杉木大中径材高效栽培模式研究

陈代喜，戴 俊，陈 琴，蓝 肖，罗启亮，贺锦锋，唐 文，蒙跃环，唐红亮，董利军，王晓波，刘凡胜，谭文婧，黄光友

（1.广西壮族自治区林业科学研究院，广西南宁 530002；2.融安县西山林场，广西融安 545400；3.融水苗族自治县国营贝江河林场，广西融水 545300；4.全州县咸水林场，广西全州，541500；5.南丹县山口林场，广西南丹 547000）

杉木（Cunninghamia laceolata）是我国特有的优良速生针叶用材树种，种植面积达1 093 万hm2，蓄积量达7．26 亿m3，分别占全国主要优势树种面积和蓄积量的6．7%和4．9%[1-3]。长期以来，我国杉木经营以高密度为主要模式，以中小径材为经营目标，大径材培育目标与技术不明确[4-5]。随着市场对杉木材种需求的多样化，大中径材供需矛盾日益凸显。杉木大中径材培育技术的研究与推广是杉木乃至我国人工用材林提高培育质量和优化产业结构的迫切需求和有效途径。培育大中径材可避免人为活动频繁导致的生物多样性破坏以及水土流失，可有效改善生态环境和气候条件，也是生态建设的需要。近年来，越来越多的学者致力于杉木大中径材定向培育研究，并取得一定成效[6-11]。本研究以广西融安县西山林场、融水苗族自治县国营贝江河林场、全州县咸水林场和南丹县山口林场等不同气候区域3 ～27年生杉木种质控制、立地控制和密度控制试验示范林的长期观测数据为依据，从遗传控制、立地控制、密度控制和抚育管理等关键技术方面分析与探讨杉木大中径材培育技术，确立杉木大中径材培育的最佳种质材料、立地条件、初植密度、抚育次数、间伐次数及强度、保留密度和主伐林龄等关键因子，建立杉木大中径材高效栽培模式，可为杉木大中径材的培育提供有效的技术指导。

1 材料与方法

1．1 试验地概况

试验地包括西山林场（109°18′E，25°12′N）、贝江河林场（108°35′E，24°49′N）、咸水林场（110°75′E，25°52′N）和山口林场（107°55′E，24°42′N），均属中亚热带季风气候（表1）。

表1 试验地概况Tab.1 Basic situation of test sites

1．2 材料

材料来源于西山林场、贝江河林场、咸水林场和山口林场的种质控制、立地控制和密度控制试验示范林。试验示范林于1993 — 2017年造林，林龄为3 ～27年，造林苗木种子来源于各试验点的杉木种子园良种。造林苗木为裸根苗和轻基质容器苗，苗木等级为Ⅱ级以上，即裸根苗苗高27 cm 以上、地径0．35 cm 以上，轻基质容器苗苗高20 cm 以上、地径0．30 cm 以上。整地方式为穴状整地，穴规格为40 cm×40 cm×40 cm（底长×底宽×深），株行距为2 m×2 m 或2．5 m×2 m，部分施肥抚育试验林整地时配合开展不施基肥、施基肥和施基肥+追肥的试验处理。初植密度为2 000 ～2 500 株/hm2，在12月至翌年3月的阴天或雨后造林。造林后，幼林连续抚育3年，每年3 ～4次，第1次在3月中旬，第2次在6月中旬，第3次在8月中旬，第4次在10月中下旬；1年抚育3 次的林分，最后1 次抚育推迟1 个月。幼龄林期，连续施肥3次，施用杉木1号专用肥，第1次在造林当年3个月后施0．25 kg/株；第2次在翌年4—5月施0．25 kg/株；第3次在第3年4—5月施0．50 kg/株。

种质控制试验林林龄为12 ～26年，以当地普通种林分为对照，良种林分和对照林分同一年造林，并采用相同的造林密度和抚育管理措施。立地控制试验示范林选择在不同的立地指数、海拔及坡向、坡位造林，立地指数为14 ～22，海拔为＜200、200 ～400 、400 ～600、600 ～800 和800 ～1 000 m，坡向为东、南、西、北、东南、东北、西南和西北，坡位为上、中、下以及山脊。密度控制试验示范林在良种林分基础上，对不同立地条件及林龄的林分进行不同强度（间伐1 次、2 次和3 次）的抚育，将保留密度控制在800 ～1 000、1 000 ～1 200、1 200 ～1 400、1 400 ～1 600 和1 600 ～1 800 株/hm2。间伐后开展追肥和不追肥试验，中龄林期施用杉木2 号专用肥，第1 次间伐追肥0．50 kg/株，第2 次间伐追肥1．00 kg/株，第3 次间伐追肥1．00 kg/株，以不追肥为对照。

