陈山红心杉良种造林幼龄期密度效应分析

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。