不同密度禿杉林分直徑結(jié)構(gòu)及生長(zhǎng)差異性分析

林東升

(連城邱家山國有林場(chǎng)，福建 龍巖 366200)

禿杉(Taiwaniaflousiana)屬杉科臺(tái)灣杉屬高大常綠喬木，為第三紀(jì)古熱帶植物區(qū)系的孑遺植物，是我國特有的世界珍稀瀕危樹種，天然分布于我國湖北省西南部、貴州省東南部及云南省西部等地[1]。禿杉生長(zhǎng)迅速、速生期長(zhǎng)、病蟲害少、材質(zhì)優(yōu)良、出材率高，具有很高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，是優(yōu)良速生用材樹種[2]和杉木采伐跡地的優(yōu)良更新替代樹種[1-5]。同時(shí)禿杉樹體挺拔、樹葉繁茂、樹形優(yōu)美，是優(yōu)良的園林綠化樹種[1-4]。我國南方各地自20世紀(jì)70年代末以來相繼開展了該樹種的引種試驗(yàn)及相關(guān)研究[1-10]，表明禿杉具有廣泛的生態(tài)適應(yīng)性和引種潛力[6]，能適應(yīng)我國南方中、低山區(qū)[6-7]及丘陵山地[2]的氣候和土壤條件，具有較高的生物量水平[1]。對(duì)于禿杉人工林直徑結(jié)構(gòu)研究除了云南騰沖[8-9]外，福建及其他引種區(qū)極少看見報(bào)道。本文以福建省連城邱家山國有林場(chǎng)19 a林齡未撫育間伐的禿杉人工林為對(duì)象，研究不同密度梯度下的林分直徑結(jié)構(gòu)規(guī)律與差異性，為禿杉速生豐產(chǎn)培育提供科學(xué)依據(jù)和技術(shù)支持。

1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地位于福建省連城邱家山國有林場(chǎng)大洋地管護(hù)站，面積9.5 hm2，地理位置東經(jīng)116°54′，北緯25°42′。連城縣屬中亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候，年平均氣溫19 ℃，年平均降雨量1 734.4 mm，年平均日照時(shí)數(shù)1 760.7 h，相對(duì)濕度78%，無霜期291 d。試驗(yàn)地前茬為天然松闊混交林采伐跡地；中山地貌，海拔660～720 m；長(zhǎng)坡中下部，坡向北，坡度31°；山地紅壤；主要植被為五節(jié)芒(Miscanthusfloridulus)、棕竹(Rhapisexcelsa)等；立地條件類型綜合評(píng)定為Ⅱ類地。2001年秋冬季劈草、煉山、清雜、堆燒，挖明穴回表土，穴規(guī)格60 cm×40 cm×30 cm。2002年春季造林。造林后1～2 a每年撫育2次，第三年撫育3次。造林后至試驗(yàn)開展前，林分未進(jìn)行撫育間伐。

2 研究方法

2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，設(shè)3種密度，各重復(fù)3次?？紤]到此前已經(jīng)有禿杉高密度造林試驗(yàn)[4]，本次造林密度設(shè)計(jì)時(shí)采用低密度，造林密度分別為1 736株/hm2、1 479株/hm2、1 275株/hm2，即種植株行距分別為2.4 m×2.4 m、2.6 m×2.6 m、2.8 m×2.8 m。單個(gè)小區(qū)順山縱坡成長(zhǎng)條塊狀，9個(gè)小區(qū)沿著水平方向隨機(jī)排列。2011年，由于園林綠化需要，在1 736株/hm2，1 479株/ hm2兩種密度林分中各隨機(jī)選擇一個(gè)重復(fù)，均勻保留株數(shù)975株/ hm2，挖出部分幼樹，從而形成4個(gè)密度梯度、組內(nèi)重復(fù)次數(shù)不等的禿杉低密度造林試驗(yàn)林分。

2.2 林分調(diào)查

2020年8月在福建省連城邱家山國有林場(chǎng)的造林密度試驗(yàn)林中開展林分調(diào)查，設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)地9塊，每塊20 m×20 m。在標(biāo)準(zhǔn)地內(nèi)進(jìn)行每木檢尺，測(cè)定胸徑(D，cm)、樹高(H，m)等測(cè)樹因子，記錄標(biāo)準(zhǔn)地基本地形因子。單株材積(V，m3)采用禿杉二元立木材積數(shù)學(xué)模型V=0.000 087D1.785H0.931計(jì)算[5]。

