陈山红心杉良种造林幼龄期密度效应分析
2022-04-29宋晓琛熊彩云娄永峰陈兴彬孙世武肖复明
宋晓琛,熊彩云,娄永峰,陈兴彬,孙世武,李 彬,肖复明
(1.江西省林业科学院,江西 南昌 330013;2.白云山林场,江西 吉安 343200)
杉木Cunninghamia lanceolata是我国特有的优良速生针叶树种,根据第九次全国森林资源清查数据,目前杉木人工林面积达986.67 万hm2,约占全国人工林总面积的1/4,蓄积量达7.55 亿m3,占全国人工林总蓄积的1/3,为我国重要的用材林树种,特别在南方集体林区的社会经济发展中具有举足轻重的地位[1]。陈山红心杉是江西特有的优良杉木种源,材质优良、红心比例高[2],目前通过国家、省级审(认)定的陈山红心杉母树林良种、陈山红心杉一代种子园种子以及陈山红心杉1.5 代种子园种子等多个良种,在多地进行应用推广[3]。
目前对杉木不同世代种子园种子的遗传改良已进行了深入研究。良种是人工林实现速生、优质、丰产的基础,而合理的造林技术是重要手段,不同良种有与之相匹配的造林技术。培育林木过程中最重要的造林技术之一是初植密度,林分密度表明林木利用其占有空间的程度,影响林分生长[4]、生物量[5]和林内环境[6]等。目前杉木林培育研究重点集中在密度调控技术对杉木人工林生长[7-9]、断面积[10]、材种结构[11-12]、长期生产力[13]等方面影响以及立地条件与密度调控技术互作效应的研究[14]。但遗传因素与密度调控技术的互作效应研究目前较少,而人工林高效培育是能将良种与良法有效结合。这方面仅李晓燕等[15]研究了杉木幼龄期良种与密度控制效应,而对红心杉良种与密度控制效应研究尚未发现。本研究通过对江西省吉安市青原区白云山林场4 个初植密度下2 个红心杉种子园良种试验林连续5 a 的生长观测,初步探讨初植密度对陈山红心杉良种早期生长的影响,旨在为红心杉良种培育技术提供理论依据,通过良种与良法的有效结合提升红心杉人工林产量与质量。
1 材料与方法
1.1 试验地概况
试验地设在江西省吉安市青原区白云山林场(115°15′E,26°51′N)。位于江西省吉安市青原区富田镇境内。海拔100~200 m。该地域属中亚热带季风气候,年平均气温18.3℃,年均降水量约1 600 mm;土壤为红壤、黄红壤,土层厚约40 cm,pH 值5.6~6.0,块状整地。
1.2 试验设计
试验采用完全随机区组设计(表1),2 个种子园良种(陈山红心杉1 代种子园良种和陈山红心杉1.5 代种子园良种),4 个造林密度(1 667、3 333、5 000 和6 666 株/hm2),每个小区面积为20 m×30 m,设置3 个重复,共24 个小区,每个小区之间以木荷隔开。造林均采用1年生Ⅰ级苗。数据调查时取中间若干行,每个小区取样至少30 株。
表1 试验设计Table 1 Experiment design
1.3 数据调查和分析
2015年3月造林,自2016年起,在每年的11~12月期间,连续5年对试验林进行调查。树高采用测高杆进行测量,2017年开始采用围尺测量胸径。
单株材积采用原林业部部颁杉木二元立木材积公 式:V=0.000 058 777 042×D1.969 983 1×H0.896 461 57,其中V为单株材积(m3),D为胸径(cm),H为树高(m)[16]。
采用Excel 2007 和SPSS 19.0 软件进行数据处理和分析。
2 结果与分析
2.1 不同初植密度对红心杉树高生长的影响
不同初植密度对树高生长的影响如表2所示。造林初期,1 代良种高密度造林(6 666 株/hm2)树高显著高于其他3 个密度林分,而造林后6 a,低密度造林(1 667 株/hm2)平均树高显著增高,达5.82 m,与密度6 666 株/hm2林分差异不显著,但显著高于其他两个密度林分。说明造林后期,低密度造林对1 代良种树高生长起促进作用。
