连香树人工林林分结构及生长规律研究

向 明， 赵前权， 谭桂英， 钟青山， 袁 洁， 向祖恒

(1.龙山县林业局，湖南 龙山 416800; 2.湖南龙山印家界省级自然保护区管理局，湖南 龙山 416800)

连香树(Cercidiphyllumjaponicum)是连香树科连香树属落叶大乔木，树高10～40 m[1]，是第四纪冰川时期残存的孑遗植物，间断分布于中国和日本，在中国仅星散保存于晋、陕、甘、川、黔、湘、鄂、赣、浙、皖、豫等地的孤立山区[2-3]，处于濒危状态。我国于1999年及2021年两次将连香树列入《国家重点保护野生植物名录》，保护级别均为二级。连香树是珍贵用材和优良观赏树种[1，4-5]，其叶、皮具有一定的药用价值和工业用途[6-7]。目前，人们对连香树的研究主要集中在其生态适应性、种群分布、提取物利用、观赏品种选育以及育苗、栽培、修枝和病虫害防治等方面[5，8-17]，其中以用于园林绿化的研究为主，用于山地造林的研究较少，仅见于曹基武等[8]对单株野生连香树和万涛等[18]对连香树人工林生长规律的研究，有关连香树人工林林分结构方面的研究尚未见报道。我们对湖南省龙山县万宝山林场8年生连香树人工林林分结构及生长规律进行研究，以期为连香树人工林培育提供参考。

连香树人工林位于湖南省龙山县万宝山林场王家堡，其地理位置为109°40′07″E，29°34′08″N，地处武陵山区中北部。该区属亚热带山地季风湿润气候区，其年均气温11.2 ℃，极端高温35.0 ℃，极端低温-11.9 ℃，≥15 ℃活动积温2669.8 ℃；
年均降水量1389.5 mm，年均相对湿度在80%以上，年无霜期274.8 d；
年日照935.5 h，日照百分率21%，试验地海拔1100～1200 m，坡向东南，中坡位，坡度12°；
成土母岩为页岩，土层厚度在80 cm以上， 土壤腐殖质层厚度不足10 cm，土壤为黄棕壤。连香树人工林于2015年3月营造，面积1.8 hm2，株行距3 m×(1～1.5)m，造林用苗木为1年生实生苗，苗木定植后每年割草抚育2次，连续抚育3年，植株保存率在90%以上。

2.1 样地设置和林分生长调查

2022年3月，在8年生连香树人工林内设置3块400～600 m2的临时样地，用测围尺实测每木胸径；
用伸缩标高尺实测每木树高、分枝高；
用皮尺分别沿东西、南北两个方向实测冠幅。

2.2 数据处理

计算样地胸径、树高、分枝高、冠幅、冠幅面积及单株材积、单位面积蓄积量的平均值，以平均值除以林分年龄得到年均生长量。

单株材积(Vi)=gi×hi×f

(1)

单位面积蓄积量(V)=∑Vi/S×10 000

(2)

单株冠幅面积(A)=πr2

(3)

(1)～(3)式中：i=1、2、3…n，n为样地中连香树株数；
g为林木胸高断面积；
f为胸高形数(取本林分树干解析获得的最小稳定值0.44)；
h为林木树高；
S为样地面积；
r为树冠半径，等于树冠东西冠幅与南北冠幅平均值的1/2。

2.3 树干解析

每块样地选择胸径接近样地胸径平均值，树高生长正常的平均木及胸径最大的优势木各1株，自干基伐倒，按1 m区分段法做树干解析[16]。材积生长率、胸高形数按下列公式计算。

(4)

(5)

(4)～(5)式中：t为年龄；
Yt为t年的材积；
Yt-1为t年前1年的材积；
V为解析木材积；
h为解析木树高；
g为解析木胸高断面积；
d1.3为解析木胸径。

2.4 数据分析

数据采用Excel 2007软件进行分析。

3.1 林分结构

3块临时样地共调查8年生连香树440株，其生长调查结果见表1。

表1 8年生连香树人工林生长调查结果

3.1.1 林分胸径结构 林分胸径结构即林分内林木株数按径阶的分布状态[10]。将440株连香树胸径由大到小排序后等距分成11组，其分布状态见图1。由图1可见，8年生连香树人工林胸径呈典型的正态分布，表现出中龄林特征[10]。由表1可见，林分胸径偏度、峰度均小于零，也表现出中龄林特征[10]。根据图1及表1可以判断该连香树人工林已进入中龄林阶段，说明连香树是一种速生树种。样地调查未发现林木自然枯损，表明该林分尚处于中龄林前期，其林木个体间自然竞争尚不太强烈。

