密度調(diào)控對杉木人工林中優(yōu)勢木生長過程的影響

余克勝，張時林，鄢武先，賈 晨*，宋 鵬

(1.洪雅縣國有林場，四川 洪雅 620360；2.資陽市自然資源和規(guī)劃局，四川 資陽，641300；3.四川省林業(yè)科學(xué)研究院，四川 成都 610081)

杉木(Cunninghamialanceolata)是我國南方林業(yè)生產(chǎn)中重要的速生用材樹種，具有生長快、材質(zhì)好的特點(diǎn)，是建筑家具制造等行業(yè)重要原料。密度撫育管理是經(jīng)營管理森林的重要措施之一，密度調(diào)控林分可以改變林分空間結(jié)構(gòu)，而低密度經(jīng)營有利于林分的胸徑、樹高、材積加快生長，促使林分樹干飽滿[1]。張鵬等認(rèn)為間伐強(qiáng)度增大能顯著促進(jìn)胸徑生長和林分的蓄積生長率增長[2]，龍忠于等研究發(fā)現(xiàn)不同間伐強(qiáng)度對杉木人工林胸徑連年生長量的影響差異顯著，當(dāng)間伐強(qiáng)度為40%時，可促進(jìn)胸徑連續(xù)性增長[3]。洪玲霞認(rèn)為初植密度對林分優(yōu)勢高生長過程的影響較大，而間伐影響不大[4]。生長勢是植物發(fā)育的旺盛程度，也是自身生命力的客觀反映，受自身因素和外界環(huán)境共同影響。不同生長勢的林木能顯著影響各器官生物量的分配[5～6]、胸徑和樹高的成熟期[7]以及樹高生長率[8]，但對某一性狀的多樣性影響不明顯[9]。林文樹認(rèn)為土壤理化性質(zhì)顯著影響著優(yōu)勢木的生長過程[10]。學(xué)者們雖然已開展了一些密度調(diào)控對杉木林分生長的影響和不同生長勢植株的生長差異等研究，然而關(guān)于密度調(diào)控對優(yōu)勢木的生長過程研究較少。本研究對洪雅林場的不同經(jīng)營密度下的杉木人工林中的優(yōu)勢木的生長過程進(jìn)行研究，為四川盆周山地杉木人工林大徑材培育和純林改造為混交林的科學(xué)經(jīng)營與管理提供參考和依據(jù)。

1 試驗(yàn)區(qū)概況

研究地在洪雅國有林場八面山工區(qū)，位于眉山市西南部，地處四川盆地西南邊緣，屬于洪雅縣(東經(jīng)102°49′～103°32′，北緯29°24′～30°00′)管轄。地形由高山、中山、深丘、淺丘、臺地、河谷、平壩組成；地勢由西南向東北傾斜，境內(nèi)地貌以山地丘陵為主，最高海拔 3 090 m，最低海拔417.5 m。屬中亞熱帶濕潤氣候，年降雨量 1 435.5 mm，年日照 1 006.1 h，年無霜期307 d，最冷月1月均溫6.1 ℃，最熱月7月均溫25.3 ℃，年平均氣溫16.6 ℃；境內(nèi)土壤以黃壤、山地黃壤、紫色土為主。試驗(yàn)林分為 2 000年營造的杉木人工純林，初植密度為 3 000株·hm-2，2008年開展1次透光伐，2012年開展1次生長伐，2014年再次生長伐調(diào)整密度，保留密度為500株·hm-2、750株·hm-2和1000株·hm-2。

2 材料與方法

2.1 樣地設(shè)置與樹干解析

2018年8月，在試驗(yàn)林中選擇不同經(jīng)營密度(A:500株·hm-2、B:750株·hm-2和C:1000株·hm-2)的林分設(shè)置臨時樣地3個，對臨時樣地的林木進(jìn)行每木檢尺，根據(jù)實(shí)測胸徑、樹高等指標(biāo)的結(jié)果，以各樣地的平均樹高+1.5個標(biāo)準(zhǔn)差的標(biāo)準(zhǔn)確定各樣地的優(yōu)勢木，然后在每個樣地隨機(jī)選擇2株優(yōu)勢木作為解析木。并實(shí)測每株優(yōu)勢木的各斷面圓盤的年輪個數(shù)、每個年輪所對應(yīng)的南北直徑生長量等各項(xiàng)指標(biāo)，解析木以2 m區(qū)分段，即在0 m、1.3 m、3.6 m、5.6 m、7.6 m等截取圓盤。解析木的材積(V)采用中央斷面區(qū)分求積式計算，材積生長率采用普雷斯勒生長率公式求算[11]。不同經(jīng)營密度林分中選取的解析木生長情況見表1，不同經(jīng)營密度中優(yōu)勢木樹高、胸徑和材積的生長過程見表2。