表2 不同初植密度对树高生长的影响†Table 2 Effects of different planting densities on tree height
造林后2 a,1.5 代良种低初植密度(1 667株/hm2、3 333 株/hm2)林分之间树高差异不显著,但显著高于高初植密度林分(5 000 株/hm2、6 666株/hm2);造林后3~4 a,密度6 666 株/hm2林分树高显著低于其他3 个密度林分;造林后第5年开始,密度1 667 株/hm2林分平均树高显著增高,第6年达6.35m,显著高于其他3 个密度林分,分别是其他3个密度林分的1.20倍、1.22倍和1.36倍。说明从造林初期,低密度造林就对红心杉1.5 代良种树高生长起促进作用。
不同初植密度下,1 代和1.5 代红心杉树高连续5 a 显著增高。初植密度为1 667 株/hm2时,造林后第4年,红心杉1.5 代树高开始高于1 代,至第6年,红心杉1.5 代树高显著高于1 代,是1 代树高的1.09 倍。而初植密度为6 666 株/hm2时,红心杉1 代树高始终显著高于1.5 代。初植密度为3 333 株/hm2和5 000 株/hm2,1 代和1.5 代良种间树高变化规律不明显,但第6年,均为1.5 代良种树高高于1 代良种。说明低中初植密度对1.5 代树高影响更大。
2.2 不同初植密度对红心杉胸径生长的影响
不同初植密度对胸径生长的影响如表3所示。造林初期(3 a),1 代良种和1.5 代良种不同密度林分间胸径差异不显著,而造林后5 a,密度1 667株/hm2林分平均胸径显著增大,至第6年,平均胸径分别达9.47 和9.59 cm,显著高于其他3 个密度林分。不同之处在于,造林后6 a,1 代良种造林密度1 667 株/hm2林分平均胸径显著高于其他3个密度林分,而其他3 个密度林分间差异不显著;但是1.5 代良种造林不同密度间均差异显著,其中密度1 667 株/hm2林分平均胸径显著高于其他3个密度林分,说明密度对1.5 代良种的胸径影响差异性更显著。
表3 不同初植密度对胸径生长的影响Table 3 Effects of different planting densities on DBH
1 代良种和1.5 代良种之间,造林初期,4 个初植密度林分胸径均为1 代大于1.5 代,至第6年,除高密度(6 666 株/hm2)种植外,其他3 个初植密度均为1.5 代良种胸径高于1 代良种,尤其是低初植密度(1 667 株/hm2、3 333 株/hm2),1.5 代胸径分别是1 代的1.01 和1.08 倍,而且第6年胸径生长量,1.5 代显著高于1 代,分别是1 代的1.23和1.82 倍。说明低初植密度对1.5 代良种胸径影响更大。
2.3 不同初植密度对单株材积生长的影响
不同初植密度对造林后5 和6 a 不同红心杉良种材积生长的影响如表4所示。连续2年,初植密度为1 667 株/hm2的1 代和1.5 代红心杉平均单株材积显著高于其他3 个密度,而且初植密度为1 667 株/hm2的1.5 代单株材积显著高于1 代,分别是1 代的1.09 和1.19 倍。而初植密度为6 666 株/hm2则相反,1 代单株材积显著高于1.5 代,分别是1.5代的1.60 和1.45 倍。说明,低初植密度对两个良种单株材积均有影响,但对1.5 代影响更大。
表4 不同初植密度对单株材积生长的影响Table 4 Effects of different planting densities on volume
2.4 红心杉早期生长的初植密度与良种的交互效应
