造林密度对5 年生‘XL-90 杨’生长量的影响

唐 洁，李永进，杨 艳，汤玉喜，贺光宗，黄爱民

（1.湖南省林业科学院，湖南 长沙 410004；2.沅江市林业科学研究所，湖南 益阳 413100；3.永定区林业局资源林政管理站，湖南 张家界 427000）

关键字：美洲黑杨‘XL-90 杨’；造林密度；幼林；生长；林分蓄积量

南方型美洲黑杨Populus deltoides是长江中下洲地区短周期工业原料林建设的重要树种之一[1-3]。随着木材工业生产技术的不断创新及生态林业的可持续发展，对人工林定向培育提出了新要求，充分利用南方地区丰富的水、热资源等优越的自然地理条件，力争在有限的林地采用集约化经营在最短时间及单位面积上获得最大生物产量是短周期工业原料林发展趋势[4-5]。密度调控与植株配置是人工林生态系统经营管理中的重要环节，是控制林木生长与生物量积累的关键因素，对人工林生态系统的稳定性及生产力产生重要影响[6]。对北方型杨树人工林密度调控与生长量、木材性质、树冠结构、耗水等相关研究较多[7-10]。本文主要对湘北平原区不同造林密度南方型美洲黑杨‘XL-90 杨’P.deltoides‘Xianglin 90’ 5 年生林分的生长量、林分蓄积量变化进行研究，以期筛选出适宜南方型美洲黑杨短周期培育的造林密度及定植方式，为速生丰产林高效培育及林地生产力提高提供参考依据。

1 研究区概况

研究区位于湖南省岳阳市君山区，地理坐标为112°43′～ 113°15′ E，28°59′～ 29°38′ N，海拔28～ 35 m。属亚热带季风气候，年平均气温在16.2～ 17.8℃，极端高温为39.3℃，极端低温为－11.8℃，年平均降水量为1 237.9 mm，年均相对湿度为80%，具有气候温和湿润、光热充足、多风多雨、四季分明等典型特征。土壤为冲积母质发育而成的滩地特有潮土类型。

2 试验设计与方法

2.1 试验设计

试验林位于岳阳市君山区广兴洲镇。于2016 年3月，选择南方型美洲黑杨‘XL-90 杨’1 年生苗进行造林，以不同株行距配置方式依次设置6 种造林密度，株行距（造林密度）分别为2 m×4 m（1 250 株·hm-2）、3 m×4 m（833 株·hm-2）、4 m×5 m（500 株·hm-2）、4 m×6 m（417 株·hm-2）、5 m×5 m（400 株·hm-2）、5 m×6 m（333 株·hm-2），每种造林密度3 次重复，每个试验小区为0.27 hm2，共18 个小区，见表1。

表1 不同造林密度对林分平均胸径和树高生长量的影响Table 1 Effect of different density on mean DBH and height growth of P.deltoids ‘Xianglin 90’

2.2 调查方法

2019 年12 月，在不同造林密度5 年生试验示范林各试验小区分别一个设置20 m×30 m 的标准样地进行每木调查，记录林木胸径、树高等生长指标。杨树材积计算公式[6]：

式中，V表示材积（m3）；f为实验形数（f=0.34）；D为胸径（cm）；H为树高（m）。

2.3 数据处理与分析

试验数据采用Excel 2013 和SPSS19 软件进行整理与统计分析。

3 结果与分析

3.1 造林密度对胸径、树高生长量的影响

不同造林密度5 年生‘XL-90 杨’胸径、树高生长量状况见表1。由表1 可知，在417～ 1 250 株·hm-2密度范围内，林分的平均胸径随着林分密度的增大呈下降趋势。在417 株·hm-2的造林密度下林木的平均胸径达到最大，为23.27 cm，其与500 株·hm-2、833 株·hm-2、1 250 株·hm-2林分密度间有显著性差异（P＜0.05）；1 250株·hm-2林分密度下林木的平均胸径最低，为14.43 cm，相较于417 株·hm-2密度下胸径同比减少了38.0%。在333～ 417 株·hm-2密度范围内，417 株·hm-2林分密度的林木平均胸径与333 株·hm-2的无显著性差异（P＜0.05），与400 株·hm-2的有显著性差异（P＜0.05）。

不同密度林分平均树高生长量也具有一定差异。造林密度833 株·hm-2的林分平均树高最大，为17.40 m，但与417 株·hm-2的平均树高（17.13 m）间无显著性差异（P＜0.05）；1 250 株·hm-2的平均树高最小，为13.80 m，相比于833 株·hm-2密度下的树高同比减少了24.5%。平均树高由大到小对应的造林密度依次是833 株·hm-2、417 株·hm-2、333 株·hm-2、500 株·hm-2、400 株·hm-2、1 250 株·hm-2。由以上结果表明，5 年生 ‘XL-90 杨’从平均胸径、树高生长量来看，以造林密度为417 株·hm-2林分单株的生长量较大。

