广西２９年生大花序桉生长规律及模型探究

莫继有　严理　王建忠　秦武明　韦炳俭

摘要：选取广西国有东门林场80年代引种的大花序桉（Eucalyptus cloeziana）进行研究，对29年生大花序桉的胸径、树高、材积和干形等指标进行分析，发现其胸径、树高和材积分别达到33.17 cm、33.6 m和 0.92 m3，并拟合得出长周期经营大花序桉的胸径、树高和材积生长模型。通过分析对比相似年限的不同大中径材用材树种，发现大花序桉的生长具有明显优势，同时在不同的桉树种中大花序桉也具有明显的培育优势。

关键词：大花序桉（Eucalyptus cloeziana）;生长规律;最优模型;大中径材

中图分类号：S725.7         文献标识码：A

文章编号：0439-8114（2020）04-0091-07

Abstract： The Eucalyptus cloeziana of the Dongmen State Forest Farm of Guangxi was introduced from the 1980s. The diameter at breast height， tree height， volume and dry shape of the 29-years-old large inflorescence were studied， the results showed that the diameter at breast height， tree height and volume were 33.17 cm， 33.6 m and 0.92 m3， respectively， and the optimal model of diameter at breast height， tree height and volume growth regression of long-period Eucalyptus cloeziana were fitted out. By analyzing and comparing different large and medium-sized timber species with similar years of the Eucalyptus cloeziana， it is found that the growth of Eucalyptus cloeziana has obvious advantages， and even in different eucalyptus species， the Eucalyptus cloeziana also has the significant advantage in cultivation.

Key words： Eucalyptus cloeziana; growth rhythm; optimal regression model; large and medium size wood

作為桉属（Eucalyptus）昆士兰桉亚属（Idiogens L.D. Ptyor & L.A.S. Johnson ex Brooker）的单一种高大乔木，大花序桉（Eucalyptus cloeziana）原本天然分布于澳大利亚的昆士兰州，原名昆士兰桉[1]。因其木材价值高，比肩国内优良珍贵树种，因此业内也称作“澳洲大花梨”[2]。在天然生长状态下，大花序桉树高可达50 m以上，其特点为干形通直，木材质地坚硬、颜色深沉，是制作实木家具的好材料[3]，在其澳洲原产地更是广泛用于建筑材料[4]。目前，中国桉树人工林普遍采取短周期经营方式，一般从造林至生长5、6年即采伐，少部分经营周期较长的也仅有10至12年[5]。桉树的短周期经营在中国木材战略中作出了巨大贡献，但是带来巨大经济效益的同时也产生了诸多生态问题和社会问题[5-7]。短周期经营不仅导致林地土壤肥力下降，大面积单一桉树人工林的发展也带来生物多样性降低、入侵种泛滥等问题[8-11]。而大花序桉兼具生长迅速和材性优良的特点，目前已被广西列入珍贵树种名录，具有广阔前景[2]。

广西国有东门林场自1983年开始引入大花序桉，分别于1983年和1989年引种了3个和11个种源，不仅保存了丰富的大花序桉种源，同时开展了大量的引种栽培试验[12]。总结国内外对大花序桉的研究，见诸报道的主要集中在引种试验、木材材性和抗性等方面[13-17]，且研究对象多为生长年限较短的大花序桉[18-20]。本研究以1989年引种到广西国有东门林场的大花序桉为材料，系统研究其生长规律以及长周期大花序桉作为大中径材的发展潜力。根据29年生大花序桉的生长规律研究和模型拟合，以期对桉树多结构合理化发展提供更多的科学支持。

1  试验地概况

选取的样地位于广西壮族自治区崇左市扶绥县国有东门林场，属于亚热带大陆性季风气候，年均温22 ℃，极端高温和低温分别为40、-3 ℃，年均降水量1 250 mm[21]。试验地大花序桉人工林为1年生实生苗造林，造林地点为东门林场雷卡分厂，地势平坦，海拔约为170 m。造林时间为1989年5月，株行距为3.0 m×2.5 m，造林密度为1 335株/hm2，造林面积共计9 hm2。林地母岩为砂岩，土壤类型为赤红壤，前茬林地为柠檬桉（Eucalyptus citriodora）。人工林下主要植被为铁芒箕（Dicranopteris dichotoma）、山菅兰（Dianella ensifolia）、五节芒（Dianella ensifolia）、野牡丹（Melastoma candidum）、大青（Clerodendrum cyrtophyllum）、潺槁树（Litsea glutinosa）、山矾（Symplocos sumuntia）、三桠苦（Evodia lepta）等。

