林业科学  2000, Vol. 36 Issue (专刊1): 137-142   PDF    
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余雪标, 徐大平, 龙腾, 莫晓勇.
Yu Xuebiao, Xu Daping, Long Teng, Mo Xiaoyong.
连栽桉树人工林生长特性和树冠结构特征
STUDIES ON THE GROWTH CHARACTERISTICS AND THE CROWN STRUCTURE OF EUCALYPTUS PLANTATION WITH THE DIFFERENT CONTINUOUS-PLANTING ROTATION
林业科学, 2000, 36(专刊1): 137-142.
Scientia Silvae Sinicae, 2000, 36(专刊1): 137-142.

文章历史

收稿日期:1998-08-10

作者相关文章

余雪标
徐大平
龙腾
莫晓勇

连栽桉树人工林生长特性和树冠结构特征
余雪标1 , 徐大平2 , 龙腾3 , 莫晓勇3     
1. 农业部热带作物栽培生理学重点开放实验室 儋州 571737;
2. 中国林业科学研究院热带林业研究所 龙洞 510520;
3. 广东省雷州林业局 遂溪 524348
关键词: 连栽桉树人工林    生长特性    树冠结构特征    
STUDIES ON THE GROWTH CHARACTERISTICS AND THE CROWN STRUCTURE OF EUCALYPTUS PLANTATION WITH THE DIFFERENT CONTINUOUS-PLANTING ROTATION
Yu Xuebiao1, Xu Daping2, Long Teng3, Mo Xiaoyong3     
1. Key Laboratory of Physiology of Trop ical Crops, Ministry of Agriculture, P. R. China Danzhou 571737;
2. Research Insti tu te of Tropical Forestry, CAF Longdong 510520;
3. Leizhou Forestry Bureau Suixi 524348
Abstract: The research results showed that the mean height, DBH, the individual volume and the growing stock of 4.5 year old Eucalyptus plantation decreased with the Continuous Planting Rotation (CPR) increasing. The mean tree height of the second, the third and the fourth rotation decreased by 7.4%, 7.9% and 20.0% respectively compared with the first rotation; the mean DBH decreased by 8.4%, 15.9% and 25.8% respectively; the individual volume decreased by 20.4%, 32.8% and 50.4% respectively; and the growing stock decreased by 20.9%, 38.7% and 50.5%; The changes of height, DBH, the individual volume and the growing stock with CPR increasing may be simulated by linear, parabola and exponential model: (1) y=a+bx; (2)y=a+bx+cx2; (3)y=axb. The corwn length and volume decreased with the CPR increasing, which indicated that the more CPR increased, the worse the growth poentials became, and in which the leaf biomass of the second, the third and the fourth rotation decreased by 10.2%, 44.7% and 71.0% respectively compared with the first planting rotation. Their changes with rotations accorded with the linear model. There was a significat multiple linear regression relationship between the parameter of crown structure and the standing growth index.
Key words: Continuous planting    Eucalyptus plantation    Growth characteristics    Crown structure    

桉树(Mytacease科Eucalyptus属)已成为我国华南各省区很重要的速生阔叶用材树种, 因其速生、丰产、抗性好、耐脊薄、干形通直、用途广泛而被广为种植。我国引种桉树已有100多年的历史, 目前栽培面积已达8×105hm2, 居世界第2位, 而60%~70%以上是作为短轮伐期工业用材林来经营的, 估计有一半以上的林地是多代连栽。代代连栽引起人工林生产力下降的现象最早出现在欧洲的云杉1) (中国林学会森林生态分会, 1992; 李范伍等, 1958), 而后在许多树种上都有发生(Evans J, 1998; 方奇, 1987), 称之为第2代效应(Evans J, 1990)。有关林木随着连栽代次生长量特性变化的报道在杉木上已有很多2)(俞新妥, 1993;杨玉盛, 1992;方奇, 1987),但对连栽桉树人工林的生产力问题尚未见有报道, 只是停留在表面的宏观估测, 还没有具体生产力下降方面的数据材料。为此, 作者于1995年开始在雷州林业局河头林场, 对不同连栽代次桉树人工林生长特性进行了研究。

1) 付政道.关于联邦德国人工林集约经营和木材加工企业的生产管理的考察报告.国外林业考察报告选编.1958.

2) 杨玉盛.杉木林经营模式及可持续利用的研究.南京林业大学博士论文, 1997.

