优质高效人工用材林精准培育基础与关键措施剖析

李莲芳

( 西南林业大学林学院，云南 昆明 650233)

随着社会发展对林产品需求的日益增加，木材生产对人工林的依赖也越来越强，由于工业、农业和城市发展对森林资源大规模利用、林地开发及占用等，导致森林大面积减少，林地和森林退化，天然林可提供的资源极难满足可持续发展的社会需求，人工林必然成为满足人们对木材乃至社会和环境可持续发展需求的主体[1-3]。同时，人工林投入产出比较天然林高，如美国南方火炬松（Pinus taeda）人工林投入600 $US/hm2（1～5 a生期间），30 a主伐加2次间伐材（17 年和20 年生时）产值达10 125 $US/hm2（年均产值317.5 $US），天然林虽然相同时间内仅投入200 $US/hm2，40 a主伐加2次间伐材（25 年和33 年生时）的产值仅 7 900 $US/hm2（年均产值 192.5 $US）[4]。因此，人工林不但提高单位面积木材产值，而且缩短10 a的轮伐期。基于人工林的优势，优质高效人工用材林精准培育是世界林业发达国家满足木材需求森林经营成功的模式[4-6]，也将是世界各国用材林精准培育的必然模式。本文通过优质高效人工用材林精准培育必要条件和关键措施分析，提高林业相关人员和社会公众等对此类人工林重要意义的认知，为优质高效人工用材林精准培育决策、规划和实施提供参考和依据。

1 优质高效与精准培育的概念

优质高效，泛指高效能快速度地实现质量优良或优质产品产出。换言之，在目标的实现过程中，不但能高效率快速产出，而且必须保证其优良的产品质量。优质高效可以是单一或多个目标，也可以是综合目标。优质高效人工林培育是基于优质高效的含义，开展人工林的培育。一方面保证其速生丰产，在相对较短时间范围内实现产品产量的相对最大化；另一方面，必须确保优质的产品质量；也就是人工林的培育同时实现高产优质的双重目的。例如，云南松（P. yunnanensis）优质高效用材林培育，木材是其培育的目标产品，务必确保云南松人工林培育同时满足特定林地条件下以最短轮伐期实现速生丰产及木材质量优良的双重目标，而非只满足高产（虽速生高产但以弯扭木等劣质木材所占比例较高）或优质（树干通直但林分蓄积量低）的单一目的。

精准，即准确，切入关键需求和技术要点。人工林优质高效精准培育，指针对影响人工林目标产品产出各关键环节，应用当时林业科技发展水平下的理论，采取已有或可预测的最佳技术措施，实现其优质高效目标。据此，人工用材林优质高效精准培育，以木材生产为产品，对影响木材生产各环节以培育时期林业科技发展前沿的最新理论和技术实现木材优质高效地生产。优质高效精准培育，必须从理论上首先找出影响的因素及其作用机理、关键节点等，以实现准确地切入关键环节的方式，在培育期间林业科技发展水平下，采用最有效的技术，极大地实现目标产品优质高产目标。同样，以云南松用材林为例，其优质高效的精准培育，必须研究影响其速生、优质和高产的关键环节和要素；在目前科技发展水平下，如高等级的立地、良种、无蹲苗的壮苗培育、造林模式及其技术、幼林和成熟林前各阶段的林分抚育措施等是其关键环节，各环节科学技术应用及其精准实施与否，直接影响目标能否实现。

人工用材林优质高效精准培育受林地条件、树种遗传改良水平、林学理论和森林培育技术等因素限制[7]，因此，其只能于林地相对优越，以及具有一定改良或可选择良种应用于人工林培育、生物学和林学特性具有一定研究、苗木和人工林培育技术已有相应储备的树种，才可能开展人工林优质高效的精准培育。

