松脂采割对马尾松生长的影响：长期抑制与精准预测模型的构建

《Scientific Reports》：Long-term effects of resin tapping on growth and modelling of mature Masson pine (Pinus massoniana)

为解决长期松脂采割对马尾松(Pinus massoniana)生长影响不明及采脂木生长预测模型缺失的问题，研究人员开展了为期11年的采脂影响评估研究。结果表明，长期采脂显著抑制了胸径(DBH)和单株材积生长，但未影响树高和采脂面背面的径向生长。研究构建了包含根径(XD0.1)和树高(H)的胸径预测模型(DBH=a+b·XD0.1+c·XD0.12+d·XD0.13+e·H)以及包含根径、胸径和树高的单株材积预测模型(V=a·(XD0.1+DBH)b·Hc)，模型精度显著优于传统模型。该研究为量化采脂对林木生长的负面影响及采脂木的精准测树提供了科学依据。

　　

在广袤的南方林区，马尾松(Pinus massoniana)不仅是重要的用材树种，更是松脂生产的主力军。松脂作为松树在遭受机械损伤或生物入侵时产生的防御性次生代谢产物，是松香和松节油等化工原料的重要来源。随着化石燃料危机的加剧和全球绿色经济发展的需求，松脂作为一种可再生、大宗、环境友好的生物质资源，其地位日益凸显。然而，在松脂采割带来巨大经济效益的同时，一个核心的科学问题始终悬而未决：长期、高强度的松脂采割，究竟会对马尾松的生长产生怎样的影响？

传统观点认为，树木的生长与次生代谢（如松脂合成）之间存在资源竞争。根据“生长-分化平衡”理论，当树木将更多资源用于合成松脂进行防御时，其生长过程必然会受到抑制。然而，以往关于采脂对松树生长影响的研究多集中于采脂区域外的树干生长增量，缺乏对根径、胸径、采脂面背面半径、树高、单株材积及实验形数等关键生长因子的全面分析。更重要的是，针对采脂木的胸径(DBH)和单株材积预测模型的研究相对匮乏，这导致我们难以精准量化采脂对林木生长的实际影响，也无法为采脂林的可持续经营提供精准的测树工具。

为了填补这一空白，由Jixin Tang、Lihua Lu、Angang Ming*等研究人员组成的团队，在广西南亚热带地区开展了一项长达11年的研究。他们系统评估了松脂采割对成熟马尾松生长及实验形数变化的影响，并利用采脂木和未采脂木的生长数据，构建了能够精准预测采脂木胸径和单株材积的数学模型。该研究成果于2025年12月22日在线发表于《Scientific Reports》期刊。

关键研究方法

本研究在广西凭祥市中国林业科学研究院热带林业实验中心青山实验场进行。研究人员选取了立地条件相似、分别进行过采脂（11年）和未采脂的两片人工林作为研究对象。通过设立样地，测量了采脂木的胸径、树高和根径等生长参数。采用分层抽样法，从两种林分中分别选取了9株标准木进行树干解析，利用中央断面积区分求积法，分析了不同高度（0.1m、1.3m、3.6m）的径向生长、树高生长及单株材积生长过程。研究采用协方差分析(ANCOVA)评估了不同处理对总生长量的影响，并利用t检验分析了年生长量的差异。在模型构建方面，研究人员运用线性和非线性回归分析，建立了根径、胸径、树高与单株材积之间的预测模型，并通过调整决定系数(R²_adjusted)、相对平均偏差(RMD)和相对均方根误差(RRMSE)等指标对模型进行了评价。

研究结果

1. 不同采脂处理下树木的直径生长过程

研究结果显示，松脂采割对马尾松树干径向生长的影响具有明显的空间异质性。从采脂开始（第23年）到结束（第33年），采脂木与未采脂木（对照）在根径（0.1m处）的总生长量差异不显著。然而，在采脂高度（胸高1.3m处），采脂木的胸径总生长量显著低于未采脂木。在采脂区域以上的3.6m处，两种处理间的总生长量差异同样不显著。这表明，松脂采割仅显著抑制了采脂高度（胸高）处的径向生长，而对非采脂区域（如根径和3.6m处）的径向生长影响甚微。