表1 不同經(jīng)營密度中解析木的生長情況

Tab.1 Growth of analytical trees at different densities

經(jīng)營密度/(株·hm-2)年齡/a平均樹高/m平均帶皮胸徑/cm平均材積/m3A:5001913.0±0.5720.7±1.70.2567±0.0099B:7501913.2±0.4216.9±0.40.1664±0.0068C:10001913.1±0.2816.8±0.60.1462±0.0133

2.2 數(shù)據(jù)分析及處理

數(shù)據(jù)處理利用Excel軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和制作表格，利用Origin 8.5制圖軟件進(jìn)行作圖。

3 結(jié)果與分析

3.1 樹高生長差異

3種不同經(jīng)營密度中優(yōu)勢木的樹高生長曲線均表現(xiàn)為“S”型(見圖1)。由優(yōu)勢木的樹高生長曲線可以看出，C密度林分中的優(yōu)勢木的樹高生長量在生長期明顯低于A密度和B密度，B密度中的優(yōu)勢木樹高生長量在6～10年期間略大于A密度；10年生后，A密度和B密度的優(yōu)勢木樹高生長均明顯減緩，兩者的連年生長量均低于C密度的優(yōu)勢木連年生長量(見圖2-b)。

由圖2知，A密度中優(yōu)勢木的樹高平均生長量和連年生長量均在4年生時達(dá)到最大值，分別為1.4 m和2.2 m；而B密度和C密度優(yōu)勢木的平均生長量均在8年生時達(dá)到最大值，分別為1.3 m和1.0 m，出現(xiàn)時間晚于A密度；B密度優(yōu)勢木的樹高連年生長量最大值出現(xiàn)在8年生時(2.0 m)，晚于C密度(6年生，1.6 m)。根據(jù)樹高連年生長量曲線與平均生長量曲線相交點(diǎn)估測A密度、B密度和C密度的樹高數(shù)量成熟時間分別為9.2年、9.0年和8.2年，表明隨著林分密度增大，其樹高數(shù)量成熟的時間越早。密度調(diào)控對不同密度林分中優(yōu)勢木的樹高總生長量、平均生長量和連年生長量均有一定的影響。

表2 不同經(jīng)營密度中優(yōu)勢木生長過程表

Tab.2 Growth process of dominant trees at different densities

圖1 不同經(jīng)營密度中優(yōu)勢木樹高生長過程

3.2 胸徑生長差異

3種不同經(jīng)營密度中優(yōu)勢木的胸徑生長量隨著樹齡增長而呈現(xiàn)“S”型曲線(見圖3)。在前4年，3個密度中優(yōu)勢木的胸徑生長速度均是較快的；在6年生后，A密度優(yōu)勢木的胸徑生長要明顯快于B密度和C密度。說明隨著林分密度降低，胸徑的生長速度有增大趨勢。在19年生時，A密度的胸徑生長量是B密度的1.22倍，是C密度的1.23倍。

由圖4-a知，A密度和C密度中的胸徑平均生長量最大值均出現(xiàn)在6年生時，分別為1.70 cm和1.35 cm，而B密度的胸徑平均生長量最大值出現(xiàn)在4年生時(1.60 cm)。A密度、B密度和C密度的胸徑連年生長量最大值均出現(xiàn)在4年生時，其值分別為2.3 cm、2.3 cm和2.4 cm。在4～14年間，A密度的胸徑連年生長量一直高于B密度和C密度；在15年生后，C密度胸徑連年生長量高于另外兩者，表現(xiàn)出后期生長速度快的特點(diǎn)(見圖4-b)。根據(jù)胸徑平均生長量曲線與連年生長量曲線相交點(diǎn)，預(yù)測出A密度、B密度和C密度的胸徑數(shù)量成熟齡分別為8年、5.6年和7年。不同的經(jīng)營密度對優(yōu)勢木胸徑數(shù)量成熟時間有一定影響。

圖2 樹高平均生長量和連年生長量

圖3 不同經(jīng)營密度中優(yōu)勢木胸徑生長過程

3.3 材積生長差異

3種不同經(jīng)營密度中優(yōu)勢木的材積生長過程曲線見圖5，在2～6年間，3種優(yōu)勢木的材積累計生長量差異較小，但此后，三者的材積累計生長量差距逐漸增大，特別是A密度明顯大于另外兩者。在19年生時，A密度優(yōu)勢木去皮材積是B密度的1.50倍，是C密度的1.70倍，B密度的去皮材積是C密度的1.14倍。表明林分密度差異明顯影響了林分植株的材積生長。其原因主要是保留密度越小，林木之間距離越大、生長空間越大，獲得光照面積和土壤養(yǎng)分的機(jī)會越多，其生長勢越強(qiáng)，生長量越大。