2 优质高效人工用材林精准培育基础

优质高效人工用材林，一方面明确产品为木材生产，另一方面木材在特定区域和特定树种条件下实现相对速生丰产和优质的培育目标。基于此，优质高效人工用材林的精准培育必须在最适宜林地、相对速生的树种及其具备良种供给前提下，对树种特性具有一定研究，储备有可供利用人工林培育科学技术的基础上开展。

2.1 林地与立地条件选择

在适地适树的基础上，适地适林种是森林培育的基本原则。任何树种在生态分布区都占据最适宜区、适宜区、次适宜区和可生长区4个生态区（图1）。按照树种的生物学特性及其生态学分布特征，随着树种远离分布的最适宜生长区，其适应性和产量、质量也随之降低，故优质高效用材林务必选择其生态最适宜生长区培育，林木才能实现优质高产的目标。理论上，该部分占某一树种分布区的面积相对较少，然而，根据林业发达国家于最适宜而较低比例林地满足木材等林产品生产需求的成功案例，如新西兰20世纪90年度初即实现19%的人工林提供全国93%的木材需求[6]。新西兰的案例指出只要严格做到适地适树的基础上，采用森林培育时期已有最优遗传改良的良种及当时最先进培育技术措施，则集合一个国家或地区主要造林树种生态最适生长区作为优质高效用材林培育，可解决社会和民众对木材的大部分需求。此外，生态适宜生长区域的部分高等级立地条件地段也可培育用材林，作为最适宜生长区的补充，故生态最适宜生长区，加上适宜生长区部分林地的森林精准培育，可满足国家或区域木材的需求。这符合采用最少、最优林地满足木材需求，大面积林地维护生态的森林可持续经营模式。

图 1 树种的生态分布分区及其培育的林种Fig. 1 Ecological distribution zones of tree species and their cultivated forest types

在生态区域的基础上，立地选择也是精准培育优质高效人工用材林的必要条件，即优越的立地是培育优质高效人工用材林的前提[8]。以云南松为例，滇中和滇南部分区域是该树种最适宜的生态区域，然而，因立地条件的不同，其生产力差异较大。根据金振洲和彭鉴[9]对滇中云南松立地类型划分，在阴坡条件下，以土壤类型及其土层厚度划分的1～3类立地类型条件下，天然林不同林龄的经济材产量，10～40 a期间，4个林龄阶段，较低和较高产量一类立地较二类立地分别增加5.7%和10.1%～10.8%，一类较3类分别增加40.5%～42.3%和19.4%～20.8%，二类较3类也有较大的增加；同时指出，较高产量高立地等级较低立地等级经济材增加比低于较低产量的（表1），与前述的立地优越的生态适宜生长区可作为用材林培育相一致。表1中的经济材为天然更新林分的，若采用良种良法精准培育的人工林，立地类型间生产力的差异将更大。

表 1 云南松天然林不同立地等级的经济材产量Table 1 Merchantable timber yield of natural P. yunnanensis forest at different site classes

综上所述，选择树种最适宜生态区域分布范围内的最优立地作为造林地，是精准培育优质高效人工用材林的前提条件。因此，在林业发展规划中，应精准划定适宜优质高效人工用材林培育区域。

2.2 树种选择和良种壮苗培育

树种分布区系与树种生态学特性决定了树种的生态分布区，同时，树种的生物学特性则表征其木材和生长特征[10-13]。优质高效意味着相同区域或立地条件下，应选择木材相对良好，轮伐周期相对较短而生产力相对较高，且适应性较强等树种优先开展人工用材林的培育。例如，在云南松分布区，虽然也有华山松（P. armandii）、滇油杉（Keteleeria evelyniana）等树种分布，但因云南松分布较广、木材应用广泛及生产力相对较高的特性，因此，该树种作为其分布区，尤其是最适宜分布区优质高效人工林精准培育的主要树种。林业发达国家也是如此，如新西兰，虽然辐射松（P. radiata）为外来树种，因其生产力高等优势，成为优质高效人工林培育的主要树种[14-15]。针对某一区域，精准选择树种是优质高效人工用材林培育的关键，只有在此基础上，精准培育技术应用方可实现其功能。