1 材料与研究方法

桉树不同连栽代次之间采用空间代时间的方法(中国林学会森林生态分会, 1992)。为了尽可能因选设样地而造成差异, 在选设标准地时, 制定了一些准则:1)不同连栽代次桉树林标准地的成土母质严格一致, 立地类型完全一致, 本项目试验地立地类型编号均为656019, 尽量使各代次标准地之间相距较近, 基本选设在同一个林场, 以消除立地本身条件和小气候条件差异对桉树生长影响。2)为了尽可能消除人为措施(如施肥、抚育)对林木生长的影响, 选择标准地的桉树年龄必须达到或超过半个轮伐期, 一般在2年生以后不再有人为干扰。本研究试验林全部达到超短轮伐期(3~4年)的年限, 另外造林密度必须一致, 以消除密度对桉树生长的影响)。3)选择不同连栽代次桉树林标准地时, 所种植的树种或无性系必须完全一致, 以消除桉树遗传品质对林木生长影响, 而且无性系生物学特性(这里指的是对立地环境的要求)需与前茬林分接近, 以消除无性系不同引起的林木生长差异(如某些立地条件因连栽可能恶化, 但因后茬树种与前茬不一致, 这些恶化条件对后茬树种不构成威胁)。本项目中选用的刚果12号桉W5无性系, 是刚果12号桉(刚果引进的一天然杂种)与雷林1号桉(窿缘桉)的天然杂种中选育出来的, 其生物学特性接近前茬树种窿缘桉。(4)雷州林业局自建局以来, 其营林档案非常完备, 在选择标准地时, 须查阅大量档案, 从中筛选连栽代次非常清楚的林地作为标准地。5)在各连栽次标准地选择时, 其人为营林措施(如整地、施肥、抚育)基本一致。

按上述原则, 本研究材料均取自雷州林业局河头林场, 该场地形平坦, 最高海拔50m, 基本条件见表 1

表 1 各代次林分基本状况 Tab.1 The basic status of all rotations

本研究每个代次选择3个标准地, 标准地面积为30m×20m, 对所选标准地进行每木检尺, 测定标准地林木平均树高、平均胸径、枝下高、林木保存率。进而计算单株材积量和每公顷蓄积量, 确定生物量测定的样木。叶量测定结合生物量调查进行(生物量测定内容将另文发表)。单株材积计算统一采用编制全国桉树二元材积表采用的计算公式(祈述雄, 1989):

式中:V为单株材积(m3); D为胸径(cm); H为树高(m)。

2 结果分析 2.1 不同连栽代次林分生长特性分析

(1) 不同连栽代次高生长差异    林木的高生长除了受遗传因子的影响, 主要是受到立地条件的制约1)。因此随着桉树连栽代次的增加, 立地环境条件会发生改变, 这种条件下, 树高是一个灵敏的指标。调查结果(表 2)显示, 4.5年生刚果12号桉W5无性系平均树高随着连栽代次的增加而降低。其中1代林为15.23m, 2、3、4代林分别为14.10m、14.02m和12.19m, 分别下降了7.4%、7.9%和20.0%, 经单因素方差分析(F=374.21)和多重比较(表 3)差异达极显著水平。

表 2 不同连栽代次4.5年生桉树林分生长 Tab.2 Growth of 4.5-year-old Eucalyptus stand in different rotations
表 3 不同连栽代次林分平均高(H)、平均胸径(DBH)、单株材积、蓄积量多重比较 Tab.3 Multiple comparisons inmeans of hight (H)、(DBH)、individual volume and growing stock

1) 余雪标.杉木造林密度效应研究, 南京林业大学硕士论文, 1988.

(2) 不同连载代次胸径生长差异    胸径是林木生长的最主要量度指标。调查结果表明随着连栽代次的增加, 桉树的平均胸径下降。2代林较1代林下降8.4%, 3代林较1代林下降15.9%, 而4代林较1代林下降最多, 下降幅度达到25.8%, 其它代次比较结果, 3代林比2代林低8.2%, 4代林比2代林低19%。经Duncan方差分析(F=26.72)和多重比较(表 3), 各代次之间平均胸径差异达极显著水平。

