雪峰山區(qū)杉木大徑材培育立地及密度控制研究

徐清乾，黃 帆，張 勰，王湘瑩，梁貴明

(1.湖南省林業(yè)科學院，湖南 長沙 410004；2.會同縣林業(yè)科學研究所，湖南 懷化 418300)

杉木CunninghamiaLanceolata為我國南方首要的人工造林樹種，栽培歷史兩千余年，有專家稱其為“國樹”，具有適應性強、生長速度快、產量高、材性好、經濟效益顯著等特點，在整個國民經濟建設中占有重要地位。其面積占全國人工造林面積的15%，木材產量占全國商品材總產量的25%。湖南杉木林面積、蓄積量分別占全國的28%和30%，均居全國第一，主要集中在雪峰山區(qū)。杉木大徑材木材密度較高，色澤較紅，是優(yōu)良的家具材、建筑材和裝飾材，在市場競爭中相對中小徑材有明顯的優(yōu)勢，生產杉木大徑材前景廣闊[1-2]。近年來，有很多研究人員，通過對杉木主產區(qū)大徑材形成的研究，總結出杉木大徑材人工林材種結構和杉木大徑材全周期經營措施[3-7]。湖南雪峰山區(qū)作為杉木中心產區(qū)，也積累了大量的杉木大徑材培育技術，本文對該區(qū)域杉木大徑材培育立地及密度控制研究結果作出報導，以期為全國杉木大徑材營林生產提供技術參考。

1 試驗區(qū)概況

試驗地位于會同縣林業(yè)科學研究所地靈村科研基地，該區(qū)域具雪峰山區(qū)典型立地特征。中心點地理坐標109°36′30″E、26°41′46″N，屬中亞熱帶濕潤季風氣候區(qū)，光熱充足、氣候溫和，雨量充沛。自造林年份至今，年均日照時長1475h，日均氣溫17.1℃，10℃以上的年均活動積溫5475℃，年均降水量1446 mm，年均相對濕度81.4%，年均無霜期288 d。試驗區(qū)處于地形復雜、中低群山延綿起伏的大環(huán)境，圍繞小型水庫的小環(huán)境。海拔260～520 m，坡度15～30°。林地土壤為板頁巖發(fā)育而成的山地紅黃壤，土層厚60～80cm，有機質含量2.3%，pH值6.1～6.8，區(qū)域內十分適宜高效培育杉木大徑材[8]。

試驗林行列成直線放樣，中穴(40 cm×40 cm×35 cm)整地，于1987年3月采用會同縣杉木初級種子園混和種1年生裸根苗造林。立地指數(shù)有16、18、20三種類型，用于擇伐作業(yè)的林分初植密度1 800株·hm-2，對照林分(經營中一直不擇伐)的初植密度2400株·hm-2。以伐小留大、保留木相對均勻為原則，于1996年(10年生時)進行第一次擇伐，2006年(20年生時)進行第二次擇伐。

2 研究方法

2.1 試驗設計

擇伐試驗采用雙因素隨機區(qū)組設計，立地條件設置Ⅰ(16級)、Ⅱ(18級)、Ⅲ(20級)3個立地指數(shù)水平，保留密度設置A(300株·hm-2)、B(525株·hm-2)、C(750株·hm-2)、D(975株·hm-2)、E(1200株·hm-2)、F(1500株·hm-2)、CK(2400株·hm-2)7 個水平，小區(qū)面積400 m2(20 m×20 m標準地)，各組合重復3次，共計63塊永久樣地。保留密度通過10年生、20年生兩次擇伐實現(xiàn)，對照CK不擇伐，一直保留初植密度。

2.2 數(shù)據(jù)采集及處理

2.2.1 數(shù)據(jù)采集 樹齡10年生、20年生兩次擇伐時，測量54塊擇伐標準地每株間伐木的樹高和胸徑，樹齡31年生時，對全部63塊樣地的每株立木測定樹高和胸徑，計算單株材積見公式(1)。