在适地适树的基础上，经过选择或遗传改良的良种是提高林地生产力的必然保障[7,15-17]。经过遗传改良的良种在产量和质量方面都极大地优于未经改良的，美国60余年不懈的开展主要造林树种火炬松的遗传改良，实现了南部人工林采用100%遗传改良的良种培育苗木营造人工林；且随着遗传改良向高轮回发展，遗传增益也不断提高[18-20]。由图2可知，美国火炬松第1～3轮改良的良种，遗传增益逐渐提高，从第1轮的7%～12%提高到第3轮的35%（第2轮为13%～21%）；同时，一个轮伐期内（25 a），良种（9～12 m3/(hm2·a)） 和 普 通 种 子 （2 ～ 6 m3/(hm2·a)）单位面积的材积生长量呈现极大差异。并且良种壮苗结合集约化森林培育技术，其蓄积增长量可达35 m3/(hm2·a)[20-21]，即良种与集约高效培育人工林单位面积蓄积生长量约是良种（粗放培育）和普通种的1.8倍和3.5倍，因此，良种良法的生产潜力及其在优质高效人工林培育中的作用显而易见。

林木遗传改良在林业发展中的功能不可忽略。美国火炬松（P. taeda）第1轮未去劣疏伐、去劣疏伐及其1.5代种子园15年生子代林的遗传增益分别为10%、15%和19%，其锈病感染率从未改良的50%，分别降低至49%、41%和35%，单位木材增长率分别达7.0%、13.2%和18.0%[22]；美国NCSU-CTIP第3代火炬松种子园精英家系子代的锯材较当地对照种的子代产值增加162%[23]。截至1999年，澳大利亚湿地松遗传改良通过提高林地生产力和木材质量从人工林获得9.27亿万澳元净现值，其改良第一代种子园种子培育15年生人工林木材增益达33%[16]，诸如此类的案例极多。现如今，世界各国把遗传改良作为发展林业必不可缺的构成部分，开展科学研究和实践应用，为人工木材培育奠定了良种基础，极大地提高林地生产力，解决了天然林减少或禁伐后的木材生产问题。林木遗传改良的巨大的遗传增益、抗性增强和材性改良等优势是任何森林培育等措施不可替代的，表明在优质高效人工用材林培育中遗传改良的良种必不可缺的重要性。

图 2 良种增益及其人工林年蓄积生长量Fig. 2 Tree improved gains and annual stock growth of plantations

2.3 理论基础研究和关键技术储备

优质高效人工用材林精准培育是当今解决全球或一个区域、一个国家木材及其林产品需求的必由之路，属技术实践和应用范畴。然而，森林培育的实践必须在理论指导下方可实现其目标，因此，1个树种优质高效人工用材林的精准培育首先必须建立在该树种生态学、生物学和林学相关理论基础具有一定研究的基础上。例如，新西兰通过研究，发现土壤和针叶含磷水平可作为辐射松人工林可持续性的指标[24]；埃塞俄比亚研究林木疏伐后其末级侧根坏死及其生物量回归土壤碳和养分的现象，揭示疏伐促进林木生长的机理，基于此指出林分疏/间伐的必要性[25]，为林分抚育疏/间伐技术研究和生产提供依据。云南松除对其分布区气候和土壤等林地立地因子、各立地条件生长特性等研究外，还研究其在中和北亚热带蹲苗（Grass stage）机理，从理论上揭示蹲苗主要是对水分亏缺的响应，配套的苗木培育技术可解除其蹲苗，从而取得了无蹲苗期壮苗培育技术的突破[9,26-28]，为云南松优质高效人工用材林培育储备了壮苗培育技术。

