5种杉木幼林不同龄期生长特性比较

张丽霞，曹光球，林开敏，马祥庆，帅 鹏*

（1.福建农林大学林学院，福建 福州 350002；2.国家林业和草原局杉木工程技术研究中心，福建 福州 350002）

0 引言

【研究意义】杉木(Cunninghamia lanceolata)是人工林种植的主要针叶用材和重要速生用材造林树种，分布于我国南方的16个省（区），在我国森林蓄积量和木材生产中占有重要的地位[1]。福建森林面积811.58万hm2，其中杉木林135.67万hm2，占全省森林的16.72%[2]，是福建省的重要森林类型之一，其具有生长迅速、产量高、材质好、分布广、经济价值高等特性[3-4]。随着社会的发展，人们对杉木的需求日益高端化和生态化，培育杉木人工林不仅能够从根本上缓解我国木材资源的短缺[5]，而且对我国木材安全、绿色发展也尤为重要[6-7]。近年来，由于培育模式不合理、经营管理措施不当等原因导致杉木人工林地力衰退、林分生产力下降[8-9]。杉木良种品种是影响杉木生长状况的重要因素[10]，是促进林业生产发展的基础和前提，研究不同杉木良种生长，可为杉木良种的推广使用提供依据，对建立杉木高效培育试验示范林，促进区域杉木人工林资源培育与可持续经营具有一定意义。【前人研究进展】长期以来，杉木遗传改良研究始终走在我国造林的前列，前人在种子园、良种选育、繁育技术、子代测定及家系选择等方面开展了大量的工作[11-13]。有研究发现嫁接后及时截顶控高的杉木种子园可培育杉木理想的结实树形，明显提高种子园种子产量[14]，杉木第3代种子园良种幼林生长明显比杉木第2代种子园良种具有优势[15]。吴炜[16]发现杉木树高、胸径和单株立木材积等生长指标之间具有较高的遗传增益，而这些生长性状与木材基本密度却具有明显的负向遗传相关性，在进行优良家系和单株的选择时需要兼顾两者均具有正向遗传增益才更合理。优良无性系选择、生长性状遗传评价等方面也取得一些研究进展[17-18]，如李晓燕等[19]以良种和初植密度为变量因素对比分析了两者交互控制对幼龄期杉木各项生长指标的影响，发现在初植密度相同时第1代种子园良种和第3代种子园良种之间无显著差异。【本研究切入点】杉木无性系品种是通过在杉木种内有性杂交，经无性系测定后选择优良个体培育而成的[20]，无性繁殖具有遗传增益较高、优良性状稳定、木材规格均一等优点，实生繁殖则具有较丰富的遗传基础，群体的可塑性大、适应性广等优点[21]。目前福建已经开展4代种子园的育种研究，但不同区域杉木种质资源评价工作进度仍有差异，特别关于闽北低山丘陵区不同杉木良种幼龄期生长性状对比方面的研究报道较少。【拟解决的关键问题】本研究选取杉木不同世代实生苗与不同无性系为种质材料，通过观测和比较不同杉木良种幼龄林时期的胸径、树高、东西冠幅、南北冠幅、单株立木材积和径阶分布等的差异，探讨不同杉木优良种质材料造林前期人工林动态生长规律和杉木人工林培育中的良种效应，为构建杉木人工林高效培育技术体系提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

试验地位于福建省南平市顺昌县埔上镇埔上国有林场（26°56′N，117°47′E），地处顺昌县西北部，闽江上游富屯溪畔，群山环抱，属亚热带海洋性季风气候。该场林地多属低山丘陵地带，海拔200～400 m，最高海拔1 050 m，最低海拔150 m，相对高差100～200 m，坡度20°～30°，多年平均降水量1 880 mm，无霜期310 d，多年平均气温18.5 ℃，年平均日照时数大于1 600 h，日照充足，降雨适中，山区生态资源保护好，具有温和的山区气候和丰富的水资源。土壤以红壤为主，土层深厚，理化性能良好，腐殖质多为中层；植被为天然杉木和毛竹（Phyllostachys edulis）及人工杉木、马尾松（Pinus massoniana）林和针阔混交林，极适宜杉木等常绿阔叶树的生长，属闽北杉木中心产区；森林覆盖率75.6%，是福建省重点林区。