1．3 方法与数据处理

2014年11月—2020年10月，对各试验点的试验示范林进行抽样调查，共调查样地144块，样地面积为600 m2。其中，西山林场42 块，贝江河林场34块，咸水林场24 块，山口林场44 块。对样地进行每木调查，采用VertexⅣ超声波测高测距仪及测高杆测定林木树高（精确至0．1 m），采用测树钢圈尺测定林木胸径（精确至0．1 cm）。详细记录样地海拔、地形地貌、土壤特征及营林技术措施。

分别计算每块样地林分的平均树高、胸径和单株材积。单株材积（V，m3）的计算按照广西林业勘测设计院编制的杉木立木蓄积量计算公式进行[12]：

V=0．656 71×10-4D1．769412H1．069769

式中，D为胸径（cm）；H为树高（m）。

按照LY/T 1384-2007[13]的相关标准划分大、中和小径材。

采用Excel 2010 和SPSS 18．0 软件进行数据的汇总及统计分析；以单因素方差分析（one-way ANOVA）和Duncan 新复极差法比较不同数据间的差异。

2 结果与分析

2．1 种质材料与培育大中径材的关系

采用杉木良种造林，良种林分的树高、胸径和蓄积量均显著（P＜0．05）或极显著（P＜0．01）高于普通种林分（CK）（表2）。咸水林场12年生良种林分的树高、胸径和蓄积量比CK 分别高出33．70%、42．02%和73．85%，20年生时高出59．80%、27．22%和75．51%；贝江河林场12年生良种林分的树高、胸径和蓄积量比CK 分别高出15．24%、32．28% 和25．44%，22年生时分别高出25．74%、14．04% 和59．71%；西山林场12年生良种林分的树高、胸径和蓄积量比CK 分别高出52．69%、49．60%和136．36%，26年生时分别高出58．16%、31．09%和145．99%；山口林场21年生良种林分的树高、胸径和蓄积量比CK分别高出34．78%、40．46%和77．69%。

咸水林场20年生良种林分大中径材株数占比为72．40%（CK 32．00%），大中径材蓄积量占比为91．24%（CK 60．87%）；山口林场21年生良种林分大中径材株数占比为89．66%（CK 37．49%），大中径材蓄积量占比为94．74%（CK 55．22%）；贝江河林场22年生良种林分大中径材株数占比为71．50%（CK 30．00%），大中径材蓄积量占比为83．60%（CK 47．36%）；西山林场26年生良种林分大中径材株数占比为99．60%（CK 54．60%），大中径材蓄积量占比为100．00%（CK 76．20%）（表3）。20年生以上的良种林分中有70．00%以上林木可达大中径级，26年生时100%的林木达大中径级。

使用优良的种质材料培育杉木大中径材，可提高林地单位面积产量，也可有效地优化材种结构，提高大中径材等高规格材的比例。在优良种质的前提下，选择壮苗造林，可取得更好的效果。

表2 不同种质来源对林分生长的影响Tab.2 Effects of different germplasm sources on growth of stands

表3 不同种质来源对林分径级结构的影响Tab.3 Effects of different germplasm sources on diameter structure of stands

