重庆市珍贵用材树种桢楠生长规律

薛沛沛，陈本文，祝元春，钱 涛

（重庆市林业科学研究院∕重庆武陵山森林生态站，重庆 400036）

木材是国际公认的四大战略资源之一。2018年中国原木进口量为5 975.10 万m3［1］，在进口的原木中，主要是珍贵树种大径级用材。预计到2020年将耗用珍贵优质用材达1.0 亿～1.5 亿m3。随着社会进步和经济发展以及人民生活水平的提高，社会对木材的需求结构发生了明显变化，市场对大径材、珍贵木材的需求越来越大，供需矛盾突出。

桢楠（Phoebe zhennan）为樟科（Lauraceae）楠属（Phoebe）常绿乔木，为国家二级保护树种和珍贵用材树种［2，3］，是金丝楠木的主要产材树种，是组成常绿阔叶林的主要树种，分布于湖北省西部、贵州省西北部及四川省、重庆市、湖南省等地。由于其材质坚实，纹理致密、花纹美观、木味香馥、耐腐性强而成为制作高级家具和装饰的上乘用材［4-6］。随着市场对珍贵木材需求的增加，桢楠在中国阔叶林中具有越来越重要的地位。由于长期以来珍贵树种的短缺，致使桢楠资源被大量砍伐［7］，加上中国经济的快速发展对桢楠的需求量不断增加，导致桢楠供需矛盾加剧，因此，桢楠的人工培育迫在眉睫。

近年来，研究者围绕桢楠开展了大量研究，谢英赞等［8］开展了不同种源区桢楠种子形态、发芽特征及幼苗生长情况研究，王杰［9］对桢楠、细叶楠阴沉木的鉴定及其特性进行了研究，谭飞等［10］开展了不同施肥水平对桢楠多胚苗生长及光合生理影响的研究，曾广腾等［11］实施了桢楠轻基质网袋育苗试验及苗木生长节律研究，从种子、育苗、栽培技术以及生长状况都开展了一定的研究，但对桢楠大径材生长规律的报道比较少。林木的胸径、树高、单株材积等生长量可以直观地反映出林木的生长规律［12］。相关研究表明，对林木生长规律进行研究，有利于生产者掌握林木各生长阶段的特点，以此安排合理的生产经营措施，实现对林分长期科学的经营管理和规划，达到林木速生、丰产和优质的目的［13，14］。作为亚热带珍贵用材树种，对桢楠的生长规律开展研究，可以为桢楠的人工培育提供科学依据。为此，本研究选取重庆市永川区国有林场天然次生林为研究对象，基于桢楠调查数据，通过对重庆市桢楠生长规律的研究，为促进桢楠人工林资源的发展、缩短桢楠培育周期提供理论依据和技术参考。

1 研究区概况

重庆市位于中国内地西南部、长江上游地区，地跨东经105°11"—110°11"、北纬28°10"—32°13"，属亚热带季风性湿润气候，多雾，年平均气温16～18 ℃，年平均降水量在1 000～1 350 mm，降水多集中在5—9月。气候具有高温、高湿、夏长冬寒、日照时间短、云雾多、少霜雪等特点。地貌以丘陵、山地为主，坡地面积较大。

研究区位于重庆市永川国有林场巴岳山山脉的张家湾林区，属亚热带季风气候区，毗邻417 省道，交通较为方便。桢楠林总面积33.3 hm2左右，共有胸径6 cm 以上桢楠3 752 株，最大胸径达76 cm，最大树龄109年。据实地调查，地处北纬29°33"53″，东经105°53"19″，海拔510 m。年平均气温17.5 ℃，年平均降雨量1 015.0 mm，年平均无霜期317 d。土壤为黄壤土，中性至微酸性，海拔350 m，属低山丘陵区。森林植被以桢楠为主，灌木有青冈、巨木、柃木、山矾、青冬、杜鹃等，盖度为20%，地被物有茅草、蕨类，盖度为25%。

2 研究方法

2.1 调查方法

对永川区国有林场巴岳山山脉的张家湾林区的桢楠天然次生林进行每木检尺，测定胸径、树高，树木年龄调查采用生长锥钻取木心与采访当地农户相结合的方式，共调查桢楠树木3 752 株。

2.2 树木解析

选取3 株胸径40 cm 左右的标准木进行树木解析。树木解析方法参考林业行业标准《森林生态系统长期定位观测方法》（LY∕T 1952-2011）［15］。根据调查材料计算平均胸径和平均树高，单株立木材积的计算采用卢昌泰［16］研究出的适合于本地区楠木人工林材积计算的二元方程：