2.3 研究方法

林分外業(yè)調(diào)查數(shù)據(jù)按高密度、中高密度、中低密度、低密度等四個(gè)密度梯度進(jìn)行整理。高密度林分：設(shè)計(jì)密度1 736株/hm2，實(shí)際密度1 725株/hm2；中高密度林分：設(shè)計(jì)密度1 479株/hm2，實(shí)際密度1 508株/hm2；中低密度林分：設(shè)計(jì)密度1 275株/hm2，實(shí)際密度1 250株/hm2；低密度林分：設(shè)計(jì)密度975株/hm2，實(shí)際密度945株/hm2。胸徑以2 cm距離劃分徑階，分別統(tǒng)計(jì)各密度各徑階分布株數(shù)，計(jì)算各徑階分布的頻數(shù)數(shù)據(jù)以及平方平均胸徑(D)、算術(shù)平均胸徑(d)、胸徑標(biāo)準(zhǔn)差(S)、變動(dòng)系數(shù)(C)、偏度系數(shù)(Sk)、峰度系數(shù)(KU)，繪出株數(shù)徑所分布圖、株數(shù)累計(jì)頻率隨徑階變化曲線圖，從而初步認(rèn)識(shí)連城邱家山國有林場(chǎng)不同密度梯度下禿杉人工林的直徑分布規(guī)律與差異性。

進(jìn)行不同密度禿杉林分主要生長(zhǎng)性狀的差異性分析，按組內(nèi)重復(fù)次數(shù)不等的單因素方差分析方法，對(duì)各個(gè)生長(zhǎng)性狀進(jìn)行方差分析，以檢驗(yàn)不同密度對(duì)禿杉林分生長(zhǎng)影響的顯著性。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同密度禿杉人工林的直徑結(jié)構(gòu)分析

3.1.1 不同密度禿杉林分直徑結(jié)構(gòu)特征值的變化

禿杉林分胸徑最大值(DMax)、最小值(DMin)、平方平均直徑、算術(shù)平均直徑均呈現(xiàn)隨密度增大而減小的規(guī)律(表1)。這個(gè)結(jié)果符合生物學(xué)規(guī)律，也符合現(xiàn)實(shí)林分情況，體現(xiàn)了林分密度效應(yīng)規(guī)律。

胸徑標(biāo)準(zhǔn)差也呈現(xiàn)隨林分密度增大而減小的規(guī)律，但不同密度林分之間的胸徑變動(dòng)系數(shù)在0.173 2～0.197 0，相差不大。一方面，禿杉人工林隨著林分密度增大，其胸徑的離散程度反而減小。不同密度禿杉林分的胸徑極差值也驗(yàn)證了這個(gè)規(guī)律。低密度林分、中低密度林分、中高密度林分、高密度林分的胸徑極差值分別為23.6 cm、20.4 cm、19.4 cm、17.7 cm。另一方面，胸徑變動(dòng)系數(shù)相差不大，說明林分密度對(duì)胸徑離散程度的影響與胸徑生長(zhǎng)的密度效應(yīng)基本同步。這是因?yàn)樽儎?dòng)系數(shù)的大小不僅受胸徑離散程度的影響，而且還受平均胸徑大小的影響。

偏度系數(shù)是數(shù)據(jù)分布偏斜方向和程度的指標(biāo)，是衡量數(shù)據(jù)分布對(duì)稱程度的數(shù)字特征。偏度系數(shù)都是負(fù)值，隨著密度增大大致呈現(xiàn)以0.1的級(jí)距等差遞減的規(guī)律，說明直徑分布數(shù)據(jù)整體向左偏，偏移程度隨密度增大而越來越嚴(yán)重(表1)。這意味著本次試驗(yàn)中立地質(zhì)量等級(jí)為Ⅱ類地的19 a林齡禿杉人工林，無論是低密度、中低密度、中高密度、高密度林分都是偏密的，隨密度增加偏密程度越來越嚴(yán)重，各個(gè)密度禿杉林分都急需撫育間伐，以保證林木有合理的營養(yǎng)空間，促進(jìn)禿杉林分生長(zhǎng)。

峰度系數(shù)是描述數(shù)據(jù)分布形態(tài)陡緩程度的指標(biāo)。隨著密度增大，峰度系數(shù)大致以0.2的級(jí)距呈現(xiàn)等差遞增的規(guī)律且都大于0，表示該禿杉林分的直徑分布曲線與正態(tài)分布相比較更為陡峭，為尖頂峰，密度越大陡峭程度越大(表1)。