1.2 试验设计

种苗选择：选择一年生优良杉木无性系洋020、洋061、广西二代、福建埔上三代4种杉木种苗，其中无性系种苗均来自洋口林场扦插培育，无性系洋061（国 R-SC-CL-003-2018）和洋 020（国 R-SC-CL-002-2018）于2019年通过国家林业和草原局林木良种认定。实生苗均来自埔上国有林场，广西二代是样地所在区域常用杉木造林种苗。

试验设置：4个种苗纯林、洋020和洋061株间混交林[下文以洋061（混交）与洋020（混交）表示 ]，共5个处理，5种造林样地各重复3次，每个重复不同良种造林立地基本一致，共计15块标准样地，样地面积为400 m2（20 m×20 m），每个样地4个角点埋设水泥桩作为标志，造林密度为2 500株·hm-2。

整地：采用块状整地，挖栽植穴横×纵×深为60 cm×40 cm×40 cm，栽植穴内低外高，每穴施250 g钙镁磷肥作基肥，回填表土。

造林：试验苗木按品种进行编号，于2017年2月在同一样地进随机混合造林，行株距为2 m×2 m。造林后2018年、2019年6月对造林地进行除萌蘖、除藤蔓等抚育措施。

1.3 试验观测

2018—2020 年，每年在标准样地内测量每株杉木的胸径、树高、东西冠幅、南北冠幅等生长量指标，记载标准样地的坡形、坡位、坡度、坡向等数值。

1.4 数据处理

统计每年各小区所有测树指标的平均值数据，用Microsoft Excel 2010制作图和表格，表格内胸径、树高、东西冠幅、南北冠幅、单株立木材积等均值数据均以平均值±标准差表示。SPSS20.0进行数据整理和处理分析，多重比较采用 Duncan 检验。

计算杉木林分平均单株材积，单株立木材积采用公式V=0.000 058 777 042D1.9699831H0.89646157计算（式中V为单株材积，D为胸径，H为树高）[22]。将四年生的各杉木良种胸径以2 cm为一个范围划分径阶（D＜ 3 cm为2 cm径阶，3 cm ≤D＜ 5 cm为4 cm径阶，5 cm ≤D＜ 7 cm为6 cm径阶，以此类推划分径阶，其中D为胸径），计算每个小区内各径阶林木保存株数占总株树的百分比，绘制径阶分布图。

2 结果与分析

2.1 杉木良种幼龄林地径/胸径生长差异

不同杉木良种在幼龄林时地径/胸径生长情况见表1。2年生时，洋061（混交）良种地径最大，其均值为1.90 cm，变异系数为23.78%。其次是洋061良种，其地径均值为1.85 cm。洋020（混交）与洋020良种地径均值分别为1.12 cm 和1.02 cm，二者生长表现较差。最大与最小地径差值为0.88 cm。2年生洋061良种地径与洋061（混交）间无显著差异，但都显著高于其他良种。3年生时，洋061良种胸径均值是4.13 cm，为最大胸径。其次是三代良种，其胸径均值为3.99 cm。洋020（混交）与洋020良种胸径均值分别为2.51 cm和2.43 cm，二者生长表现较差。最大与最小胸径差值为1.70 cm。洋061（混交）胸径变异系数为28.89%。3年生洋061良种胸径显著大于洋020与洋020（混交）。4年生时，胸径最大的是洋061（混交）良种，其均值为7.26 cm；其次是洋061良种，其胸径均值为6.56 cm，变异系数为25.15%。洋020与洋020（混交）胸径均值分别为5.58 cm和5.47 cm，二者生长表现较差。其中最大最小胸径差值为1.79 cm。4年生洋061（混交）良种胸径显著大于其他良种。

表1 不同良种幼龄林地径/胸径生长Table 1 Growth differentiations on average diameter at ground-level/DBH ratio of young Chinese fir

在2年生、4年生时，洋061（混交）良种平均地径或胸径都最大，3年生时，洋061良种平均胸径最大，洋020良种与洋020（混交）平均胸径较差。洋061（混交）良种的变异系数最小。3年生的胸径生长相较于2年生地径，福建三代杉木良种胸径生长速度最快，4年生的胸径生长相较于3年生时，洋061（混交）杉木良种胸径生长速度加快了很多。

