造林配置对杨树人工林生长和地上生物量的影响1)

董玉峰 匡星星 秦乃花 王卫东 秦光华 姜岳忠

(山东省林业科学研究院，济南，250014) (崂山区农林局) (山东省林业监测规划院) (山东省林业科学研究院)

造林配置对杨树人工林生长和地上生物量的影响1)

董玉峰 匡星星 秦乃花 王卫东 秦光华 姜岳忠

(山东省林业科学研究院，济南，250014) (崂山区农林局) (山东省林业监测规划院) (山东省林业科学研究院)

采用标准木调查法，对鲁西平原4种造林配置(株行距2 m×3 m、2 m×4 m、2 m×5 m和2 m×6 m)5年生杨树试验林的生长和地上生物量进行分析。结果表明：造林配置对5 年生杨树单株胸径和地上生物量有显著影响(P<0.05)，对单株树高影响不显著；单株胸径、树高、冠幅和单株地上生物量总体随造林株行距减小而减小；胸径、树高与树干、枝、叶生物量间均为正相关关系；利用方程y=-0.400 6x2+16.671x-104.12可较好拟合单株地上生物量与单株胸径的关系。以获取单位面积最大地上生物量为目标，株行距2 m×3 m适用于鲁西平原杨树人工林造林。

杨树；造林密度；生长；生物量

A plot survey was conducted in a 5-year-oldPopulousplantation with four planting spacing (spacing of 2 m×3 m, 2 m×4 m, 2 m×5 m, and 2 m×6 m) to study the influence of initial spacing on the growth and biomass accumulation. Initial planting spacing had significant effects on diameter at breast height (DBH) and single tree volume (P<0.05), but had no significant effects on single tree height and stand biomass. With the increase of planting density, single tree DBH, tree volume, crown and individual above-ground biomass were decreased, but stand biomass was increased. DBH and tree height were positively correlated to stem, branch and leaf biomass. The equation ofy=-0.400 6x2+16.671x-104.12 was applicable to the relationship between individual above-ground biomass and DBH. In terms of a combination of stand level biomass accumulation, we suggested a planting density of 2 m×3 m for plantation in western plain area of Shangdong Province.

造林配置方式通过影响单株林木生长空间，对林分的个体和群体生长、干材形质和生物量分配等产生影响，是林木生长发育、最终产量和质量的重要影响因子，适宜的造林配置方式可促进林分生产力的提高和优质干材的形成[1]。国内外许多学者就人工林的造林配置与林木和林分生长的关系进行了系统的探讨，研究对象包括杨树、云杉、油松、落叶松、杉木、马尾松等，大量研究表明，造林配置方式对不同树种的生长影响不同，并且配置方式对同一树种在不同立地条件和气候条件下各生长因子的作用也不尽一致。因此，针对不同树种或品种在特定立地条件和气候条件下开展造林配置试验十分必要[2-6]。

杨树(Populus)是我国人工林主要造林树种，木材产量约占全国木材总产量的1/3，不仅是我国平原木材加工产业的主要资源，而且在保障国家木材安全战略中占有着重要的地位[8]。山东省杨树人工林面积达40余万hm2，年产木材60万m3，是我国杨树木材主要产区之一，但关于造林配置对山东杨树林木及林分生长和生物量影响的研究较少[9]。文中以鲁西平原杨树人工林为对象，研究其造林配置与林分生长的关系，以确定合理的造林配置方式为杨树人工林丰产栽培提供科学依据。

1 试验地概况

试验地位于山东菏泽鄄城县第一国有林场。地理位置35°27′N，115°35′E，海拔51.0 m，属大陆性暖温带季风气候。年平均气温13.5 ℃，极端最高气温38.1 ℃，极端最低气温-7.4 ℃，无霜期211 d。年均降水量589.2 mm，年蒸发量1 154.2 mm，降水多集中于7—8月份，年均相对湿度65%。土壤为河潮土，轻壤，地下水位2～4 m。

2 材料与方法

试验材料为杨树无性系‘京2杨’(Populus‘Jing2’)，是由中国林业科学研究院以山海关杨(P.×canadensis‘Shanhaiguannensis’)×I-63杨(P.×euramericana‘Harvard’)为母本，以I-72杨(P.×euramericana‘San martino’)×山海关杨为父本的人工控制授粉杂交种。

造林配置设4个处理，株行距为2 m×3 m(1 665株·hm-2)，2 m×4 m(1 665株·hm-2)，2 m×5 m(999株·hm-2)和2 m×6 m(833株·hm-2)，分别用A、B、C、D来表示。2007年3月份进行2根1干苗造林，随机区组设计，126株小区(每小区7行，每行18株)，3次重复。根据试验林造林图，标出各密度试验林中间的3～5行，每年12月底进行生长量调查，确定不同密度林分中的标准木各3株，进行标准木解析，调查地上生物量。