表1 不同密度禿杉林分直徑結(jié)構(gòu)特征值

3.1.2 不同密度梯度下禿杉人工林徑階株數(shù)分布規(guī)律

不同密度禿杉人工林各個(gè)徑階株數(shù)分布隨徑階的變化呈現(xiàn)先增后降的規(guī)律(圖1)；不同密度禿杉人工林累計(jì)頻率隨徑階的變化均呈現(xiàn)“S”曲線規(guī)律(圖2)。不同密度各徑階株數(shù)分布有差異。低密度林分直徑分布范圍為12～36 cm徑階，跨13個(gè)徑階，峰點(diǎn)(株數(shù)分布最多的徑階)在24 cm徑階，峰值(株數(shù)分布最多的徑階所占比重)為19.7%；中低密度林分直徑分布在10～32 cm徑階，徑階跨度12個(gè)，峰點(diǎn)在22 cm徑階，峰值為22.7%；中高密度林分直徑分布范圍8～28 cm徑階，徑階跨度11個(gè)，峰點(diǎn)在20 cm徑階，峰值為27.3%；高密度林分直徑分布范圍8～26 cm徑階，徑階跨度10個(gè),峰點(diǎn)在16 cm徑階，峰值為30.4%。由此看出，隨著禿杉林分密度增大，小徑階比例增多，大徑階比例減少，徑階跨度減少，峰點(diǎn)前移，峰值增大。這個(gè)結(jié)果與王樹梅等[11]對(duì)山東嶗山林場(chǎng)赤松林的研究結(jié)果相同。

3.2 不同密度禿杉人工林生長(zhǎng)差異分析

3.2.1 不同密度禿杉人工林胸徑生長(zhǎng)差異性分析

禿杉人工林胸徑生長(zhǎng)量在不同密度梯度下有很大的差異。林分平均胸徑與林分密度呈現(xiàn)明顯負(fù)相關(guān)，即平均胸徑隨林分密度增大而減小，胸徑的增大幅度與密度的減小幅度基本同步。低密度林分、中低密度林分、中高密度林分胸徑平均值分別為25.09 cm、21.51 cm、18.79 cm，分別比高密度林分的16.56 cm大51.5%、29.9%、13.5%。方差分析結(jié)果顯示，F(xiàn)=55.755 9，遠(yuǎn)大于臨界值F0.01(3,5)=12.1，剩余均方為0.489 9，表明密度對(duì)禿杉人工林平均胸徑的影響達(dá)極顯著水平，說明禿杉人工林胸徑生長(zhǎng)對(duì)林分密度反應(yīng)非常敏感。

3.2.2 不同密度梯度下禿杉人工林樹高生長(zhǎng)的差異性分析

不同密度禿杉人工林樹高生長(zhǎng)量差異較大。林分平均樹高與林分密度呈現(xiàn)明顯負(fù)相關(guān)，即平均樹高隨林分密度增大而降低。低密度林分、中低密度林分、中高密度林分樹高平均值分別為14.80 m、14.52 m、12.10 m，分別比高密度林分的11.46 m大29.1%、26.7%、5.6%。密度對(duì)樹高生長(zhǎng)的影響與胸徑相比，其影響程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于胸徑，而且其規(guī)律性也較差。方差分析結(jié)果表明，F(xiàn)=8.151 2，高于臨界值，剩余均方為0.779 7，表明密度對(duì)禿杉人工林平均樹高的影響達(dá)顯著水平。

密度對(duì)樹高的影響較為復(fù)雜，不同樹種、不同地點(diǎn)、不同立地、不同經(jīng)營措施的試驗(yàn)結(jié)果以及不同年齡的調(diào)查結(jié)果不盡相同[13]。一般來說，在一定范圍內(nèi)不同密度引起林分平均樹高的差異不會(huì)太明顯[13]。本次試驗(yàn)結(jié)果為密度對(duì)19 a林齡禿杉人工林平均樹高影響顯著，這個(gè)結(jié)果與一般性規(guī)律不同，也與謝文雷[4]對(duì)11 a 林齡禿杉試驗(yàn)林調(diào)查研究結(jié)果不同，但與李金亮等[10]對(duì)高黎貢山禿杉林的研究結(jié)果相同。這可能與低密度造林且沒有撫育間伐有關(guān)。從1 275株/hm2到1 736株/hm2的造林密度，相比常規(guī)杉類造林而言都是低密度造林，這種林分郁閉較遲，幼林階段對(duì)陽光的競(jìng)爭(zhēng)不激烈，但林分郁閉后，沒有撫育間伐導(dǎo)致隨著林齡的增長(zhǎng)林分郁閉時(shí)間拉長(zhǎng)，林分長(zhǎng)時(shí)間處于激烈競(jìng)爭(zhēng)狀態(tài)，生長(zhǎng)空間不足造成生長(zhǎng)受阻，導(dǎo)致較密的林分不能達(dá)到應(yīng)有的高度[13]。

