光皮桦人工林生长规律与种质评价年龄的研究

潘启龙，贾宏炎，杨桂芳，孙浩忠，谌红辉，劳庆祥

(1.中国林业科学研究院 热带林业实验中心，广西 凭祥 532600；2.广西天峨县国营林朵林场，广西 天峨 547300)

光皮桦人工林生长规律与种质评价年龄的研究

潘启龙1，贾宏炎1，杨桂芳1，孙浩忠2，谌红辉1，劳庆祥1

(1.中国林业科学研究院 热带林业实验中心，广西 凭祥 532600；2.广西天峨县国营林朵林场，广西 天峨 547300)

以桂西北地区光皮桦人工林为研究对象，以更全面反映林分整体生长规律的径阶标准木为材料，通过树干解析及采用Richards曲线方程进行建模，对14年生光皮桦人工林的胸径、树高和单株材积的生长过程进行了精度较高的拟合，并据此分析了光皮桦人工林胸径、树高及单株材积的生长节律。结果表明：光皮桦胸径、树高及材积与生长年龄的回归关系均达到极显著水平（p＜0.001），拟合度分别为86.1%、95.1%、84.1%，模拟方程可用于光皮桦人工林的生长分析和预测。光皮桦人工林的胸径、树高与材积的速生期分别出现在1～6、1～7和6～12 a，根据林分个体分化的初显与稳定两个特征，确定7～8年生、12年生可分别作为光皮桦种质评价的初选年龄与决选年龄。

光皮桦；树干解析；生长规律；种质评价年龄

随着我国对珍贵木材需求的日益增长，加之南方用材树种松、杉、桉比重过大带来的潜在生态风险与市场风险，推广种植珍贵乡土树种具有重要意义。光皮桦Betulal luminifera为桦木科Betulaceae桦木属Betula落叶乔木, 是我国亚热带地区广泛分布的珍贵乡土速生用材树种，具有适应性强、生长快、材质优良、用途广泛、经济价值高的特点[1-2]，也是广西主要造林树种之一。已有学者在光皮桦的生物与生态学特性、育种与培育技术等方面开展过相关研究[3-8]。因在良种选育过程中首先要确定目标树种的种质评价年龄标准，而不同树种的种质评价年龄应根据其生长过程与节律来确定。目前尚没有相关文献对光皮桦合理的种质评价年龄进行研究报道。因光皮桦为速生用材树种，根据中华人民共和国国家标准《林木良种审定规范GB/T 14071—93》要求，其种质评价年龄需达到二分之一个轮伐期，按照《云南省森林资源规划设计调查操作细则》（试行）中的标准，光皮桦天然林成熟林组为21～30 a，另根据董建文等[9]人的研究，光皮桦人工林速生期比天然林早。因此，本研究以达到评价年龄的14 a生光皮桦人工纯林为研究对象，通过对各径阶标准木的树干解析，探究光皮桦人工林生长过程与节律，为光皮桦的种质评价年龄与培育技术提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

材料取自广西河池市天峨县林朵林场14年生人工林，107 °14 ′E，24 °58 ′N ，海拔 750 m，低山，属亚热带季风气候区。土壤为砂页岩发育而成的黄壤，土层厚度100 cm以上。前茬为杉木林，初植密度为1 740株·hm-2，经2次抚育间伐，现保留密度为 667 株·hm-2。

1.2 材料收集与处理方法

1.2.1 径阶标准木材料的采集

在光皮桦人工林中选择生长状况具有代表性的林分，采用标准地作业法进行林分调查，标准地面积为600 m2，进行每木检尺后按径阶统计株数。根据每木调查的数据，在标准地中选取径阶标准木，伐倒后按树干解析作业要求，以2 m为区分段分别截取中间圆盘，另外截取根颈盘与胸径圆盘，采用中央断面区分求积法求算材积，标准木生长因子统计数据见表1，根据径阶标准木材料统计标准地径阶蓄积列于表2。

1.2.2 材料统计分析方法

（1）生长模型选择与参数求算

采用相关专家认为通用性较好的Richards方程y=M(1-e-kA)B为生长模型[10-13]，拟合胸径、树高、材积的生长过程并求算模型参数。式中y为因变量（胸径、树高、材积），A为自变量（林龄），M、k、B为模型参数。

（2）利用树干解析方法求算出光皮桦各径阶标准木生长过程，利用DPS软件[14]求出胸径、树高、材积的Richards生长模型的相关参数（见表3），并绘制曲线图。根据生长模型曲线的变化规律分析光皮桦生长节律，从而确定光皮桦的种质评价年龄。