6年生红心杉早期生长双因素方差分析(表5)表明,各密度林分间红心杉树高、胸径、单株材积生长差异达极显著,而良种效应未达显著水平,但其良种与密度间交互作用差异极显著。由表2~4 分析可知,6年生红心杉,不同密度间,1 667 株/hm2林分的树高、胸径和材积均显著差异其他3 个密度;而同密度下,两个良种间早期生长差异不显著。但随着林龄增长,良种和密度对红心杉早期生长的正效应具有叠加效应,这种叠加效应越明显。如造林6 a,1.5 代良种初植密度为5 000 株/hm2的树高、胸径和材积生长显著高于1 代良种初植密度为3 333 株/hm2。而且由表2~4 可知,低中初植密度下(1 667、3 333 和5 000株/hm2),随林龄增长,良种对红心杉树高、胸径、单株材积生长的正效应越明显。
表5 良种与初植密度试验早期生长的双因素方差分析结果†Table 5 Two-way analysis of variance for the experiment with different improved varieties and densities
2.5 红心杉林分径阶分布
造林后第6年,2 个红心杉良种林分径阶分布曲线见图1。2 个良种林分在不同初植密度下,胸径结构近似服从正态分布。1 代红心杉初植密度为1 667 株/hm2在9~11 cm 径阶达到峰值、其余3个初植密度均在7~9 cm 径阶达到峰值;4 个密度(1 667、3 333、5 000 和6 666 株/hm2)林分的1.5代红心杉分别在9~11 cm 径阶、7~9 cm 径阶、7~9 cm 径阶和5~7 cm 径阶达到峰值,这说明随着初植密度减小,红心杉株数分布频率最大值所处的径阶值增大。而两个良种之间,初植密度为6 666 株/hm2的1.5 代良种株树分布频率最大值处的径阶值较1 代更小,说明高初植密度1.5 代良种小径阶材更多。
图1 造林后第6年红心杉林分径阶分布Fig.1 Distribution frequency of DBH of red-heart Cunninghamia lanceolata in the 6th year after afforestation
从胸径的径级频率分布来看,高初植密度显著增加了胸径小的红心杉单株在林分内所占比例。红心杉1 代良种随着初植密度的增加,DBH>9 cm 较大径级内红心杉单株出现频率逐渐降低,初植密度最低的林分内(1 667 株/hm2)高达58.89%,而初植密度最高的林分内(6 666株/hm2)仅为20%;在大径级DBH>11 cm,初植密度1 667 株/hm2单株出现频率为22.22%,分别是其他3 个初植密度的10 倍、10 倍和20 倍。红心杉1.5 代良种随着初植密度的增加,DBH<7 cm 较小径级内红心杉单株出现频率逐渐升高,可达54.44%;在大径级DBH>11 cm,红心杉单株出现频率逐渐降低,初植密度最低的林分内(1 667 株/hm2)单株出现频率为23.33%,显著高于其他3 个初植密度处理(2.22%、1.11%、0%);在中等径级7cm ≤DBH<11 cm 范围内,呈现先增加后降低的趋势,在初植密度为3 333 株/hm2时,出现频率最高为81.11%。
以上结果可知,2 个良种密度较大的林分(6 666 株/hm2)多为小径级林木,中密度林分(3 333 和5 000 株/hm2)多为中径阶林木,大径阶林木则集中在低密度林分(1 667 株/hm2),造林密度越低,大径级林木株数越多,且DBH>11 cm 大径级林木株数1.5 代良种更多。
3 讨 论
