青冈栎的生长规律及生物量分布格局研究

2017-05-21

中南林业科技大学学报 2017年3期

（中南林业科技大学林学院，湖南长沙 410004）

青冈栎Cyclobalanopsis glauca是亚热带常绿阔叶林的重要组成树种之一，亦是非常珍贵的用材树种[1]。青冈栎的木材称为椆木，其材质坚硬，耐磨、耐热、耐水湿，是高级家具、地板及装修的优良用材；青冈栎四季常绿、枝叶浓密、耐修剪，可与别的树种混交成林，是一种很好的观赏树种。随着市场对青冈栎等木材需求的增加，该树种在中国阔叶林中具有越来越重要的地位。多年来，由于珍贵用材树种及其林分没有得到应有的重视，青冈栎林分资源不多，对其进行研究、保护和利用，加大培育力度，扩大青冈栎林面积，实现青冈栎林分的可持续经营是非常有必要的。

有关林木生长规律和生物量的研究较多[2-4]，但是对青冈栎的研究比较少，目前的研究主要集中在栽培方面。作为亚热带珍贵用材树种，对青冈栎的生长规律以及生物量分布开展研究，有利于青冈栎林分的集约经营和发挥其生产潜力。为此，本文采用树干解析法对青冈栎的生长规律和生物量分布格局进行研究，为提高青冈栎林分的经营管理水平和合理培育该珍贵树种资源提供科学依据。

1 研究地概况

研究地位于湖南省永顺县首车镇龙珠村小干溪的青冈栎天然林，海拔432 m，北纬29°4′，东经109°42′。该区属亚热带山地湿润气候，四季分明，热量较足，雨量充沛，水热同步，温暖湿润；年平均气温为16.5 ℃，年平均降水量为1 400mm，无霜期大约为270 d。

研究地地貌类型为山地阳坡，土壤类型为山地黄壤，母岩为板岩，石砾含量中等，腐质层厚度1.5 cm，枯落物厚度1.0 cm，土壤潮湿，林分起源为天然林，树种组成主要为青冈栎，混有少量栲树。

2 研究方法

2.1 标准地设置与调查

对青冈栎天然林进行全面踏查，选出一块具有代表性的面积为30 m×20 m 的标准地，在标准地内进行每木检尺（密度为1 622 株/hm2），起测径阶为5 cm，记录所有林木和林地因子[5-7]。在标准地内选取生长正常、无断梢、无病虫害，并且干型通直的青冈栎平均标准木一棵（胸径15.5 cm，树高18.4 m），进行树干解析和生物量测定。

2.2 生长规律的测定方法

胸径的位置和南北方向在砍伐平均标准木之前在树干上标明。标准木伐倒后，在0、1.3、3.6 m以后按照2.0 m的区分段（取到 16.6 m）分别取一个厚约5 cm的圆盘，最后在不及一个区分段的梢头底部的位置上截取一个圆盘。在所有圆盘的非工作面上标明北向、标准地号、解析木号和圆盘号。根据伐倒木区分求积的方法计算出各龄阶的材积和各龄阶的生长量，进而分别绘制出树高、胸径、材积生长量的生长过程曲线图[8]。

2.3 生物量的测定方法

利用分层切割法对生物量进行取样，根据解析木的区分段测定树干、树枝、树叶、根系的鲜重，对各个器官按照混合取样的方法采集样品带回实验室烘干至恒重，再计算出各个器官的含水率，根据各组分的鲜重换算为干重，从而算出标准木的生物量，再根据标准地株数推算出单位面积的林木株数，最后求算出其生物量[9-11]。

2.4 数据处理方法

通过Excel 2003统计软件对所得的数据进行统计分析与绘图。

3 结果与分析

树高、胸径、材积都是反映树木生长速度快慢的三要素[7]。在整个林木生长过程中，胸径是最重要的指标；树高与胸径、材积不可分割，并且林分密度对树高生长的影响要比胸径的小，对立地条件反映也比较敏感；林木的单株材积取决于胸径断面积、树高和树干形状[12]。生物量表现林分的利用价值和经营程度，亦是探讨林业问题和生态问题的基础，在森林资源监测中具有重要作用[13]。