3.1.4  大花序桉人工林胸径、树高及材积的生长率  根据29年生大花序桉采集样木的数据，计算得出胸径、树高和材积的生长率，详见图4。由图4可知，29年生大花序桉的胸径、树高和材积的生长率整体都呈快速下降然后趋于稳定的规律。胸径的初始生长率接近65%，从第1年迅速下降至第4年的20%左右，此后下降趋势放缓但在第9年低于10%，直至第29年胸径的生长率大概在2%。树高的初始生长率约为95%，同样在第1年至第4年期间迅速下降至20%。第8年树高生长率低于10%，从第9年至第16年树高生长率维持在4%至5%，此后下降至1%。第29年时大花序桉的树高生长率约为3%。29年生的材积生长率变化最大，从初始生长率接近135%快速下降至第7年的20%。材积生长率在第8年至第12年平均维持在15%，第13年下降到8%左右，最终第29年的材积生长率约为4%。

3.1.5  大花序桉人工林胸高形数变化规律  作为树干完满度的重要指标，树木的胸高形数反映出树干形状的变化趋势。形数的大小可以说明树干生长的稳定性。29年大花序桉的胸高形数的变化规律见图5，可以看到整体呈下降趋势，并逐渐趋于稳定。大花序桉在第8年之前均保持超过1的胸高形数，说明其干形保持极佳。从第20年开始，大花序桉胸高形数没有再出现明显下降，稳定地维持在0.5左右。

3.2  大花序桉人工林生长模型的拟合

由于不同的造林树种具有各自的生长特性，在不同环境因子和自身遗传因子的共同调控下表现出一定的规律性和特异性。根据不同学者对大量造林树种提出的生长模型，本研究选取了应用普遍且适用性较好的10种模型，分别对29年生大花序桉的树高、胸径及材积与树龄的关系进行建模，得出最佳回归方程（表1、表2、表3）。

根据相关系数R2最大、残差平方和SSE最小的最优曲线拟合原则，在符合实际意义前提下拟合得出29年生大花序桉胸径、树高和材积的最优模型，3种模型的相关系数分别达到0.994、0.997和0.999，且残差平方和在所有拟合方程中最小。最终得出的模型表达式如下。

胸径生长模型为二次曲线方程：

Y=1.47+0.99T+0.002T2（1）

树高生长模型为苏玛克方程：

Y=42.69e-7.66/（T+1.12）（2）

材积生长模型为苏玛克方程：

Y=2.61e-34.55/（T+4.15）（3）

3.3  大花序桉人工林生长模型的校验

将得到的大花序桉胸径、树高及材积的模型带入相应树龄，得出拟合值与相比实测值的残差，详见表4，并计算得到不同生长模型下的平均预测误差（MPE）、平均预测误差百分比（MPE）、平均绝对误差（MAE）及平均绝对误差百分比（MAE），详见表5，由此可以更好地验证所得生长模型的可靠性。

由表4、表5数据可知，大花序桉人工林胸径和树高生长模型的实测值与拟合值匹配度较高，其平均预测误差和平均绝对误差均较小，平均预测误差比例和平均绝对误差比例也在较低的范围。但同时可以看到，材积生长模型的平均预测误差比例和平均绝对误差比例的数值均超过10.00%，结合表4可知，大花序桉材积的残差在树木早期偏大，这是由于树木早期体积小造成误差被放大。随着树龄的增加，材积残差变小并趋于稳定，考虑到材积生长模型的应用阶段为林木成熟期，因而10%的误差范围经过修正后能较好地应用于实践。

