造林密度对乳源木莲人工林生长形质及林分分化的影响

欧建德 康永武

( 1. 明溪县林业局，福建 三明，365200；2. 沙县林业局，福建 三明，365500)

乳源木莲（Manglietia yuyuanensis）是南方优良的造林阔叶树种，具有良好的生态功能，并已在中国南方地区大面积造林。当前乳源木莲研究更多地关注其遗传改良[1-3]、育苗[4-6]、造林[7-9]、生长规律[10-13]、成林管理[14-16]、混交林效应[17-19]等方面，有关乳源木莲造林密度方面研究迄今未见报道。造林密度改变林木个体生长空间与林分结构，影响林木早期生长、干形形质、个体竞争与分化[20-21]，是密度管理基础和影响人工林生长的重要因素[22]。林木早期生长形质与分化情况影响生长以及培育目标的实现[21]，基于林分生长形质与分化的总体表现合理造林密度显得十分必要。为此，本试验以福建省沙县10年生的乳源木莲人工纯林为研究对象，在系统分析揭示生长性状、干形形质以及林分分化等方面的造林密度效应与规律基础上，应用多目标决策方法综合生长形质与个体分化表现，企图基于生长形质、林分分化的总体表现合理造林密度，为科学培育乳源木莲提供参考。

1 材料与方法

1.1 研究对象

研究地位于福建省沙县际口（东经117°48′，北纬26°26′）属中亚热带季风气候，年平均降雨量1 510～1 840 mm，年平均气温为19.3 ℃，无霜期255～297 d，年平均日照时数为1 877.7 h，＞10 ℃年积温4 652.2～6 009.7 ℃，海拔150～250 m，土壤为山地红壤，土壤肥力中等。

研究材料为采用1年生裸根苗，挖明穴造林的10年生人工乳源木莲林分；造林密度设计4个处理，A：2 500株/hm2、B：3 000株/hm2、C：3 600株/hm2、D：4 500株/hm2。连续抚育3 a，每年4—5月、8—9月全面除草，造林后翌年4—5月进行扩穴培土。

1.2 调查方法

分别不同造林密度处理的10年生乳源木莲人工林林分，随机布设3个20 m×20 m面积标准地，作为3个重复。采用常规每木调查方法，测定乳源木莲枝下高、树高、胸径、2 m处树干直径、冠幅、树干通直度[1-2]。生长及形质性状指标计算：林木单株材积[23]：

式中：V为单株材积，D为胸径，H为树高。

树干圆满度：树干圆满度用2 m处树干直径与胸径的比值表示[20-21]。

式中:f1.3为胸高形数，V为材积，g1.3为胸高断面积，H为树高[24-25]。

个体的相对胸径（单木竞争指标）：按d=r/R公式（r为每株样木胸径；R为样地林分平均胸径，d为单木相对胸径），求得每株样木的d值（单木竞争指标）[20-21]。在各样地按分级木（Ⅰ～Ⅴ级木）归类，分级标准为Ⅰ级木，d≥1.336；Ⅱ级木 ， 1.026≤d＜1.336； Ⅲ 级 木 ， 0.712≤d＜1.026；Ⅳ级木，0.383≤d＜0.712；V级木，d＜0.383[20-21，26]；并以样地为统计单元，进行Ⅱ及Ⅲ级木以下株数比例计算[20-21， 26] 。

1.3 生长形质及林分分化综合表现分析

采用多目标中的一维比较法[27-28]进行乳源木莲生长形质与林木分化的综合表现（综合得分）计算。鉴于树高、胸径、冠幅、单株材积和林分蓄积等生长指标，枝下高、冠长率、树干圆满度和通直度、高径比等干形形质指标，Ⅱ及Ⅲ级木以下株数比例等林木分化指标均有着显著密度效应，本试验选择以上12个生长、干形质量和林分分化进行综合表现评价。

1.3.1 效用值转化

鉴于树高、胸径、冠幅、单株材积和林分蓄积越大，林木生长越好；枝下高、树干圆满度和通直度、高径比越大，其无节良材长度越大，干形越通直圆满；以上9个生长形质及林分分化指标与林分综合表现呈递增关系，其效用值转化公式为：

鉴于冠长率越小，其无节材长度比例越大，其干材品质越好；Ⅱ及Ⅲ级木以下株数比例越小，林分竞争与分化越缓和，结构越稳定；冠长率、Ⅱ及Ⅲ级木以下株数比例与林分综合表现呈递减关系，其效用值转化公式为：式（3）、（4）中：U为个体某个性状效用值，V为个体某个性状值，Vmax为群体某个性状的最大值，Vmin为群体某个性状的最小值。

1.3.2 确定权重系数

经征询专家意见，本研究中单株材积权重系数为0.2，Ⅲ级木以下株数比例权重系数为0.15，胸径、林分蓄积以及Ⅱ级木以下株数比例权重系数均为0.1，树高、冠幅、枝下高、冠长率、树干圆满度和通直度、高径比的权重系数均为0.05。