3.1 青冈栎生长规律研究

对青冈栎标准木进行树干解析后,分别分析胸径、树高和材积的生长过程[8]，用以计算平均标准木的树高、胸径和材积的总生长量、年平均生长量和连年生长量。

3.1.1 树高的生长规律

树高是树木高矮的一个量度，树高越高说明立地条件越好，因而立地质量的指标在林业上往往用树高做为评价标准，是以研究树高的生长规律是很有必要的。

对43年生青冈栎树高进行分析（见图1和图2），青冈栎单株树高总生长量随着树龄的增加而增加，其中5～15年间的生长速度较快，15年后生长速度比之前逐渐下降，不过树高生长一直没有停止，在43年时树高的总生长量达到18.4 m。树高连年生长曲线整体趋向是先上升后下降，树高连年生长量曲线的最高值达到0.70 m，出现在第12年。树高的生长高峰期为第9～15年，随后，树高连年生长量处于下降趋势，中间虽有波动，在第30年再次出现树高生长高峰，但其总体下降趋势没有变。从这里也可看出，青冈栎幼年高生长较快。

随着树龄的增长，树高平均生长量的趋势也是先增加而后降低，总体上与连年生长量的趋势是一样的，不同的是树高平均生长量波动变化不是很明显，始终保持一个相对稳定的状态。树高平均生长量曲线在第16年时与连年生长量曲线相交。

3.1.2 胸径的生长规律

胸径是树木大小的重要指标，也是林木资源经营管理的重要标志，为分析青冈栎胸径的生长规律，根据数据作图如下。

图1 树高生长曲线Fig.1 Height growth curve of Cyclobalanopsis glauca

图2 树高连年生长和平均生长曲线Fig.2 Curve about the annual growth and the average growth of height

图3 胸径生长曲线Fig.3 DBH growth curve of Cyclobalanopsis glauca

对43年生青冈栎的胸径进行分析（见图3～4），青冈栎单株胸径总生长量随着树龄的增加而增加，0～5年，胸径生长缓慢，然后生长速度加快，5～20年是胸径生长最快的时期，20年后胸径增加速度下降，在43年时树木的胸径为15.5 cm。胸径的连年生长量总体趋势是先增长后下降，胸径的连年生长曲线存在两个峰值，依次为0.65、0.70 cm，出现在树龄的第12年和第20年，其中第20年的峰值比较明显，随后，胸径连年生长量快速下降。胸径年平均生长量的趋势亦是出现先增长而后下降，在林木生长的第20年，年平均生长量出现最大值，为0.55 cm，要比连年生长量出现最大值时迟上1年，在第43年出现最小值，为0.36 cm。胸径平均生长量曲线在第23年时与连年生长量曲线相交。

图4 胸径连年生长和平均生长曲线Fig.4 Curve about the annual growth and the average growth of DBH

3.1.3 材积的生长规律

材积是树高、胸径和干形相互影响的结果，所以材积的大小一直是森林资源管理中关注的焦点之一。

图5和图6显示了43年生的青冈栎材积生长过程，青冈栎的总材积生长量随着树龄的增加而增加，其中0～10年期间，材积的积累量很少，到第10年材积仅有0.004 7 m3，第10年之后，材积积累速度不断增加，15年之后，几乎是直线上升，到43年时，青冈栎的单株材积达到0.156 5 m3。材积的连年生长量，在0～10年生长缓慢，10年后，生长量逐渐增加，在第20年和第30年，生长量分别有一个峰值，而第30年的峰值为最大值，年生长量为0.005 8 m3。30年后，材积的连年生长量随着年龄的增加而减少，但下降速度比较慢，到第43年时材积的连年生长量仍维持在较高的水平，为0.004 63 m3；材积的连年生长量最高峰的出现要比树高、胸径的生长高峰期晚10年左右。材积的平均生长量随着树龄的增加而呈现平缓增长的趋势，到43年时材积平均生长量为0.003 57 m3，尚未达到最大值。

