杉木人工林目标树经营技术参数的研究

任 蕾，徐端妙，吴初平，焦洁洁，刘日林，朱锦茹，孙杰杰，袁位高

（1.浙江农林大学 林业与生物技术学院，浙江 杭州 311300；2.景宁畲族自治县林业总场，浙江 景宁 323500；3.浙江省林业科学研究院，浙江 杭州 310023）

杉木Cunninghamia lanceolata属杉科Taxodiaceae杉木属Cunninghamia乔木，是我国南方主要的速生用材和造林树种，由于具有优良的材质和速生性，其造林面积居我国人工林之首[1]。然而，随着木材需求结构的变化、劳动力资源的减少和成本提高、社会对森林生态需求的扩张，传统的杉木速生丰产林经营模式虽然能在较短时间内提供木材资源，但已无法满足社会对森林的多种服务功能的强大需求。

近自然森林经营（close-to-nature forest management）是以森林生态系统的稳定性、生物多样性和系统多功能及缓冲能力分析为基础，以整个森林的生命周期为时间设计单元，以目标树标记和择伐及天然更新为主要技术特征、以永久性林分覆盖、多功能经营和多品质产品生产为目标的森林经营体系[2]，对其应用与森林经营已经有100多年的历史，有效提高了目标树的生长并改善林分的生态功能[3]。近自然林“目标树经营”的许多文献里，重点讨论了经营的技术措施，修枝、疏伐和树种选择等，还介绍了目标树经营的发展历史和目的[4]。关于林分空间结构的变化研究也越来越受关注，林分空间结构重点包括树种的隔离程度、林木间的竞争与空间分布情况[5]，它们对不同择伐方式的响应不同，但总体而言择伐有利于林分空间结构的改善[6-7]。

目前，关于近自然林目标树经营措施和目标树经营对空间结构的影响研究较多[4,8]，但均未涉及如何决定目标树数量与控制指标的研究。为此，通过对浙江省杉木人工林的胸径、树高、冠幅之间关系及以大径材为培育目的的树干解析，以保证优势木高效生长为目标，提出杉木人工林不同发育阶段的目标树数量，为开展杉木人工林的近自然经营提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

浙江省地处27°12′～31°31′N和118°～123°E，属亚热带季风气候，季风显著，四季分明，年气温适中，光照较多，雨量丰沛，空气湿润，雨热季节变化同步，气候资源配制多样，气象灾害繁多。年平均气温15～18℃，极端最高气温44.1℃，极端最低气温-17.4℃；年平均降水量980～2 000 mm，年平均日照时数1 710～2 100 h。浙江省属于我国经济发达省份，经济高速发展及人口的增加影响了土地利用与覆盖，对生态环境也造成了显著影响。建国初期，由于经济发展和社会改革，对木材的需求量增大，20世纪50年代起杉木造林面积高速增加。自2001年起，伴随公益林建设工程的推进，分布在生态保护植被恢复林区、水源涵养林区和森林生态治理区等的杉木作为公益林进行封育，面积为10.53万hm2，占全省公益林面积的12.8%。

1.2 研究方法

1.2.1 样地设置和调查 在开化、龙泉、庆元、遂昌等浙江省杉木主要分布区设置不同发育阶段杉木人工林典型样地51个，样地面积为20 m×20 m，同年每木监测树木的林龄、胸径、树高、冠径等指标，其中林龄、胸径、树高、密度情况见表1。

表1 样地基本情况Table1 Information of sample plots

1.2.2 试验仪器 样地调差仪器主要包括:围尺、侧高器、测距仪、手持罗盘、生长锥、土钻、土盒等。

1.2.2 优势木选择 在51个典型样地中，每个样地分别选取2～3株优势木共计126株，研究分析其胸径、树高、冠幅之间的关系与目标树数量。

1.2.3 解析木测量 选择50年生的杉木人工林的优势木作为标准木，采用收获法测定优势标准木3株，按0，1.3 m，3.6 m，5.6 m，7.6 m……区分段分别截取2～5 cm厚圆盘，不足最后一段大于1 m小于2 m时，在距上一圆盘1 m处截取圆盘，在圆盘非工作面标明记号及南北向，测定单株的每5 a的生长量，计算3株标准木的平均生长量。