3.1.2 林分树高结构 林分树高结构即林分内不同树高的林木按树高组的分布状态[10]。将440株连香树树高由大到小排序后等距分成11组，分布状态见图2。由表1可见，林分平均树高6.92 m，树高众数8.0，接近平均树高的林木株数最多。由表1、图2可见，该连香树人工林树高分布曲线为接近平均树高的株数最多的不对称单峰曲线，符合林木树高分布一般规律[10]。

图1 8年生连香树人工林胸径分布图Fig.1 DBH distribution of 8-year-old plantation of Cercidiphyllum japonicum

图2 8年生连香树人工林树高分布图Fig.2 Height distribution of 8-year-old plantation of Cercidiphyllum japonicum

3.2 林分生长量

由表2可知：连香树人工林林分平均胸径为5.15 cm，胸径年均生长量为0.64 cm·a-1；
平均树高为6.94 m，树高年均生长量为0.87 m·a-1；
单位面积蓄积量为23.0110 m3·hm-2，单位面积年均蓄积量为2.8764 m3·hm-2a-1。林分平均分枝高为2.88 m；
平均冠幅为2.38 m，平均冠幅面积为4.44 m2。根据表2结果可计算出林分平均高径比为136.1，平均冠高比为0.59。

表2 8年生连香树人工林样地调查结果

由表2还可知：1号样地的连香树冠幅总面为878.1 m2，是样地面积的1.46倍，说明当林分密度为3183株·hm-2时，其林木的树冠重叠较多，密度过大；
2号样地的冠幅总面积为488.8 m2，是样地面积的1.22倍，说明当林分密度为2333株·hm-2时，其林木的树冠有少量重叠，密度较大；
3号样地的冠幅总面积为591.5 m2，是样地面积的0.99倍，说明密度为1817株·hm-2的林分接近于完全郁闭。据此推测，连香树造林初植密度控制在1800株·hm-2以内时不需进行早期间伐。

3.3 生长规律

3.3.1 胸径生长规律 从图3可看出，胸径总生长量持续增长，8年生的连香树胸径达4.48 cm，自3年生开始，优势木的胸径总生长量明显大于平均木的。

图3 优势木与平均木胸径生长量曲线Fig.3 Curve of DBH growth of dominant trees and average trees

由图4可见：胸径连年生长量的波动性较年均生长量的大。胸径年均生长量持续增长，平均木的胸径年均生长量为0.56 cm·a-1，自3年生开始，优势木的年均生长量明显大于平均木的。至8年生时，优势木的年均生长量达1.05 cm·a-1，接近平均木的2倍。优势木连年生长量的波动幅度明显大于平均木的，最大值达2.07 cm·a-1。优势木的连年生长量与年均生长量在7年生时相交，之后连年生长量曲线上扬，与年均生长量曲线分离。平均木连年生长量与年均生长量曲线逐渐分离，未出现交点。

图4 优势木与平均木胸径连年生长量与年均生长量曲线Fig.4 Curve of annual growth and average growth of dominant and average DBH

3.3.2 树高生长规律 由图5可见，树高总生长量持续增长，优势木的树高总生长量明显大于平均木的。

图5 优势木与平均木树高生长量曲线Fig.5 Height growth curve of dominant trees and average trees

由图6可见：树高年均生长量的波动性较连年生长量的小。平均木年均生长量在2～8年生时在0.8～1.0 cm·a-1范围内波动；
优势木的树高年均生长量在1～7年生时在1.2～1.4 cm·a-1范围内波动，在8年生时下降至1.0 cm·a-1以下；
优势木的树高年均生长量波动幅度明显大于平均木的。在1～7年生时，优势木的连年生长量大于平均木的，在8年生时，优势木的连年生长量小于平均木的。优势木连年生长量曲线与年均生长量曲线在2～3年生及4～5年生时相交，之后连年生长量小于年均生长量。平均木连年生长量曲线与年均生长量曲线于3年生、4～5年生及6～7年生时3次相交，7年生后连年生长量小于年均生长量。