表1 14年生光皮桦人工林径阶标准木生长因子统计Table 1 Growth factor statistical data of 14 years Betulal luminifera plantation sample tree

表2 14年生光皮桦人工林标准地林分结构情况Table 2 Sample plot stand structure of 14 years Betulal luminifera plantation

2 结果与分析

2.1 生长模型的适用性分析

光皮桦胸径、树高、材积Richards生长模型拟合曲线分别见图1、图2、图3。从各图可知，拟合的Richards方程曲线能较好地反映光皮桦林分平均胸径、树高及材积的生长变化规律，从各生长指标的观察值与模型值的对比关系得到证实。用方差分析的方法对模拟效果进行检验表明，光皮桦胸径、树高及材积与生长年龄的回归关系均达到极显著水平（p＜0.001），拟合度分别为86.1%、95.1%、84.1%(表4)，表明方程具有较高的可靠性。因此，利用Richards方程曲线方程对光皮桦林分平均胸径、树高和材积的生长规律进行拟合是可行的。

表3 胸径、树高、材积的Richards方程及回归假设检验Table 3 Richards equation of DBH, HT, volume and regression hypothesis test

图1 胸径生长动态曲线Fig.1 Growth dynamics of DBH curve

图2 树高生长动态曲线Fig.2 Growth dynamics of tree height curve

图3 材积生长动态曲线Fig.3 Growth dynamics of volume curve

2.2 光皮桦人工林生长节律分析

以林龄为变量，对林分平均胸径、树高及材积生长的回归方程进行一阶和二阶求导，分别得出各因子的连年生长量曲线方程与连年生长量变化速度曲线方程，并作几何曲线图（图4～图9），所得曲线方程如下。

胸径：

由图4、图5分析可知，光皮桦胸径生长呈现前期生长较快、后期较慢的规律。从图4可见，光皮桦人工林的速生期出现较早，根据模型求算，当t=1.1 a时，胸径连年生长量达到极大值1.9 cm，此后逐年递减；从曲线变化趋势预测，14 a以后连年生长量保持在0.5 cm以下，且降幅较小，进入平稳生长期。

图4 胸径连年生长量曲线Fig.4 Current annual increment curve of DBH

图5 胸径连年生长量变化速率曲线Fig.5 Rate of change in DBH current annual increment

另外，由图5分析可知，胸径连年生长量变化速率表现出前期下降迅速，后期保持较小的变化速率，10 a生后下降幅度小于0.1 cm，从而与图4体现的变化规律一致。

依次以每连续3年的胸径连年生长量为样本组（即样本组1林龄为1、2、3，样本组2为林龄为2、3、4，…,下同），依次对相邻前后2个样本组的均值差异性检验可见，从第7年起，胸径连年生长量与前3 a差异显著（p=0.006 2），由此说明第7年后的胸径生长量明显小于前6 a，1～6 a为光皮桦胸径生长的速生期，从第7年生开始，光皮桦胸径生长进入缓增期。

根据图6、图7分析可知，光皮桦树高连年生长量曲线及连年生长量变化曲线表现出的变化规律与胸径变化状况基本一致，反映了树高与胸径生长节律的同步性，可划分为快-慢两个生长时期。当t=1.4 a时，树高连年生长量达到极大值2.7 m，此后逐年减小。根据图6生长曲线变化趋预测，14 a后树高每年生长在0.6 m以下，且变化幅度较小，从图7可知，12 a时树高连年生长量下降幅度已小于0.1 m。依次以每连续3 a的树高连年生长量为样本组（与胸径分组方法相同），对前后相邻样本组的均值差异性检验可知，从第8 a生开始，树高连年生长量均值与前面3 a差异显著（p=0.004 4），由此说明1～7 a为光皮桦树高生长的速生期，此后光皮桦树高生长进入缓增期。与天然光皮桦林不同[9，15]，光皮桦人工林高生长高峰期出现得早且持续时间较短，其生长节律特点类似速生桉人工林[16-17]，通过人工培育可促使光皮桦胸径、 树高的速生期更早，连年生长量的峰值更大。

图6 树高连年生长量曲线Fig.6 Current annual increment curve of tree height

从图8、图9分析可知，材积连年生长量曲线、连年生长量变化速率曲线的变化规律与胸径、树高有所不同，呈现为慢—快—慢的规律。8 a生前材积连年生长量随林龄增长逐年上升，当t=8.6 a时，材积连年生长量达到极大值0.023 4 m3，然后材积连年生长量开始缓慢下降。依次以每连续3 a的材积连年生长量分组，材积样本组经均值差异性检验可知，从第6年起材积连年生长量均值与前面3 a差异显著（p=0.020 9），从第13 a起，材积连年生长量均值与最大组(林龄为8、9、10)均值存在显著差异（p=0.031 2），说明第6年生开始材积生长进入速生期，延续生长到第13年生后，材积生长量开始明显下降。由此表明，1～5 a光皮桦人工林材积生长较慢，6～12 a为光皮桦材积速生期，第13年之后材积进入缓增期。