1.2.3 数据处理 采用Forstat 22，SPSS 19.0，Origin 8.5进行数据处理分析。

2 结果与分析

2.1 杉木人工林优势木生长规律与发育阶段划分

对50年生杉木人工林优势木的树干解析结果表明（图1，图2，图3），胸径、树高生长大致可分为5个阶段，即初始生长阶段、高速生长阶段、调整阶段、相对稳定阶段、缓慢增长阶段。初始生长阶段，优势木高度小于5 m，胸径、树高、材积均显同步快速增长，个体间无显著干扰；高速增长阶段，优势木高5～10 m，胸径、树高生长显著减慢，个体间竞争加剧；调整阶段，优势木高10～15 m，树高生长逐渐恢复，但胸径生长依然处于下降阶段，个体分化加快；相对稳定阶段，优势木高15～22 m，树高、胸径生长量逐渐下降，而材积生长量维持在高水平生长阶段，大径级材显著增加；缓慢增长阶段，优势木高大于22 m，胸径、树高、材积生长量均出现下降趋势。

图1 杉木人工林优势木胸径年生长量Figure1 Annual DBH growth of dominant woodat C.lanceolata plantation

图2 杉木人工林优势木树高年生长量Figure2 Annual height growth of dominant wood at C.lanceolata plantation

图3 杉木人工林优势木单株材积年生长量Figure3 Single volume increment of dominant wood at C.lanceolata plantation

2.2 杉木人工林径级结构比较与合理密度确定

径级分布越广泛说明个体间竞争越大，反之，径级结构越集中说明个体间竞争越小。由图4可见，杉木人工林随着林分高生长变化，径级差异逐渐增大。林分优势木从平均高8 m增长到20 m时，径级分布范围也从5.0～15.8 cm扩大到5.0～43.0 cm；优势木平均高为8 m时，60%以上林木胸径在10 cm以下，林分密度超过2 500株·hm-2时，胸径10 cm以下林木数量接近90%；优势木平均高为12 m时，林木胸径集中分布在10～20 cm，占总数的70%～80%，林分密度低于2 000株·hm-2时，约50%以上林木胸径大于15 cm；优势木平均高为16 m时，径级分布区间与优势木平均高12 m时基本相近，但胸径大于20 cm的林木数量比例显著提高，林分密度在1 500株·hm-2时，胸径大于20 cm的接近20%；当优势木平均高为20 m时，林木胸径普遍在20 cm以上，但林分密度对林木胸径影响较大，如林分密度为600株·hm-2时，胸径大于20 cm的超过90%，大于25 cm的接近60%，大于30 cm的接近30%，而林分密度为1 650株·hm-2时，胸径大于25 cm的林木数量不足20%，大于30 cm的不足2%。

图4 不同优势木高杉木人工林林分密度与径级结构Figure4 Density anddiameterdistribution of C.lanceolata plantationswith differentdominantwood height

2.3 优势木胸径、树高、冠幅之间的关系与目标树数量

以126株优势木为基础研究了胸径与树高冠幅之间的关系，建立以胸径与树高关系为基础的林分树高曲线[9]，并对树高曲线进行经验回归模型拟合，树高生长曲线见图5。

从图5分布的散点图可以看出，杉木优势木的树高总生长量随胸径的增大而逐渐上升，近似直线。得出胸径与树高相关关系的最佳回归方程为：

Y=0.361 8X+4.497 9R2=0.796 5

式中，X表示胸径；Y表示树高。

由图6可知，杉木优势木的冠幅总生长量随胸径的增大而上升，前20 a生长聚集，随着数值的增加聚集强度逐渐减弱。在胸径最大值时冠幅达到了7.8 m。由此得出胸径和冠幅的相关关系的最佳回归方程为：