某一树种优质高效人工用材林精准培育，在最适生态区域和立地选择，以及具备良种的基础上，整个轮伐期必须采用高度集约的森林培育技术措施，务必了解其每一时期培育的关键技术需求，并针对其采取精准的措施加以实施。例如，新西兰在辐射松人工林培育的幼林阶段，除草方式和除草次数延续期对造林保存率和幼林生长影响开展研究，指出造林后连续2a采用点状除草方式，保存率和林地生产力远高于仅除草1a的其他方式；在进入干材期，林木出现竞争前进行疏伐较呈现竞争后疏伐更有益于其胸径和材积生长，以及提高培育的投资回报[29-30]，即切实了解了幼林和干材期抚育的关键时期，并研发精准抚育技术措施。美国南部作为其松类工业用材料的主要培育区域，研究发现氮（N）和磷（P）亏缺是该区域的普遍现象，对火炬松施N和P，可延长其生长期，并获得16%的内部收益率[31]。诸如此类的科学技术研究和应用在集约的人工林培育中极为普遍，表明优质高效人工用材林精准培育中理论基础研究、技术研发、储备和有效实施的重要性。

3 优质高效人工用材林精准培育的关键措施

优质高效人工用材林精准培育，不仅仅需要最适宜林地、良种、科学理论和先进技术为基础，而且还必须从管理及实施主体的理念、认知、政策、市场稳定性、长期规划、培育技术体系的动态构建等方面得以保障。

3.1 提高管理者及实施主体认知

无论管理层面或实施主体（国有林场、林业企业、集体或个体林业经营者等），务必把优质高效人工用材林与国土绿化和生态公益林培育以及一般用材林严格区分开，即严格实行分类经营。

优质高效人工用材林的培育主要作为解决区域或国家木材供给的主要构成部分，担负着70%以上甚或100%的木材生产任务。基于此，管理者（国家各级政府林业管理部门相关人员）或实施主体，甚至政府相关人员及民众等务必认知优质高效人工用材林培育对国家经济、生态和社会可持续发展对重要性。一方面，通过较少的最优林地结合良种良法集约化培育用材林，满足社会对木材的需求的同时，集约经营可提供大量的就业机会，实现社会和谐发展；另一方面，可利用大面积（对林地条件不要求较优）林地培育生态公益林，发挥森林环境保护功能，实现生态可持续维护。此理念应普及至全民的共同认知中，做到全民识林、爱林和护林，真正理解“绿水青山就是金山银山”的深层含义。芬兰发达林业的实现就是建立在全社会和全民对林业重要性高度认知和付诸发展、保护行动之上的成功案例[32]。

3.2 坚持政策及市场的稳定性与长期规划的有效性

政策和市场的稳定性直接影响用材林培育的积极性和可持续性。作为集约的优质高效人工用材林培育，期望实现较高的投资回报，因此必须是高投入的，要求森林经营管理政策和市场的稳定才能实现经营者的期望目标。20世纪60年代，针对美国林业现状和发展需求预测，Smith[5]提出政府立法进行森林资源高效培育和集约经营是满足国家林产品需求的根本保证，结果近60余年的实践得到了证实，即美国林业的发展与其各项政策制定密切相关。同时，市场是确定产品生产的关键要素之一，国际、区域和国内木材或林产品的稳定需求，可保障高生产力人工用材林的可持续发展[33]，从而也推动与此相关的各项事业，如科学技术研究水平的提高等。林业生产的长周期属性，要求其木材生产及其可持续发展必须开展长期的规划，并遵照规划付诸行动，Smith[5]于20世纪60年代卓有成效地针对美国2000年的林产品需求进行预测，引起美国政府的高度重视，进行了人工林长期发展计划的制定，实现南方人工林稳定而迅速发展，解决国内木材可持续的供给问题。

