值和潜力。

4.3 生物量模型

通过D2H、D、H与各生物量的相关性分析表明，3种自变量因子与生物量的相关性大部分表现为显著或极显著，但树枝生物量与树叶生物量的相关性较差。拟合得出的各器官生物量及单株生物量方程分别为：树干(Y=0.013D2.941)、树皮(Y=0.001D3.145)、大枝(Y=0.02H2.558)、侧枝(Y=0.009H2.737)、树叶(Y=0.015H2.059)、根蔸(Y=-1.036+0.004(D2H)-2.024E-7(D2H)2)、粗根(Y=-8.062+1.09H+0.025H2)、中根(Y=0.006(D2H)0.626)、细根(Y=0.002H1.92)、单株(Y=-190.668+23.631D-0.208D2)。本文中得到的降香黄檀生物量拟合方程大都相关系数较高，具有较好拟合效果，但由于多年生降香黄檀人工林样本较少，模型的完善有待更多数据校正和优化。

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The Research on Biomass ofDalbergiaodoriferaT.chen in Liangfengjiang Forestry Park of Nanning，Guangxi

LIANG Jian-ping1，YAN Li2，LIAO Ke-bo1，QIN Wu-ming2，TANG Dan2，JIANG Cui2

(1.GuangxiLiangfengjiangNationalForestPark，Nanning530001，Guangxi，China；2.CollegeofForestry，GuangxiUniversity，Nanning530004，Guangxi，China)

In this paper，the biomass of 12 year，25 year，26 year，31 year，45 year and 46 yearDalbergiaodoriferaT.chen in Liang-fengjiang forestry park of Nanning，Guangxi were studied，and found out the optimal equation with model fitting for various organ biomass and single plant biomass.The results showed that：per plant biomass of 45 yearDalbergiaodoriferaT.chen up to 237.43 kg was the maximum value，and biomass，stem form and heartwood were in significant difference was found in the same age.The average heartwood diameter of 46 yearDalbergiaodoriferaT.chen diameter was 10.7 cm，heartwood′s annual growth rate was 1.11%，the biggest rate of heart/sapwood was appeared on the 38 years.The DBH′s contribution value to the biomass was greater than the height，at the same time the biomass of trunk and root hill were respectively most of the biomass of above-ground and below-ground ofDalbergiaodoriferaT.chen.Finally concluded the optimal equation for trunk biomass wasY=0.013D2.941，and single plant biomass wasY=-190.668+23.631D-0.208D2.

DalbergiaodoriferaT.chen；biomass；curve fitting；growth rate of heartwood

10.13428/j.cnki.fjlk.2016.02.008

2015-06-23；

2015-08-12

广西自然科学基金资助项目(2012jjAA30094)

梁建平(1962—)，男，广西贵港人，广西南宁树木园教授级高工，从事森林培育研究。E-mail：jmc190463@163.com。

S718.55+6；S792.28

A

1002-7351(2016)02-0041-08