V=0.000 058 770 4D1.969 831H0.896 461 57

(1)

式中:D為胸徑(cm)，H為樹高(m)，V為材積(m3)。

2.2.2 數(shù)據(jù)處理 應用Excel 2010和SPSS 10.0軟件進行數(shù)據(jù)處理、作圖和分析。

3 結果與分析

3.1 不同立地指數(shù)級、保留密度各徑階株數(shù)分布

各徑階株數(shù)百分比列表1，并以表1數(shù)據(jù)分別16、18、20立地指數(shù)作各徑階株數(shù)百分比分布圖(見圖1、圖2、圖3)。

通過表1分類統(tǒng)計可知，16、18、20立地指數(shù)林分的平均胸徑分別為21.6、22.5、23.2 cm，呈現(xiàn)隨著立地指數(shù)的提高，林分平均胸徑逐漸增加的明顯規(guī)律；保留密度A、B、C、D、E、F林分的平均胸徑分別為21.6、22.2、22.4、23.0、22.8、22.5 cm，呈現(xiàn)隨著保留密度的提高，林分平均胸徑先增加后減少的規(guī)律，以保留密度D(975株·hm-2)的林分平均胸徑達極高點。16、18、20立地指數(shù)對照林分的平均胸徑分別為19.5、20.2、20.5 cm，在所有保留密度中均處于墊底的位置[9-11]。

表1 不同立地指數(shù)級和保留密度各徑階株數(shù)百分比Tab.1 Percentage of each diameter in different site indexes and retention densities%立地指數(shù)密度徑階6810121416182022242628303234363840A2.84.25.65.66.96.98.38.39.711.18.36.95.62.82.82.81.40B2.82.84.24.25.66.98.38.39.713.99.76.96.94.22.81.41.40C2.84.24.25.65.66.96.98.39.711.112.56.85.64.22.81.41.4016D2.84.24.25.65.65.66.96.98.312.513.99.55.64.21.41.41.40E2.84.24.24.25.65.65.68.39.711.112.59.56.95.61.41.41.40F2.82.82.84.24.25.68.39.711.111.113.98.26.92.82.81.41.40CK1.12.13.24.25.36.410.813.911.89.98.86.45.54.23.22.11.10A2.84.24.25.66.96.98.38.39.711.15.64.24.24.25.45.62.80B2.82.84.25.65.66.98.38.38.39.79.75.65.64.24.16.91.40C4.24.24.24.26.96.95.66.96.99.75.65.68.36.96.95.61.4018D2.84.24.24.25.64.24.26.99.79.711.16.96.96.95.52.82.81.4E1.41.42.84.24.25.68.39.78.311.16.99.76.96.95.64.22.80F2.82.82.84.25.65.66.96.99.713.912.59.76.94.22.71.41.40CK1.12.13.24.25.37.59.411.913.011.08.86.45.54.23.22.11.10A2.82.84.25.66.96.96.98.39.712.56.95.64.24.25.62.72.81.4B2.82.82.84.25.65.66.98.39.711.19.78.36.95.64.22.71.41.4C2.82.84.24.25.65.65.66.98.39.711.18.36.94.24.22.64.22.820D1.42.82.82.82.82.84.28.38.311.113.912.59.78.32.82.71.41.4E1.42.82.84.24.25.65.66.99.79.712.512.56.96.94.22.71.40F2.82.82.82.84.24.25.66.911.113.913.99.78.35.62.81.21.40CK1.12.13.24.25.36.47.59.011.312.011.39.66.44.23.22.11.10

從圖1、圖2、圖3可以看出，16、18、20立地指數(shù)級不同保留密度的31年生林分，各徑階株數(shù)百分比均呈中值附近為最高點、小徑材偏多、特大徑材偏少的非對稱拋物線分布，拋物線高點分別為胸徑24、25、26 cm處，并呈現(xiàn)出隨著立地指數(shù)的提高，拋物線左側小徑材比例減少，拋物線右側大徑材比例增多的趨勢。未通過擇伐處理(2 400株·hm-2)的31年生對照林分，各徑階株數(shù)百分比為對稱的正態(tài)分布，16、18、20立地指數(shù)的正態(tài)分布線高點分別為胸徑21、22、23 cm處[12-15]。