图5 材积生长曲线Fig.5 Volume growth curve of Cyclobalanopsis glauca

3.2 青冈栎生物量的研究

生物量被普遍应用于研究森林生态系统过程当中，它可以直接反映森林结构和功能的变化。对生物量的研究有助于更能了解林分的结构、物质的累积等重要规律，为在林木栽培和科学经营管理中提供可靠的依据。

3.2.1 青冈栎各器官样品含水率

青冈栎各部分样品含水率列于表1，从表1中可以看出青冈栎树干和树枝的含水率所占的比值较大，其中树干的含水率最大，为33.66%，其次是树枝的含水率，为33.33%，细根和树皮的含水率相对较小，仅有16.44%和16.07%。青冈栎各器官样品含水率大小依次为：树干（33.66%）＞树枝（33.33%）＞树叶(32.07%)＞根茎(30.84%)＞粗根(28.21%)＞细根（16.44）＞树皮（16.07%）。

图6 材积连年生长和平均生长曲线Fig.6 Curve about the annual growth and the average growth of volume

表1 青冈栎各部分样品含水率Table 1 Samples of different organs of moisture content

3.2.2 青冈栎单株生物量及其分布

青冈栎标准木各部分的生物量干重列于表2，43年生青冈栎单株总生物量高达280.74 kg/株，其中地上部分为196.20 kg，地下部分为84.54 kg，分别占总生长量的69.89%和30.11%。就地上部分而言，青冈栎树干的生物量最大，为154.64 kg；其次是树枝的生物量，为34.07 kg，分别占整株树生物量的55.08%和12.14%，树皮和树叶占总生物量的比值依次减小。就地下部分而言，根茎（67.02 kg）的生物量所占比值很大，为地下部分生物量的79.28%，占整株树的23.87%，粗根和细根的生物量所占比值依次降低。对青冈栎单株各器官生物量大小进行排序，依次为树干＞根茎＞树枝＞粗根＞树皮＞树叶＞细根。潘复静等[14]研究表明青冈栎地上生物量分配情况是主干＞树枝＞树叶，李铭红[15]在研究40年青冈林林木层的生物量一文中得出乔木层青冈生物量的器官分配为干＞枝＞根＞叶＞果，由此可知，青冈栎单株大部分的生物量分配在树干上。

表2 单株各器官生物量及其分布Table 2 Each organ biomass per plant and distribution

4 结论与讨论

4.1 结论

随着树龄的增加，青冈栎的树高、胸径和材积总生长量都是持续上升的。在生长初期，随着林龄的增加，树高的连年生长量和平均生长量都不断增加，但平均生长量的增长速度要比连年生长量慢；平均生长量达到最大值的时间要比连年生长量迟一些，树高平均生长量在第16年与连年生长量相交。胸径的年平均生长量和连年生长量总体趋势是先增长而后下降，胸径平均生长量在第23年与连年生长量相交。材积的连年生长量在0～30年之间，随着树龄的增加而增加，在30年之后，随着树龄的增加而减少，但下降速度比较慢，到第43年时材积的连年生长量仍维持在较高的水平。材积的平均生长量随着树龄的增加而呈现平缓增长的趋势。青冈栎材积的平均生长量曲线在第43年时没有与连年生长量曲线相交。

（2）43年生的青冈栎单株总生物量高达280.74 kg/株，其中地上部分为196.2 kg，地下部分为84.54 kg，分别占总生长量的69.89%和30.11%。生物量最大的是树干，生物量最小的是细根，分别占单株总生物量的55.08%和0.42%。各器官的生物量大小依次为：树干＞根茎＞树枝＞粗根＞树皮＞树叶＞细根。

