密度调控对杉木人工林中优势木生长过程的影响

余克胜，张时林，鄢武先，贾 晨*，宋 鹏

(1.洪雅县国有林场，四川 洪雅 620360；2.资阳市自然资源和规划局，四川 资阳，641300；3.四川省林业科学研究院，四川 成都 610081)

杉木(Cunninghamialanceolata)是我国南方林业生产中重要的速生用材树种，具有生长快、材质好的特点，是建筑家具制造等行业重要原料。密度抚育管理是经营管理森林的重要措施之一，密度调控林分可以改变林分空间结构，而低密度经营有利于林分的胸径、树高、材积加快生长，促使林分树干饱满[1]。张鹏等认为间伐强度增大能显著促进胸径生长和林分的蓄积生长率增长[2]，龙忠于等研究发现不同间伐强度对杉木人工林胸径连年生长量的影响差异显著，当间伐强度为40%时，可促进胸径连续性增长[3]。洪玲霞认为初植密度对林分优势高生长过程的影响较大，而间伐影响不大[4]。生长势是植物发育的旺盛程度，也是自身生命力的客观反映，受自身因素和外界环境共同影响。不同生长势的林木能显著影响各器官生物量的分配[5～6]、胸径和树高的成熟期[7]以及树高生长率[8]，但对某一性状的多样性影响不明显[9]。林文树认为土壤理化性质显著影响着优势木的生长过程[10]。学者们虽然已开展了一些密度调控对杉木林分生长的影响和不同生长势植株的生长差异等研究，然而关于密度调控对优势木的生长过程研究较少。本研究对洪雅林场的不同经营密度下的杉木人工林中的优势木的生长过程进行研究，为四川盆周山地杉木人工林大径材培育和纯林改造为混交林的科学经营与管理提供参考和依据。

1 试验区概况

研究地在洪雅国有林场八面山工区，位于眉山市西南部，地处四川盆地西南边缘，属于洪雅县(东经102°49′～103°32′，北纬29°24′～30°00′)管辖。地形由高山、中山、深丘、浅丘、台地、河谷、平坝组成；地势由西南向东北倾斜，境内地貌以山地丘陵为主，最高海拔 3 090 m，最低海拔417.5 m。属中亚热带湿润气候，年降雨量 1 435.5 mm，年日照 1 006.1 h，年无霜期307 d，最冷月1月均温6.1 ℃，最热月7月均温25.3 ℃，年平均气温16.6 ℃；境内土壤以黄壤、山地黄壤、紫色土为主。试验林分为 2 000年营造的杉木人工纯林，初植密度为 3 000株·hm-2，2008年开展1次透光伐，2012年开展1次生长伐，2014年再次生长伐调整密度，保留密度为500株·hm-2、750株·hm-2和1000株·hm-2。

2 材料与方法

2.1 样地设置与树干解析

2018年8月，在试验林中选择不同经营密度(A:500株·hm-2、B:750株·hm-2和C:1000株·hm-2)的林分设置临时样地3个，对临时样地的林木进行每木检尺，根据实测胸径、树高等指标的结果，以各样地的平均树高+1.5个标准差的标准确定各样地的优势木，然后在每个样地随机选择2株优势木作为解析木。并实测每株优势木的各断面圆盘的年轮个数、每个年轮所对应的南北直径生长量等各项指标，解析木以2 m区分段，即在0 m、1.3 m、3.6 m、5.6 m、7.6 m等截取圆盘。解析木的材积(V)采用中央断面区分求积式计算，材积生长率采用普雷斯勒生长率公式求算[11]。不同经营密度林分中选取的解析木生长情况见表1，不同经营密度中优势木树高、胸径和材积的生长过程见表2。

表1 不同经营密度中解析木的生长情况

Tab.1 Growth of analytical trees at different densities

经营密度/(株·hm-2)年龄/a平均树高/m平均带皮胸径/cm平均材积/m3A:5001913.0±0.5720.7±1.70.2567±0.0099B:7501913.2±0.4216.9±0.40.1664±0.0068C:10001913.1±0.2816.8±0.60.1462±0.0133

2.2 数据分析及处理

数据处理利用Excel软件进行数据分析和制作表格，利用Origin 8.5制图软件进行作图。

3 结果与分析

3.1 树高生长差异

3种不同经营密度中优势木的树高生长曲线均表现为“S”型(见图1)。由优势木的树高生长曲线可以看出，C密度林分中的优势木的树高生长量在生长期明显低于A密度和B密度，B密度中的优势木树高生长量在6～10年期间略大于A密度；10年生后，A密度和B密度的优势木树高生长均明显减缓，两者的连年生长量均低于C密度的优势木连年生长量(见图2-b)。

由图2知，A密度中优势木的树高平均生长量和连年生长量均在4年生时达到最大值，分别为1.4 m和2.2 m；而B密度和C密度优势木的平均生长量均在8年生时达到最大值，分别为1.3 m和1.0 m，出现时间晚于A密度；B密度优势木的树高连年生长量最大值出现在8年生时(2.0 m)，晚于C密度(6年生，1.6 m)。根据树高连年生长量曲线与平均生长量曲线相交点估测A密度、B密度和C密度的树高数量成熟时间分别为9.2年、9.0年和8.2年，表明随着林分密度增大，其树高数量成熟的时间越早。密度调控对不同密度林分中优势木的树高总生长量、平均生长量和连年生长量均有一定的影响。