数据相关性分析和显著性检验采用Excel 2007和SPSS10.0软件，文中数据均为平均值。

3 结果与分析

3.1 造林配置对胸径生长的影响

由表1可看出，造林第1年，参试试验林中单株胸径差异性不显著，造林配置对单株胸径生长尚未有影响。随林龄增长，从第2年林分开始，不同配置试验林分中单株胸径的差异性达显著水平，至第4年时，差异达极显著水平(P<0.01)。第5年时林分以处理C的林木单株胸径生长量最大，其他由大到小的顺序为处理D、处理B、处理A。进一步分析连年胸径生长量可以得出(表2)，4个造林配置林分中胸径连年生长量随林龄增大呈减少趋势，到第5年时，胸径连年生长量为0.45～1.22 cm，呈现出造林配置越大胸径连年生长量越小的趋势，说明在第1～第5年参试林分中单株的有效营养空间随着林龄的增长竞争越来越激烈。

表1 造林配置对单株胸径生长的影响

表2 造林配置对胸径连年生长量的影响

3.2 造林配置对树高生长的影响

分析造林配置对单株树高生长的影响可得出(表3)，造林后第1年4个参试配置林分中单株平均树高存在显著差异，第2年差异达到极显著水平，但第3年、第4年和第5年时差异无显著性。说明随着林龄增长，不同造林配置试验林的树高差异性趋于变小。对单株树高的连年生长量分析得出(表4)，造林配置对树高连年生长量无明显影响规律，总体上表现为随林龄增大先减小后增大的趋势，造林配置A、B、C从第1年～第4年生林分的树高连年生长量逐渐减低，到第5年时又增大，造林配置D第1～第3年生林分的树高连年生长量逐渐减低之后，第3～第5年又逐渐增大。

表3 造林配置对单株树高生长的影响

表4 造林配置对树高连年生长量的影响

3.3 造林配置对冠幅生长的影响

造林第3年起对不同造林配置林分中单株冠幅进行观测(表5)，在5年生林分中，单株东西平均冠幅存在显著性差异，呈现为随造林配置密度的增大而减小，南北冠幅造林配置D与其余3个处理间存在显著性差异，但总体无明显规律性。对第3年生和第4年生林分单株冠幅连年生长量进行分析得出(表6)，不同配置林分的冠幅连年生长量不同，东西和南北冠幅连年生长量无明显规律性。第4年生时，处理D林分的冠幅连年生长量基本没变化(0.03 m)，其余林分的冠幅连年增长量为负值，说明此时不同株行距配置林分中单株各生长器官对营养空间已开始竞争，部分单株树冠下部出现自然整枝，尤其是南北冠幅自然整枝率较高，造成连年冠幅增长量为负值，而到第5年生时，不同密度林分中单株的南北方向枝条自然整枝基本完成，而东西方向的冠幅继续增长，所以第5年时冠幅连年生长量为正值。

表5 造林配置对冠幅生长的影响

表6 造林配置对冠幅连年生长量的影响

3.4 造林配置对单株生物量的影响

对5年生试验林进行标准木解析，调查其单株地上生物量在树干、枝和叶中的分配比例，结果见表7，从表7中可以看出，地上生物量、树干生物量和枝生物量均随密度的增大而减小，而叶生物量在不同密度配置中无明显规律性。单株地上及枝条生物量在不同造林配置间存在显著性差异，而树干和叶生物量差异不显著。

表7 造林配置对单株生物量的影响

kg

3.5 造林配置对地上生物量分配结构的影响

对5年生试验林进行标准木解析，从表8中可以看出，不同造林配置林分中单株地上生物量在树干、枝和叶器官中的分配比例基本一致，即树干生物量所占百分比最大，其次为枝生物量，叶生物量所占百分比最少，但不同处理间生物量所占百分比无显著性差异。单株树干生物量所占百分比随造林密度减小而减小，枝生物量所占百分比随造林配置密度减小而增大，在造林配置A、B、C中叶生物量所占百分比值随密度减小而减小。

表8 造林配置对单株地上生物量分配结构的影响

3.6 生长性状与地上生物量间的关系

对生长性状与地上生物量进行相关分析得出(表9)，生长性状胸径和树高与地上生物量及树干、枝和叶生物量间均为正相关关系，相关系数均值为0.608，分布为0.166～0.918。其中胸径与地上生物量的相关系数为0.893，树高与地上生物量的相关系数为0.650，说明其对地上生物量的正影响性较大。树干和枝生物量与地上生物量的相关系数分别为0.985、0.934，呈极显著正相关。叶生物量与地上生物量呈弱正相关性(0.321)。枝和叶生物量与树干生物量均为正相关(相关系数分别为0.858、0.381)，说明较大的枝生物量对树干生物量具有正面影响。

表9 生物量与生长指标间的相关分析

为进一步量化生长性状与地上生物量等生物量指标的关系，选取胸径(cm)为自变量，分别以叶、枝、主干和地上生物量(kg)作为因变量，通过回归分析方法拟合其与胸径的关系，择其最优方程列入表10，从表10中可以看出，方程y=-0.400 6x2+16.671x-104.12和方程y=-0.161 1x2+8.6124x-51.713可较好拟合地上生物量、树干生物量与胸径的关系，相关系数分别为0.810 3和0.847 3，达显著正相关水平。