2．2 立地条件与培育大中径材的关系

立地指数对杉木林分生长量及木材径级结构影响显著（P＜0．05）（表4）。立地指数为14 时，19年生林分中，中径材株数和蓄积量占比均小于50．00%，该立地条件下适宜培育中小径材。立地指数为16 时，19 ～22年生林分总蓄积量为283．3 ～382．4 m3/hm2，有70．00%以上的林木为大中径材，大中径材蓄积量占总蓄积量的82．49% ～93．66%；其中，中径材的株数和蓄积量占比均大于50．00%，大径材所占比例仍较小；该立地条件下适宜培育中径材。立地指数为18 时，19 ～22年生林分总蓄积量为370．7 ～482．2 m3/hm2，有70．00%以上的林木为大中径材，大中径材蓄积量占总蓄积量的86．09% ～94．20%；其中，大径材的株数占比约30．00%，蓄积量占比约50．00%；该立地条件下适宜培育大中径材。立地指数≥20 时，当密度为800 ～1 000 株/hm2时，21年生林分总蓄积量为509．2 ～759．0 m3/hm2，有64．54%～89．09%的林木为大径材，大径材蓄积量占总蓄积量的77．60%～94．05%；在贝江河林场22年生保留密度为1 300 ～1 500株/hm2的林分中，由于密度过大，大径材比例较低；该立地条件下适宜培育大径材，但需控制林分保留密度。

贝江河林场的林分生长量在不同海拔区间差异显著（P＜0．05）；海拔对树高生长的影响最大，位于200 ～600 m 海拔区间内林分的树高极显著高于200 m 以下海拔区间内的林分（P＜0．01）；位于400 ～600 m海拔区间内林分的年均蓄积量显著高于200 m以下海拔区间内的林分（P＜0．05）（表5）。其他试验点的林分生长量在不同海拔区间差异不显著。从数值上看，400 ～800 m 的海拔范围最适合杉木林分生长；200 ～400 m的海拔范围也可种植杉木，但林分生长稍差；在过低的海拔（＜200 m）种植杉木，难以获得理想的林分生长量。

不同坡向或坡位间树高差异显著（P＜0．05）（表6）。东坡、南坡、西坡和东北坡树高生长较好，西北坡树高生长最差。从树高、胸径和蓄积量总体来看，东坡和南坡表现较好；西坡、东南坡、东北坡和西南坡几个坡向间林分生长差异不大；北坡和西北坡林分生长稍差。从坡位来看，中和下坡林分的树高均显著高于山脊上的林分（P＜0．05），中坡的林分生长最好，其次为下坡，再次为上坡。

在杉木大中径材培育过程中，选择海拔400 ～800 m、立地指数16 ～18 的地块培育中径材或大中径材，立地指数大于20 的地块培育大径材最为适宜，并选择东坡、南坡、西坡、东南坡、东北坡和西南坡，坡位为中坡或下坡的地块进行造林，可获得更高的林分生长量，山脊上不宜培育杉木大中径材。

表4 不同立地条件对林分生长的影响Tab.4 Effects of different site conditions on growth of stands

表5 不同海拔对林分生长的影响Tab.5 Effects of different elevations on growth of stands

续表5 Continued

表6 地形因子对林分生长的影响Tab.6 Effects of terrain factors on growth of stands

2．3 密度控制与培育大中径材的关系

林分保留密度对林分树高、胸径、蓄积量和木材径级结构均有一定影响，根据不同立地条件，选择适宜的林分保留密度可达到最优生长量（表7）。

立地指数为16时，山口林场22年生林分保留密度为800 ～1 000、1 000 ～1 200和1 200 ～1 400株/hm2时，林分总蓄积量分别为319．3、395．9和349．1m3/hm2，分别有81．69%、84．48%和57．33%的林木为大中径材，其中分别有59．05%、58．62%和49．33%的林木为中径材，大中径材蓄积量分别占总蓄积量的89．59%，92．56%和74．01%；贝江河林场22年生林分保留密度为800 ～1 000、1 200 ～1 400 和1 400 ～1 600 株/hm2时，林分总蓄积量分别为295．0、369．2和408．7 m3/hm2，分别有83．00%、74．00%和62．00%的林木为大中径材，其中分别有55．00%、53．00%和46．00%的林木为中径材，大中径材蓄积量分别占蓄积量的92．06%、85．40%和76．64%；西山林场23年生林分保留密度为1 200 ～1 400 株/hm2时，林分总蓄积量为419．0 m3/hm2，有72．67%的林木为大中径材，其中58．00%为中径材，大中径材蓄积量占总蓄积量的83．14%；咸水林场19年生林分保留密度为800 ～1 000、1 000 ～1 200 和1 200 ～1 400 株/hm2时，林分总蓄积量分别为286．4、370．7 和342．4 m3/hm2，分别有70．00%、70．00%和74．00%的林木为大中径材，其中分别有44．00%、38．00%和58．00%的林木为中径材，大中径材蓄积量分别占总蓄积量的97．51%，86．09%和89．86%。从林分蓄积量和木材径级结构综合分析，立地指数为16时，适合培育中径材，林分保留密度以1 000 ～1 400 株/hm2为宜，其中各个示范点可根据当地情况适当调整林分保留密度，以便获得更好的大中径材培育效果。山口林场在1 000 ～1 200 株/hm2的保留密度下，可获得较高的林分蓄积量和大中径材蓄积量；贝江河林场在1 200 ～1 400 株/hm2的保留密度下，可获得较高的林分蓄积量和大中径材蓄积量；咸水林场在1 000 ～1 400 株/hm2的保留密度下，可获得较高的林分蓄积量和大中径材蓄积量。