表2 不同经营密度中优势木生长过程表

Tab.2 Growth process of dominant trees at different densities

图1 不同经营密度中优势木树高生长过程

3.2 胸径生长差异

3种不同经营密度中优势木的胸径生长量随着树龄增长而呈现“S”型曲线(见图3)。在前4年，3个密度中优势木的胸径生长速度均是较快的；在6年生后，A密度优势木的胸径生长要明显快于B密度和C密度。说明随着林分密度降低，胸径的生长速度有增大趋势。在19年生时，A密度的胸径生长量是B密度的1.22倍，是C密度的1.23倍。

由图4-a知，A密度和C密度中的胸径平均生长量最大值均出现在6年生时，分别为1.70 cm和1.35 cm，而B密度的胸径平均生长量最大值出现在4年生时(1.60 cm)。A密度、B密度和C密度的胸径连年生长量最大值均出现在4年生时，其值分别为2.3 cm、2.3 cm和2.4 cm。在4～14年间，A密度的胸径连年生长量一直高于B密度和C密度；在15年生后，C密度胸径连年生长量高于另外两者，表现出后期生长速度快的特点(见图4-b)。根据胸径平均生长量曲线与连年生长量曲线相交点，预测出A密度、B密度和C密度的胸径数量成熟龄分别为8年、5.6年和7年。不同的经营密度对优势木胸径数量成熟时间有一定影响。

图2 树高平均生长量和连年生长量

图3 不同经营密度中优势木胸径生长过程

3.3 材积生长差异

3种不同经营密度中优势木的材积生长过程曲线见图5，在2～6年间，3种优势木的材积累计生长量差异较小，但此后，三者的材积累计生长量差距逐渐增大，特别是A密度明显大于另外两者。在19年生时，A密度优势木去皮材积是B密度的1.50倍，是C密度的1.70倍，B密度的去皮材积是C密度的1.14倍。表明林分密度差异明显影响了林分植株的材积生长。其原因主要是保留密度越小，林木之间距离越大、生长空间越大，获得光照面积和土壤养分的机会越多，其生长势越强，生长量越大。

图4 胸径平均生长量和连年生长量

图5 不同经营密度中优势木材积生长过程

由图6-a知，在生长期，3种密度的材积平均生长量表现出A密度>B密度>C密度，A密度的材积平均生长量最大值出现在16年生时，其值为0.0125 m3，B密度和C密度的材积平生长量均在18年生时达到最大值，出现时间都晚于A密度，其值分别为0.0078 m3和0.0072 m3。由图6-b知，A密度、B密度和C密度的材积连年生长量最大值出现的时间分别是8年(0.0174 m3)、10年(0.0122 m3)和16年(0.0125 m3)。表明林分密度在一定程度上影响了材积连年生长量生长过程变化，林分密度越大，材积连年生长量最大值出现时间越晚。

根据材积平均生长量曲线和连年生长量曲线相交点，估测出A密度、B密度和C密度的材积数量成熟龄分别为17年、18年和18.5年，表明随着林分密度增大，林分中优势木的材积数量成熟时间越晚。

图6 材积平均生长量和连年生长量

4 结论与讨论

通过对不同经营密度的杉木人工林中优势木的生长过程研究分析，得到以下结论：

(1)密度调控对杉木人工林中优势木的树高生长有一定影响，林分经营密度越大，树高平均生长量和连年生长量最大值越小，树高数量成熟时间越早，即林分密度降低后，在一定时期内能够促进树高的生长，但后期各经营密度中优势木的树高总生长量差异不明显。这是由于林木生长空间增大，林木短期内获得外界光照和土壤养分的机会更多，短期内加快了树高生长，后期由于立地条件的限制，各经营密度的优势木的树高基本一致，这与洪玲霞的研究结果相似[4]。

(2)杉木林分经营密度降低，则优势木的胸径生长量增大，平均生长量也越大；经营密度降低的一段时间内，低密度林分优势木的胸径连年生长量大于中、高密度林分的优势木，但后期高密度林分的胸径连年生长量大于中、低密度林分。密度调控后，低密度林分中优势木的胸径平均生长量一直稳定高于另外两者，由于林木株间距加大，横向竞争压力降低，提高了低密度中优势木胸径生长能力。这与龙忠于认为杉木人工林密度调控一定程度可促进胸径连续性增长[3]，和张鹏研究认为经营密度越小，胸径平均生长量越大的结论相一致[2]。低密度林分(500株·hm-2)有利于培育杉木大径材，同时，林木间距大可在林下补植乡土阔叶树种，有利于改造杉木纯林向杉阔混交林转变。

(3)随着林分经营密度的增大，优势木材积总生长量明显降低，材积平均生长量逐渐减小，材积平均生长量和连年生长量最大值出现的时间越晚，材积的数量成熟年龄越晚。立木材积生长是由树高和胸径生长共同决定的，在密度调控后，低密度下优势木材积生长速度明显快于中、高密度。因此，在经营管理杉木人工林时，合理调控林分密度能够促进优势木材积的增长。在杉木纯林经营过程中，应及时调整林分密度，改善林木空间，低密度(500株·hm-2)林分可显著提高优势木材积生长量，进而缩短培育大径材的年限，而中高密度(>500株·hm-2)林分可以用来培育中小径材。

本次仅对同一立地指数下的不同经营密度的杉木人工林优势木生长过程进行了研究，而不同立地条件对密度调控林分中优势木生长过程的影响尚待进一步研究。