(3) 不同连栽代次平均单株材积和蓄积量的差异    无论何种因素对胸径、树高的影响最终将反映在林木的平均单株材积量和蓄积量差异上。因为林分的单株材积和蓄积量决定于树高、胸高断面积及树干形状。由表 2图 1可以看出, 不同连栽代次桉树林木平均单株材积和蓄积量均与树高、胸径变化规律一样, 随连栽代次的增加而下降。代次增加, 差异越来越大。与1代林相比, 2代林单株材积下降20.4%, 3代下降32.8%, 而4代林下降幅度达到了50.5%, 仅1代林的一半。与2代林相比, 3代林下降了15.6%。4代林则下降了40.3%。可见连栽引起的单株材积下降是严重的。差异分析结果(F=23.084)表明代次间单株材积差异极显著(表 3)。此外, 2代林蓄积量较1代林下降20.9%, 3代与之相比下降38.7%, 而4代林蓄积量只有75.88m3/hm2, 仅1代林的49.5%, 下降了50.5%。当与2代林相比时, 3、4代林蓄积量则分别下降了22.5%和37.5%。经Duncan方差分析(F=23.02)和多重比较(表 3), 各代次之间差异达极显著水平。

图 1 不同连栽代次平均单株材积变 Fig. 1 Variance of mean individual volume among different rotations
2.2 平均树高、平均胸径、单株材积和蓄积量随连栽代次变化模型的拟合

为了摸清高、径、单株材积和蓄积量随代次变化的规律, 我们利用1、2、3、4代林平均树高、平均胸径和单株材积作因变量, 而将代次作为自变量, 并根据其散点图提出了3种数学模型进行拟合:

式中y代表平均高(H)、平均胸径(D)、单株材积(V)。x代表连栽代次。abc为待定参数, 拟合结果见表 4

表 4 平均高、平均胸径、单株材积随代次变化模型拟合结果 Tab.4 Results simulated by changing model of mean H, DBH and individual volume with different rotations

比较3种模型拟合结果, 经相关系数和F值检验, 3种拟合模型均达到0.01水平极显著, 从相关系数和F值来看, 其中以线性模型对各指标拟合效果好, 对平均高的指数型拟合效果不如其它2个模型好。上述分析结果证明3种回归模型拟合效果均较好, 因此以上3种模型都较好地反映了林分随代次变化的实际情况, 用来估测试区各代次生长量是可行的。

2.3 树冠结构特征随连栽代次变化规律

林木群体是各个体的有机总合, 在某种立地上林分中各个体的生长发育除决定于各个体本身的遗传特性外, 在很大程度上与树冠生长发育的程度有密切关系1)。树冠结构主要是指树冠层中的枝条数量、分枝特性、叶面积及其分布, 以及冠长、冠率、冠体积等。树冠是林木的同化器官所在, 它的差异既影响到地上部分器官的垂直分布和同化器官、非同化器官的空间分配, 又影响到树冠各部分截获光照的程度, 进而影响植株的能量交换和有机物的积累。对树冠结构特征的研究, 有助于了解连载引起生产力下降的相应后果。(1)树冠长度、体积随连栽代次的变化    根据本项目研究发现刚果12号无性系W5在1年生以后其冠幅基本稳定在1.7~2.4m之间, 变化范围较小, 根据树冠长度和冠幅计算树冠体积(陈北光, 1995)。结果见表 5, 从中可以看出平均树冠长度、冠幅、冠率、树冠体积指数、冠高比和树冠体积均随连栽代次的增加而递减。利用Duncan方差分析(F=22.08)和多重比较表明其差异(表 6)极显著水平。

表 5 不同连栽代次桉树林树冠特征变化 Tab.5 Variance of tree crown characteristics of Eucalyptus forest in different rotations
表 6 树冠长度、平均单株叶面积、叶面积指数多重比较 Tab.6 Multiple comparison of tree crown length, mean individual tree leaf area and LAI

1) 余雪标.杉木造林密度效应研究.南京林业大学硕士论文, 1988.

1代林所有树冠特征指标均为最高, 从中表明1代林生长势旺盛, 生长较快, 目前具有很大的生长潜力, 而4代林则生势较差, 生长停滞。可见连栽引起林木树冠差异很大, 这种差异的结果是生产力下降。

此外, 它们与代次之间也可用一元线性回归拟合(仅对树冠长度进行分析), 结果为:

式中:y为树冠长度; x为代次。结果表明线性关系极显著。(2)单株叶量、叶面积和林分叶面积随代次的变化    武田、Watson (1938)早就指出“强烈左右着植物生长量的, 并不是叶片的同化效率, 而是叶面积的大小1), 所以群体的生物产量是由叶量的多少来决定的。为了寻找连栽代次对林木叶量和叶面积的影响程度, 作者对不同代次单株叶量、叶面积和群体叶面积进行了测定。分析结果(表 7, 图 2)表明平均单株叶量、单株叶面积和群体叶面积以及叶面积指数(LAI)均随着代次增加而降低。其中2、3、4代林单株叶量分别比1代林下降10.2%、44.7%和71.0%, 比单株材积或蓄积量下降幅度还要大。由于叶片是林木生长的光合器官, 是生物产量的决定因素, 因此单株材积或蓄积量的下降是与叶面积的下降高度一致的。单株叶量和叶面积指数的Duncan方差分析(分别为F=33.36, F=40.04)和多重比较表明其差异达极显著水平(表 6)。

