Growth Process of Tectona grandis Plantations in Daqingshan Mountains, Guangxi

所调查的柚木人工林位于广西壮族自治区凭祥市中国林业科学研究院热带林业实验中心大青山林区(21°57′~22°19′ N，106°39′~106°59′ E)，属北热带季风气候，年均气温约22℃，年均降水量1 550 mm，干湿季明显，降雨主要集中在5—9月，约占全年总降水量的3/4。土壤类型以砖红壤和红壤为主。

2013年底至2014年初，于上述柚木林分内设置14块20 m×30 m的样地，其中，青山实验场平而河边5块(QS1~QS5)，茶陋站4块(QSCL1~QSCL4)，白云实验场4块(BY1~BY4)，夏石树木园1块(XS1)。除青山茶陋站造林密度为1 667株·hm^-2外，其余调查林分的造林密度为2 500株·hm^-2，经多次间伐后所有样地现存株数约为360株·hm^-2，样地具体信息见表 1。测定每个样地内所有柚木的胸径、树高、枝下高及4个方向的冠幅，其生长统计数据见表 2。根据调查结果，于每个样地内各选出优势木或亚优势木、平均木和被压木各1~2株。由于青山茶陋站沟边柚木属于长期保存的采种母树林，每个样地仅选择1株平均木进行树干解析，共选择14株优势木或亚优势木、19株平均木、12株被压木作为解析木。所选优势木或亚优势木的胸径为24.3~32.9 cm，树高20.9~27.4 m；平均木(不包括青山茶陋站沟边解析木)胸径为21.0~26.8 cm，树高19.2~23.4 m；被压木胸径为11.7~24.6 cm，树高9.3~20.7 m；青山茶陋站沟边4株平均木的胸径为29.0~35.7 cm，树高20.7~27.4 m。

解析木伐倒后按常规方法进行树干解析，分别于根茎处以上0.3、1.3、2 m高度处截取圆盘，此后按2 m区分段截取圆盘，圆盘厚度约5 cm，每个圆盘标明高度位置及北向。将圆盘带回实验室内晾干，然后对每个圆盘进行打磨和判读，用电子游标卡尺测量每个圆盘4个方向的带皮半径及每个年轮4个方向至髓心的距离(0.01 mm)。

鉴于调查林分年龄基本一致，利用林分优势木平均高比较其生产力。根据样地调查数据于每个样地内选取5株优势木或亚优势木，计算其树高平均值，按照优势木平均高通过系统聚类分析将柚木林分划分为优良(H>25 m)、中等(22 m<H≤25 m)、差(H≤22 m) 3种生长类型(表 2)。基于树干解析数据，应用统计之林(Forstat 2.0)软件计算解析木各年龄胸径、树高和材积的连年、平均生长量等指标^[25]，进而分别按照生长类型、分级木进行对比分析。比较不同类型林分间柚木生长过程差异时，仅对抽取的平均木进行分析。由于青山茶陋站沟边柚木林分仅选择平均木开展树干解析，且林分生长状况明显优于其他林分，因此，未将其纳入分级木生长过程比较分析。

运用灰色系统理论的关联分析法^[26]分析柚木生长过程与气象因子年际变化间的关系，即分别按照生长类型、分级木计算每个年龄时胸径、树高和材积连年生长量与对应年份各气象因子的关联度，找出气象因子对各生长类型林分及各分级木胸径、树高和材积生长的影响顺序。气象因子数据来源于凭祥市气象局，主要包括1981—2013年每年的年平均气温、极端高温、极端低温及年平均降水量等。

胸径平均生长量在造林后几年内迅速增加，优良林分柚木胸径平均生长量于12 a左右时达到最大，超过1.2 cm·a^-1；此后开始缓慢下降，约20 a内胸径平均生长量仍超过1 cm·a^-1。中等和差林分的胸径平均生长量最大值出现在造林后6 a左右，此后亦开始逐年下降，下降速度明显快于优良林分，其胸径平均生长量最终维持在约0.8 cm·a^-1 (图 1A)。

Figure 1.  Growth process of diameter at breast height for Tectona grandis with three growth types

不同年份间胸径连年生长量均存在较大差异，特别是优良林分，其连年生长量变化最剧烈。从造林后第5年开始，优良林分的胸径连年生长量一直明显比中等和差林分的高，约11 a时差异达最大值(达1 cm·a^-1)。此后随着连年生长量的降低差异逐渐减小；造林后第20年，各生长类型林分的柚木胸径连年生长量基本趋于一致，约0.6 cm·a^-1 (图 1B)。