式中，V为材积（m3），D为胸径（cm），H为树高（m）。

2.3 生长方程拟合

采用SPSS 18.0 软件进行回归方程的拟合，采用的数学模型有逻辑斯蒂（Logistic）、二次曲线模型（Quadratic）、苏玛克（Johnoson-Schumacher）、威布尔（Weibull）、三次曲线模型（Cubic）和理查德（Rich⁃ards）［17，18］。分别将桢楠的树高、胸径、材积和树龄用上述模型进行拟合，通过对比相关系数和剩余残差平方等选出拟合效果最为理想的生长方程。

3 结果与分析

3.1 桢楠生长过程分析

3.1.1 林分胸径树高分布结构 通过每木调查，桢楠天然林乔木的胸径和树高的分布结构见图1。由图1 可知，桢楠天然林胸径和树高呈不均匀状态分布。由胸径测量和株数分布计算可得，桢楠天然次生林平均胸径为23.45 cm，胸径在10～20 cm 的林木占比最大，为26.89%；胸径在50 cm 以下的林木占比为98%，胸径大于50 cm 的林木占比仅为2%。桢楠天然次生林平均树高为19.56 m，树高在18 m以下的林木占比最大，为38.41%，有96.27% 的林木树高在30 m 以下，树高在30 m 以上的桢楠占比仅为3.73%。

3.1.2 林分生长过程分析 桢楠天然次生林林分生长过程见表1。由表1 可知，60年生桢楠木平均树高为35.30 m，年均生长量0.59 m，平均胸径38.81 cm，胸径年均生长量0.65 cm，树高、胸径生长与林龄呈正相关关系。

图1 桢楠天然次生林林分胸径和树高分布

表1 桢楠天然次生林生长过程

由图2 可见，60年生桢楠胸径总生长量为38.81 cm，年均生长量在0.63～0.81 cm，桢楠胸径年平均生长量最大值出现在25～30年。桢楠胸径的连年生长量在第15年至第20年生长较快，胸径连年生长量达到最大值，为1.00 cm。随后，连年生长量一直处于下降状态，但连年生长量仍保持在0.50 cm 以上；第45年以后下降较多，连年生长量小于0.5 cm。桢楠的胸径速生期为前30年，在这个时期除了要加强水肥管理外，还要注意林分密度，适度间伐才有利于培育大径材。

由图3 可以看出，60年生桢楠树高总生长量为35.30 m。桢楠树高年平均生长量和连年生长量均呈单峰曲线，年平均生长量总体相差不大，树高年均生长量保持在0.55～0.76 m，年平均生长量为0.68 m，年平均生长量最大值出现在第25年～第30年，为0.76 m。树高连年生长量在第15年～第20年达到最大值，为1.00 m，然后连年生长量开始快速下降，到第60年时树高连年生长量下降到0.14 m。

图2 桢楠天然次生林胸径生长曲线

从上述分析可以看出，20年生的桢楠树高生长已经处于稳定下降状态，说明桢楠树高生长早期旺盛，显示了桢楠的速生性、分化快的特点。

图3 桢楠天然次生林树高生长曲线

桢楠的材积生长一直处于增加状态，由10年生的0.010 9 m3增加到60年生的1.713 1 m3，年均生长量为0.017 4 m3。桢楠材积生长量在前15年生长缓慢，随后逐年加快，连年生长量在第45年达到最高峰，然后又有所下降，但一直还在增长，积累速度缓慢（图4）。

图4 桢楠天然次生林材积生长曲线

3.1.3 林分树高与胸径的关系 由图5 可知，由树高测量和胸径计算可得，本次调查的桢楠林木平均树高为19.52 m。树高按胸径分布规律近似多项式关系，相关系数达到0.999 2。

图5 桢楠天然次生林林分树高与胸径的关系

3.2 桢楠生长模型的建立

根据收集的数据，利用SPSS 18.0 软件进行曲线拟合，通过对桢楠的树龄与树高、胸径、材积的拟合计算，得到3 次多项式（CUB）y=a0+a1x+a2x2+a3x3（y表示树高、胸径、材积，x表示树龄；a0、a1、a2、a3分别为模拟曲线的系数）的相关系数最大，即此模型的模拟效果最好，经与实测数据检验，适合优度达到99%。