Y=0.137 9X+0.858 9R2=0.881 6

式中，X表示胸径；Y表示冠幅。

图5 杉木优势木胸径与树高的关系Figure5 Relationship between DBH and height of dominant wood

图6 杉木优势木胸径与冠幅的关系Figure6 Relationship between DBH and crown breadth of dominant wood

利用优势木树高、冠径的生长模型，结合杉木优势木生长规律，确定杉木人工林各时期的合理目标树数量（表2）。由表2可知，优势木胸径10 cm，优势木树高8.12 m，单位面积内的合理目标树为890株·hm-2。以此类推，胸径20 cm，25 cm，30 cm，35 cm，40 cm，45 cm，50 cm，55 cm，60 cm，优势木树高分别对应达到11.73 m，13.54 m，15.35 m，17.16 m，18.97 m，20.78 m，22.59 m，24.40 m，26.21 m，单位面积内的合理目标树分别为 340，240，178，138，109，89，74，62，53 株·hm-2。

表2 胸径生长与树高冠径目标树数量的关系Table2 Relationship between target tree number with mean DBH,dominant tree height and crown diameter

3 结论

（1）杉木人工林按发育阶段可以分为5个阶段。森林建群阶段优势木高度小于5 m；竞争生长阶段优势木高5～10 m，林分合理密度2 000株·hm-2左右；质量选择阶段优势木高10～15 m，林分合理密度1 500株·hm-2左右，目标树240株·hm-2左右；目标树生长阶段优势木高15～22 m，林分合理密度低于1 375株·hm-2，目标树90株·hm-2左右；大径级林分蓄积生长阶段优势木高于22 m，林分合理密度低于800株·hm-2，目标树60株·hm-2左右。

（2）杉木人工林按径级结构与密度分为4个阶段。优势木平均高8 m，林分密度超过2 500株·hm-2时，胸径10 cm以下树木接近90%，目标树900株·hm-2左右；优势木平均高12 m，林分密度低于2 000株·hm-2时，约50%以上林木胸径大于15 cm，目标树200株·hm-2左右；优势木平均高16 m，林分密度1 500株·hm-2时，胸径大于20 cm的林木接近20%，目标树140株·hm-2左右；优势木平均高20 cm，林分密度600株·hm-2时，胸径大于20 cm的林木超过90%，目标树90株·hm-2左右。

（3）杉木优势木胸径、树高、冠幅之间的关系：胸径与树高相关关系的最佳回归方程为：Y=0.3618X+4.4979，模型的拟合度R2=0.796 5，其中X表示胸径，Y表示树高。胸径和冠幅的相关关系的最佳回归方程为：Y=0.137 9X+0.858 9，模型的拟合度R2=0.881 6，其中X表示胸径，Y表示冠幅。

（4）经研究，杉木的树高、胸径、材积的生长率都呈现逐年降低趋势，树高较为明显[11]。树高、胸径、材积生长率最大值出现在10年生时，分别为5.278 7%，15.069%，25.895%；而50年生时仅为0.273 3%，0.186 9%，0.921 7%。本试验用杉木的树干解析资料研究其生长率的变化规律，其结果与蔡克孝[12]杉木幼苗生长规律的研究和俞新妥[10]杉木年生长规律的初步观察等结果一致。

综上所述，杉木在生长过程中生长率变化与林分郁闭度的大小密切相关，幼林时期生长率高，各项生长指标增长迅速，此时，应当加强水肥管理和适时抚育。提高杉木大径材优势木的生长量需合理的进行抚育间伐控制密度，保障优势木的生长空间，适时择伐是提高林木胸径、材积生长量最直接、最有效的经营措施。