红心杉幼龄期林分生长的密度效应表明,到第6年,树高、胸径、材积生长的密度效应差异显著。从目前的研究结果看,由于树种、立地条件和造林密度等不同,树高是否受密度的影响,结论并不完全一致。本研究认为初植密度对红心杉树高生长有影响,造林初期,各密度间差异不显著,但造林后期,低密度造林(1 667 株/hm2)对树高生长起促进作用。这与贾亚运等[17]研究造林密度对杉木幼林生长及空间利用影响的结论相似,树高生长随密度增加而减小。而娄永峰等[18]研究红心杉人工林树高随造林密度增大而增加,有可能是由于立地条件不同、林龄过小(仅4年生)导致的。胸径与单株材积的生长受初植密度影响更大,初植密度越大,胸径与单株材积则越小,而且随着林龄增加,影响增大[19-21]。本研究表明低初植密度(1 667 株/hm2)胸径和单株材积生长显著高于其他3 个密度,这可能由于随初植密度降低,林木间竞争力减小,生长和营养空间增大,有利于主干生物量积累[22]。大径级(DBH>11 cm)红心杉单株在低初植密度出现频率较高,两个世代良种分别达到22.22%和23.33%。大径级材比例在低初植密度时更大,这与早期研究结果低密度的林分有利于某一材种的定向培育,而随初植密度增大,大径级材比例下降一致[23-25]。
6年生红心杉早期生长双因素方差分析表明,红心杉早期生长的良种效应未达到显著水平。同密度下,两个良种间早期生长差异不显著,这与罗小华[26]的研究结论一致。而吴振明等[27]、孙云等[28]等研究认为杉木不同类型良种或不同无性系间早期生长差异显著,这可能是由于所选良种为不同类型或无性系间基因型差别较大,在环境因子的影响下导致林木间生长差异显著。虽然本研究红心杉幼龄期林分生长的良种效应表明,与不同造林密度所造成的生长差异相比,由良种因素所导致的生长差异相对较小,但并不表明红心杉遗传改良没有价值。本研究认为,6年生红心杉低初植密度(1 667、3 333 株/hm2)下,1.5 代良种树高、胸径和单株材积均显著高于1 代良种,而高初植密度相反。低初植密度下,大径级林木株树1.5 代良种更多,而高初植密度1.5 代良种小径阶材更多。因此认为低初植密度下,良种对红心杉早期生长影响更大,随初植密度的增加,良种效应减弱。
良种与密度间的交互作用对红心杉树高、胸径、单株材积影响差异极显著。随着林龄增长,良种和密度对红心杉早期生长的正效应具有叠加效应,而且这种叠加效应越明显。如造林6 a,1.5 代良种初植密度为5 000 株/hm2的树高、胸径和材积生长显著高于1 代良种初植密度为3 333 株/hm2的。而且低中初植密度下(1 667、3 333 和5 000 株/hm2),随林龄增长,良种对红心杉树高、胸径生长的正效应越明显。这与李晓燕等[15]研究结论认为良种对低初植密度林分生长的影响程度更大,而随着初植密度的增大,不同良种间林分生长差异减小,良种相对初植密度对林分生长具有更小影响结论相似。
本研究只进行了造林后连续5年的数据观测,时间较短,只能初步探讨初植密度与良种对红心杉早期生长的影响,随着林龄增大,树种间、遗传因素与环境间的关系在不断变化,因此后续将长期进行红心杉生长动态变化研究,以期为红心杉良种培育模式提供更可靠的理论支撑。
4 结 论
(1)红心杉2 个良种造林6 a,低初植密度(1 667 株/hm2)林分树高、胸径和单株材积显著高于其他3 个密度,密度较大的林分(6 666株/hm2)多为小径级林木,大径阶林木则集中在低密度林分(1 667 株/hm2),造林密度越低,大径级林木株数越多,1 代和1.5 代良种大径级DBH>11 cm,单株出现频率分别达22.22%和23.33%,本研究认为低密度(1 667 株/hm2)造林有利于红心杉早期生长,适合大径材培育。
(2)6年生红心杉早期生长,各密度林分间红心杉树高、胸径、单株材积生长差异达极显著,而良种效应未达显著水平,但随林龄的增长,良种对早期生长的正效应越明显,低、中密度(1 667 株/hm2、3 333 株/hm2和5 000 株/hm2)种植对陈山红心杉1.5 代种子园良种生长优势更明显。因此在人工林种植中,将良种与良法有效结合,才能更大限度发挥林分生产潜力。