耿兵，王華田，王延平，薛保健，李文強

(山東省高校森林培育重點實驗室，山東農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)業(yè)生態(tài)與環(huán)境實驗室，271018，山東泰安)

刺槐(Rbonia psuedoaaccai L.)原產(chǎn)于北美，19世紀末引入我國，由于其適應(yīng)性強、用途廣泛，在我國華北、華東、華中、西北，乃至華南和西南地區(qū)的30余個省(直轄市、自治區(qū))廣泛栽培，成為重要的用材林樹種和生態(tài)公益林樹種［1］。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，我國20世紀50—70年代營造的大面積刺槐林于90年代后陸續(xù)采伐，并通過無性更新方式完成林分更新，現(xiàn)有刺槐林大部分是萌芽、萌蘗更新后的二代林，個別林分為無性更新三代林。實生刺槐林經(jīng)過連續(xù)無性更新后形成的萌生林生長遲緩、干形不良，難以成材、成林，林地生產(chǎn)力和生態(tài)功能逐代下降;以水土保持為目的的黃土高原刺槐林林地存在永久性土壤干層，林木個體枝條自然枯死、病蟲感染嚴重，小老樹等問題［2］，刺槐的萌生更新出現(xiàn)了一定障礙。目前，已有學(xué)者就人工刺槐林皆伐跡地更新做過調(diào)查分析［3］，并對不同生境刺槐林下土壤的養(yǎng)分和水分狀況，以及刺槐皆伐更新問題進行了對比研究［4-7］，但迄今有關(guān)刺槐人工林無性更新的長期跟蹤研究鮮見報道。

根據(jù)山東省森林資源清查成果資料:2000年刺槐占用材林面積的21.66%，占防護林面積的23.9%，占特種用材林面積的19.29%，占薪炭林面積的88.54%［8］。近年來，日益受到有關(guān)部門的重視。調(diào)查掌握刺槐無性更新林分的逐代變化、研究揭示其更新障礙機制，對我國木材戰(zhàn)略儲備和珍貴用材林基地建設(shè)、提高現(xiàn)有刺槐林林地生產(chǎn)力和生態(tài)防護功能具有重大意義。筆者以泰沂山區(qū)刺槐人工林為研究對象，對刺槐林生長過程、樹形進行調(diào)查，以期說明刺槐人工林萌芽、萌蘗更新現(xiàn)狀，為刺槐人工林的更新提供科學(xué)依據(jù)，并提出現(xiàn)有刺槐林的經(jīng)營和更新途徑。

1 研究區(qū)概況

沂山林場地處山東省魯中南山地(E 118°36′，N 36°10′)，海拔300 ～1 030 m，主體部分500 ～800 m，氣候溫和，年最高氣溫28.3℃，平均最低氣溫-11.5℃，年降水量828.7 mm，平均相對濕度70%，土壤為酸性棕壤，pH值4.0～5.0。林場有林面積700 hm2，其中刺槐純林300 hm2，另有刺槐針闊混交林(油松(Pinus tabulaeformis)、赤松(Pinus densiflora)、黑松(Pinus thunbergii))200 hm2，其余為櫟類(Quercus Linn.)、落葉松(Larix Mill.)林。

藥鄉(xiāng)林場位于泰山北麓(E 117°19，N 36°17′)，海拔650～956 m，年均溫10.5℃，極端高溫34.2℃，極端低溫21.5℃，年降水量900 mm，土壤為山地棕壤，pH值4.6～5.8，土層厚度35～70 cm。林場有林地面積1 090 hm2，其中刺槐林327 hm2，其余為麻櫟(Quercus acutissima)、赤松、油松等樹種。

2 研究方法

2.1 樣方設(shè)置與野外調(diào)查

在2個林場，分別選擇立地條件相對一致的刺槐實生一代林(Initiation generation plant，IGP)與萌生二代林(Sprouting second generation，SSG)，設(shè)置面積為100 m×100 m樣地，每塊樣地設(shè)置3塊20 m×20 m的標準地。調(diào)查樣地內(nèi)立地條件、地被植物，在標準地內(nèi)進行每木檢尺和土壤剖面調(diào)查(表1)。

2.2 數(shù)據(jù)處理

2.2.1 樹干干形處理 圖1中:弧)AB為刺槐樹體彎曲樹干形態(tài)的理想化表示;直線AB代表樹干弓長，長度為2a;直線GE代表樹干的弓高，長度為b;為了更好地比較樹體的彎曲程度，將刺槐的弓長和弓高分別進行了標準化處理。根據(jù)實際情況，將樹體的弓長和弓高標準化值分別設(shè)定為1.5和0.2 m。