4.2 讨论

（1）青冈类的树高、胸径和材积的生长规律，前人做过一些研究。杨长职[16]在研究福建青冈Cyclobalanopsis chungii天然林生长规律一文中得出福建青冈林分树高连年生长量和平均生长量出现最大值时的年龄分别为26年和30年，胸径连年生长量和平均生长量出现最大值时的年龄分别为24年和37年，而青冈栎林分树高连年生长量和平均生长量出现最大值时的年龄分别为12年和16年，胸径连年生长量和平均生长量出现最大值时的年龄分别为20年和23年。说明青冈栎比福建青冈出现快速生长的时间要早一些。刘彬彬[17]在探讨小叶青冈生长过程一文中指出，在树木内因与外因的相互作用下，树高和胸径生长过程的阶段可分为生长前期、生长中期和生长后期，其树高、胸径与材积生长速度分别出现几个生长高峰，青冈栎的生长与其有相似的规律。从青冈栎树高生长过程曲线可以看出，生长前期（0～15 a）树高处于高生长状态，在树高生长中期（16～25 a）可能是林木密度在增加的同时使得林木与林木之间的竞争（光、热、水、肥等）越来越激烈从而抑制了树木的生长，出现树高生长的低谷期，生长后期（26～43 a）又出现个生长高峰期，但是没有前期的连年生长量大。从胸径的生长过程曲线可以看出，生长前期（0～20 a）胸径也处在一个相对较高的生长状态，期间出现的一个低谷期有可能是因为林分密度等因素的影响，胸径的生长在生长中期（21～30 a）和生长后期（31～43 a）明显的下降，由于树木的生长是与各种环境因子相互作用的结果，具体是哪些因子，有待进一步的研究。从材积的生长过程曲线来看，材积的的连年生长量虽然在生长前期不断增加，但是总体而言生长后期的生长量更大，材积增长的高峰期主要表现在生长后期，材积的平均生长量曲线与连年生长量曲线没有相交，说明青冈栎在第43年时还未达到材积数量成熟[18]，林木生长还有很大的提升空间。由此可以在生产实践中根据青冈栎不同阶段生长状况，提出合理的经营管理措施，有利于林木的生长和保护。

（2）本研究由于条件限制只对青冈栎本身生物量地上和地下各组成部分进行测定，并没有对青冈栎林下植被生物量以及凋落物生物量进行测定与分析，一定程度上限制了青冈栎林分生物量积累规律的分析与评价，因此应在今后的研究中扩大研究范围，研究整个林分所有层级的生物量分布规律，为青冈栎林分的科学管理和合理利用提供理论依据。

参考文献：

[1]火树华.树木学[M].北京:中国林业出版社,1995.

[2]吴鹏,丁访军,许丰伟,等.黔南马尾松人工林生长规律研究 [J].中南林业科技大学学报,2011,31(8):51-56.

[3]曾伟生,肖前辉,胡觉,等.中国南方马尾松立木生物量模型研建[J].中南林业科技大学学报,2010,30(5):50-56.

[4]白超.不同类型栓皮栎软木特性与林木生长规律研究[J].西北农林科技大学学报,2013,5(7):37-42.

[5]杜娟,卢昌泰.楠木人工林生长规律的研究[J].浙江林业科技,2009,29(5):1-4.

[6]杜书立.兴安落叶松单木生长规律的研究[J].东北林业大学学报,2012,18(5):11-16.

[7]孟宪宇.测树学[M].北京:中国林业出版社,2006.

[8]陈卫国,阴香人工林生物量生产力、生长规律及生态效益研究[J].广西大学学报,2012,10(3):13-22.

[9]罗云建,张小全,王效科,等.森林生物量的估算方法及其研究进展[J].林业科学,2009,45(8):11-16

[10]郭娜,刘剑秋.植物生物量研究概述[J].亚热带植物科学,2011,40(2):83-88.

[11]郝焰平.青阳县栎类阔叶林生物量与优势树种生长规律研究[J].安徽农业大学,2009,12(6):12-19.