刺槐萌生林与实生林的生长比较

耿兵，王华田，王延平，薛保健，李文强

(山东省高校森林培育重点实验室，山东农业大学农业生态与环境实验室，271018，山东泰安)

刺槐(Rbonia psuedoaaccai L.)原产于北美，19世纪末引入我国，由于其适应性强、用途广泛，在我国华北、华东、华中、西北，乃至华南和西南地区的30余个省(直辖市、自治区)广泛栽培，成为重要的用材林树种和生态公益林树种［1］。调查发现，我国20世纪50—70年代营造的大面积刺槐林于90年代后陆续采伐，并通过无性更新方式完成林分更新，现有刺槐林大部分是萌芽、萌蘖更新后的二代林，个别林分为无性更新三代林。实生刺槐林经过连续无性更新后形成的萌生林生长迟缓、干形不良，难以成材、成林，林地生产力和生态功能逐代下降;以水土保持为目的的黄土高原刺槐林林地存在永久性土壤干层，林木个体枝条自然枯死、病虫感染严重，小老树等问题［2］，刺槐的萌生更新出现了一定障碍。目前，已有学者就人工刺槐林皆伐迹地更新做过调查分析［3］，并对不同生境刺槐林下土壤的养分和水分状况，以及刺槐皆伐更新问题进行了对比研究［4-7］，但迄今有关刺槐人工林无性更新的长期跟踪研究鲜见报道。

根据山东省森林资源清查成果资料:2000年刺槐占用材林面积的21.66%，占防护林面积的23.9%，占特种用材林面积的19.29%，占薪炭林面积的88.54%［8］。近年来，日益受到有关部门的重视。调查掌握刺槐无性更新林分的逐代变化、研究揭示其更新障碍机制，对我国木材战略储备和珍贵用材林基地建设、提高现有刺槐林林地生产力和生态防护功能具有重大意义。笔者以泰沂山区刺槐人工林为研究对象，对刺槐林生长过程、树形进行调查，以期说明刺槐人工林萌芽、萌蘖更新现状，为刺槐人工林的更新提供科学依据，并提出现有刺槐林的经营和更新途径。

1 研究区概况

沂山林场地处山东省鲁中南山地(E 118°36′，N 36°10′)，海拔300 ～1 030 m，主体部分500 ～800 m，气候温和，年最高气温28.3℃，平均最低气温-11.5℃，年降水量828.7 mm，平均相对湿度70%，土壤为酸性棕壤，pH值4.0～5.0。林场有林面积700 hm2，其中刺槐纯林300 hm2，另有刺槐针阔混交林(油松(Pinus tabulaeformis)、赤松(Pinus densiflora)、黑松(Pinus thunbergii))200 hm2，其余为栎类(Quercus Linn.)、落叶松(Larix Mill.)林。

药乡林场位于泰山北麓(E 117°19，N 36°17′)，海拔650～956 m，年均温10.5℃，极端高温34.2℃，极端低温21.5℃，年降水量900 mm，土壤为山地棕壤，pH值4.6～5.8，土层厚度35～70 cm。林场有林地面积1 090 hm2，其中刺槐林327 hm2，其余为麻栎(Quercus acutissima)、赤松、油松等树种。

2 研究方法

2.1 样方设置与野外调查

在2个林场，分别选择立地条件相对一致的刺槐实生一代林(Initiation generation plant，IGP)与萌生二代林(Sprouting second generation，SSG)，设置面积为100 m×100 m样地，每块样地设置3块20 m×20 m的标准地。调查样地内立地条件、地被植物，在标准地内进行每木检尺和土壤剖面调查(表1)。

2.2 数据处理

2.2.1 树干干形处理 图1中:弧)AB为刺槐树体弯曲树干形态的理想化表示;直线AB代表树干弓长，长度为2a;直线GE代表树干的弓高，长度为b;为了更好地比较树体的弯曲程度，将刺槐的弓长和弓高分别进行了标准化处理。根据实际情况，将树体的弓长和弓高标准化值分别设定为1.5和0.2 m。

