贵州习水国家级自然保护区福建柏生长过程研究

李 茂，邓伦秀，潘德权，穆君，李崇清，杨成华*(.贵州省林业科学研究院，贵州贵阳550000;.习水国家级自然保护区，贵州贵阳5500)

福建柏 (Fokienia hodginsii)为常绿高大乔木，属柏科(Cupressaceae)的单型属植物，是我国的特有种、国家二级重点保护野生植物，在柏科的系统发育研究中有较大的科学价值［1］。福建柏分布于浙江南部、福建、广东北部、江西、湖南南部、贵州、广西、四川、云南东南部和越南北部，多生长于海拔为1 000 m左右的温暖湿润山地森林中［2］。由于福建柏材质优良、树姿美观，是珍贵的材用树种，也是良好的观赏绿化树种，因而被过度利用，致使其分布范围日趋狭窄，大树更是稀少，已成渐危物种。目前，国内对福建柏天然群落的研究很多［3－11］，但未见对其生长过程的研究。

在贵州省习水中亚热带常绿阔叶林国家级自然保护区(以下简称习水保护区)的天然植被中，保存着一定面积的以福建柏为优势的群落。2010年7月，贵州省林业厅组织科学考察队，对该自然保护区进行综合科学考察。笔者作为考察队的一员，通过实地调查，发现习水保护区内三岔河风景区内的成年福建柏大量死亡。经有关部门批准，选择1株已死亡的福建柏进行树干解析与分析研究，以期为福建柏资源的拯救、保护及可持续性发展提供依据。

1 自然概况

保护区位于贵州省北隅，地理位置为105°50'～106°29'E、28°07'～28°34'N。区内最高海拔 1 756 m，最低海拔 420 m。属长江水系，亚热带至暖温带温暖湿润季风气候，保护区内植物资源十分丰富，主要为中亚热带常绿阔叶林，是一种以中亚热带地带性植被常绿阔叶林为主要生活型的森林生态系统。

2 材料与方法

2.1 研究材料 2010年11月，在保护区内三岔河乡天堂沟针阔叶林中，选择1株已死亡的福建柏，经报批后伐倒并进行解析。解析木位于106°24'03″E、28°33'46″N，海拔1 147 m，山谷，紫色土，腐殖层厚度2 cm，有机质丰富，土壤较紧实、湿润，土层厚在50 cm左右。解析木树高19.6 m，带皮胸径46 cm，材积1.362 9 m3，树龄105年，能完整地表现福建柏的自然生长过程。

2.2 研究方法

2.2.1 树干解析。测定解析木的全长，以2 m区分段截取圆盘并标记北方向线、圆盘号和断面高度。将圆盘取回在室内刨光工作面，以东西、南北2个方向上年轮直径的算术平均值作为该年龄直径，测算树高采用成子纯修正法。根据不同号圆盘的直径生长量，计算各龄阶的树高、胸径、材积生长量，并计算树高、胸径和材积的总生长量、连年生长量和平均生长量以及实验形数［7］。采用SPSS分析软件对树高生长过程进行分析。

2.2.2 竞争样地。以解析木为对象木，测量其胸径和树高并进行编号，以对象木为中心，10 m为半径作样圆，将样圆范围内所有乔木视为竞争木，实测这些竞争木的胸径及与对象木之间的距离。采用Hegyi提出的单木竞争指数模型来计算竞争指数。

式中GI是竞争指数，其值越大，竞争越激烈;Dj为样圆中竞争木j的胸径;Di为样圆中对象木i的胸径;Lij为样圆中对象木i与竞争木的距离。

3 结果与分析

3.1 生长规律分析 经对福建柏解析木进行测定，其胸径、树高、材积生长过程详见表1。

表1 福建柏树干生长过程

3.1.1 胸径生长规律。由于福建柏生长缓慢，10年后树高才生长到1.30 m，因此胸径分析从10年后开始。从解析木的树干生长过程总表(表1)以及胸径连年生长量与平均生长量曲线图(图1)可看出:福建柏的胸径连年生长量最大值出现在30～35年和40～45年，为0.76 cm;平均生长量最大值在55～60年生，为52 cm;从15年生起胸径开始快速生长，20～65年生时是胸径生长的旺盛期，连年生长量为0.53～0.76 cm;连年生长量与平均生长量曲线在64年生时相交，然后胸径生长逐渐减弱，连年生长量下降，平均生长量也呈下降趋势，胸径的生长过程见图1、2。

3.1.2 树高生长规律。从解析木的树干生长过程总表(表1)以及树高连年生长量与平均生长量曲线图(图3)可看出:福建柏的树高生长快速期同样出现在早期，35年前树高的生长较快，连年生长量与平均生长量均比较大，在15～20年时连年生长量达到最大，每年以0.46 m的速度增长;连年生长量与平均生长量曲线在32年生时相交，从32年生以后树高生长变慢，平均生长量比较平缓减少，而连年生长量却从0.40 m以上急剧下降到0.20 m以下。树高的生长过程见图3、4。

