造林密度对15年生马尾松生长和材性的影响

徐慧兰，颜培栋，杨章旗

(广西壮族自治区林业科学研究院用材林所，广西 南宁 530002)

马尾松(PinusmassonianaLamb.)是我国南方重要的乡土造林树种，具有生长快、适应性强的特点，广泛应用于造纸、建筑和松脂产业，其人工培育已经有50 a的历史，对其栽培措施和营林技术的研究已达到很高的水平[1-3]。造林密度直接影响人工林的各项指标，根据不同培育目的确定合理的造林密度是营林的重要组成部分，合理的造林密度对马尾松人工林高产高效起着关键作用。已有研究表明，造林密度对树高无显著影响[4-8]，对胸径、冠幅、单株材积、蓄积量和年轮宽度有显著影响[6-11]，对晚材率和木材基本密度有一定影响[12-15]。对纤维形态的研究结果显示，造林密度对马尾松各个纤维形态指标的影响没有达到统计学的显著水平，仅有一定的规律性[16]。已有的研究的分析对象选取的是每个造林密度的平均木，没有对林内不同径级的立木进行细致分析研究。鉴于此，以不同径级立木为研究对象，对15年生不同造林密度马尾松的生长、年轮宽度、晚材率、木材基本密度和径向变化规律进行了分析，为培育马尾松优质高效用材林提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 材料来源

试验地设在广西壮族自治区横县镇龙林场，位于横县最北端的镇龙乡境内，北纬23°02′～23°08′，东经109°08′～109°19′，平均海拔300 m，最高处海拔660.8 m，最低处海拔203.0 m，属南亚热带季风气候区，年平均气温21.5 ℃，年降水量1 427 mm，气候温和，雨量充沛。土壤主要是细石英岩和泥质粉砂岩发育形成的赤红壤，pH值6.0～7.5。参试树种为广西马尾松优良家系桂MVF443号，1997年7月8日造林，密度试验设计4种不同的初植密度：2 500株 · hm-2(2 m×2 m)、3 300株 · hm-2(1.5 m×2.0 m)、4 500株 · hm-2(1.5 m×1.5 m)和6 000株 · hm-2(1.00 m×1.67 m)，分别以A、B、C和D表示，设置4次重复，16个小区，每小区面积400 m2，共6 400 m2。此4种初植密度是广西马尾松纸浆材和短周期工业用材常见的造林密度。造林时，选择Ⅰ级营养杯苗木栽植，苗高15 cm左右；挖明穴，规格40 cm×30 cm×30 cm，重复均沿等高线设计，株行距按试验设计布置，每个重复内立地条件基本一致。定植后前3 a的5—6月和9—10月除草抚育，后无间伐抚育和施肥，无人为影响，保证试验林处于自然稀疏条件。每年年底测定1次树高、胸径生长量、枝下高和冠幅大小，同时调查保存率，连续观测至2019年。

1.2 试验方法

根据不同径级选取测定对象，每个径级选择5株。此试验15年生马尾松最小径级6，最大径级28。A造林密度缺失6～8径级立木，C、D造林密度24径级以上的立木少于5株，因此，取10～22径级为分析对象。选定立木后，用直径12 mm的生长锥在立木树高1.3 m的南面位置钻取一根树皮至髓心的完整木芯，置于塑料管，密封，编号。根据GB/T 1930—2009[17]的方法，测定年轮宽度和晚材率。木芯以5 a为一个单位分3段，并对每个分段的木芯采用最大饱和含水量法测定密度。以广西马尾松经济材出材率表计算单株材积：

V=0.714 265 437×10-4D1.867 008H0.901 463 2

(1)

式中：V表示单株材积(m3)；D表示胸径(cm)；H表示树高(m)。

1.3 数据分析

用SPSS 19.0软件进行单因素方差分析和最小显著差异(least-significant difference, LSD)比较、MATLAB 2009软件进行曲线拟合，Excel 2007软件作图。

2 结果与分析

2.1 造林密度对15年生马尾松径级结构和生长的影响

造林密度对林分径级结构和生长的影响非常显著。不同造林密度下15年生马尾松的径级结构分布如图1所示，林分径级分布曲线随造林密度的增大向小径级偏移，造林密度大的林分径级分布广，径阶结构比较分散。按试验林平均16径级为标准，A和B造林密度胸径≥16径级的株数分别占65%和58%，C造林密度和D造林密度胸径<16径级的株数约占54%和61%。为了更好了解径级之间的差异，按10～12、14～16、18～20和22径级划分为4个径级进行比较，径级结构差异主要表现在A和B、C和D之间。14～16径级是不同造林密度之间分布百分比最接近的径级组合，虽然立木保存数量有差异，但保存比例都在26%～33%之间，相对于其它径级差异较小。

图1 不同造林密度下15年生马尾松林的径级结构分布

不同造林密度对15年生马尾松生长的影响如表1所示。不同造林密度对各个生长指标的影响差异均达极显著水平(P<0.01)，根据F值的大小得出影响的显著顺序为冠幅>胸径>单株材积>树高>枝下高，胸径与冠幅呈极显著相关。与已有的研究结果不同[4-8]，树高生长与造林密度的相关性较高，即造林密度越高，树高越低，具有规律性。不同造林密度的枝下高均值相差不多，受造林密度影响不大，这与已有的研究结果不一致[9,18]。

表1 不同造林密度对15年生马尾松生长的影响

不同造林密度15年生马尾松生长数据最小显著差异的两两比较均值差如表2所示，A/C、A/D和B/D的差异最显著。与表1的方差分析结果一致，冠幅和胸径是差异最大的两个生长指标。