将弓长标准化，图1中CD为标准化后的弓，长度为2d，此时其弓高由GF表示，长度为c。运用三角函数定理可以推导出

其中弓长＜1.5 m的弯，其弓高不做改变。将弓高标准化，图1中GF为标准化后的弓高，其弓长由CD表示，长度为2d。其中，弓高＜0.2 m的弯，弓长不作改变。

表1 刺槐林样地总体概况Tab．1 Suvey of the R．pseudoacacia L.plot

图1 刺槐干形标准化图示Fig．1 Standardization of R．pseudoacacia L.trunk form

本研究中树干干形弯曲指数(I)=树干弓高的累加值(h)/树干干材长度(H)。无弯曲的树干弯曲指数为0，树干越弯曲，弯曲指数越大。

2.2.2 干形弯曲指数模型构建 调查发现，刺槐无性更新林分的立木，其主干弯曲程度随弯的个数增加而增大(表2)。设立木干高为H，弯长li=ABi，弓

由上式可知，树干直立的立木，其干形弯曲指数为0，树干弓弯越多、弯弓越大，则干形弯曲指数越大，干形越差。

2.2.3 数据处理 对所测得的数据采用Excel和SAS 9.1进行比较分析和作图。

表2 刺槐萌生2代林树干弯曲特征Tab．2 Trunk bending characteristics of the sprouting second generation of R．pseudoacacia L.

3 结果与分析

3.1 刺槐连续更新对林分生长的影响

选取沂山刺槐实生一代林和萌生二代林标准木，做解析木分析。由图2可以看出:刺槐萌生二代林树高在生长前期具有快速增长的趋势，在前22年生长期内都大于刺槐实生一代林。第22年时二者树高分别为萌生二代林11.7 m和实生一代林11.5 m，差距不大。由图3可以看出:刺槐萌生二代林树高生长速度呈连年下降趋势，而实生一代林刺槐树高连年生长则呈现先下降再升高又逐渐下降的趋势。实生一代林树高生长速度在第9年左右开始超过萌生二代林，并一直大于萌生二代林的树高生长速度。

图2 刺槐树高生长过程Fig．2 Height increment process curve of R．pseudoacacia L.

图3 刺槐树高年平均生长曲线和连年生长曲线Fig．3 Height mean annual increment curve and height current annual increment curve of R．pseudoacacia L.

由图4和5可以看出:刺槐萌生二代林胸径总生长量、连年生长量、平均生长量生长远远小于刺槐实生一代林。刺槐实生一代林胸径平均生长量呈现升高后下降的趋势，第12年年平均生长量最大，在第47年胸径可达18.1 cm;萌生二代林胸径生长呈逐年下降趋势，第22年胸径可达10.2 cm。

图4 刺槐胸径生长过程Fig．4 DBH increment process curve of R．pseudoacacia L.

图5 刺槐胸径年平均生长曲线和连年生长曲线Fig．5 DBH mean annual increment curve and current annual increment curve of R．pseudoacacia L.

由图6和7可以看出:前17年，刺槐萌生二代林材积总生长量和材积平均生长量在大于实生一代林，17年后时刺槐实生一代林大于萌生二代林，且二者的材积总生长量之间差距不大。材积的连年生长量表示了材积的生长速率，由图7可以看出:14年左右，二者的材积连年生长量相等;14年之前，萌生二代林的材积连年生长量大于实生一代林;14年之后，实生一代林的材积连年生长量大于萌生二代林。

图6 刺槐材积生长过程Fig．6 Timber volume process curve of R．pseudoacacia L.

材积是胸径和树高的综合反映，综合分析可以知道:刺槐萌生二代林，生长早期(前7年)是树高、胸径、材积生长速度较快的时期;7～14年是胸径小于一代林的时期，但树高和材积的生长依然较快，第14年是生长速度开始小于实生一代林的时期;14～17年是胸径、材积都小于实生一代林的时期，第17年是萌生二代林材积总量开始小于实生一代林的时期;17～22年是萌生二代林只有树高还大于实生一代林;22年之后实生一代林的树高、胸径、材积生长指标都远远大于萌生二代林。

图7 材积平均和连年生长量Fig．7 Mean and current annual timber volume increment

由刺槐萌生二代林和实生一代林的生长规律可以看出:刺槐萌生二代林具有树高生长迅速，但胸径增加较慢的现象，容易形成“瘦高”型林木。由于刺槐林一般都具有侧枝生长粗大现象，因此刺槐萌生二代林更易出现倒木和树干弯曲的劣质木。

