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        貴州習(xí)水國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)福建柏生長(zhǎng)過(guò)程研究

        2015-12-24 01:08:44鄧倫秀潘德權(quán)穆君李崇清楊成華貴州省林業(yè)科學(xué)研究院貴州貴陽(yáng)550000習(xí)水國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)貴州貴陽(yáng)5500
        安徽農(nóng)業(yè)科學(xué) 2015年6期
        關(guān)鍵詞:福建柏材積胸徑

        李 茂,鄧倫秀,潘德權(quán),穆君,李崇清,楊成華*(.貴州省林業(yè)科學(xué)研究院,貴州貴陽(yáng)550000;.習(xí)水國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū),貴州貴陽(yáng)5500)

        福建柏 (Fokienia hodginsii)為常綠高大喬木,屬柏科(Cupressaceae)的單型屬植物,是我國(guó)的特有種、國(guó)家二級(jí)重點(diǎn)保護(hù)野生植物,在柏科的系統(tǒng)發(fā)育研究中有較大的科學(xué)價(jià)值[1]。福建柏分布于浙江南部、福建、廣東北部、江西、湖南南部、貴州、廣西、四川、云南東南部和越南北部,多生長(zhǎng)于海拔為1 000 m左右的溫暖濕潤(rùn)山地森林中[2]。由于福建柏材質(zhì)優(yōu)良、樹(shù)姿美觀,是珍貴的材用樹(shù)種,也是良好的觀賞綠化樹(shù)種,因而被過(guò)度利用,致使其分布范圍日趨狹窄,大樹(shù)更是稀少,已成漸危物種。目前,國(guó)內(nèi)對(duì)福建柏天然群落的研究很多[3-11],但未見(jiàn)對(duì)其生長(zhǎng)過(guò)程的研究。

        在貴州省習(xí)水中亞熱帶常綠闊葉林國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)習(xí)水保護(hù)區(qū))的天然植被中,保存著一定面積的以福建柏為優(yōu)勢(shì)的群落。2010年7月,貴州省林業(yè)廳組織科學(xué)考察隊(duì),對(duì)該自然保護(hù)區(qū)進(jìn)行綜合科學(xué)考察。筆者作為考察隊(duì)的一員,通過(guò)實(shí)地調(diào)查,發(fā)現(xiàn)習(xí)水保護(hù)區(qū)內(nèi)三岔河風(fēng)景區(qū)內(nèi)的成年福建柏大量死亡。經(jīng)有關(guān)部門(mén)批準(zhǔn),選擇1株已死亡的福建柏進(jìn)行樹(shù)干解析與分析研究,以期為福建柏資源的拯救、保護(hù)及可持續(xù)性發(fā)展提供依據(jù)。

        1 自然概況

        保護(hù)區(qū)位于貴州省北隅,地理位置為105°50'~106°29'E、28°07'~28°34'N。區(qū)內(nèi)最高海拔 1 756 m,最低海拔 420 m。屬長(zhǎng)江水系,亞熱帶至暖溫帶溫暖濕潤(rùn)季風(fēng)氣候,保護(hù)區(qū)內(nèi)植物資源十分豐富,主要為中亞熱帶常綠闊葉林,是一種以中亞熱帶地帶性植被常綠闊葉林為主要生活型的森林生態(tài)系統(tǒng)。

        2 材料與方法

        2.1 研究材料 2010年11月,在保護(hù)區(qū)內(nèi)三岔河鄉(xiāng)天堂溝針闊葉林中,選擇1株已死亡的福建柏,經(jīng)報(bào)批后伐倒并進(jìn)行解析。解析木位于106°24'03″E、28°33'46″N,海拔1 147 m,山谷,紫色土,腐殖層厚度2 cm,有機(jī)質(zhì)豐富,土壤較緊實(shí)、濕潤(rùn),土層厚在50 cm左右。解析木樹(shù)高19.6 m,帶皮胸徑46 cm,材積1.362 9 m3,樹(shù)齡105年,能完整地表現(xiàn)福建柏的自然生長(zhǎng)過(guò)程。