4  结论与讨论

根据广西国有东门林场29年生大花序桉的样木数据，发现大花序桉的胸径生长在前20年基本上维持在每年1.0 cm，且自第23年开始出现明显的阶梯式增长，即表现为一年生长量的快速增长第二年生长量下降，总体呈明显的生长量增加趋势，在第28年时胸径当年生长量达到了2.78 cm，随后的第29年下降至0.71 cm。这一明显的“大小年”胸径生长特征具有明显特色。最终29年生的大花序桉去皮胸径总量达到33.17 cm，年均增长量超过1.0 cm。初步判断大花序桉的胸径生长在第20年以后表现出较大潜力，对于培育大径材具有较大优势。大花序桉的树高生长同样表现出明显的阶段性，在第1年至第4年树高的连年生长量和平均生长量均明显上升，第3年的树高生长更是超过3.0 m。此后虽然树高的生长放缓，但仍保持接近每年2.0 m的生长速度，直至第9年树高生长下降至1.2 m。因此，可以认为大花序桉在第1年至第8年间为树高生长的高速期，此后高生长放缓后整体为下降趋势，但在第11年至第18年间出现了2次峰值，说明后期的高生长仍具有较大潜力。进入第20年后连年高生长量较长时间维持在0.5 m以下，但仍具有出现峰值的可能性。最终29年生大花序桉的树高为33.6 m，同样年均树高生长超过1.0 m。大花序桉的材积生长在前7年都明显上升，但由于大花序桉的胸径增长和树高增长的快速期不同步，导致之后的材积生长出现明显的波动特点，且该趋势一直持续到第29年也未见停止。第18年的材积连年生长量最大，达到0.05 m3，最终单株总材积达到第29年的0.92 m3。从大花序桉的胸高形数可以看出，其干形在生长过程中一直保持良好，适合大径材的培育。

通过10种经验方程的拟合，在取得较好相关性的前提下，发现大花序桉的最佳拟合方程，且对方程校验得到了较高的可靠性，可以用于大花序桉的生产预测。

大花序桉的木材材性良好，应用前景广泛。本研究的结果显示，大花序桉在长期经营中保持了较高的生产潜力，材积增长迅速，顶端优势明显且干形饱满通直。据广西国有东门林场的数据，27年生大花序桉的平均胸径可达30.9 cm，平均树高29.3 m，单株材积接近1.1 m3，并且最优单株的材积可达5.6 m3，相比于传统的大径材树种，具有明显优势。根据本研究的数据，29年生大花序桉单株材积为0.93 m3，相比之下，廣西28年生珍贵树种顶果木的材积为0.84 m3[25]，广东30年生樟木的单株材积不到0.2 m3[27]，广西30年生铁坚油杉单株材积为0.48 m3[24]，广西46年生降香黄檀单株材积为0.40 m3[22]，广西46年生灰木莲单株材积为0.47 m3[26]。对比可知，相较于传统的长周期、大中径材树种，大花序桉的材积生长具有明显优势。因国内其他桉树的生长年限鲜有接近30年的，因此本研究将对比其他桉树种在不同生长年限的生长量。如广西合浦的5.5年生桉树无性系单株材积最大可达0.13 m3[28]，广西六万林场4年生桉树无性系的单株材积约为0.11 m3[29]，广西南宁地区5年生尾巨桉单株材积为0.14 m3[30]，均显著高于大花序桉在第4年的单株材积，说明相比于其他大部分桉树种，大花序桉在早期的生长速度确实较慢。但值得注意的是，大花序桉在第7年的单株材积可达0.13 m3，此后年均材积生长量达到30%左右，高于闽北8年生邓恩桉0.095 m3的单株材积[31]，其发展潜力也相当可观。大花序桉的材积生长在第29年依然维持在0.04 m3，材积增长稳定。陈少雄[32]对7种桉树大中径材的生长潜力进行评价，发现大花序桉的胸径指标仅次于尾叶桉，排名第二;树高指标仅次于尾叶桉和尾巨桉，排名第三;材积指标仅次于尾叶桉，排名第二。项东云等[33]和陈健波等[34]对18年生大花序桉的材性进行研究表明，大花序桉密度高且应力变化小，是优良的硬木材料，同时材性形状的可育性高，定向培育潜力大。

随着中国木材战略和生态环境的双重目标的建立，大花序桉这样的速生优良材树种具有较大发展潜力。因此，今后对大花序桉的研究方向将从引种栽培和材性研究逐步扩展到定向遗传育种、分子发育机理和高效繁育栽培技术等，为中国木材事业的可持续发展作出贡献。

致谢：本研究得到了广西国有东门林场的支持，感谢钟连香等人在样地调查中的协助。

参考文献：

[1] 韦国洁.大花序桉在桂中地区的发展前景[J].桉树科技，2002（1）：32-34.

[2] 黄  振，张  俊，陈  炙，等.大花序桉国内遗传育种现状与研究展望[J].四川林业科技，2018，39（1）：17-21.

[3] 王豁然.桉树生物学概论[M].北京：科学出版社，2010.

[4] 薛华正，吴之扬，陈  霞，等.桉属树种与种源、家系比较试验[J].林业科学研究，1997（6）：32-39.

[5] 陈少雄，陈小菲.我国桉树经营的技术问题与思考[J].桉树科技，2013，30（3）：52-59.