立地指数为18 时，山口林场22年生林分保留密度为800 ～1 000 和1 000 ～1 200 株/hm2时，林分总蓄积量分别为413．7 和464．8 m3/hm2，分别有88．99%和85．73%的林木为大中径材，其中大径材分别占39．17%和35．47%；贝江河林场24年生林分保留密度为1 200 ～1 400、1 400 ～1 600 和1 600 ～1 800 株/hm2时的总蓄积量分别为434．5、454．8 和443．5 m3/hm2，均极显著高于8 00 ～1 000 株/hm2的林分总蓄积量（301．6 m3/hm2）（P＜0．01），但从胸径来看，随着林分保留密度的增加，林分平均胸径逐渐变小，林分最大保留密度不宜超过1 600 株/hm2；西山林场23年生林分保留密度为1 000 ～1 200 和1 200 ～1 400 株/hm2时，林分总蓄积量分别为524．2和484．1 m3/hm2，分别有92．00%和89．00%的林木为大中径材，其中大径材分别占40．50%和19．00%。从林分蓄积量和木材径级结构综合分析，立地指数为18 时，适合培育大中径材林分适宜保留密度为1 000 ～1 400 株/hm2。

立地指数为22 时，山口林场21年生林分保留密度为800 ～1 000 株/hm2时，林分总蓄积量为759．0 m3/hm2，有89．10%的林木为大径材，大径材蓄积量为713．8 m3/hm2，占总蓄积量的94．04%，其余10．90%的林木也达中径材要求。立地指数为20时，山口林场22年生林分保留密度为800 ～1 000和1 000 ～1 200 株/hm2时，林分总蓄积量分别为516．4和547．9 m3/hm2，分别有68．44%和46．15%的林木为大径材，大径材蓄积量占总蓄积量的79．93%和60．50%；贝江河林场22年生林分保留密度为1 400 ～1 600 株/hm2时，林分总蓄积量为517．6 m3/hm2，仅有24．01%的林分达到大径材要求，大径材蓄积量占总蓄积量的37．64%。从林分蓄积量和木材径级结构综合分析，立地指数大于20时，培育大径材的最佳密度为800 ～1 000株/hm2。

立地指数为16 ～18 时，以培育中径材或大中径材为主，以2 000 或2 500 株/hm2的初植密度造林，在第7 ～8年进行第1 次间伐，保留株数1 500 ～1 800株/hm2，第12 ～13年进行第2次间伐，保留株数1 000 ～1 400 株/hm2，16年后可根据情况进行主伐；当立地指数大于20 时，在前两次间伐基础上，第18年进行第3次间伐，保留株数约8 00 ～1 000株/hm2，21年后可根据情况进行主伐。

表7 不同保留密度对林分生长的影响Tab.7 Effects of different retention densities on growth of stands

续表7 Continued

2．4 抚育和施肥与培育大中径材的关系

西山林场施基肥的新造林生长量稍高于无基肥的新造林，基肥+ 追肥处理的新造林生长量最高，树高间的差异较大（表8）。

在西山林场11年生间伐试验林中，追肥的林分生长量高于未追肥林分；间伐强度较大林分的生长量在追肥与未追肥间的差异更大。统一施肥条件下，间伐3年后，保留密度为1 380 株/hm2和1 005 株/hm2的两种间伐林分的树高和胸径高于未间伐林分，但间伐林分的总蓄积量小于未间伐林分。从林分总蓄积量和木材径级结构综合分析，间伐时林分保留密度为1 380 株/hm2并配合间伐后追肥，可获得较好的林分总蓄积量和木材径级结构。