圖4 胸徑平均生長量和連年生長量

圖5 不同經(jīng)營密度中優(yōu)勢木材積生長過程

由圖6-a知，在生長期，3種密度的材積平均生長量表現(xiàn)出A密度>B密度>C密度，A密度的材積平均生長量最大值出現(xiàn)在16年生時，其值為0.0125 m3，B密度和C密度的材積平生長量均在18年生時達(dá)到最大值，出現(xiàn)時間都晚于A密度，其值分別為0.0078 m3和0.0072 m3。由圖6-b知，A密度、B密度和C密度的材積連年生長量最大值出現(xiàn)的時間分別是8年(0.0174 m3)、10年(0.0122 m3)和16年(0.0125 m3)。表明林分密度在一定程度上影響了材積連年生長量生長過程變化，林分密度越大，材積連年生長量最大值出現(xiàn)時間越晚。

根據(jù)材積平均生長量曲線和連年生長量曲線相交點(diǎn)，估測出A密度、B密度和C密度的材積數(shù)量成熟齡分別為17年、18年和18.5年，表明隨著林分密度增大，林分中優(yōu)勢木的材積數(shù)量成熟時間越晚。

圖6 材積平均生長量和連年生長量

4 結(jié)論與討論

通過對不同經(jīng)營密度的杉木人工林中優(yōu)勢木的生長過程研究分析，得到以下結(jié)論：

(1)密度調(diào)控對杉木人工林中優(yōu)勢木的樹高生長有一定影響，林分經(jīng)營密度越大，樹高平均生長量和連年生長量最大值越小，樹高數(shù)量成熟時間越早，即林分密度降低后，在一定時期內(nèi)能夠促進(jìn)樹高的生長，但后期各經(jīng)營密度中優(yōu)勢木的樹高總生長量差異不明顯。這是由于林木生長空間增大，林木短期內(nèi)獲得外界光照和土壤養(yǎng)分的機(jī)會更多，短期內(nèi)加快了樹高生長，后期由于立地條件的限制，各經(jīng)營密度的優(yōu)勢木的樹高基本一致，這與洪玲霞的研究結(jié)果相似[4]。

(2)杉木林分經(jīng)營密度降低，則優(yōu)勢木的胸徑生長量增大，平均生長量也越大；經(jīng)營密度降低的一段時間內(nèi)，低密度林分優(yōu)勢木的胸徑連年生長量大于中、高密度林分的優(yōu)勢木，但后期高密度林分的胸徑連年生長量大于中、低密度林分。密度調(diào)控后，低密度林分中優(yōu)勢木的胸徑平均生長量一直穩(wěn)定高于另外兩者，由于林木株間距加大，橫向競爭壓力降低，提高了低密度中優(yōu)勢木胸徑生長能力。這與龍忠于認(rèn)為杉木人工林密度調(diào)控一定程度可促進(jìn)胸徑連續(xù)性增長[3]，和張鵬研究認(rèn)為經(jīng)營密度越小，胸徑平均生長量越大的結(jié)論相一致[2]。低密度林分(500株·hm-2)有利于培育杉木大徑材，同時，林木間距大可在林下補(bǔ)植鄉(xiāng)土闊葉樹種，有利于改造杉木純林向杉闊混交林轉(zhuǎn)變。

(3)隨著林分經(jīng)營密度的增大，優(yōu)勢木材積總生長量明顯降低，材積平均生長量逐漸減小，材積平均生長量和連年生長量最大值出現(xiàn)的時間越晚，材積的數(shù)量成熟年齡越晚。立木材積生長是由樹高和胸徑生長共同決定的，在密度調(diào)控后，低密度下優(yōu)勢木材積生長速度明顯快于中、高密度。因此，在經(jīng)營管理杉木人工林時，合理調(diào)控林分密度能夠促進(jìn)優(yōu)勢木材積的增長。在杉木純林經(jīng)營過程中，應(yīng)及時調(diào)整林分密度，改善林木空間，低密度(500株·hm-2)林分可顯著提高優(yōu)勢木材積生長量，進(jìn)而縮短培育大徑材的年限，而中高密度(>500株·hm-2)林分可以用來培育中小徑材。

本次僅對同一立地指數(shù)下的不同經(jīng)營密度的杉木人工林優(yōu)勢木生長過程進(jìn)行了研究，而不同立地條件對密度調(diào)控林分中優(yōu)勢木生長過程的影響尚待進(jìn)一步研究。