[6] 黄国勤，赵其国.广西桉树种植的历史、现状、生态问题及应对策略[J].生态学报，2014，34（18）：5142-5152.

[7] 赵筱青，和春兰.外来树种桉树引种的景观生态安全格局[J].生态学报，2013，33（6）：1860-1871.

[8] 叶绍明，温远光，杨  梅，等.连栽桉树人工林植物多样性与土壤理化性质的关联分析[J].水土保持学报，2010，24（4）：246-250.

[9] 平  亮，谢宗强.引种桉树对本地生物多样性的影响[J].应用生态学报，2009，20（7）：1765-1774.

[10] 于福科，黄新会，王克勤，等.桉树人工林生态退化与恢复研究进展[J].中国生态农业学报，2009，17（2）：393-398.

[11] 项东云，陈健波，叶  露，等.广西桉树人工林发展现状、问题与对策[J].广西林业科学，2006（4）：195-201.

[12] 莫继有，吴永富，兰  俊.广西东门林场国家桉树良种基地[J].广西林业，2011（8）：43.

[13] 王建忠，熊  涛，张  磊，等.25年生大花序桉种源生长与形质性状的遗传变异及选择[J].林业科学研究，2016，29（5）：705-713.

[14] 周  维，卢翠香，杨中宁，等.6年生大花序桉不同种源木材纤维特性的差异分析[J].西部林业科学，2016，45（2）：29-34.

[15] 谭健晖，黄寿先.大花序桉离体根培养过程中内源激素的变化[J].中南林业科技大学学报，2015，35（1）：34-36.

[16] 周  维，李昌荣，陈健波，等.大花序桉种源遗传变异及适应性研究[J].西南林业大学学报，2014，34（4）：36-41.

[17] 杜阿朋，赵知渊，王志超，等.不同品种桉树人工林生长特征及持水性能研究[J].热带作物学报，2014，35（7）：1306-1310.

[18] 李昌荣，陈  奎，周小金.大花序桉研究现状与发展趋势[J].桉树科技，2012，29（2）：40-46.

[19] 杨中宁，项东云，陈健波，等.大花序桉种源木材纤维特性变异研究[J].广西林业科学，2011，40（1）：8-11.

[20] 翟新翠，项东云，陈健波，等.大花序桉种源/家系遗传变异与早期选择研究[J].广西林业科学，2007（1）：26-30.

[21] 莫继有，吴永富，兰  俊，等.广西东门林场森林资源现状和可持续发展策略[J].桉树科技，2011，28（1）：53-56.

[22] 梁建平，蒋军林，秦武明，等.广西南宁46年生降香黄檀人工林生长规律[J].浙江农林大学学报，2015，32（4）：523-528.

[23] 刘延男，严壮洧，严  理，等.桂东南马尾松土贡良种大径材人工林生长规律探究[J].山西农业科学，2016，44（8）：1138-1144.

[24] 韦秋思，吴  敏，黄毅翠，等.铁坚油杉天然林生长规律的研究[J].西北林学院学报，2014，30（5）：140-146.

[25] 吕曼芳，梁乃鹏，秦武明，等.顶果木人工林生长规律的研究[J].中南林业科技大学学报，2013，33（8）：43-49.

[26] 韦善华，覃  静，朱贤良，等.南宁地区灰木莲人工林生长规律研究[J].西北林学院学报，2011，26（5）：174-178.

[27] 林丽平，徐期瑚，罗  勇，等.广东省樟树立木生长规律和生长模型研究[J].中南林业科技大学学报，2018，38（6）：23-29.

[28] 李宝琦.桉树大径材良种中期选择与栽培试验研究[D].海口：海南大学，2010.

[29] 骆闪丽.六万林场桉树不同无性系生长对比研究[D].南宁：广西大学，2016.

[30] 唐日俊，韦晟珠，吴  敏，等.尾巨桉（DH32-28）二代高产林生长规律及经济效益研究[J].山西农业科学，2017，45（1）：30-33.

[31] 郭祥泉.邓恩桉在闽北年节律与多年生林分生长适应性探讨[J].中南林业科技大学学报，2012，32（4）：45-50.

[32] 陈少雄.桉树中大径材培育理论及关键技术研究[D].长沙：中南林业科技大学，2010.

[33] 项东云，陈健波，申文辉，等.大花序桉種源间木材物理性质变异研究[J].广西林业科学，2008（2）：57-65.

[34] 陈健波，项东云，张照远，等.大花序桉木材顺纹抗压强度变异研究[J].林业科技开发，2009，23（4）：63-66.