3.2.1 桢楠胸径生长曲线模型 通过分析得到胸径生长曲线模型：y=-5.275+1.203x-0.007x2-0.000 006x3，其参数显著性方差分析得到F=4 735.3＞F0.01=407.74。通过显著性分析，胸径与树龄的回归关系在0.01 水平下达显著水平，其回归拟合曲线的决定系数R2=0.999，说明桢楠胸径生长量曲线拟合性很好。

3.2.2 桢楠树高生长曲线模型 通过分析得到树高生长曲线模型：y=-5.109+1.087x-0.004x2-0.000 06x3，其参数显著性方差分析得到F=5 357.13＞F0.01=357.15。通过显著性分析，树高与树龄的回归关系在0.01 水平下达极显著水平，其回归拟合曲线的决定系数R2=0.999，说明桢楠树高生长量曲线拟合性很好。

3.2.3 桢楠材积生长曲线模型 通过分析得到材积生长曲线模型：y=0.182-0.035x+0.002x2-0.000 002x3，其参数显著性方差分析得到F=7 201.79＞F0.01=1.291。通过显著性分析，材积与树龄的回归关系在0.01 水平下达极显著水平，其回归拟合曲线的决定系数R2=1.000，说明桢楠材积生长量曲线拟合性很好。

4 小结与讨论

桢楠林分各胸径的林木株数在10～50 cm 的林木占总林木数的80% 以上，小胸径和大胸径林木占少数，而中等胸径林木占多数，说明林分处于较正常的生长状态，林分稳定性较大。

根据永川区国有林场桢楠树木调查资料，60年生桢楠的平均胸径、树高和单株材积分别为38.81 cm、35.3 m、1.713 1 m3。桢楠胸径、树高和材积均随树龄的增长而呈增长趋势。四川省90年生桢楠胸径为43.10 cm、树高为33.80 m、材积达2.236 m3［19］。对比发现，重庆市永川区桢楠天然次生林的生长速度比四川省桢楠生长速度快，可能与重庆市高温时间长且分布集中、湿度大的气候特征有很大关系［20］。贾晨等［21］研究表明，38年生德昌杉木的树高、胸径总生长量分别为18.34 m、25.52 cm，杉木是人们公认的速生树种，而桢楠的树高和胸径生长速度均大于杉木，加上桢楠木材价值高，因此，桢楠可作为珍贵速生树种进行大面积栽培和推广应用。

桢楠胸径连年生长量呈现明显的高-低的趋势，第15年至第20年胸径生长较快，并达到最大值1.00 cm，随后连年生长开始缓慢下降，直到第60年为0.31 cm。桢楠树高连年生长量与胸径连年生长量类似，呈现出明显的高-低的趋势，树高连年生长量与胸径连年生长量最大值出现时间一致，最大值为1.00 m。随后，树高连年生长量出现急剧下降，直到第60年为0.14 m。桢楠胸径和树高的连年生长量呈前期大于年平均生长量，然后均小于年平均生长量的状态。桢楠的材积生长一直处于增加状态，由10年生的0.001 1 m3增加到60年生的1.713 1 m3，年均生长量为0.017 4 m3。在第15年至第20年间可加强抚育管理，以缩短桢楠成熟的时间，从而缩短轮伐期，并获得较高的经济效益，有利于培育优质大径材。

对乔木生长方程的预测不能以某一模型直接进行拟合，而应选择多种具有代表性的经验生长方程进行拟合，并根据相关系数最大的原则筛选生长模型，以增加估测的精度，从而得到科学的结论［12］。从树高、胸径、材积与树龄建立的数学模型可知，3次曲线模型y=a0+a1x+a2x2+a3x3能较好地反映胸径、树高、材积与树龄之间的关系，相关系数均在0.990 0以上，可用于桢楠的生长预报。杜鹃等［22］对四川农业大学实习林场50～58年生的楠木人工林生长进程的动态分析表明，楠木人工林的树高、胸径、材积与树龄之间的生长关系可用三次多项式进行描述。

通过对桢楠生长规律的研究发现，桢楠在早期生长较快，早期加强抚育管理，作为重庆市珍贵阔叶树种进行培育推广具有巨大的发展潜力。桢楠是国家二级保护树种，是珍贵用材树种，所以对桢楠生长规律的研究有助于缩短珍贵树种培育周期，进而加速珍贵树种桢楠大径材培育。由于本研究中大部分年轮数据由生长锥钻取木心获得，桢楠大径材数据相对较少，在以后的研究中应增加大径材样本数据，更有利于结果的推广性和提高可靠性。