2.2 杉木良种幼龄林树高生长差异

由表2知，2年生时，洋061与洋061（混交）良种树高最大，其均值均为1.26 m，洋061良种变异系数为21.43%。洋020（混交）与洋020良种树高均值分别为0.82 m 和 0.79 m，二者生长表现较差，其中最大、最小树高差值为0.47 m。经多重比较知：2年生洋061良种树高与洋061（混交）间无显著差异，但都显著高于其他良种。3年生时，洋061良种树高最大，其均值为3.18 m，其次是洋061（混交）良种为 3.00 m。洋020（混交）与洋020良种树高均值分别为2.51 m 和 2.45 m，二者生长表现较差。其中最大、最小树高差值为0.73 m。洋061（混交）良种树高变异系数为15.33%；3年生洋061良种树高显著大于其他良种。4年生时，洋020（混交）良种树高最大，其均值为5.23 m，其次是洋061（混交）与洋061良种，其树高均值分别为 5.02 m、4.98 m；三代良种树高均值为4.59 m，其生长表现较差；其中最大、最小树高差值为0.64 m。洋061良种树高变异系数为13.25%。4年生洋020良种树高显著大于其他良种，洋061树高与洋061（混交）差异不显著。

表2 不同良种幼龄林树高生长差异Table 2 Growth differentiations on average tree height of young Chinese fir

2年生时，洋061良种平均树高最大，且其变异系数最小。3年生时，洋061良种平均树高最大，洋061（混交）良种变异系数最小。4年生时，洋020（混交）良种平均树高达到最大，洋061良种变异系数最小。3年生的树高生长相较于2年生时，洋061杉木良种树高生长速度最快，4年生的树高生长相较于3年生时，洋020杉木良种树高生长速度最快。

2.3 杉木良种幼龄林冠幅生长差异

由表3可知，2年生时，洋061良种东西冠幅和南北冠幅生长最大，其均值分别为0.94 m和0.96 m，其次是福建三代和洋061（混交）良种；洋020（混交）与洋020良种东西和南北冠幅生长表现较差，均值为0.61 、0.61和0.54、 0.55 m。3年生时，福建三代良种东西冠幅和南北冠幅生长最大，其均值分别为1.72 m和1.66 m，其次是洋061和洋061（混交）良种，洋020与洋020（混交）良种东西和南北冠幅生长表现较差，均值为1.31 、1.24 和 1.22、1.21 m。经多重比较知：3年生与2年生洋061良种冠幅与洋061（混交）、福建三代之间差异性不显著，但三者均显著高于其他良种。4年生时，洋061（混交）良种东西冠幅和南北冠幅生长最大，其均值分别为2.67 m和2.63 m，其次是福建三代良种，其东西和南北冠幅均值分别为2.52 、2.42 m；洋020（混交）良种东西和南北冠幅生长表现最差，均值均为2.10 m。经多重比较知：4年生洋061（混交）良种冠幅显著大于其他良种。

表3 不同良种幼龄林冠幅生长差异Table 3 Growth differentiations on average tree crown of young Chinese fir

2年生时，洋061良种冠幅生长最大，且其变异系数最小。3年生时，福建三代良种冠幅生长最大，变异系数最小，其次是洋061良种。4年生时，洋061（混交）良种冠幅生长最大，洋061良种变异系数最小。3年生的冠幅生长相较于2年生时，福建三代杉木良种冠幅生长速度较快，4年生的冠幅生长相较于3年生时，洋020杉木良种冠幅生长速度最快。

2.4 杉木良种幼龄林材积生长差异

由表4知， 3年生时，洋061与洋061（混交）良种材积较大，其均值分别为3335.76、2713.50 cm3。洋020（混交）与洋020良种材积生长表现较差，其均值分别为1160.04、1053.69 cm3。不同杉木良种材积均值排序为：洋061＞洋061（混交） ＞福建埔上三代＞广西二代＞洋020（混交）＞洋020。3年生洋061良种材积显著大于其他良种。4年生时，洋061（混交）与洋061良种材积较大，其均值分别为14417.44、11173.48 cm3。广西二代与洋020（混交）良种材积生长表现较差，其均值分别为8435.03 、8193.85 cm3。不同杉木良种材积均值排序为：洋061（混交）＞洋061 ＞福建埔上三代＞洋020 ＞广西二代＞洋020（混交）。4年生洋061（混交）良种材积显著大于其他良种。