        2.2 研究方法

        2.2.1 樹(shù)干解析。測(cè)定解析木的全長(zhǎng),以2 m區(qū)分段截取圓盤(pán)并標(biāo)記北方向線、圓盤(pán)號(hào)和斷面高度。將圓盤(pán)取回在室內(nèi)刨光工作面,以東西、南北2個(gè)方向上年輪直徑的算術(shù)平均值作為該年齡直徑,測(cè)算樹(shù)高采用成子純修正法。根據(jù)不同號(hào)圓盤(pán)的直徑生長(zhǎng)量,計(jì)算各齡階的樹(shù)高、胸徑、材積生長(zhǎng)量,并計(jì)算樹(shù)高、胸徑和材積的總生長(zhǎng)量、連年生長(zhǎng)量和平均生長(zhǎng)量以及實(shí)驗(yàn)形數(shù)[7]。采用SPSS分析軟件對(duì)樹(shù)高生長(zhǎng)過(guò)程進(jìn)行分析。

        2.2.2 競(jìng)爭(zhēng)樣地。以解析木為對(duì)象木,測(cè)量其胸徑和樹(shù)高并進(jìn)行編號(hào),以對(duì)象木為中心,10 m為半徑作樣圓,將樣圓范圍內(nèi)所有喬木視為競(jìng)爭(zhēng)木,實(shí)測(cè)這些競(jìng)爭(zhēng)木的胸徑及與對(duì)象木之間的距離。采用Hegyi提出的單木競(jìng)爭(zhēng)指數(shù)模型來(lái)計(jì)算競(jìng)爭(zhēng)指數(shù)。

        式中GI是競(jìng)爭(zhēng)指數(shù),其值越大,競(jìng)爭(zhēng)越激烈;Dj為樣圓中競(jìng)爭(zhēng)木j的胸徑;Di為樣圓中對(duì)象木i的胸徑;Lij為樣圓中對(duì)象木i與競(jìng)爭(zhēng)木的距離。

        3 結(jié)果與分析

        3.1 生長(zhǎng)規(guī)律分析 經(jīng)對(duì)福建柏解析木進(jìn)行測(cè)定,其胸徑、樹(shù)高、材積生長(zhǎng)過(guò)程詳見(jiàn)表1。

        表1 福建柏樹(shù)干生長(zhǎng)過(guò)程

        3.1.1 胸徑生長(zhǎng)規(guī)律。由于福建柏生長(zhǎng)緩慢,10年后樹(shù)高才生長(zhǎng)到1.30 m,因此胸徑分析從10年后開(kāi)始。從解析木的樹(shù)干生長(zhǎng)過(guò)程總表(表1)以及胸徑連年生長(zhǎng)量與平均生長(zhǎng)量曲線圖(圖1)可看出:福建柏的胸徑連年生長(zhǎng)量最大值出現(xiàn)在30~35年和40~45年,為0.76 cm;平均生長(zhǎng)量最大值在55~60年生,為52 cm;從15年生起胸徑開(kāi)始快速生長(zhǎng),20~65年生時(shí)是胸徑生長(zhǎng)的旺盛期,連年生長(zhǎng)量為0.53~0.76 cm;連年生長(zhǎng)量與平均生長(zhǎng)量曲線在64年生時(shí)相交,然后胸徑生長(zhǎng)逐漸減弱,連年生長(zhǎng)量下降,平均生長(zhǎng)量也呈下降趨勢(shì),胸徑的生長(zhǎng)過(guò)程見(jiàn)圖1、2。

        3.1.2 樹(shù)高生長(zhǎng)規(guī)律。從解析木的樹(shù)干生長(zhǎng)過(guò)程總表(表1)以及樹(shù)高連年生長(zhǎng)量與平均生長(zhǎng)量曲線圖(圖3)可看出:福建柏的樹(shù)高生長(zhǎng)快速期同樣出現(xiàn)在早期,35年前樹(shù)高的生長(zhǎng)較快,連年生長(zhǎng)量與平均生長(zhǎng)量均比較大,在15~20年時(shí)連年生長(zhǎng)量達(dá)到最大,每年以0.46 m的速度增長(zhǎng);連年生長(zhǎng)量與平均生長(zhǎng)量曲線在32年生時(shí)相交,從32年生以后樹(shù)高生長(zhǎng)變慢,平均生長(zhǎng)量比較平緩減少,而連年生長(zhǎng)量卻從0.40 m以上急劇下降到0.20 m以下。樹(shù)高的生長(zhǎng)過(guò)程見(jiàn)圖3、4。