表2 不同造林密度15年生马尾松生长数据LSD均值差

2.2 造林密度对15年生马尾松材性的影响

2.2.1 年轮宽度和晚材率 4种造林密度的年轮宽度和晚材率径向变异如图2所示，不同造林密度的年轮宽度和晚材率均未达到显著差异水平。为了更准确地判断造林密度对这两个指标的影响，使用了拟合曲线显示其趋势和大小。全径级年轮宽度和晚材率的变化拟合曲线如图2(a)所示，不同造林密度下，这两个指标的差异大小及变化趋势仍然存在，但差异未达到显著水平(P>0.05)。有研究表明[13-14]，9 a之前，造林密度对年轮宽度没有影响，从9 a开始影响显著增强。从图2(a)可以看出，年轮宽度在第11～15年轮呈显著差异，晚材率在第9～15年轮呈显著差异，这表明造林密度在早期对年轮宽度和晚材率的影响有限，9 a之后开始有显著影响。图2(b)～2(e)是不同造林密度下不同径级的年轮宽度和晚材率径向变异曲线。造林密度越高，年轮宽度峰值出现的时间就越早，晚材率也相对较高；14～16径级的年轮宽度和晚材率的差异最大，趋势也最明显，差异最不明显是10～12径级。

注：B造林密度下22 径级的试件只有2个，故图2(e)缺失B造林密度数据。Note: in Figure 2(e), the data of planting density B was missing because there were only two specimens of the 22 diameter class.

2.2.2 木材基本密度 不同造林密度之间木材基本密度的差异没有达到显著水平。图3是不同造林密度下木材基本密度的径向变异曲线。从图3(a)可以看出，造林密度越大，木材基本密度越大，D造林密度下的木材基本密度高于其余3个造林密度。第1段(1～5年轮)木材基本密度差异不明显，而第2段(6～10年轮)和第3段(11～15年轮)的密度差异相对显著。不同造林密度下，木材的基本密度大小为D>C>B>A，D比C大3.6%，C比B大4.2%，B比A大1.6%。造林密度降低，径向生长旺盛，有利于木材产量的增加，但是晚材的比例随之下降，导致木材基本密度减小。造林密度高，径向生长受到限制，晚材的比例相对提升，导致木材基本密度增大。图3(b)～3(e)是不同造林密度下不同径级木材基本密度的变异曲线，不管是大径级还是小径级，D造林密度的木材基本密度，除了1～5年轮段外，都远高于其余3种造林密度，这与前面的晚材率分析结果一致。利用初植密度可以在一定范围内调整木材密度，从而达到改善材性的要求。同年轮宽度和晚材率结果一样，14～16径级的木材基本密度差异最显著。

图3 不同造林密度下木材基本密度的径向变异曲线

2.3 适宜造林密度的选择

以木材干物质产量(单株材积×木材基本密度)为主要评判标准[19]，同时考虑各个径级立木的保存量，进而决定符合造林目标的适宜造林密度，这种分析方式的优点在于同时考虑了造林密度对生长性状、材性性状和立木保存量的影响。15年生马尾松4种造林密度的保存比例依次是41.2%、51.1%、54.9%和64.0%，保存比例低是由于无人为影响下的自然稀疏导致的结果。不同径级标准下，单株材积差异不大，所以本研究选择其平均值，不再细分为各个造林密度的单株材积。不同造林密度下，不同径级的木材基本密度和立木保存量如表3所示。10～12径级和14～16径级木材干物质最高产量均是D造林密度，18～20径级木材干物质最高产量的是B造林密度，22径级木材干物质最高产量的是A造林密度，C造林密度无一径级木材干物质产量高于其它造林密度。每个造林密度干物质产量最多的都是18～20径级的立木。单株材积的差异相对固定，木材基本密度的绝对差异小，所以木材干物质产量基本取决于立木保存量。考虑到保存立木径级结构和最初投入成本的差异，如果造林目标是大径级选育可选择A造林密度，因为A造林密度下的立木成长为大径级的潜力比其它造林密度大。造林目的是纸浆材或是纤维板和刨花板原料，选D造林密度，因为不同造林密度下18径级以上的干物质产量差异并不大，且16径级以下的干物质产量明显高于其它造林密度，同时，D造林密度的木材基本密度均高于其它造林密度，相应的部分力学性能也会高于其它造林密度。

表3 木材干物质产量

3 结论

不同造林密度对15年生马尾松林分径级结构的影响非常显著，造林密度对胸径、树高、冠幅和单株材积的影响是负相关且极显著(P<0.01)，影响的显著顺序为冠幅>胸径>单株材积>树高>枝下高。树高生长与造林密度的相关性较高，即造林密度越高，树高越低，具有规律性。不同造林密度的枝下高均值相差不多，受造林密度影响不大。树高和枝下高有如此表现可能与林地自然稀疏条件有关。

不同造林密度间年轮宽度和晚材率都未达到显著差异水平。造林密度越高，年轮宽度的峰值出现越早，晚材率相对高，其径向变异趋势一致。不同造林密度间的木材基本密度未达到显著差异水平。不同造林密度下15年生马尾松的木材基本密度大小顺序为D>C>B>A，说明初植密度可以在一定范围内调整木材基本密度，从而达到改善材性的需求。如造林目的是大径级选育，则可选A造林密度，因该密度下的立木成长为大径级的潜力比其它造林密度大。若造林目的是纸浆材或是纤维板刨花板原料，最好选择D造林密度，因为该密度下各径级的干物质产量之和最高，且该密度的木材基本密度高于其它造林密度。

年轮宽度、晚材率和木材基本密度的分析结果显示，不同造林密度间14～16径级的径向趋势和差异均大于其它径级，具体原因还有待进一步研究。分析不同林分的立木基本性状时，分径级选取的方法可作为平均木选取方法的补充和参考。