山口林场25年生间伐试验林共间伐3 次，分别为第6年间伐第1次，第15年间伐第2次，第22年间伐第3次。其生长量总体表现为间伐后追肥的林分生长量高于未追肥林分，在保留密度为900 株/hm2的林分中，间伐后追肥与未追肥对林分的影响最大，追肥后林分蓄积量比未追肥林分提高22．90%。保留密度较小的林分，其胸径生长量较大，林分总蓄积量较小。在大中径材培育过程中，应在合理的保留密度下配合追肥措施，以获得最佳的林分总体生长量以及最优的木材径级结构。

表8 不同措施对林分生长的影响Tab.8 Effects of different measures on growth of stands

续表8 Continued

2．5 高效栽培模式的培育效果

不同林龄试验林分的生长量均高于LY/T 1384-2007[13]所规定的在杉木Ⅰ类产区的低限生长指标要求（表9）。12年生林分的生长量达到国家行业标准规定的16年生指标要求；17年生林分的生长量基本达到规定的20年生指标要求；19年生以上林分的生长量均达到规定的30年生指标要求。说明，采用杉木大中径材高效栽培模式进行大中径材培育，通过造林种质材料控制、良种壮苗选择、立地控制及科学整地、根据不同立地条件合理间伐进行密度控制，并开展科学的抚育管理，可达到高产优质的培育目的。根据大中径材高效栽培模式进行培育，可使林分提前3 ～5年达到国家行业标准规定的低限指标要求，随着林分林龄的增加，其表现出的优势更明显，最终可实现林分生长量提前10年达到国家标准要求。

表9 试验林生长量与杉木中心产区低限生长指标比较Tab.9 Comparison of growth in test sites with index requirements of central area of C.lanceolata

3 结论

本研究针对市场急需的杉木大径材少、材种供给结构失衡以及大中径材栽培技术不配套等问题，围绕杉木大中径材培育目标，开展杉木大中径材高产林培育技术研究，调查分析了4 个不同试验地点的杉木种质控制、立地控制和密度控制等试验示范林的树高、胸径、蓄积生长量以及林分的木材径级结构，最终确立杉木大中径材高效栽培模式。该模式要求选择杉木良种为造林材料，采用苗木等级为Ⅱ级以上的裸根苗或轻基质容器苗造林；选择立地指数为16 ～22 的东坡、南坡、西坡、东南坡、东北坡和西南坡以及坡位为中坡或下坡的地块为造林地，以水平带状和穴垦方式整地，挖穴规格为40 cm×40 cm×40 cm（底长×底宽×深），每穴施用0．25 kg磷肥或杉木专用复混肥作为基肥；以2 000 或2 500 株/hm2的密度造林，造林后连续抚育3年，每年3 ～4次，分别于3月中旬、6月中旬、8月中旬和10月中下旬进行。幼龄林期（1 ～7年）施用杉木1号专用复混肥，中龄林期（8年以上）施用杉木2号专用复混肥，施肥总量为3．50 kg/株。第1 次施肥在造林当年3 个月后，施0．25 kg/株；第2 次在翌年4 — 5月，施0．25 kg/株；第3次在第3年4—5月，施0．50 kg/株；第4 次结合第1 次间伐追肥0．50 kg/株；第5 次结合第2 次间伐追肥1．00 kg/株；第6 次结合第3 次间伐追肥1．00 kg/株。立地指数为16 ～18 时，以培育中径材或大中径材为主，在第7 ～8年进行第1 次间伐，保留密度为1 500 ～1 800株/hm2；第12 ～13年进行第2 次间伐，保留密度为1 200 ～1 400 株/hm2，16年后可根据情况进行主伐；当立地指数大于20 时，以培育大径材为主，在前两次间伐基础上，第18年进行第3 次间伐，保留密度为800 ～1 000 株/hm2，21年后可根据情况进行主伐。

该模式强调杉木良种+配套良法，强化按技术模式标准管理，确保了大中径材的生长成效。技术模式可显著提高营林成效，在相同的培育年限下，可比国家行业标准所规定的林分生长量提高30．00%以上，使大中径材生长量提前5 ～10年达到或超过国家标准。