雪峰山区杉木大径材培育立地及密度控制研究

徐清乾，黄 帆，张 勰，王湘莹，梁贵明

(1.湖南省林业科学院，湖南 长沙 410004；2.会同县林业科学研究所，湖南 怀化 418300)

杉木CunninghamiaLanceolata为我国南方首要的人工造林树种，栽培历史两千余年，有专家称其为“国树”，具有适应性强、生长速度快、产量高、材性好、经济效益显著等特点，在整个国民经济建设中占有重要地位。其面积占全国人工造林面积的15%，木材产量占全国商品材总产量的25%。湖南杉木林面积、蓄积量分别占全国的28%和30%，均居全国第一，主要集中在雪峰山区。杉木大径材木材密度较高，色泽较红，是优良的家具材、建筑材和装饰材，在市场竞争中相对中小径材有明显的优势，生产杉木大径材前景广阔[1-2]。近年来，有很多研究人员，通过对杉木主产区大径材形成的研究，总结出杉木大径材人工林材种结构和杉木大径材全周期经营措施[3-7]。湖南雪峰山区作为杉木中心产区，也积累了大量的杉木大径材培育技术，本文对该区域杉木大径材培育立地及密度控制研究结果作出报导，以期为全国杉木大径材营林生产提供技术参考。

1 试验区概况

试验地位于会同县林业科学研究所地灵村科研基地，该区域具雪峰山区典型立地特征。中心点地理坐标109°36′30″E、26°41′46″N，属中亚热带湿润季风气候区，光热充足、气候温和，雨量充沛。自造林年份至今，年均日照时长1475h，日均气温17.1℃，10℃以上的年均活动积温5475℃，年均降水量1446 mm，年均相对湿度81.4%，年均无霜期288 d。试验区处于地形复杂、中低群山延绵起伏的大环境，围绕小型水库的小环境。海拔260～520 m，坡度15～30°。林地土壤为板页岩发育而成的山地红黄壤，土层厚60～80cm，有机质含量2.3%，pH值6.1～6.8，区域内十分适宜高效培育杉木大径材[8]。

试验林行列成直线放样，中穴(40 cm×40 cm×35 cm)整地，于1987年3月采用会同县杉木初级种子园混和种1年生裸根苗造林。立地指数有16、18、20三种类型，用于择伐作业的林分初植密度1 800株·hm-2，对照林分(经营中一直不择伐)的初植密度2400株·hm-2。以伐小留大、保留木相对均匀为原则，于1996年(10年生时)进行第一次择伐，2006年(20年生时)进行第二次择伐。

2 研究方法

2.1 试验设计

择伐试验采用双因素随机区组设计，立地条件设置Ⅰ(16级)、Ⅱ(18级)、Ⅲ(20级)3个立地指数水平，保留密度设置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 个水平，小区面积400 m2(20 m×20 m标准地)，各组合重复3次，共计63块永久样地。保留密度通过10年生、20年生两次择伐实现，对照CK不择伐，一直保留初植密度。

2.2 数据采集及处理

2.2.1 数据采集 树龄10年生、20年生两次择伐时，测量54块择伐标准地每株间伐木的树高和胸径，树龄31年生时，对全部63块样地的每株立木测定树高和胸径，计算单株材积见公式(1)。

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

(1)

式中:D为胸径(cm)，H为树高(m)，V为材积(m3)。

2.2.2 数据处理 应用Excel 2010和SPSS 10.0软件进行数据处理、作图和分析。

3 结果与分析

3.1 不同立地指数级、保留密度各径阶株数分布

各径阶株数百分比列表1，并以表1数据分别16、18、20立地指数作各径阶株数百分比分布图(见图1、图2、图3)。

通过表1分类统计可知，16、18、20立地指数林分的平均胸径分别为21.6、22.5、23.2 cm，呈现随着立地指数的提高，林分平均胸径逐渐增加的明显规律；保留密度A、B、C、D、E、F林分的平均胸径分别为21.6、22.2、22.4、23.0、22.8、22.5 cm，呈现随着保留密度的提高，林分平均胸径先增加后减少的规律，以保留密度D(975株·hm-2)的林分平均胸径达极高点。16、18、20立地指数对照林分的平均胸径分别为19.5、20.2、20.5 cm，在所有保留密度中均处于垫底的位置[9-11]。

表1 不同立地指数级和保留密度各径阶株数百分比Tab.1 Percentage of each diameter in different site indexes and retention densities%立地指数密度径阶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

从图1、图2、图3可以看出，16、18、20立地指数级不同保留密度的31年生林分，各径阶株数百分比均呈中值附近为最高点、小径材偏多、特大径材偏少的非对称抛物线分布，抛物线高点分别为胸径24、25、26 cm处，并呈现出随着立地指数的提高，抛物线左侧小径材比例减少，抛物线右侧大径材比例增多的趋势。未通过择伐处理(2 400株·hm-2)的31年生对照林分，各径阶株数百分比为对称的正态分布，16、18、20立地指数的正态分布线高点分别为胸径21、22、23 cm处[12-15]。

3.2 不同立地指数级、保留密度大径材株数百分比

3.2.1 大径材株数百分比方差分析 以带皮胸径大于25.0 cm定义为大径材，大径材株数百分比方差分析列表2。

表2 大径材株数百分比方差分析Tab.2 Variance analysis of percentage of large diameter trees 分析指标变异来源平方和df均方F Sig.模型30 391.493 376.8725.70.000立地指数185.5292.8 19.90.000大径材株数占造林株数百分比保留密度 1 003.76 167.3 35.90.000误差55.8124.7总计30 447.221模型124 651.6913 850.2475.70.000立地指数467.32233.78.00.005大径材株数占现立木株数百分比保留密度14 743.56 2 457.2 84.40.000误差349.41229.1总计125 000.921