图7 树高连年生长量变化速率曲线Fig.7 Rate of change in tree height current annual increment

图8 材积连年生长量曲线Fig.8 Current annual increment curve of volume

图9 材积连年生长量变化速率曲线Fig.9 Rate of change in volume current annual increment

2.3 光皮桦生长节律与种质材料的评价年龄分析

从光皮桦胸径、树高及材积的生长节律特点可知，7～8 a生可作为种质材料的初选年龄，12 a生可作为决选年龄。由于7 a生与8 a生前为光皮桦人工林胸径和树高的速生期，7～8 a生后林木胸径、树高生长高峰期已过，林木已表现出相对稳定的生长势和干形特征，个体差异初步显现，因此，在造林后的第7～8 a，即可对光皮桦优树或其它种质评价林进行初选。6～12 a为光皮桦材积速生期，第12 a生后，材积生长高峰期已过，林木干形基本定型，分化程度已经很明显，因此12 a生可作为种质材料的决选年龄。

3 结论与讨论

利用Richards曲线方程对光皮桦人工林的平均胸径、树高和材积的生长规律进行拟合，经检验，回归关系均达到极显著水平，可用于光皮桦人工林的生长分析和预测。

根据14年生光皮桦人工林胸径、树高及材积的生长节律分析可以确定其种质评价年龄，为良种审（认定）提供参考依据。7～8年生后林木胸径、树高生长高峰期已过，林木个体差异初步显现。已有相关研究表明，5～10年生胸径和树高性状的早期选择效率较高[18-21]。因此，7～8年生可作为光皮桦种质评价的初选年龄。6～12 a为光皮桦材积速生期，12年生后材积生长高峰期已过，林木个体的分化已基本定型，因此，12年生可作为种质材料的决选年龄。

因为光皮桦人工林培育时间较短，对于光皮桦的生长规律以前相关学者主要利用天然林的生长数据进行分析，其研究结论与人工林有差异。主要表现为天然林状态下胸径、树高与材积生长高峰期出现比人工林要晚，持续时间长[9，22-23]。本研究利用14年生光皮桦人工林调查数据进行研究，探索人工林生长规律，能对光皮桦的良种选育与培育技术提供理论指导。

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Study on growth rhythm and germplasm resources evaluating age of Betulah luminifera H.Wink plantation

PAN Qilong1, JIA Hongyan1, YANG Guifang1, SUN Haozhong2, CHEN Honghui1, LAO Qingxiang1
(1.The Experimental Centre of Tropical Foresty, CAF, Pingxiang 532600, Guangxi, China;2.Guangxi Linduo Forest Farm, Tian’e 547300, Guangxi, China)

The standard trees of different diameter classes of 14-year-old Betula luminifera plantation in the northwest of Guangxi were selected to stimulate the growth dynamics of DBH, tree height and individual volume by stem analysis and Richard’s regression analysis.The results showed that there were signi fi cant differences in the relationships between DBH, tree height, individual volume and tree age (P＜0.001) and the regression coef fi cients were 0.86, 0.95 and 0.84 respectively, indicating that these regression models could be used to predict the growth of Betula luminifera plantation.The fast-growing periods of DBH, tree height and individual volume were from fi rst to sixth, fi rst to seventh and sixth to twelfth year, respectively.However, the preliminary and fi nal age of evaluating the growth of this species were from seventh to eighth year, and twelfth year according to the characteristics of individual differentiation.

Betulal luminifera H.Wink; stem analysis; growth rhythm; germplasm resources evaluating age

S722.3+3；S758.5+2

A

1673-923X(2017)04-0033-05

10.14067/j.cnki.1673-923x.2017.04.006

2015-12-07

国家林业局林业行业公益专项项目“西南桦、光皮桦优良无性系育林技术研究”（20110604）

潘启龙，工程师，硕士 通讯作者：劳庆祥，工程师；E-mail：rlzxchenhh@163.com

潘启龙，贾宏炎，杨桂芳，等.光皮桦人工林生长规律与种质评价年龄的研究[J].中南林业科技大学学报，2017, 37(4):33-37.

[本文编校：文凤鸣]