3.2 连续更新刺槐树体干形分析

由于刺槐萌生二代林具有与实生一代林不同的生长规律和林相表现，选择泰山药乡林场和沂山林场的刺槐林进行调查分析(表2～4)。

由表3刺槐树干形态可以计算得出:92%以上的萌生二代刺槐都有1个以上的弯，这些弯大都位于树干的1.5～3 m处。50%以上的萌生二代刺槐都有2个以上的弯，大约10%的萌生二代刺槐有3个以上的弯，有极少数的萌生二代刺槐具有4个弯，大约占萌生二代刺槐总株数的4%。从整体上看:随萌生二代刺槐弯个数的增加，其弓高呈现先增加后减小的趋势，树干弯曲的最大值出现在第3个弯上面，为0.18 m;随萌生二代刺槐弯个数的增加，弓的长度逐渐减小，从1.7 m逐渐减小到1.0 m，减小了41.7%。由弓高和弓长的变化趋势可以看出，刺槐萌生二代林树干弯曲情况为树干下部弯曲程度小于树干上部，树干的最大弯曲出现在第3个弯上面，它一般位于树干的2.85 m处，严重影响刺槐树干干形。

对刺槐的树干弯曲指数进行计算，结果(表4)表明:刺槐萌生二代林树干弯曲指数在0～0.3之间，平均值为0.063±0.011。根据树干弯曲的实际情况，以0.03为1个级别，把刺槐萌生二代林划分为5个弯曲级别，即:无弯曲(0～0.01)、极小弯曲(0.01～0.04)、轻度弯曲(0.04～0.07)、中度弯曲(0.07～0.10)、重度弯曲(＞0.10)。运用树干弯曲指数对刺槐林进行评价，可以知道:2个林场的树干弯曲指数都为0.06左右，且都随样地株数的增加逐渐减小。刺槐萌生二代林中:树干中度和重度弯曲林木约占整个刺槐林的34.8%;树干无弯曲的树木极少，只占0.86%;树干极小弯曲的树木占33.8%。

4 结论与讨论

1)刺槐由于其萌芽、萌蘖能力强，生产中一般采取伐后萌芽、萌蘖更新［9］，即在采伐后留桩萌芽更新或伐桩剥皮(或挖桩)根系萌蘖更新，这种特殊的更新方式造成了其萌生二代林生长的特异性:一方面，萌生二代林在生长的前期利用了母树根系的贮存营养，同时母树庞大的根系仍具有相当强的吸收能力，所以早期树高、材积生长速度较快。其树高在前22年、材积总生长量和材积平均生长量在前17年、材积连年生长量在前14年，均大于实生一代林。后期，由于母树根系衰老、死亡、贮存的营养消耗殆尽，萌生二代林此时才真正“独立”;而此时实生一代林已具有庞大的根系，生长速度很快，超过了萌生二代林。另一方面，刺槐的萌蘖、萌芽能力极强，皆伐后，刺槐幼树密度大，彼此间竞争状况极为激烈，造成了树高的快速生长，胸径生长相对较缓的现象。第三，无性更新母树根系死亡和腐烂，可能导致土壤化感物质逐渐积累，也可能是造成刺槐萌生二代林后期生长变缓的原因。第四，刺槐为固氮树种，具有土壤改良作用。树高是林地生产力的体现，这里刺槐萌生二代林树高生长速度快，生长量大，也可能是实生一代林对土壤改良的体现。

表3 刺槐萌生二代林样地树干特征Tab．3 Trunk form characteristics of the sprouting second generation of R．pseudoacacia L.

表4 刺槐萌生二代林树干弯曲指数Tab．4 Index of the trunk bending form of the sprouting second generation of R．pseudoacacia L.

2)树干的干形，一般有通直、饱满、弯曲、尖削和主干是否明显之分［10］。调查发现，刺槐人工林无性更新树干出现弯曲现状，这有别于其他树种。如杉木(Cunninghamia lanceolata)、杨树(Populus)、落叶松、云杉(Picea asperata)等树种，连作更新出现衰退［11］，未出现树干弯曲现象。

本研究对刺槐萌生二代林立木树干的弯曲情况进行了比较研究，并提出描述树干弯曲程度的指标——树干弯曲指数。用弯曲指数来评价刺槐萌生二代林的干形(表4)，结果显示:泰山药乡林场和沂山林场的刺槐林均为轻度弯曲。造成树木间干形差异的原因，除受遗传性、年龄和枝条着生情况等内因影响外，还受生长环境，如立地条件、气候因素、林分密度和经营措施等外因影响［9］。从表4中可以看出，随造林株数(即林分密度)的增加，刺槐萌生二代林干形弯曲指数明显减小。林分密度小的林分，重度弯曲的刺槐株数较多。从造林历史来看，二者之间的气候因素基本一致，但林种起源不同，刺槐实生一代林为实生苗木直接荒山造林，刺槐萌生二代林为一代林皆伐后萌生形成。目前，有关造成刺槐萌生林树干干形弯曲比例较大的原因还不十分清楚，有待进一步研究。

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