將弓長標準化，圖1中CD為標準化后的弓，長度為2d，此時其弓高由GF表示，長度為c。運用三角函數(shù)定理可以推導(dǎo)出

其中弓長＜1.5 m的彎，其弓高不做改變。將弓高標準化，圖1中GF為標準化后的弓高，其弓長由CD表示，長度為2d。其中，弓高＜0.2 m的彎，弓長不作改變。

表1 刺槐林樣地總體概況Tab．1 Suvey of the R．pseudoacacia L.plot

圖1 刺槐干形標準化圖示Fig．1 Standardization of R．pseudoacacia L.trunk form

本研究中樹干干形彎曲指數(shù)(I)=樹干弓高的累加值(h)/樹干干材長度(H)。無彎曲的樹干彎曲指數(shù)為0，樹干越彎曲，彎曲指數(shù)越大。

2.2.2 干形彎曲指數(shù)模型構(gòu)建 調(diào)查發(fā)現(xiàn)，刺槐無性更新林分的立木，其主干彎曲程度隨彎的個數(shù)增加而增大(表2)。設(shè)立木干高為H，彎長li=ABi，弓

由上式可知，樹干直立的立木，其干形彎曲指數(shù)為0，樹干弓彎越多、彎弓越大，則干形彎曲指數(shù)越大，干形越差。

2.2.3 數(shù)據(jù)處理 對所測得的數(shù)據(jù)采用Excel和SAS 9.1進行比較分析和作圖。

表2 刺槐萌生2代林樹干彎曲特征Tab．2 Trunk bending characteristics of the sprouting second generation of R．pseudoacacia L.

3 結(jié)果與分析

3.1 刺槐連續(xù)更新對林分生長的影響

選取沂山刺槐實生一代林和萌生二代林標準木，做解析木分析。由圖2可以看出:刺槐萌生二代林樹高在生長前期具有快速增長的趨勢，在前22年生長期內(nèi)都大于刺槐實生一代林。第22年時二者樹高分別為萌生二代林11.7 m和實生一代林11.5 m，差距不大。由圖3可以看出:刺槐萌生二代林樹高生長速度呈連年下降趨勢，而實生一代林刺槐樹高連年生長則呈現(xiàn)先下降再升高又逐漸下降的趨勢。實生一代林樹高生長速度在第9年左右開始超過萌生二代林，并一直大于萌生二代林的樹高生長速度。

圖2 刺槐樹高生長過程Fig．2 Height increment process curve of R．pseudoacacia L.

圖3 刺槐樹高年平均生長曲線和連年生長曲線Fig．3 Height mean annual increment curve and height current annual increment curve of R．pseudoacacia L.

由圖4和5可以看出:刺槐萌生二代林胸徑總生長量、連年生長量、平均生長量生長遠遠小于刺槐實生一代林。刺槐實生一代林胸徑平均生長量呈現(xiàn)升高后下降的趨勢，第12年年平均生長量最大，在第47年胸徑可達18.1 cm;萌生二代林胸徑生長呈逐年下降趨勢，第22年胸徑可達10.2 cm。

圖4 刺槐胸徑生長過程Fig．4 DBH increment process curve of R．pseudoacacia L.

圖5 刺槐胸徑年平均生長曲線和連年生長曲線Fig．5 DBH mean annual increment curve and current annual increment curve of R．pseudoacacia L.

由圖6和7可以看出:前17年，刺槐萌生二代林材積總生長量和材積平均生長量在大于實生一代林，17年后時刺槐實生一代林大于萌生二代林，且二者的材積總生長量之間差距不大。材積的連年生長量表示了材積的生長速率，由圖7可以看出:14年左右，二者的材積連年生長量相等;14年之前，萌生二代林的材積連年生長量大于實生一代林;14年之后，實生一代林的材積連年生長量大于萌生二代林。

圖6 刺槐材積生長過程Fig．6 Timber volume process curve of R．pseudoacacia L.

材積是胸徑和樹高的綜合反映，綜合分析可以知道:刺槐萌生二代林，生長早期(前7年)是樹高、胸徑、材積生長速度較快的時期;7～14年是胸徑小于一代林的時期，但樹高和材積的生長依然較快，第14年是生長速度開始小于實生一代林的時期;14～17年是胸徑、材積都小于實生一代林的時期，第17年是萌生二代林材積總量開始小于實生一代林的時期;17～22年是萌生二代林只有樹高還大于實生一代林;22年之后實生一代林的樹高、胸徑、材積生長指標都遠遠大于萌生二代林。

圖7 材積平均和連年生長量Fig．7 Mean and current annual timber volume increment

由刺槐萌生二代林和實生一代林的生長規(guī)律可以看出:刺槐萌生二代林具有樹高生長迅速，但胸徑增加較慢的現(xiàn)象，容易形成“瘦高”型林木。由于刺槐林一般都具有側(cè)枝生長粗大現(xiàn)象，因此刺槐萌生二代林更易出現(xiàn)倒木和樹干彎曲的劣質(zhì)木。

3.2 連續(xù)更新刺槐樹體干形分析

由于刺槐萌生二代林具有與實生一代林不同的生長規(guī)律和林相表現(xiàn)，選擇泰山藥鄉(xiāng)林場和沂山林場的刺槐林進行調(diào)查分析(表2～4)。