3.2 不同立地指數(shù)級、保留密度大徑材株數(shù)百分比

3.2.1 大徑材株數(shù)百分比方差分析 以帶皮胸徑大于25.0 cm定義為大徑材，大徑材株數(shù)百分比方差分析列表2。

表2 大徑材株數(shù)百分比方差分析Tab.2 Variance analysis of percentage of large diameter trees 分析指標變異來源平方和df均方F Sig.模型30 391.493 376.8725.70.000立地指數(shù)185.5292.8 19.90.000大徑材株數(shù)占造林株數(shù)百分比保留密度 1 003.76 167.3 35.90.000誤差55.8124.7總計30 447.221模型124 651.6913 850.2475.70.000立地指數(shù)467.32233.78.00.005大徑材株數(shù)占現(xiàn)立木株數(shù)百分比保留密度14 743.56 2 457.2 84.40.000誤差349.41229.1總計125 000.921

由表2可知，不同立地指數(shù)間、不同保留密度間，大徑材株數(shù)占造林株數(shù)百分比與占現(xiàn)立木株數(shù)百分比的差異均達到極顯著差異水平(Sig<0.01)。

3.2.2 大徑材株數(shù)百分比平均值比較 不同立地指數(shù)和保留密度的31年生林分，大徑材株數(shù)百分比平均值列表3，以16、18、20立地指數(shù)分類作圖4、圖5、圖6。

由表3可知，隨著立地指數(shù)的提高，16、18、20立地指數(shù)大徑材株數(shù)占造林株數(shù)百分比逐漸提高，平均值分別為33.4%、37.9%、40.6%；大徑材株數(shù)占現(xiàn)立木株數(shù)百分比也逐漸增加，平均值分別為66.0%、73.1%、77.5%。由圖4、圖5、圖6可見，隨著保留密度的提高，保留密度A、B、C、D、E、F、CK大徑材株數(shù)占造林株數(shù)百分比呈先漸增后漸減趨勢，平均值分別為32.0%、37.0%、40.3%、44.4%、44.3%、39.4%、23.5%；大徑材株數(shù)占現(xiàn)立木株數(shù)百分比呈高點100%逐漸減少趨勢，平均值分別為100.0%、95.3%、89.9%、81.5%、65.1%、46.7%、23.5%。

表3 不同立地指數(shù)級、保留密度大徑材株數(shù)百分比Tab.3 Percentage of large diameter trees in different retention densities and site indexes%大徑材株數(shù)百分比立地指數(shù)密度ABCDEFCK平均1630.633.334.737.538.937.521.333.4大徑材株數(shù)占造林株數(shù)百分比1831.937.541.744.447.238.923.437.92033.540.344.551.447.241.725.740.616100.086.083.069.058.144.821.366.0大徑材株數(shù)占現(xiàn)立木株數(shù)百分比18100.0100.096.878.068.045.223.473.120100.0100.0100.097.469.350.025.777.5

3.3 不同立地指數(shù)級、保留密度各材種材積量

以徑階26 cm及以上、18～24、12～16、8～10、6 cm及以下劃分為大徑材、中徑材、小徑材、小條木、薪材5個材種，不同立地指數(shù)級、保留密度林分各材種材積量列表4。

通過表4數(shù)據(jù)計算可知，隨著立地指數(shù)的提高，16、18、20立地指數(shù)單位面積大徑材材積(含間伐大徑材)逐漸提高，平均值分別為316.2、364.2、410.1 m3·hm-2；單位面積總材積量(含所有間伐材)也逐漸提高[14-15]，平均值分別為703.4、766.8、808.8 m3·hm-2。