各分级木间比较，造林后优势木的胸径平均和连年生长量一直高于平均木和被压木，但3种分级木的最大胸径平均生长量均出现在造林后第5~6年，连年生长量亦均在造林后3~5 a达到最大。此后，被压木的平均和连年生长量急剧下降，而优势木和平均木下降缓慢，造林后第10年左右，被压木与平均木、优势木的胸径平均和连年生长量差异随树龄增加逐渐增大，而平均木和优势木间平均生长量的差异一直约为0.2 cm·a^-1，仅最后几年有减小趋势(图 2A)。30余年内，优势木胸径连年生长量均略高于平均木，27 a后，优势木和平均木胸径连年生长量均约为0.8 cm·a^-1(图 2B)。

Figure 2.  Growth process of diameter at breast height for dominant, mean and suppressed Tectona grandis trees

从柚木树高生长过程(图 3A、B)可知：树高平均生长量和连年生长量总体呈下降趋势，且3种生长类型林分间树高生长差异较小。造林前7 a是柚木高生长的高峰期，各类型林分的树高连年生长量均在1 m·a^-1以上，其中，优良林分的最高可达1.8 m·a^-1，而且此后第8~17年内，其树高连年生长量仍维持在0.8 m·a^-1左右；对于中等和差林分，造林5 a后其树高连年生长量开始迅速下降，此阶段亦是优良林分与中等、差林分树高平均生长量表现出差异时期。差林分树高最低连年生长量出现于造林18 a后，约为0.1 m·a^-1，而中等和优良林分出现于造林后23~24 a时，此后均又随年龄增加逐渐回升，于28 a时达到一个生长小高峰。约30年生时，优良、中等和差林分的柚木树高平均生长量分别约为0.8、0.7和0.6 m·a^-1。

Figure 3.  Height growth process of Tectona grandis with three growth types

各分级木树高连年和平均生长量亦随树龄增加均呈下降趋势，前7 a优势木和平均木连年生长量超过1 m·a^-1，被压木的树高平均和连年生长量均于造林后4 a时开始明显低于平均木和优势木，而平均木和优势木的树高连年和平均生长量差异极小(图 4A、B)。柚木优势木和平均木树高连年生长量最低值亦出现于造林后24 a，而被压木则在造林后20 a。各分级木均于造林后28 a时出现1次树高生长高峰。

Figure 4.  Height growth process of dominant, mean and overtopped Tectona grandis trees

柚木材积平均生长量和连年生长量均随树龄的增加总体呈上升趋势，优良林分材积平均生长量和连年生长量分别于造林后约10 a和7 a时即明显大于中等和差林分，且随树龄的增加差异均逐渐增大(图 5)。造林12 a后，优良林分材积连年生长量均大于0.02 m³·a^-1，最高可超过0.04 m³·a^-1，而中等和差林分的材积连年生长量一直维持在0.010~0.015 m³·a^-1，仅30 a后才超过0.02 m³·a^-1。此外，优良林分材积连年生长量后期变化幅度明显高于中等和差林分，而中等林分材积平均和连年生长量与差林分差异很小，均仅稍高于差林分。

Figure 5.  Individual volume growth process of Tectona grandis with three growth types

通过对3种生长类型林分柚木连年生长量与平均生长量分析可知：当前材积连年生长量和平均生长量曲线均未出现交叉(图 6)，且二者差异随树龄的增加呈增大趋势，说明当前3种类型林分均远未达数量成熟。

Figure 6.  Annual and mean individual volume increment of Tectona grandis with three growth types

3种分级木材积平均和连年生长量亦随树龄增加而逐渐增大(图 7)，但被压木在造林10 a后，材积连年和平均生长量随树龄增大增量甚微，其材积连年生长量一直维持在0.0050.010 m³·a^-1，平均生长量介于0.004~0.006 m³·a^-1，远低于造林30 a后优势木和平均木的平均生长量(0.017、0.011 m³·a^-1)和连年生长量(0.032、0.026 m³·a^-1)，而且造林后10 a亦是被压木与平均木材积生长出现分化的时间，而优势木与平均木、被压木生长量在造林后第4年即表现出差异。此外，不同分级木间材积生长差异亦随树龄的增大逐渐增大。

Figure 7.  Individual volume growth process of dominant, mean and overtopped Tectona grandis trees

各分级木材积连年生长量与平均生长量在30余年时仍未出现交叉(图 8)，即当前林龄的3种分级木均未达数量成熟。但从变化趋势看，被压木达到数量成熟龄的时间可能要早于平均木和优势木。