        3.1.3 材積生長(zhǎng)規(guī)律。從樹(shù)干生長(zhǎng)過(guò)程總表(表1)以及材積連年生長(zhǎng)量與平均生長(zhǎng)量曲線圖(圖5)可以看出:福建柏材積的連年生長(zhǎng)量在20~85年生時(shí)一直呈現(xiàn)較快的增長(zhǎng)趨勢(shì),在55~60年生和65~70年生時(shí)達(dá)到最大值,為0.021 4 m3,85年生以后連年生長(zhǎng)量增長(zhǎng)急劇下降,從0.019 7 m3下降到105年生的0.008 2 m3,跌幅達(dá)58.38%;而平均生長(zhǎng)量前期一直表現(xiàn)為平穩(wěn)的增長(zhǎng)趨勢(shì),與連年生長(zhǎng)量曲線在95年生時(shí)相交,表明材積數(shù)量成熟,然后開(kāi)始比較平緩減少。材積的生長(zhǎng)過(guò)程見(jiàn)圖5、6。

        3.1.4 實(shí)驗(yàn)形數(shù)變化規(guī)律。福建柏的胸高實(shí)驗(yàn)形數(shù)在10~15年生為0.41,15年生后其胸高形數(shù)均小于0.40。從福建柏各齡階實(shí)驗(yàn)形數(shù)情況來(lái)看,福建柏的胸高實(shí)驗(yàn)形數(shù)比較小,說(shuō)明福建柏樹(shù)干尖削度較大。形數(shù)增減的總體趨勢(shì)是形數(shù)隨樹(shù)齡的增加而降低,符合林木生長(zhǎng)的正常規(guī)律。福建柏的胸高平均實(shí)驗(yàn)形數(shù)為0.37,略低于我國(guó)主要喬木的平均實(shí)驗(yàn)形數(shù)。福建柏胸高實(shí)驗(yàn)形數(shù)的變化趨勢(shì)見(jiàn)實(shí)驗(yàn)形數(shù)變化曲線圖(圖7)。

        3.2 樹(shù)高曲線 以縱坐標(biāo)表示樹(shù)高,橫坐標(biāo)為胸徑,將各胸徑對(duì)應(yīng)的樹(shù)高依直徑點(diǎn)繪在坐標(biāo)圖上,并依據(jù)散點(diǎn)的分布趨勢(shì)繪一條勻滑的曲線,它能清楚地反映出樹(shù)高隨直徑的變化規(guī)律,這條曲線稱(chēng)為樹(shù)高曲線。反映樹(shù)高隨直徑而變化的數(shù)學(xué)方程被稱(chēng)為樹(shù)高曲線方程[13]。

        表2 方程參數(shù)估計(jì)與評(píng)價(jià)指標(biāo)

        利用SPSS統(tǒng)計(jì)分析軟件對(duì)解析木的樹(shù)高與胸徑的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,得出有效的參數(shù)估計(jì)值與評(píng)價(jià)指標(biāo)(表2)。根據(jù)評(píng)價(jià)指標(biāo)中的復(fù)決定系數(shù)(R2)、回歸方程顯著性檢驗(yàn)系數(shù)(F值)、自由度值(df)可以看到,在所選用的3個(gè)方程中,3次曲線方程擬合效果最佳,故選其為樹(shù)高曲線模型。其擬合的樹(shù)高曲線見(jiàn)圖8,模型表達(dá)式如下:y=1.121+1.004x-0.028x2+0x3

        3.3 對(duì)比 1981年,貴州省林業(yè)科學(xué)研究院羅祖筠、楊成華[14]在同一區(qū)域選擇1株福建柏進(jìn)行了解析研究。經(jīng)過(guò)對(duì)比,可以看出雖然數(shù)值有差別,但2個(gè)研究對(duì)象達(dá)到胸徑、樹(shù)高、材積連年生長(zhǎng)最高峰的時(shí)間基本相同,表明該區(qū)域的福建柏可能是同時(shí)更新的。