1.3.3 综合评价值计算

根据综合评价值＝∑性状指标效用值×性状指标权重系数，进行综合得分值计算。

1.4 数据分析

采用Excel 2003和SPSS 21.0软件对数据进行统计分析。主成分分析采用SPSS 21.0软件进行。造林保存率、Ⅱ及Ⅲ级木以下株数比例按x=asin（x）转化后方差分析[20-21]。采用单因素方差分析法（one-way ANOVA）和Duncan法进行方差分析和多重比较（a=0.05）。表中数据为平均值±标准差。

2 结果与分析

2.1 乳源木莲生长的造林密度效应

方差分析结果（表1）显示，造林密度显著影响着10年生乳源木莲的树高、胸径、冠幅、单株材积和林分蓄积等5个生长性状，但对造林保存率无显著性影响。随造林密度增大，乳源木莲胸径、冠幅、单株材积减小；经方差分析，密度增大至D显著降低乳源木莲胸径、单株材积，密度A、B、C间胸径、单株材积表现良好且无显著性差异，密度D的胸径、单株材积最小；密度增大至C起显著降低乳源木莲冠幅，密度A冠幅最大，密度D冠幅最小。随造林密度增大，乳源木莲树高增大；密度增大至B起显著增加乳源木莲树高，密度D树高最大，密度A树高最小。随造林密度增大，林分蓄积先增大后减小；密度增大至B起显著增加林分蓄积，密度B、C、D间林分蓄积较大且之间无显著性差异，密度A林分蓄积最小。

方差分析结果（表1）显示，造林密度对乳源木莲造林保存率无显著性影响。密度A、B、C、D间的乳源木莲造林保存率介于93.89～97.17%、保存率均较高且无显著性差异，这与试验地的光热和养分良好、一致有关，同时表明造林保存率主要受到遗传物质、苗木质量、造林措施、试验地生境等控制。

表 1 乳源木莲生长性状分析Table 1 Analysis of growth traits on M. yuyuanensis

2.2 乳源木莲干形形质性状的造林密度效应

枝下高与冠长率关系到林木无节材长度与长度比例，树干通直度衡量干材通直程度，高径比与干材削度变化相关，树干圆满度与胸高形数是衡量干材圆满指标，本研究选择以上5个干形形质性状进行干材品质评价。

方差分析结果（表2）显示，除胸高形数外，造林密度显著影响着10年生乳源木莲的枝下高、冠长率、树干圆满度与通直度和高径比等干形形质性状。10年生乳源木莲枝下高、树干圆满度与通直度、高径比等立木形质性状指标随密度增大而增大，意味着随乳源木莲密度增大其无节良材长度与长度比例增加、立木愈加通直圆满、干材削度减少；方差分析（表2）表明，造林密度增大至B起显著增大枝下高，低密度A的枝下高最小、无节材长度最短，密度B、C间枝下高次之、且之间无显著性差异，高密度D枝下高最大、无节材长度最长；密度增大至C起显著增加树干圆满度，密度C、D间树干圆满度良好且之间无显著差异，密度A、B间树干圆满度较差、欠圆满且之间无显著差异；密度增大至D显著增大树干通直度，密度D树干通直度最好、干材通直，A、B、C密度间树干通直度较差、欠通直且之间无显著差异；造林密度增大至C起显著增大高径比，密度D高径比最大、干材削度最小，密度C次之，密度A、B间高径比较小、干材削度较大且之间无显著差异。10年生乳源木莲冠长率随密度增大而增大，密度增大至D显著降低冠长率，高密度D冠长率最小、无节材长度比例最大，A、B、C密度间冠长率较大且之间无显著性差异。这与随造林密度增大，乳源木莲林分郁闭提前且郁闭程度愈加充分，加剧其自然整枝有关。

表 2 乳源木莲形质性状分析Table 2 Analysis of stem-form quality on M. yuyuanensis

方差分析结果（表2）显示，造林密度对10年生乳源木莲胸高形数无显著性影响。密度A、B、C、D类型间的乳源木莲胸高形数介于0.531～0.541间，胸高形数无显著性造林密度效应，表明乳源木莲胸高形数更多地受到遗传物质控制。

10年生乳源木莲冠长率呈随造林密度增加而逐渐降低的变化趋势，乳源木莲枝下高与冠长率随着造林密度增加呈现出逐渐增大（减少）的变化趋势，这与随造林密度增加，林分提前郁闭且郁闭程度愈加充分，加剧其自然整枝强度有关。

随造林密度增加，乳源木莲树干通直度与圆满度均呈现增大变化趋势、干材趋于更加通直、圆满，一方面是随造林密度增加，乳源木莲林分郁闭时间提前、程度提高，侧枝生长受到抑制，从而增加树干生物量的分配，使得干材趋于圆满；另一方面随造林密度增加、株间侧方荫蔽增强，林木采取优先树高生长策略以获得更加充裕的光照，使得干材更加通直。随造林密度增加乳源木莲高径比呈现增大变化，是密度促进树高生长效应与抑制胸径生长共同作用的结果。