Figure 8.  Annual and mean individual volume increments of dominant, mean and overtopped Tectona grandis trees

由灰色关联度分析结果(表 3)可知：影响柚木优良林分胸径连年生长量最主要的气象因子为极端低温，其次为年均降水量；而影响中等和差林分的最主要气象因子为年均降水量。气象因子影响柚木树高和材积生长的强弱顺序在林分生长类型间差异不明显，影响各类型林分树高生长的最主要气象因子均为年均降水量，其次为极端低温；影响材积生长的气象因子按重要性排序为：年均气温>极端高温>极端低温>年均降水量。

影响优势木、平均木和被压木胸径、树高生长的最主要气象因子均为年均降水量，而影响柚木材积连年生长量的气象因子重要性排序为：年均气温>极端高温>极端低温>年均降水量(表 4)。

考虑到优良林分仅选取平均木进行树干解析，各类型(优良、中等、差)林分间的比较分析仅针对平均木，且分级木(优势木、平均木、被压木)间的差异分析仅针对中等和差立地，这些是本研究的局限所在。尽管如此，仍然得到一些较为有益的结果。总体来看，不同类型林分间以及分级木间柚木胸径、树高、材积生长量差异较大，但其生长过程均无明显差异。然而，无论优良林分的平均木，还是中等和差林分的优势木，其平均和连年生长量大、高峰期长、生长衰减慢，与以往对于杉木^{[7, 14]}、刺槐(Robinia pseudoacacia Linn.)^[8]等人工林的研究结果相似。究其原因，主要与林分内单株对养分、水分和生长空间等的竞争有关。优良林分相对于中等和差林分具有相对充足的养分、水分供给以支撑其持续生长；对于优势木而言，由于其位于林分上层，根系亦更发达，使其对生长空间及养分和水分的竞争更有优势。此亦可从本研究中生长过程与气象因子的相关性得到验证：在中等和差林分，年平均降水量是柚木胸径生长的主要影响因子；而在优良林分，由于水肥条件相对较好，极端低温是胸径生长的主要影响因子。此外，在本研究中，优良林分的造林密度相对较低，亦是其胸径前期快速生长持续时间较长的原因所在。

各生长类型林分间及各分级木间树高平均和连年生长量差异小于其胸径和材积生长量，但不同类型林分间树高生长差异大于分级木间差异。从生长后期(24 a后)可以看出：最后一次间伐(2009－2011年)后树高连年生长量出现快速上升，而胸径和材积连年生长量变化则存在滞后性，说明柚木高生长对间伐引起的林分环境因素变化的响应更敏感，刘彬彬等^[27]对64年生小叶青冈(Cyclobalanopsis myrsinaefolia (Blume) Oersted)的研究亦发现，相对于胸径和材积生长，其高生长对环境因子变化的响应更加灵敏。

与胸径和树高生长过程不同，柚木材积生长量随树龄的增大均呈上升趋势，这主要与柚木生长特性有关。本研究所涉及的所有气象因子中，年均气温是影响柚木材积连年生长量的最主要因素，由此可以推测，年积温对于材积生长最重要。结合胸径、树高、材积生长与气象因子的相关性可知，柚木适宜种植于气温高、降水量大的环境中，此结论与柚木的生存习性相吻合^[22]。30余年生时，无论优势木、平均木、被压木，还是优良、中等和差林分，柚木材积连年生长量和平均生长量曲线均未出现相交，且二者差异仍有继续增大的趋势，说明此时柚木远未达到其数量成熟龄，不宜过早皆伐利用，后期抚育经营仍具有很高的价值。

由中等和差林分柚木生长过程可以看出，造林6~8 a后，其胸径和树高生长量即出现明显下降，材积增速变缓，说明此时林分竞争效应开始显现，需要进行第1次间伐，通过伐除被压木，延长其快速生长期。对于优良林分，造林约16 a后，其胸径生长才出现下降趋势，材积连年生长量增速放缓，需要进行首次间伐。优良林分较中等和差林分生长高峰期出现时间晚、持续时间长的原因除与地力有关外，造林密度与林分保存率亦是其潜在原因。

柚木胸径、树高和材积生长过程，无论生长类型(优良、中等、差)间的差异，还是分级木(优势木、平均木、被压木)间的差异，主要在于生长量大小以及快速生长期长短，其整体变化趋势基本一致。柚木宜选择水热条件较好的立地造林，优良林分柚木首次间伐时间宜在造林16 a后。柚木30余年生时尚未达数量成熟龄，不宜主伐，需适时加强抚育经营以促进其生长，从而实现优质大径材的高效培育。