2. 不同采脂处理下树木非采脂面半径的生长过程

为了更细致地观察采脂对树干不同方向生长的影响，研究人员分析了非采脂面半径的生长过程。结果表明，在采脂过程中，不同处理间在0.1m、1.3m和3.6m高度处的非采脂面半径总生长量均无显著差异。在年生长量方面，0.1m和3.6m高度处的差异也不显著。仅在1.3m高度处，采脂木与未采脂木在采脂开始（第23年）和结束（第33年）时存在显著差异，但其他年份差异不显著。这进一步证实了采脂对树干径向生长的抑制效应主要集中在采脂面，而对非采脂面的影响较小且不稳定。

3. 不同采脂处理下树木的树高生长过程

与径向生长不同，松脂采割对马尾松的树高生长没有产生显著影响。从采脂开始到结束，采脂木与未采脂木的总树高生长量以及年树高生长量均无显著差异。这表明，在资源分配上，采脂主要抑制了树干径向（尤其是采脂面）的生长，而树高生长则保持了相对稳定。

4. 不同采脂处理下树木去皮单株材积的生长过程

尽管树高生长未受影响，但长期采脂对单株材积的生长产生了显著的负面影响。从采脂开始后，采脂木的总单株材积生长量显著低于未采脂木。在年生长量方面，未采脂木的年材积生长量相对稳定，而采脂木的年材积生长量则呈现波动下降的趋势。随着采脂年限的延长，采脂对单株材积生长的负效应逐渐加剧。

5. 不同采脂处理下树木实验形数的变化

实验形数是反映树干形态结构特征和生长状况的重要指标。研究发现，随着采脂年限的增加，采脂木胸高处的实验形数逐渐增大，从未采脂时的0.42左右增加到采脂结束时的0.48左右。相比之下，未采脂木的实验形数则保持相对稳定，维持在0.42-0.43之间。这表明，采脂导致马尾松树干形态发生了改变，胸高处的树干变得更加饱满，这可能是树木对采脂胁迫的一种适应性反应。

6. 不同采脂处理下树木生长因子的模型拟合与评价

为了更精准地预测采脂木的生长，研究人员构建了一系列预测模型。在胸径预测方面，研究发现包含根径(XD_0.1)和树高(H)的模型（DBH = a + b·XD_0.1+ c·XD_0.1²+ d·XD_0.1³+ e·H）比仅包含根径的单变量模型具有更高的拟合精度和预测能力。在单株材积预测方面，包含根径、胸径和树高三因子的模型（V = a·(XD_0.1+ DBH)^b·H^c）表现最佳，其预测精度显著优于传统的仅包含胸径或根径和树高的模型。该模型对未采脂木的拟合优度(R²)达到0.9888，相对均方根误差(RRMSE)仅为7.92%。

研究结论与意义

本研究通过长达11年的观测和树干解析，系统揭示了松脂采割对马尾松生长的长期影响。研究证实，长期、高强度的松脂采割会显著抑制马尾松胸径和单株材积的生长，并导致树干实验形数增大，但对树高生长和非采脂区域的径向生长影响不显著。这一发现为“生长-分化平衡”理论提供了有力的实证支持，即树木在面临采脂胁迫时，会优先将资源分配给防御（松脂合成），从而牺牲了部分生长。

更重要的是，本研究构建了高精度的采脂木胸径和单株材积预测模型。通过利用采脂木的根径、树高等易测数据，结合未采脂木的预测模型，可以更准确地估算采脂木的潜在生长值，从而量化采脂对林木生长的实际影响。例如，利用本研究构建的模型估算，在11年的采脂期内，采脂导致马尾松胸径减少了12.68%，单株材积减少了8.82%。这些模型不仅为采脂林的精准测树和可持续经营提供了科学工具，也为其他产脂树种的生长模型研究提供了重要参考。

该研究强调了在松脂生产中，需要科学评估采脂对林木生长的长期影响，并建议在制定采脂规程时，应充分考虑采脂强度与林木生长之间的平衡，以实现生态效益与经济效益的双赢。