由表2可知，不同立地指数间、不同保留密度间，大径材株数占造林株数百分比与占现立木株数百分比的差异均达到极显著差异水平(Sig<0.01)。

3.2.2 大径材株数百分比平均值比较 不同立地指数和保留密度的31年生林分，大径材株数百分比平均值列表3，以16、18、20立地指数分类作图4、图5、图6。

由表3可知，随着立地指数的提高，16、18、20立地指数大径材株数占造林株数百分比逐渐提高，平均值分别为33.4%、37.9%、40.6%；大径材株数占现立木株数百分比也逐渐增加，平均值分别为66.0%、73.1%、77.5%。由图4、图5、图6可见，随着保留密度的提高，保留密度A、B、C、D、E、F、CK大径材株数占造林株数百分比呈先渐增后渐减趋势，平均值分别为32.0%、37.0%、40.3%、44.4%、44.3%、39.4%、23.5%；大径材株数占现立木株数百分比呈高点100%逐渐减少趋势，平均值分别为100.0%、95.3%、89.9%、81.5%、65.1%、46.7%、23.5%。

表3 不同立地指数级、保留密度大径材株数百分比Tab.3 Percentage of large diameter trees in different retention densities and site indexes%大径材株数百分比立地指数密度ABCDEFCK平均1630.633.334.737.538.937.521.333.4大径材株数占造林株数百分比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大径材株数占现立木株数百分比18100.0100.096.878.068.045.223.473.120100.0100.0100.097.469.350.025.777.5

3.3 不同立地指数级、保留密度各材种材积量

以径阶26 cm及以上、18～24、12～16、8～10、6 cm及以下划分为大径材、中径材、小径材、小条木、薪材5个材种，不同立地指数级、保留密度林分各材种材积量列表4。

通过表4数据计算可知，随着立地指数的提高，16、18、20立地指数单位面积大径材材积(含间伐大径材)逐渐提高，平均值分别为316.2、364.2、410.1 m3·hm-2；单位面积总材积量(含所有间伐材)也逐渐提高[14-15]，平均值分别为703.4、766.8、808.8 m3·hm-2。

随着保留密度的提高，单位面积大径材材积量呈先渐增后渐减趋势[16-17]，保留密度A、B、C、D、E、F、CK下单位面积大径材材积量平均值分别为578.5、604.3、632.1、649.3、668.9、633.4、585.5 m3·hm-2；单位面积总材积量也呈渐增后渐减趋势，其平均值分别为714.9、742.1、784.6、811.0、804.7、749.9、759.6 m3·hm-2。

表4 不同立地指数级、保留密度31年生林分各材种材积(含间伐材)Tab.4 Stand volume of 31 years in different retention densities and site indexs(m3·hm-2)立地指数材种保留密度ABCDEFCK大径材363.2395.9418.1433.2453.3444.2316.2中径材212.0219.5203.1206.3199.7220.1319.116小径材44.932.737.537.734.422.457.8小条木6.95.06.05.95.69.59.5薪材0.80.80.80.90.90.91.1合计627.8653.9665.6683.7693.6696.8703.4大径材478.7524.6600.8610.7603.9498.3364.2中径材215.9197.0166.1186.2224.9224.6338.318小径材44.036.339.628.427.931.756.9小条木5.64.55.45.32.74.16.5薪材0.80.80.90.60.30.61.1合计744.6763.1812.7831.0859.8759.2766.8大径材500.3559.2649.7685.2630.8517.2410.1中径材222.9212.9187.1212.9196.2247.8339.620小径材43.832.433.616.229.424.551.3小条木4.84.14.83.84.13.86.8薪材0.80.80.80.50.50.81.1合计772.4809.3875.6918.3860.6793.8808.8

4 结论与讨论

(1)不同立地指数间、不同保留密度间，大径材株数占造林株数百分比与占现立木株数百分比的差异均达到极显著差异水平。

(2)含间伐木在内，16、18、20立地指数通过择伐的林分，各径阶株数百分比呈现出胸径中值24、25、26 cm处为最高点、小径材偏多、特大径材偏少的非对称抛物线分布，造成这种非对称抛物线分布是由于两次择伐，偏小的间伐株只有10～20年生，而其它株是31年生；未择伐的对照林分，由于没有人为择伐，呈现胸径中值21、22、23 cm处为最高点的对称正态分布。

(3)16、18、20立地指数的择伐林分，不同保留密度平均胸径分别为21.6、22.5、23.2 cm，对照平均分别为19.5、20.2、20.5 cm，处于垫底的位置，均呈现随着立地指数的提高，林分平均胸径增加的明显规律。保留密度A、B、C、D、E、F、CK，不同指数平均胸径分别为21.6、22.2、22.4、23.0、22.8、22.5、20.1 cm，呈现出随着密度的提高，先增加后减少的规律，975株·hm-2处达极高点、2 400株·hm-2的对照为极低点。

(4)随着立地指数的提高，16、18、20立地指数大径材材积和总材积均呈逐渐提高趋势；随着保留密度的提高，大径材材积和总材积均呈先渐增后渐减趋势。综合考虑立地条件与保留密度，16立地指数保留1 200～1 500株·hm-2为宜，至31年生，收获大径材材积444.2～453.3 m3·hm-2，总材积693.6～696.8 m3·hm-2；18立地指数保留975～1200株·hm-2为宜；至31年生，收获大径材材积603.9～610.7 m3·hm-2，总材积831.0～859.8 m3·hm-2；20立地指数保留750～975株·hm-2为宜；至31年生，收获大径材材积649.7～685.2 m3·hm-2，总材积879.2～918.3 m3·hm-2。建议生产单位根据立地条件，采取以上密度控制技术指导杉木大径材培育营林择伐。