3.1.3 材积生长规律。从树干生长过程总表(表1)以及材积连年生长量与平均生长量曲线图(图5)可以看出:福建柏材积的连年生长量在20～85年生时一直呈现较快的增长趋势，在55～60年生和65～70年生时达到最大值，为0.021 4 m3，85年生以后连年生长量增长急剧下降，从0.019 7 m3下降到105年生的0.008 2 m3，跌幅达58.38%;而平均生长量前期一直表现为平稳的增长趋势，与连年生长量曲线在95年生时相交，表明材积数量成熟，然后开始比较平缓减少。材积的生长过程见图5、6。

3.1.4 实验形数变化规律。福建柏的胸高实验形数在10～15年生为0.41，15年生后其胸高形数均小于0.40。从福建柏各龄阶实验形数情况来看，福建柏的胸高实验形数比较小，说明福建柏树干尖削度较大。形数增减的总体趋势是形数随树龄的增加而降低，符合林木生长的正常规律。福建柏的胸高平均实验形数为0.37，略低于我国主要乔木的平均实验形数。福建柏胸高实验形数的变化趋势见实验形数变化曲线图(图7)。

3.2 树高曲线 以纵坐标表示树高，横坐标为胸径，将各胸径对应的树高依直径点绘在坐标图上，并依据散点的分布趋势绘一条匀滑的曲线，它能清楚地反映出树高随直径的变化规律，这条曲线称为树高曲线。反映树高随直径而变化的数学方程被称为树高曲线方程［13］。

表2 方程参数估计与评价指标

利用SPSS统计分析软件对解析木的树高与胸径的数据进行分析，得出有效的参数估计值与评价指标(表2)。根据评价指标中的复决定系数(R2)、回归方程显著性检验系数(F值)、自由度值(df)可以看到，在所选用的3个方程中，3次曲线方程拟合效果最佳，故选其为树高曲线模型。其拟合的树高曲线见图8，模型表达式如下:y=1.121+1.004x－0.028x2+0x3

3.3 对比 1981年，贵州省林业科学研究院罗祖筠、杨成华［14］在同一区域选择1株福建柏进行了解析研究。经过对比，可以看出虽然数值有差别，但2个研究对象达到胸径、树高、材积连年生长最高峰的时间基本相同，表明该区域的福建柏可能是同时更新的。

表3 不同解析木对比

3.4 福建柏群落的种内种间竞争 福建柏群落种内种间竞争指数统计结果如表4。其中，竞争指数(CI)越大，表明与中心木福建柏的竞争越激烈。根据表2中福建柏群落种内种间竞争指数，可将福建柏的种内种间竞争强度分为显著、一般和不显著3个等级(表5)。

表4 福建柏群落种内种间竞争强度

表5 福建柏种间竞争统计

福建柏的种内竞争指数(CI)为0.25，排在第3位，占总竞争指数的17.09%。该群落中福建柏的种内有一定强度竞争，但不大，为种内竞争关系一般的树种。

各级种间竞争强度详细情况分述如下:①竞争显著(CI≥0.30)的树种有杉木和腺萼马银花2种，它们与中心对象木福建柏的竞争强度较大，平均竞争指数为0.39，总竞争指数为0.77，占总竞争指数的65.81%。在相同地点所作的群落调查中，这2种与福建柏竞争显著的树种都属于该林区乔木层优势种类。②竞争一般(0.30＞CI≥0.20)的树种只有同类的福建柏1种，它与中心对象木福建柏的竞争指数为0.20，占总竞争指数的17.09%。③竞争不显著(CI＜0.20)的树种有1种落叶乔木、青冈、卫矛属1种，它们与中心木福建柏的竞争强度较小，平均竞争指数为0.067。

4 结论与讨论

(1)福建柏胸径、树高的生长快速期都出现在早期，但具体时间存在差异。树高快速生长期出现较早，约在15龄以前。胸径快速生长期一般存在2个高峰，在30～35、40～45龄期间。材积的快速生长期在55～70龄间。树高生长决定了它能否从群落中脱颖而出，胸径生长可以滞后一些。

(2)福建柏胸径的连年生长量与平均生长量曲线在64年生时相交，树高的连年生长量与平均生长量曲线在32年生时相交，材积的连年生长量与平均生长量曲线在95年生时相交。这说明习水福建柏在85龄后生长逐渐缓慢，生命力减弱。保护区成年福建柏的大量死亡可能是自然死亡。

(3)福建柏胸高平均实验形数为0.37，略低于我国主要乔木的平均实验形数，说明福建柏树干尖削度较大。

(4)福建柏的树高曲线拟合以三次曲线方程拟合效果最佳，其复决定系数为0.995。

(5)习水保护区福建柏种间竞争强度最大的植物为杉木和腺萼马银花。

［1］中国科学院中国植物志编辑委员会.中国植物志(第7卷)［M］.北京:科学出版社，1978:345 －347.

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