由表3刺槐樹干形態(tài)可以計算得出:92%以上的萌生二代刺槐都有1個以上的彎，這些彎大都位于樹干的1.5～3 m處。50%以上的萌生二代刺槐都有2個以上的彎，大約10%的萌生二代刺槐有3個以上的彎，有極少數(shù)的萌生二代刺槐具有4個彎，大約占萌生二代刺槐總株數(shù)的4%。從整體上看:隨萌生二代刺槐彎個數(shù)的增加，其弓高呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢，樹干彎曲的最大值出現(xiàn)在第3個彎上面，為0.18 m;隨萌生二代刺槐彎個數(shù)的增加，弓的長度逐漸減小，從1.7 m逐漸減小到1.0 m，減小了41.7%。由弓高和弓長的變化趨勢可以看出，刺槐萌生二代林樹干彎曲情況為樹干下部彎曲程度小于樹干上部，樹干的最大彎曲出現(xiàn)在第3個彎上面，它一般位于樹干的2.85 m處，嚴重影響刺槐樹干干形。

對刺槐的樹干彎曲指數(shù)進行計算，結(jié)果(表4)表明:刺槐萌生二代林樹干彎曲指數(shù)在0～0.3之間，平均值為0.063±0.011。根據(jù)樹干彎曲的實際情況，以0.03為1個級別，把刺槐萌生二代林劃分為5個彎曲級別，即:無彎曲(0～0.01)、極小彎曲(0.01～0.04)、輕度彎曲(0.04～0.07)、中度彎曲(0.07～0.10)、重度彎曲(＞0.10)。運用樹干彎曲指數(shù)對刺槐林進行評價，可以知道:2個林場的樹干彎曲指數(shù)都為0.06左右，且都隨樣地株數(shù)的增加逐漸減小。刺槐萌生二代林中:樹干中度和重度彎曲林木約占整個刺槐林的34.8%;樹干無彎曲的樹木極少，只占0.86%;樹干極小彎曲的樹木占33.8%。

4 結(jié)論與討論

1)刺槐由于其萌芽、萌蘗能力強，生產(chǎn)中一般采取伐后萌芽、萌蘗更新［9］，即在采伐后留樁萌芽更新或伐樁剝皮(或挖樁)根系萌蘗更新，這種特殊的更新方式造成了其萌生二代林生長的特異性:一方面，萌生二代林在生長的前期利用了母樹根系的貯存營養(yǎng)，同時母樹龐大的根系仍具有相當強的吸收能力，所以早期樹高、材積生長速度較快。其樹高在前22年、材積總生長量和材積平均生長量在前17年、材積連年生長量在前14年，均大于實生一代林。后期，由于母樹根系衰老、死亡、貯存的營養(yǎng)消耗殆盡，萌生二代林此時才真正“獨立”;而此時實生一代林已具有龐大的根系，生長速度很快，超過了萌生二代林。另一方面，刺槐的萌蘗、萌芽能力極強，皆伐后，刺槐幼樹密度大，彼此間競爭狀況極為激烈，造成了樹高的快速生長，胸徑生長相對較緩的現(xiàn)象。第三，無性更新母樹根系死亡和腐爛，可能導(dǎo)致土壤化感物質(zhì)逐漸積累，也可能是造成刺槐萌生二代林后期生長變緩的原因。第四，刺槐為固氮樹種，具有土壤改良作用。樹高是林地生產(chǎn)力的體現(xiàn)，這里刺槐萌生二代林樹高生長速度快，生長量大，也可能是實生一代林對土壤改良的體現(xiàn)。

表3 刺槐萌生二代林樣地樹干特征Tab．3 Trunk form characteristics of the sprouting second generation of R．pseudoacacia L.

表4 刺槐萌生二代林樹干彎曲指數(shù)Tab．4 Index of the trunk bending form of the sprouting second generation of R．pseudoacacia L.

2)樹干的干形，一般有通直、飽滿、彎曲、尖削和主干是否明顯之分［10］。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，刺槐人工林無性更新樹干出現(xiàn)彎曲現(xiàn)狀，這有別于其他樹種。如杉木(Cunninghamia lanceolata)、楊樹(Populus)、落葉松、云杉(Picea asperata)等樹種，連作更新出現(xiàn)衰退［11］，未出現(xiàn)樹干彎曲現(xiàn)象。

本研究對刺槐萌生二代林立木樹干的彎曲情況進行了比較研究，并提出描述樹干彎曲程度的指標——樹干彎曲指數(shù)。用彎曲指數(shù)來評價刺槐萌生二代林的干形(表4)，結(jié)果顯示:泰山藥鄉(xiāng)林場和沂山林場的刺槐林均為輕度彎曲。造成樹木間干形差異的原因，除受遺傳性、年齡和枝條著生情況等內(nèi)因影響外，還受生長環(huán)境，如立地條件、氣候因素、林分密度和經(jīng)營措施等外因影響［9］。從表4中可以看出，隨造林株數(shù)(即林分密度)的增加，刺槐萌生二代林干形彎曲指數(shù)明顯減小。林分密度小的林分，重度彎曲的刺槐株數(shù)較多。從造林歷史來看，二者之間的氣候因素基本一致，但林種起源不同，刺槐實生一代林為實生苗木直接荒山造林，刺槐萌生二代林為一代林皆伐后萌生形成。目前，有關(guān)造成刺槐萌生林樹干干形彎曲比例較大的原因還不十分清楚，有待進一步研究。

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