结合优质高效人工用材林可利用林地面积相对较小（图1），采用良种良法可充分发挥林地的生产力，提高林地木材蓄积量和产量，以占较小比例的林地满足地区或国家对木材或林产品需求，该方面已有诸多成功的案例[34-35]。如前所述，遗传改良结合良好培育措施，单位面积材积年生长较未改良的增加1.8～3.5倍[20]；良种结合良法，约利用原来林地面积的55.6%～28.6%，便可生产相同的木材产量，即用于生产木材的林地面积可减少约44.4%～71.46%。因此，良种良法在用材林培育中的优势及林地种源高效利用率得到充分证明，随着遗传改良不断深入和森林培育技术的提高，木材生长仍有不断提高趋势，林地效益将随之不断提高。从国家层面应划定优质高效人工用材林培育区域及其立地条件，进行长期的用材林精准培育计划，并制定长期稳定的林地和森林经营利用政策，势在必行。例如，在划定的优质高效人工用材林经营区域（目前此区域多为人工近成熟林）允许采伐利用，林业相关管理部门主要监督采伐后当年或翌年更新造林，并制定相应规程进行不同林龄的生长指标监管，督促经营者采用良种良法进行集约经营，实现可持续的木材供给；同时，逐渐采用森林认证模式对采伐的木材开展追踪监管，实现违法盗伐的木材在市场上无以遁形，从市场销售的途径杜绝不合法盗采行为。

3.3 优质高效人工林精准培育技术措施

优质高效人工用材林精准培育技术体系包括树种确定、良种和良法3个方面。

1）树种的精准选择。优质高效人工林培育，不但要求质优，而且需要满足相对速生的需求，我国地域辽阔，气候和造林树种复杂多样，在目前林业科学技术发展水平下，只有部分造林树种可培育优质高效人工用材林（生长相对较慢的造林树种可作为生态维护为主或木材贮备开展人工林培育）。因此，依据长期各类木材需求预测确定各类材种的年度需求，基于树种的属性和木材特性，准确地遴选出一批可作为优质高效人工用材林培育的树种，解决我国木材的长期自给自足，步入林业发达国家行列，是树种精准选择所必须开展的重要工作。如前所述，林业发达国家成功案例也展示了人工林树种精准选择对用材林培育和林业发展的重要性，如美国的火炬松、新西兰的辐射松、澳大利亚的湿地松（P. elliottii）等精准选择作为其人工林培育的主要树种，结合集约的森林培育技术研发和实践应用，导致其林业的高度发展。

2）良种的选育。基于良种对优质高效人工用材林的重要性，良种方面，依据长期规划的优质高效人工林树种（含种源区划等）、区域和面积，开展与林地区域和面积相适应的良种动态选育，即林木遗传改良与人工林培育相匹配地进行长期多轮回选育规划并付诸实践。NCSU Cooperative Tree Improvement Program （NCSU-CTIP）[18]60余年且仍然继续的火炬松等树种的遗传改良，堪为世界林木遗传改良及优质高效用材林培育典范，被林业发达国家普遍效仿采用，林业欠发达国家也开始参照行动。我国少量树种已经开展了长期育种，如杉木（Cunninghamia lanceolata）、湿加松（P. elliottii×P. caribaea）和马尾松（P.massoniana）等[36-38]，但是其结合良种的人工林优质高效精准培育方面尚有诸多潜力有待研究和应用于生产实践。长期遗传改良不仅仅是时间尺度的延续，还包含有效的育种进程，即随时间尺度向多轮回的遗传改良进程，而且在计划制定时，强调时间节点。正如美国20世纪50年代制定林木长期育种计划时，确定了火炬松第1～4轮的时间节点，即第1轮20世纪从50年代中期至70年代；同期开展第2轮选育，至80年代后期完成第2轮种子园营建；第3轮约于2010年建成；第4轮于2020年左右完成。NCSU-CTIP[18]一直按此计划开展试验研究并及时把研究成果应用于生产实践，目前，NCSU-CTIP已进入第5轮种子园营建的优树选择和遗传测定，以及种子园营建相关技术的研究。NCSU-CTIP在国家长期规划下，按照其时间节点开展长期不懈的试验研究，并把其成果应用于生产实践，不但良种选育技术应用于生产，同时生产的良种应用于优质高效人工用材林人工林培育中，把研究成果转化为生产力，是其成功的关键。NCSU-CTIP的思路和运营方式已被世界各国借鉴应用于林木遗传改良。我国也可参照开展长期林木遗传改良项目，促进优质高效人工用材林的精准培育的同时，解决长期木材和林产品自给问题。