3.2 造林密度对单株材积、林分蓄积量的影响

不同造林密度5 年生‘XL-90 杨’单株材积、林分蓄积量情况见表2。由表2 可知，在417～ 1 250 株·hm-2密度范围内，林分单株材积随着密度的增大而减少。在417株·hm-2造林密度时林木的平均单株材积达到最大值，为0.291 m3。随着造林密度的进一步减少，林分平均单株材积变化不大，在333 株·hm-2密度时，其平均单株材积为0.280 m3，与417 株·hm-2之间无显著性差异（P＜0.05）。

不同密度林分的平均蓄积量之间存在一定差异。在造林密度为833 株·hm-2时，林分的平均蓄积量最大，为140.25 m3·hm-2，与其他造林密度间存在显著性差异（P＜0.05）。林分蓄积量由大到小对应的造林密度依次是833 株·hm-2、417 株·hm-2、1 250 株·hm-2、333 株·hm-2、500 株·hm-2、400 株·hm-2。由以上结果表明，5 年生 ‘XL-90 杨’以417 株·hm-2造林密度的单株材积生长量较大，而林分蓄积量由大到小对应的造林密度则依次为833 株·hm-2、417 株·hm-2、1 250 株·hm-2。

表2 不同造林密度对林分单株材积、蓄积量的影响Table 2 Effect of different density on single tree volume and growing stock

3.3 不同造林密度对5 年生‘XL-90 杨’生长的综合评价

采用因子分析综合评价方法[11]，对5 年生‘XL-90 杨’的胸径、树高、单株材积、单位面积蓄积量等生长指标进行分析，筛选出短周期定向培育最佳造林密度。由表3 可知，第1、第2 主成分的累积贡献率达到96.314%，代表了原变量的大部分信息。由表4 可知，第1 主成分因子载荷较高的有X1，X2，X3，其中，以X3载荷量最大；第2 主成分因子载荷最大的是X4。经数据降维处理，以第1、第2主成分为坐标轴，作因子载荷图（图1）。由图1 可知，胸径、树高、单株材积等均以单株蓄积量为主聚为一类。由因子载荷矩阵将两个公因子表示为4 个指标的线性形式，因子得分函数为：

表3 初始特征值、贡献率和累积贡献率Table 3 Initial eigenvalue,contribution rate and cumulative contribution rate

按各公因子对应的方差贡献率为权数计算得出主成分综合评价模型为：

通过综合得分验证了以单株材积、单位面积蓄积量为培育目的最佳造林密度及株行距配置分别是417 株·hm-2（4 m×6 m），833 株·hm-2（3 m×4 m）。

表4 因子载荷矩阵及得分函数Table 4 Factor loading matrix and factor score function

4 结论与讨论

4.1 结论

本研究中，综合考虑了‘XL-90 杨’速生人工林培育在不同造林密度对应的林分生长、蓄积量等因素，确定了‘XL-90 杨’5 年生林分以单株材积和林分蓄积量为培育指标选择的最佳造林密度及定植方式分别为417株·hm-2（4 m×6 m）和833 株·hm-2（3 m×4 m）。当然，随着林龄的增长林分空间的光热资源及林地养分含量都在变化，故 ‘XL-90 杨’不同林龄适应的造林密度配置还需进一步研究。同时，在实际造林中应根据不同立地条件、经营水平和定向培育目标合理控制林分密度。

图1 因子载荷图Figure 1 Factor load diagram

4.2 讨论

确定合理的造林密度是南方型杨树集约栽培的重要技术环节[12-15]，造林密度是影响人工林郁闭时间、发挥森林功能和木材产量质量的重要因素，直接影响着作为工业原料林的利用价值[16-17]。本研究中，在造林密度为333～ 1 250 株·hm-2范围内，5 年生南方型美洲黑杨‘XL-90 杨’随着造林密度的降低，其平均胸径、树高、单株材积均呈增加趋势，造林密度降低至417 株·hm-2且株行距为4 m×6 m 时各项生长指标达到最大值，密度降低至333 株·hm-2时，其生长指标与其他造林密度间的差异均达到了显著水平（P＜0.05）。这是由于随着造林密度的降低，单株林木的生长环境空间变大，林木对光、温、水和养分利用充分，林地生产力和森林资源功能得到最大发挥，这种现象符合密度竞争效应的一般规律[18-19]。

林分蓄积量主要由单株材积和造林密度两个因子决定[14-15]，就林分整体而言，随着造林密度的增加林分对林地资源的获取和利用越多，林分总生长量就越大。本研究调查中，造林密度在417 株·hm-2时林木的平均单株材积达到最大值，为0.291 m3，林分蓄积量为117.795 m3·hm-2，仅次于造林密度为833 株·hm-2时林分的平均蓄积量最大值140.25 m3·hm-2，833 株·hm-2造林密度的林分蓄积量与其他造林密度间的差异达到了显著水平（P＜0.05），其次为417 株·hm-2与1 250 株·hm-2，二者的林分蓄积量间无显著性差异。因此，在培育高群体产量短轮伐期纤维材林分时可选择平均蓄积量较大的造林密度。