论文部分内容阅读
尾巨桉(Eucalyptus urophylla×Eucalyptus grandis)是桃金娘科(Myrtaceae)桉树属(Eucalyptus)的速生树种,在世界范围内广泛栽植,是重要的工业用材树种、优良造纸原料,具有良好的社会、经济和生态效益。目前,国内对桉树生长与立地生产力间的关系认识不足,缺乏科学规划和合理的立地类型划分及质量评价,在扩大栽培区的进程中存在品种与立地错配、林分生产力低和地力退化等问题。本论文针对滇南地区的尾巨桉纸浆林的分布、立地环境和制约其生产力提升的关键问题,紧紧围绕影响纸浆得率、产量与质量展开研究。通过地质地貌、立地条件和土壤等因子系统地划分了该栽培区尾巨桉纸浆林的立地类型;开展了尾巨桉纸浆林的立地质量评价和林分生长规律研究,揭示了滇南地区尾巨桉林分生长发育过程,分析了林分结构及其林下生物多样性,划分了林分龄组和编制了滇南地区尾巨桉纸浆林立地指数表;在结合木材材性和制浆性能指标的基础上探究了尾巨桉纸浆林产量和质量的关系,并依据蓄积量数量成熟龄和制浆工艺成熟龄确定了尾巨桉纸浆林的主伐年龄。本研究为滇南地区尾巨桉纸浆林定向培育和可持续经营提供科学依据和理论基础。主要结论如下:(1)滇南地区尾巨桉纸浆林的基准年龄为6年,根据坡位、海拔、土层厚度为主导因子划分为13类,以4 m为间距再划为3个地位级,分别是24-28 m指数的Ⅰ级、20-24 m指数的Ⅱ级、16-20 m指数的Ⅲ级;Ⅰ地位级系位于下坡位,海拔900~1200 m,土层厚度大于80 cm为代表的林地,该地位级的尾巨桉纸浆林树高,胸径和年均材积生长量分别为24.8 m,14.9 cm和38.47 m~3·hm-2a-1。Ⅱ地位级系位于中坡位,海拔1000~1800 m,土层厚度40~80 cm为代表的林地,种植在该地位级的尾巨桉纸浆林树高,胸径和年均材积生长量分别为22.2 m,13.8 cm和27.34 m~3·hm-2a-1。Ⅲ地位级系位于上坡位和平坡,海拔1000~1600 m,土层厚度小于40 cm为代表的林地,种植在该地位级的尾巨桉纸浆林树高,胸径和年均材积生长量分别为18.3 m,12.3 cm和15.67 m~3·hm-2a-1;尾巨桉纸浆林生长性状的表现与土壤的全氮、有效磷、有效硼、有效锌、有机质含量、有效铜、全钾、水解性氮及全磷含量呈极显著正相关,其中全氮含量对尾巨桉生长的影响最大,受全氮影响的比重达18.1%;Ⅰ和II地位级土壤的全钾、有效钾、有机质、有效锌、有效铜含量属中等,全磷、有效磷含量偏低。II地位级的全氮、全磷、有效磷、有效硼含量偏低。III地位级土壤的全氮、全磷、全钾、有效磷、有效钾、有机质、有效硼、有效锌、有效铜含量偏低。因此,对在Ⅱ、Ⅲ地位级林地要适当增施氮、磷、钾、硼肥促进林木生长发育,采伐作业应将枯枝、落叶及采伐剩余物保留林地以便增加土壤有机质,为后期养分循环再利用提供保障。(2)通过对1~15年生的145块样地调查资料及其优势木解析数据,比较6个尾巨桉优势木高曲线方程表达式,选出R~2最大,AMR和RMSE最小的Richards方程为最优导向曲线,表达式为:H=35.887*(1-exp(-0.104*t))0.625。所编地位指数表满足精度检验、适用性检验、落点检验和树高生长量检验。根据尾巨桉人工林基准年龄6年时的变异范围的指数级划分为16、18、20、22、24、26、28 m。将13个立地类型作为哑变量引入6个模型方程中,其中Richards方程确定系数R~2最大为0.845,残差平方和最小为2.4368,拟合度最高。尾巨桉纸浆林的哑变量生长模型:H=(34.76*S1+31.67*S2+36.25*S3+34.25*S4+33.82*S5+31.72*S6+35.48*S7+37.31*S8+36.61*S9+35.52*S10+36.63*S11+30.66*S12+34.02*S13)*(1-exp(-0.13*t))0.73。哑变量的整体拟合程度优于单形立地指数模型。同时,不同立地类型的立地指数模型与不同龄级近似立地的立地指数模型之间尾巨桉树高的残差值差异较小。因此,可以通过不同龄级的近似立地的立地指数来预估生长量,可以代替后期大量的伐倒解析木、制作圆盘及判读工作。(3)尾巨桉在幼龄林(1~3年)、中龄林(4~5年)、近熟林(6年)、成熟林(7-8年)、过熟林(9年生以上)阶段,树高和胸径从幼龄林到成熟林呈显著正相关,而在成熟林和过熟林时差异不显著;从幼龄林到成熟林的冠层厚度呈显著正相关,而在成熟林和过熟林的冠层厚度差异不显著;幼龄林的枝下高占比与中龄林、近熟林、成熟林和过熟林差异显著,而从中龄林、近熟林、成熟林和过熟林的枝下高占比差异不显著;幼龄林和中龄林的冠幅差异显著,而从近熟林、成熟林和过熟林的冠幅差异不显著;幼龄林、中龄林、近熟林的郁闭度与成熟龄和过熟林差异显著,而在成熟龄和过熟林的郁闭度差异不显著。6年生时尾巨桉在Ⅲ地位级的高径比的变异系数均高于I、Ⅱ地位级。