3）良法的应用。集约而精准的森林培育技术，是实现优质高效人工用材林培育必不可少的手段。在树种、区域和林地被确定，以及良种得以保证的前提下，人工林从整地、苗木培育、造林（含造林密度、季节等）、中幼林抚育、林地管理等一系列的人工林培育技术是保障优质高效人工用材林实现目标的关键；同时，一个轮伐期的各环节中都需要精确地掌握关键时间节点，如不同地区、不同树种的幼林抚育，首先务必准确了解造林后需要抚育的时间期限；其次研究不同年份抚育次数及有效抚育时间和方式，即每一环节必须掌握关键内容、节点和措施；并且随轮伐期的变化，培育各环节的技术也需要进行动态跟踪，开展试验研究，应用于生产实践。林业发达国家在优质高效人工用材林精准培育方面也开展了诸多的试验研究，并广泛应用于生产实践。例如，火炬松施肥后25 a，施肥的立地指数从19 m提高到26 m，同样，湿地松则从23 m提高到27 m[39]；早在上世纪末，新西兰针对辐射松林地缺硼(B)等微量元素的问题，利用粗磨硼酸钙稳定地提供林木所需的B，并指出其极大地优于可溶性B肥等方面等研究[40-41]。芬兰和瑞典对优质高效用材林采取全轮伐期的动态集约经营，即在良种应用前提下，开展施肥等林地管理和间伐动态控制林分密度等林木经营一系列集约经营技术研发和应用，获得单位面积商品材增加50%以上的良好效益[42-43]。以上案例表明优质高效人工用材林只有采用精准的林地经营和林木森林培育技术条件下，并且随轮伐期的变化开展动态技术研发和应用才能实现预期的目标。

林业生产实践中，良种良法如一“孪生”双胞胎，二者互为促进和制约。良法只有采用良种前提下方可体现其效益，同样，良种只有采用良法开展培育才能实现其优良基因最大的增益[17]。例如，美国南部火炬松采用良种无性系结合集约良法培育的人工林较世界其他8个同种无性系人工林产量至少增产50%[7]，充分展示了良种良法相结合对林地生产力发挥的重要性。因此，在用材林培育中，良种良法二者缺一不可，尤其优质高效人工用材林的培育，良种良法是基础和必要条件。

4 结语

优质高效人工用材林作为满足地区或国家木材需求的主要森林类型，林业管理者和实施主体对优质高效人工用材林培育重要性、可行性以及长期性等理念的全面认知，由此制定的长期稳定规划及其有效政策，并付诸实施是实现高效培育必不可缺的保障。在长期规划且有效实施政策等保障前提下，精准的树种选择及其相匹配的林地（包括生态区域和立地）选择，以及选择良种（包括技术、良种）和人工林培育技术储备是林高效培育的基础和必要条件。精准培育技术动态创新及其应用是实现目标的必然支撑。

在国家的长期规划框架下，制定省区优质高效人工用材林培育长期计划（包括规划树种的遗传改良计划），并从政策、管理和投资等方面保障用材林培育按计划有效的实施，是解决木材自给自足的必由之路。良种是从优良基因应用的客观方面支撑优质高效用材林的培育，只有应用良种方可实现高效培育目标。精准的动态培育技术，包括因树种、区域和轮伐周期变化而需要相应变化的林地经营与林木培育技术研发、创新，是优质高效用材林精准培育的必要技术支撑。我国优质高效人工用材林精准培育尚处于起步阶段，尚需从社会、经济和技术等诸多方面开展研究与创新。