2.3 乳源木莲林分分化的造林密度效应

方差分析结果（表3）显示，造林密度显著影响10年生乳源木莲Ⅱ级木以下、Ⅲ级木以下株数比例，表明乳源木莲Ⅱ级木以下、Ⅲ级木以下的分级木转化有着显著性造林密度效应。乳源木莲Ⅱ级木以下、Ⅲ级木以下株数比例随造林密度增加而增大；方差分析结果（表3）显示，密度增加至C时显著增加Ⅱ、Ⅲ级木以下株数比例，密度D的Ⅱ、Ⅲ级木以下株数比例最大、林木分化最严重，密度C次之，密度A、B间最小且之间无显著性差异、林木分化较缓和。以上结果表明，造林密度显著改变林分分化，这是随造林密度增加，乳源木莲个体间的营养供应、生长空间竞争加剧、促进个体分化所致。

表 3 乳源木莲林分分化分析Table 3 Analysis of stand differentiation on M. yuyuanensis

2.4 乳源木莲造林密度类型的综合评价与优化

由2.1～2.3可知，10年生乳源木莲树高、胸径、冠幅、单株材积和林分蓄积等5个生长性状、枝下高、冠长率、树干圆满度与通直度和高径比等5个干形形质性状以及Ⅱ、Ⅲ级木以下株数比例等2个分化指标均有着显著性的造林密度效应。为此本研究选择以上12个性状进行生长形质及林分分化综合评价，结果列表1。

方差分析结果（表1）显示，造林密度显著影响着10年生乳源木莲生长形质及林分分化综合表现，表明优化乳源木莲造林密度必要性与重要性；密度增加至D显著减少综合评价值，密度A、B、C间综合评价值较大且之间无显著性差异、综合表现良好，密度D综合评价值最小、综合表现最差。

3 结论与讨论

本研究中，10年生乳源木莲树高、胸径、冠幅、单株材积和林分蓄积等生长性状，枝下高、冠长率、树干圆满度，通直度和高径比等干材形质性状，Ⅱ、Ⅲ级木以下株数比例等林分分化性状，以及综合表现均有着显著性的造林密度效应，表明优化造林密度的必要性，2 500～3 600 株/hm2造林密度的人工林总体表现良好。鉴于2 500～3 600株/hm2的乳源木莲Ⅲ级木以下株数比例高达8.40～23.00%，建议及时开展间伐。研究结果与前人造林密度影响林木生长发育[20-21，29-30]，以及造林密度影响林木干材形质与个体分化[20-21]研究结论一致。

10年生乳源木莲人工林资料表明，不同造林密度的生长差异显著。随造林密度增大，乳源木莲胸径、冠幅、单株材积减小，表现出抑制效应；树高随造林密度增大而增大，林分蓄积随造林密度增大而先增大后减小，但造林密度对造林保存率无显著性影响。不同造林密度的林木干形形质差异显著，与以往的研究成果[20-21]一致。随造林密度增大，枝下高、树干圆满度、通直度和高径比增大，冠长率减小，意味着无节材长度与长度比例增大，干材愈加通直圆满，干材品质提高。造林密度对胸高形数无显著性影响。不同造林密度的林分分化差异显著，Ⅱ、Ⅲ级木以下株数比例随造林密度增大而增加，表明密度影响分级木分化与株数比例，与以往的研究结论[20-21]一致。

造林密度对林分平均树高影响较复杂，以往的研究结论亦不一致。有些研究表明，密度对树高的影响较弱，基本不受密度的影响[31]。而有些研究认为树高随密度增大而降低[21]。乳源木莲幼林树高随造林密度增大而总体增高，与前人在南方红豆杉（Taxus chinensisvar. mairei）[20]、杉木（Cunninghamia lanceolata）[32]、 青 杨 （Populus cathayana）[33]、黄梁木（Anthocephalus chinensis）[34]的研究结果一致。导致乳源木莲幼林树高随造林密度增大而总体增高的原因，随造林密度增大而林木生境越加荫蔽，乳源木莲为获得充足光照，采取相对于径向生长优先树高生长策略所致，这与前人在南方红豆杉[35]、马尾松（Pinus massoniana）[36]树种的研究结论一致。

林分蓄积受到单株材积和造林密度2个因子控制。本试验乳源木莲林分蓄积随造林密度增大而呈现先增大后减少的变化，林分蓄积随造林密度增大而增大，但造林密度增大到一定程度，密度竞争效应明显、密度过大导致林木个体生产能力降低、林分蓄积减少[37]。

本试验的乳源木莲造林密度范围宜为2 500～3 600株/hm2；随着林木生长，密度对生长形质、林分分化的影响亦在动态变化之中，应坚持长期动态研究。