林分平均高径比表现为I>Ⅱ>Ⅲ地位级,其中I、Ⅱ、Ⅲ地位级高径比最大值分别为131.6、125.1、123.9,表明I地位级出现林木竞争。(4)3个地位级的树高和胸径生长随林龄递增由生长启动进入速生高峰、速生后期再到缓慢或停滞生长的趋势,大致分为三个生长期四个阶段。树高增长量在I地位级的生长初期(0-1年)、速生高峰期(1-3年)、速生后期(3-7年)、近成熟期(超过7年)占比分别为21.5%、35.1%、32.1%和11.3%,在Ⅱ地位级的生长初期(0-1年)、速生高峰期(1-3年)、速生后期(3-5年)、近成熟期(超过5年)占比分别为21.4%、32.4%、19.7%和26.5%,在Ⅲ地位级的生长初期(0-1年)、速生高峰期(1-4年)、速生后期(4-7年)、近成熟期(超过7年)占比分别为20.8%、32.4%、19.7%和26.5%;胸径增长量在I地位级的生长初期(0-1年)、速生高峰期(1-3年)、速生后期(3-7年)、近成熟期(超过7年)占比分别为7.6%、21.6%、30.3%和40.5%,在Ⅱ地位级的生长初期(0-1年)、速生高峰期(1-3年)、速生后期(3-5年)、近成熟期(超过5年)占比分别为8.5%、22.6%、17.8%和56.1%,在Ⅲ地位级的生长初期(0-1年)、速生高峰期(1-4年)、速生后期(4-7年)、近成熟期(超过7年)占比分别为8.3%、31.5%、23.8%和36.4%,连年胸径增长量与年均胸径增长量交汇点为4.4年。滇南地区尾巨桉纸浆林蓄积量增长达最大值时的数量成熟龄在I、Ⅱ、Ⅲ地位级分别为12.5、10.5、8.5年。(5)尾巨桉纸浆林林下植物种类共计93种,隶属42科、85属。其中,灌木层有22科、32属、35种;草本层有30科、59属、61种。尾巨桉林下灌木、草本的物种多样性和种群数量随林分林龄的增长呈先上升后下降的变化趋势,当林分生长至成熟林阶段,林下总灌草和灌木物种数达到最大值,进入成熟林以后发生了明显的变化,前期是草本物种大于灌木物种,后期变为灌木物种大于草本物种,这进一步揭示了近成熟期是桉树人工林生态系统植物群落得以恢复且趋于稳定的关键时期。(6)滇南地区尾巨桉纸浆林的木材材性分析结果表明:木材基本密度、纤维长度、纤维宽度和纤维长宽比,在地位级、林龄和地位级与林龄的交互作用上均存在显著差异。10年生时,尾巨桉木材基本密度、纤维长度、纤维宽度和纤维长宽比的均值分别为0.527g·cm-1、0.748 mm、20.47μm和36.55。Ⅰ地位级尾巨桉木材基本密度、纤维长度、纤维宽度、纤维长宽比均值显著高于Ⅱ、Ⅲ地位级的。10年生时,Ⅰ地位级的尾巨桉木材基本密度的均值为0.525 g·cm-1,且大于Ⅱ、Ⅲ地位级的;10年生时,尾巨桉Ⅰ地位级的木材纤维长度均值为0.782 mm,且大于Ⅱ和Ⅲ地位级的;10年生时,尾巨桉Ⅱ地位级的木材纤维宽度均值为20.69μm,且大于Ⅰ、Ⅲ地位级的;10年生时,尾巨桉Ⅰ地位级的木材纤维长宽比均值为38.22,且大于Ⅱ和Ⅲ地位级的。尾巨桉木材的化学组分分析结果表明,尾巨桉木材的木素含量、综纤维素含量在地位级、林龄和地位级与林龄的交互作用上均存在极显著的差异。10年生时,尾巨桉木材木素含量、综纤维素含量均值分别为26.39%和84.49%;Ⅱ地位级的尾巨桉木材木素含量显著高于Ⅰ、Ⅲ地位级的,Ⅰ地位级的尾巨桉木材综纤维素含量显著高于Ⅱ、Ⅲ地位级的。10年生时,尾巨桉Ⅱ地位级的木材木素含量均值为26.70%,且大于Ⅰ、Ⅲ地位级的;10年生时,尾巨桉Ⅰ地位级的木材综纤维素含量均值为84.84%,且大于Ⅱ和Ⅲ地位级的。以工艺用碱量为20%,尾巨桉木材的制浆性能分析结果表明,木材制浆残碱、卡伯值和制浆得率在地位级、林龄和地位级与林龄的交互作用上均存在极显著差异。10年生时,残碱和卡伯值均值分别为2.97和21.97 g·L-1,且高于5、6、7、8和9年生的;Ⅲ地位级的尾巨桉木材制浆的残碱、卡伯值含量显著高于Ⅰ、Ⅱ地位级的;而尾巨桉的纸浆得率,9年生时均值为53.69%,且高于5、6、7、8和10年生的;8、9和10年生时,Ⅰ地位级的尾巨桉木材纸浆得率显著高于Ⅱ、Ⅲ地位级的。因此,Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ地位级尾巨桉制浆适宜的工艺成熟龄分别为9、8、7年生。此时,纸浆得率最高,均值分别为53.59%、52.27%和51.47%,残碱值分别为1.74、2.56和3.34 g·L-1,卡伯值分别为18.42、20.41和21.66 g·L-1。(7)综上所述,滇南地区尾巨桉纸浆林主伐年龄的确定,首先应基于木材用途为工业制浆的目的,其次考虑木材材性和蓄积量,最终确定滇南地区Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ地位级的尾巨桉纸浆林适宜主伐年龄分别为9、8、7年生。