3.2.3 不同密度梯度下禿杉人工林單株材積的差異性分析

單株材積與胸徑、樹高呈函數(shù)關(guān)系。由于禿杉人工林平均胸徑、平均樹高都隨林分密度增大而降低，因此禿杉平均單株材積也隨林分密度增大而減小，且減幅更大，差距更懸殊。單株材積平均值在低密度林分為0.336 6 m3；中低密度林分為0.251 2 m3；中高密度林分為0.166 6 m3，分別比高密度林分的0.126 4 m3大166.3%、83.1%、51.1%。方差分析結(jié)果顯示，F(xiàn)=29.666 7，遠(yuǎn)大于臨界值，剩余均方僅為0.000 6，表明密度對(duì)禿杉人工林平均單株材積的影響達(dá)極顯著水平。

3.2.4 不同密度梯度下禿杉人工林單位面積蓄積量的差異性分析

單位面積蓄積量是林分平均單株材積與林分密度的乘積，這兩個(gè)因子互為消長(zhǎng)。從本次調(diào)查結(jié)果看，單位面積蓄積量隨密度增大而減少。單位面積蓄積量在低密度林分為318.11 m3/hm2；中低密度林分為314.04 m3/hm2；中高密度林分為251.23 m3/hm2，分別比高密度林分的218.04 m3/hm2大45.7%、44.0%、15.2%。方差分析結(jié)果F=7.426 5，高于臨界值，剩余均方1.160 1，表明密度對(duì)禿杉人工林單位面積蓄積量的影響達(dá)顯著水平。

4 小結(jié)與討論

不同造林密度且未撫育間伐的19 a林齡禿杉林分，偏度系數(shù)都是負(fù)值，說明幾種不同密度的林分全部偏密；隨著密度增大，偏度系數(shù)大致以0.1的級(jí)距呈現(xiàn)規(guī)律性的等差遞減，偏密程度越來越嚴(yán)重。不同密度林分的直徑分布曲線都為尖頂峰，且隨著密度增大，峰度系數(shù)大致以0.2的級(jí)距呈現(xiàn)規(guī)律性的等差遞增，陡峭程度越來越嚴(yán)重。禿杉人工林徑階株數(shù)分布規(guī)律表現(xiàn)為隨著林分密度增大，小徑階株數(shù)占比增多，大徑階占比減少，徑階跨度減小，峰點(diǎn)前移，峰值增大。

造林密度對(duì)禿杉人工林生長(zhǎng)有很大影響，對(duì)平均胸徑、平均單株材積的影響極顯著；對(duì)平均樹高、單位面積蓄積量的影響顯著。本試驗(yàn)中，以945株/hm2的林分上述各項(xiàng)指標(biāo)最好，并隨密度增大依次遞減，說明對(duì)單位面積蓄積量起主導(dǎo)作用的是單株材積因子，即在立地條件較好的林地上開展稀植造林是可行的。

謝文雷[4]對(duì)造林密度1 667～10 000株/hm2的6個(gè)密度梯度的11 a林齡禿杉林進(jìn)行調(diào)查分析和撫育間伐試驗(yàn)，認(rèn)為稀植有利于促進(jìn)胸徑、冠幅、樹高生長(zhǎng)，但為了充分利用林地及提高單位面產(chǎn)量，初植密度以1 667～2 500株/hm2為宜，首次撫育間伐時(shí)間以6 a為佳。

李金亮等[10]對(duì)高黎貢山禿杉人工林進(jìn)行林分密度與生長(zhǎng)關(guān)系的研究，結(jié)果顯示，林分密度與平均胸徑、平均樹高都有0.01水平的負(fù)相關(guān)；密度大于1 500株/hm2以后，胸徑的變化幅度相對(duì)較小，要達(dá)到大徑材培育，密度應(yīng)控制在1 000株/hm2以內(nèi)。

綜合上述研究結(jié)果，做到既充分利用林地及其空間又提高林分蓄積量，適當(dāng)?shù)南≈苍炝质强尚械?，尤其在交通不便、小徑材銷路不暢的邊遠(yuǎn)山區(qū)。稀植造林也要做好林分密度管理工作。根據(jù)謝文雷[4]、李金亮[10]、陳建新[7]等人的研究結(jié)果，結(jié)合本次禿杉稀植造林實(shí)踐，在較好立地上禿杉的造林初植密度以1 500～1 800株/hm2為宜，8～10 a林齡時(shí)開展首次撫育間伐，伐后密度控制在1 050～1 250株/hm2左右；12～15 a林齡左右進(jìn)行第二次撫育間伐，大徑材培育的保留密度應(yīng)控制在750～900株/hm2左右。