表10 各器官生物量(y)与胸径(x)回归分析

4 结束语

不同造林配置方式对单株胸径、树高和冠幅生长的影响不同。5年生林分以处理C的林木单株胸径生长量最大，其他由大到小的顺序为处理D、处理B、处理A。4个造林配置林分中胸径连年生长量随林龄增大呈减少趋势，到第5年时胸径连年生长量为0.45～1.22 cm，呈现出造林配置株行距越大胸径连年生长量越小的趋势。造林后第1年4个参试配置林分中单株平均树高生长量存在显著差异，第2年的差异达到极显著水平，但第3年、第4年和第5年时差异无显著性。造林配置对树高连年生长量无明显影响规律，总体上表现为随林龄增大先减小后增大。

以往研究认为[10-12]，在一定的营养空间内，当参试林木生长达到一定林龄时，随造林配置株行距的减小，林木单株对生长所需的光照、养分等资源的竞争也趋于激烈，林木自然整枝的强度会增大，从而造成枝和叶生物量所占比例减小，树干所占比例增大。适当减小造林株行距在一定采伐林龄内可增加树干生物量在地上生物量中的百分比值。本研究得出，不同造林密度林分中单株地上生物量在树干、枝和叶器官中的分配比例基本一致，即树干生物量的比例相对最大，其次为枝生物量的，叶生物量所占百分比最少，不同参试造林配置对生物量分配结构无显著性差异。

沈国舫[12]认为，由于林木平均单株生物量和株数密度互为消长，林分生物量取决于特定时期起主导作用的因素，到达一定林龄阶段时，林分生物量与密度无关。以往有研究表明[2-7]，林木单株的生物量随初植密度的减小而增大，林分的生物量随密度的减小而减小，这与本研究结论基本一致。本试验中单株地上生物量和枝生物量在不同造林配置间存在显著性差异，单株地上生物量、树干生物量和枝生物量均随造林密度增大而减小，叶生物量在不同密度配置中无明显规律性。

生长性状与地上生物量进行相关分析得出，生长性状胸径和树高与地上生物量及树干、枝和叶生物量间均为正相关关系，叶生物量与地上生物量呈弱正相关性，枝和叶生物量与树干生物量均呈正相关。

[1] 田宇明,王庆成.初植密度对10年生水曲柳人工林生物量及根系的影响[J].林业科学,2011,47(7):102-107.

[2] 张平冬,康向阳,赵光荣,等.三倍体毛白杨超短轮伐纸浆林生长量与密度关系研究[J].西北林学院学报,2009,24(4):121-124.

[3] Kerr G. Effects of spacing on the early growth of plantedFraxinusexcelsiorL.[L]. Can J For Res,2003,33(7):1196-1207.

[4] Alcorn P J, Patrick P. Effects of initial planting density on branch development in 4-year-old plantation grownEucalyptuspilularisandEucalyptuscloezianatrees[J]. Forest Ecology and Management，2007,25(2):41-51.

[5] 公宁宁,马履一,贾黎明,等.不同密度和立地条件对北京山区油松人工林树冠的影响[J].东北林业大学学报,2010,38(5):9-12.

[6] 刘青华,周志春,张开明,等.造林密度对不同马尾松种源生长和木材基本密度的影响[J].林业科学,2010,46(9):58-64.

[7] 叶功富,林武星,张水松,等.不同密度管理措施对杉木林分的生长、生态效应的研究[J].福建林业科技,1995,22(3):1-8.

[8] 董玉峰,姜岳忠,乔玉玲,等.杨树无性系树皮生理生化特性与溃疡病抗性间的关联[J].东北林业大学学报,2011,39(5):47-49.

[9] 董玉峰.杨树纸浆材优良无性系选择及高效群体结构研究[D].泰安:山东农业大学,2014.

[10] 刘婷岩,张彦东,彭红梅,等.林分密度对水曲柳人工幼龄林植被碳储量的影响[J].东北林业大学学报,2012,40(6):1-4.

[11] 胡凌,商侃侃,张庆费,等.密度调控对香樟人工林林木生长及空间分布的影响[J].西北林学院学报,2014,29(2):20-25.

[12] 沈国舫.森林培育学[M].北京:中国林业出版,2001.

Effects of Initial Planting Spacing on Growth and Above-ground Biomass ofPopulousPlantation//

Dong Yufeng

(Shandong Academy of Forestry, Jinan 250014. P. R. China); Kuang Xingxing(Laoshan Department of Agriculture); Qin Naihua(Shandong Forestry Survey and Planning Institute); Wang Weidong, Qin Guanghua, Jiang Yuezhong(Shandong Academy of Forestry)//Journal of Northeast Forestry University，2015,43(9)：30-33.

Populous; Initial planting density; Growth; Biomass

董玉峰，男，1981年7月生，山东省林业科学研究院，工程师。E-mail:dongyf719@163.com。

姜岳忠，山东省林业科学研究院，研究员。E-mail:jyz3169@sina.com。

2015年4月14日。

S725.6

1)山东省优秀中青年科学家科研奖励基金(2015BSB22003)、国家林业公益性行业科研专项 (201004004)。

责任编辑：任 俐。