表 7 单株叶量、叶面积和林分叶面积变化 Tab.7 Variance of individual tree leaf mass, leaf area and stand leaves area
图 2 单株叶面积与叶面积指数随代次变化 Fig. 2 Variance of individual tree leaf area and LAI with change in rotations □单株叶面积Individual tree leaf area; ■叶面积指数LAI.

1) 户苅义次.作物的光合作用与物质生产, 1973(中译本).

根据前文分析结果, 利用线性回归模型对单株叶量和叶面积指数进行拟合, 将单株叶量和叶面积指数作为因变量, 代次作为自变量, 拟合结果为:

经检验表明单株叶量和叶面积指数与代次之间也具有明显的线性相关, 拟合结果是可靠的。

2.4 树冠结构参数与树高、胸径、材积之间的相关分析

连栽引起树冠结构特征的变化, 最终也会在林木生长指标上得到反映。从上文分析结果得出树高、胸径、材积和树冠结构特征随连栽代次的变化是一致的, 为了探索连栽条件下林木生长指标与树冠结构参数之间的关系, 将林木生长指标(HDVWSW)作为因变量, 树冠结构参数作为自变量进行多元回归, 其结果如下:

式中:x1为树冠长度; x2为树冠体积; x3为单株叶面积; x4为叶面积指数; y1为树高; y2为胸径; y3为单株材积; y4为单株生物量; y5为群体生物量。拟合结果表明, y1y2y4y5拟合效果较好, 经检验结果是可靠的。证明树冠结构参数在各林木生长指标上起到了至关重要的作用。

3 小结

连栽桉树林分平均树高、平均胸径、单株材积和蓄积量均随连栽代数增加而降低。其中2、3、4代林的平均高与1代林相比, 分别下降7.4%, 7.9%和20.0%。平均胸径下降8.4%, 15.9%和25.8%, 单株材积分别下降20.4%, 32.8%和50.4%, 而每公顷蓄积量则分别下降了20.9%, 38.7%和50.5%。Duncan方差分析结果表明差异达极显著水平。平均高、胸径和单株材积随连栽代数的变化, 符合下列3种线性回归模型, 拟合效果较好: (1) y=α+bx; (2) y=α+bx+cx2; (3) y=αxb。其中指数式稍差, 但对H、D的拟合精度较高。从相关系数和F值看, 线性模型对各指标拟合效果最好。

树冠结构特征中, 树冠长度、体积等所有指标均随着连栽代次的增加而降低, 表明连栽代次越高, 生长势越差, 方差分析表明差异显著。它们与代次之间的关系也符合线性回归模型。单株叶量、叶面积、叶面积指数也随连栽代次增加而降低, 其中单株叶量2、3、4代林比一代林分别降低10.2%, 44.7%和71.0%, 与林木生长指标变化规律一致。

树冠结构特征参数与林木生长指标之间具有显著的多元线性关系, 符合

模型, 拟合精度较好。

参考文献(References)
陈北光, 苏国庆, 赵贵, 等. 1995. 两种桉树人工林的树冠结构和叶面积的研究.雷州短轮伐期桉树生态系统研究. 北京: 中国林业出版社, 52-57.
方奇. 1987. 杉木连栽对土壤肥力及杉木生长的影响. 林业科学, 23(4): 389-397.
李范五, 等. 1995. 德意志民主共和国捷克斯洛伐克共和国林业考察报告. 北京: 中国林业出版社.
祈述雄. 1989. 中国桉树. 北京: 中国林业出版社, 231.
俞新妥. 1993. 杉木林地持续利用问题的研究与看法. 世界林业研究, (2): 80-85.
杨玉盛, 等. 1992. 杉木丰产林与松阔混交林土壤微生物特性及土壤肥力差异的研究. 北京: 中国科学技术出版社, 317-323.
中国林学会森林生态分会. 1992. 人工林地力衰退研究. 北京:中国科学技术出版社: 49-71.
Evans J. 1990. Longterm productivity of forest plantation status in 1990. IUFRO, 19th world congress, 1(1): 165-180.