        表3 不同解析木對(duì)比

        3.4 福建柏群落的種內(nèi)種間競(jìng)爭(zhēng) 福建柏群落種內(nèi)種間競(jìng)爭(zhēng)指數(shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表4。其中,競(jìng)爭(zhēng)指數(shù)(CI)越大,表明與中心木福建柏的競(jìng)爭(zhēng)越激烈。根據(jù)表2中福建柏群落種內(nèi)種間競(jìng)爭(zhēng)指數(shù),可將福建柏的種內(nèi)種間競(jìng)爭(zhēng)強(qiáng)度分為顯著、一般和不顯著3個(gè)等級(jí)(表5)。

        表4 福建柏群落種內(nèi)種間競(jìng)爭(zhēng)強(qiáng)度

        表5 福建柏種間競(jìng)爭(zhēng)統(tǒng)計(jì)

        福建柏的種內(nèi)競(jìng)爭(zhēng)指數(shù)(CI)為0.25,排在第3位,占總競(jìng)爭(zhēng)指數(shù)的17.09%。該群落中福建柏的種內(nèi)有一定強(qiáng)度競(jìng)爭(zhēng),但不大,為種內(nèi)競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系一般的樹(shù)種。

        各級(jí)種間競(jìng)爭(zhēng)強(qiáng)度詳細(xì)情況分述如下:①競(jìng)爭(zhēng)顯著(CI≥0.30)的樹(shù)種有杉木和腺萼馬銀花2種,它們與中心對(duì)象木福建柏的競(jìng)爭(zhēng)強(qiáng)度較大,平均競(jìng)爭(zhēng)指數(shù)為0.39,總競(jìng)爭(zhēng)指數(shù)為0.77,占總競(jìng)爭(zhēng)指數(shù)的65.81%。在相同地點(diǎn)所作的群落調(diào)查中,這2種與福建柏競(jìng)爭(zhēng)顯著的樹(shù)種都屬于該林區(qū)喬木層優(yōu)勢(shì)種類(lèi)。②競(jìng)爭(zhēng)一般(0.30>CI≥0.20)的樹(shù)種只有同類(lèi)的福建柏1種,它與中心對(duì)象木福建柏的競(jìng)爭(zhēng)指數(shù)為0.20,占總競(jìng)爭(zhēng)指數(shù)的17.09%。③競(jìng)爭(zhēng)不顯著(CI<0.20)的樹(shù)種有1種落葉喬木、青岡、衛(wèi)矛屬1種,它們與中心木福建柏的競(jìng)爭(zhēng)強(qiáng)度較小,平均競(jìng)爭(zhēng)指數(shù)為0.067。

        4 結(jié)論與討論

        (1)福建柏胸徑、樹(shù)高的生長(zhǎng)快速期都出現(xiàn)在早期,但具體時(shí)間存在差異。樹(shù)高快速生長(zhǎng)期出現(xiàn)較早,約在15齡以前。胸徑快速生長(zhǎng)期一般存在2個(gè)高峰,在30~35、40~45齡期間。材積的快速生長(zhǎng)期在55~70齡間。樹(shù)高生長(zhǎng)決定了它能否從群落中脫穎而出,胸徑生長(zhǎng)可以滯后一些。

        (2)福建柏胸徑的連年生長(zhǎng)量與平均生長(zhǎng)量曲線在64年生時(shí)相交,樹(shù)高的連年生長(zhǎng)量與平均生長(zhǎng)量曲線在32年生時(shí)相交,材積的連年生長(zhǎng)量與平均生長(zhǎng)量曲線在95年生時(shí)相交。這說(shuō)明習(xí)水福建柏在85齡后生長(zhǎng)逐漸緩慢,生命力減弱。保護(hù)區(qū)成年福建柏的大量死亡可能是自然死亡。

        (3)福建柏胸高平均實(shí)驗(yàn)形數(shù)為0.37,略低于我國(guó)主要喬木的平均實(shí)驗(yàn)形數(shù),說(shuō)明福建柏樹(shù)干尖削度較大。

        (4)福建柏的樹(shù)高曲線擬合以三次曲線方程擬合效果最佳,其復(fù)決定系數(shù)為0.995。

        (5)習(xí)水保護(hù)區(qū)福建柏種間競(jìng)爭(zhēng)強(qiáng)度最大的植物為杉木和腺萼馬銀花。

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