图6 优势木与平均木树高连年生长量与年均生长量曲线Fig.6 Curve of annual growth and average growth of dominant trees and average trees of height

图6还表明，优势木的年均生长量及连年生长量在4年生时急剧下降，平均木的年均生长量及连年生长量在6年生时急剧下降，优势木的下降幅度明显大于平均木的，表明优势木的树高生长势较平均木的衰退快。

3.3.3 材积生长规律 由图7可见，连香树材积总量持续增长，8年生时平均木的达到0.006275 m3。自3年生起，优势木的材积增幅明显大于平均木的。

图7 优势木与平均木材积生长量曲线Fig.7 Curve of wood volame growth of dominant trees and average trees

由图8可见：优势木与平均木的材积年均生长量及连年生长量均持续增长，8年生时平均木的分别达0.000784 m3·a-1及0.002513 m3·a-1。材积年均生长量与连年生长量的曲线逐渐分离。优势木的材积年均生长量及连年生长量增幅均明显大于平均木的。

图8 优势木与平均木材积连年生长量与年均生长量曲线Fig.8 Curve of annual growth and average growth of dominant trees and average trees volume

由图9可见：材积生长率随年龄增长而降低。在1～6年生时，优势木的材积生长率大于平均木的，7年生以后优势木与平均木的材积生长率趋于一致， 在8年生时，平均木的材积生长率降至42.4%。

图9 优势木与平均木材积生长率曲线Fig.9 Curve of wood volume growth rate of dominant trees and average trees

3.3.4 形数变化规律 形数是表示树干形状的指数[16]，反映树干的尖削或饱满程度。胸高断面积、树高及胸高形数是构成林木材积的三要素。形数随年龄的增长而下降，直至某一稳定水平。由图10可见:平均木的胸高形数在8年生时仍处于0.58的较高水平；
优势木形数的下降速度高于平均木的，优势木的形数在6年生后稳定于0.44左右。因此，0.44可作为连香树人工林材积的胸高形数。

图10 优势木与平均木形数曲线Fig.10 Curve of b reast height form factor of dominant trees and average trees

(1)连香树是一种速生树种[19]，其8年生人工林已进入中龄林前期，林分胸径呈典型正态分布，树高分布曲线为接近平均树高的株数最多的不对称单峰曲线。

(2)8年生连香树人工林林分平均胸径5.15 cm，胸径年均生长量0.64 cm·a-1；
平均树高6.94 m，树高年均生长量0.87 m·a-1；
单位面积蓄积量23.0110 m3·hm-2，单位面积年均蓄积量2.8764 m3·hm-2a-1。林分平均分枝高2.88 m，平均冠幅2.38 m，平均冠幅面积4.44 m2。

(3)连香树人工林胸径连年生长量的波动性较年均生长量的大。平均木的胸径总生长量、年均生长量均持续增长，在8年生时分别达4.48 cm、0.56 cm·a-1，与四川茂县生态站连香树同龄人工林的胸径(4.95 cm)、胸径年均生长量(0.618 cm·a-1)[18]相近；
胸径连年长量与年均生长量曲线逐渐分离。

(4)连香树人工林树高平均生长量的波动性较连年生长量的小。平均木的树高总生长量持续增长，平均木及优势木的树高年均生长量分别在6年生后及4年生后急剧下降。树高生长量主要取决于立地因子而非密度[20]，影响连香树胸径、树高生长的主要因子依次为土壤化学性质、土壤物理性质、气候因子，土壤化学性质中影响连香树生长的N、Al、Mg等因子主要依赖土壤有机质分解[21]。本研究的试验林立地条件良好，气候适宜，但林地土壤腐殖质层不足10 cm，因此，导致林分树高生长量急剧下降的原因可能是土壤有机质含量低，致使土壤供肥能力不足。据此推测，因连香树生长快，其土壤养分消耗大，人工林需在4年生时进行追肥，以维持树高的快速生长。

(5)连香树人工林平均木的材积总量、年均生长量及连年生长量均持续增长，8年生时分别达到0.006275 m3、0.000784 m3·a-1及0.002513 m3·a-1。材积年均生长量与连年生长量曲线明显分离。胸高形数随年龄的增长而下降，优势木的胸高形数在6年生后稳定于0.44左右。