隨著保留密度的提高，單位面積大徑材材積量呈先漸增后漸減趨勢[16-17]，保留密度A、B、C、D、E、F、CK下單位面積大徑材材積量平均值分別為578.5、604.3、632.1、649.3、668.9、633.4、585.5 m3·hm-2；單位面積總材積量也呈漸增后漸減趨勢，其平均值分別為714.9、742.1、784.6、811.0、804.7、749.9、759.6 m3·hm-2。

表4 不同立地指數(shù)級、保留密度31年生林分各材種材積(含間伐材)Tab.4 Stand volume of 31 years in different retention densities and site indexs(m3·hm-2)立地指數(shù)材種保留密度ABCDEFCK大徑材363.2395.9418.1433.2453.3444.2316.2中徑材212.0219.5203.1206.3199.7220.1319.116小徑材44.932.737.537.734.422.457.8小條木6.95.06.05.95.69.59.5薪材0.80.80.80.90.90.91.1合計627.8653.9665.6683.7693.6696.8703.4大徑材478.7524.6600.8610.7603.9498.3364.2中徑材215.9197.0166.1186.2224.9224.6338.318小徑材44.036.339.628.427.931.756.9小條木5.64.55.45.32.74.16.5薪材0.80.80.90.60.30.61.1合計744.6763.1812.7831.0859.8759.2766.8大徑材500.3559.2649.7685.2630.8517.2410.1中徑材222.9212.9187.1212.9196.2247.8339.620小徑材43.832.433.616.229.424.551.3小條木4.84.14.83.84.13.86.8薪材0.80.80.80.50.50.81.1合計772.4809.3875.6918.3860.6793.8808.8

4 結論與討論

(1)不同立地指數(shù)間、不同保留密度間，大徑材株數(shù)占造林株數(shù)百分比與占現(xiàn)立木株數(shù)百分比的差異均達到極顯著差異水平。

(2)含間伐木在內，16、18、20立地指數(shù)通過擇伐的林分，各徑階株數(shù)百分比呈現(xiàn)出胸徑中值24、25、26 cm處為最高點、小徑材偏多、特大徑材偏少的非對稱拋物線分布，造成這種非對稱拋物線分布是由于兩次擇伐，偏小的間伐株只有10～20年生，而其它株是31年生；未擇伐的對照林分，由于沒有人為擇伐，呈現(xiàn)胸徑中值21、22、23 cm處為最高點的對稱正態(tài)分布。

(3)16、18、20立地指數(shù)的擇伐林分，不同保留密度平均胸徑分別為21.6、22.5、23.2 cm，對照平均分別為19.5、20.2、20.5 cm，處于墊底的位置，均呈現(xiàn)隨著立地指數(shù)的提高，林分平均胸徑增加的明顯規(guī)律。保留密度A、B、C、D、E、F、CK，不同指數(shù)平均胸徑分別為21.6、22.2、22.4、23.0、22.8、22.5、20.1 cm，呈現(xiàn)出隨著密度的提高，先增加后減少的規(guī)律，975株·hm-2處達極高點、2 400株·hm-2的對照為極低點。

(4)隨著立地指數(shù)的提高，16、18、20立地指數(shù)大徑材材積和總材積均呈逐漸提高趨勢；隨著保留密度的提高，大徑材材積和總材積均呈先漸增后漸減趨勢。綜合考慮立地條件與保留密度，16立地指數(shù)保留1 200～1 500株·hm-2為宜，至31年生，收獲大徑材材積444.2～453.3 m3·hm-2，總材積693.6～696.8 m3·hm-2；18立地指數(shù)保留975～1200株·hm-2為宜；至31年生，收獲大徑材材積603.9～610.7 m3·hm-2，總材積831.0～859.8 m3·hm-2；20立地指數(shù)保留750～975株·hm-2為宜；至31年生，收獲大徑材材積649.7～685.2 m3·hm-2，總材積879.2～918.3 m3·hm-2。建議生產單位根據(jù)立地條件，采取以上密度控制技術指導杉木大徑材培育營林擇伐。