表4 不同良种幼龄林材积生长差异Table 4 Growth differentiations on average timber volume of young Chinese fir

在3年生、4年生时，洋061与洋061（混交）良种材积都达到最大，洋020与洋020（混交）良种材积都较小。

2.5 杉木良种幼龄林径阶分布差异

林分直径株数分布规律是林分结构的基本特征之一[23]，不同杉木良种在4年生时径阶分布情况见图1。由图1可知：洋061与洋061（混交）良种标准地的径阶分布区域为 2～12 cm，其他良种的径阶分布区间均为 2～10 cm。洋061（混交）良种标准地图形呈非正态分布，径阶分布图右偏，标准地杉木株树在8～10 cm径阶分布更多，其他良种基本上呈正态分布，标准地杉木株树均在6 cm径阶分布最多。福建三代良种明显呈正态分布，说明其径阶分布较为分散，林分空间结构较为复杂，空间结构表现较为良好。洋061与洋061（混交）良种标准地在2～4 cm径阶较8～10 cm径阶株树分布少，洋061与洋061（混交）林地在2～4cm、8～12 cm径阶林木株树占总株数的百分比分别为18.90%、41.81%和21.36%、60.45%；而洋020与洋020（混交）良种标准地在2～4 cm径阶较8～10 cm径阶株树分布多，其2～4 cm、8～10 cm径阶林木株树占总株数的百分比分别为39.36%、18.09%和36.08%、21.13%。说明洋061良种在幼龄林拥有大量的大径阶林木，而洋020良种却拥有更多小径阶林木，缺乏较大径阶的上层个体。

3 讨论与结论

研究表明，5种杉木幼林的胸径、树高、冠幅和单株材积生长的良种效应差异多数达到显著性水平，这种差异主要是由于遗传控制所引起的，这与吴振明等[24]研究所得出的结论一致，即杉木不同类型不同世代良种间的生长量存在显著差异。廖明新等[25]的研究也表明了不同良种的改良程度差异引起了良种的生长差异，良种间存在真实的差异；伍汉斌等[26]的研究分析了在不同林龄不同杉木种源主要生长性状的遗传变异规律，结果表明了调查的5个不同生长时期杉木种源的胸径、树高和材积在种源间的差异均达到极显著水平。而李晓燕[27]等的研究则认为与不同造林密度相比，由良种因素所导致的生长差异相对较小，其试验研究的是2~8 年生的3代和1代种子园良种与密度的交互试验，可能是由于参试良种较少且不同处理在不同林分年龄效应可能不同导致了良种之间差异不显著。

三代和二代实生苗是广泛种植的良种，而无性系优良造林品种是否会显著好于实生苗是本研究的重要问题。本研究结果显示，在4年生时，树高生长结果显示无性系良种较好，胸径和材积结果显示洋061会显著高于实生苗，而洋020不明显。同时，无性系混交造林是否比营造纯林能使良种之间相互促进各自的生长，提高生长量也是需要验证的一个问题。4年生时，洋061（混交）的胸径、冠幅、材积均显著高于洋061，树高差异不明显；洋020的树高、冠幅均显著高于洋020（混交），但胸径和材积差异不明显。说明在造林前期洋061与洋020混交造林促进了洋061各项生长指标的生长量，但并没有促进洋020的生长。

2～4年生时，洋061与洋061（混交）良种相较于其他良种的平均胸径、树高、冠幅生长量等的变异都很小，说明利用杉木洋061良种造林，无论是营造纯林或是混交林，其林分的生长分布都会比较整齐，同时也减少了人工林的抚育管理成本，有利于提高其经济效益。在林木的各项生长指标中，对材积影响最大的是胸径，在调查期间良种洋061与洋061（混交）地径、胸径高于其他良种，其直径具有持续生长的优势，材积也达到最大，说明选用洋061造林可获得较高增益。孙云等[28]的研究也表明了无性系061在幼龄期的树高、胸径均表现出生长优势。通过径阶分布对比发现福建三代具有良好的空间结构，洋061（混交）径阶分布图右偏，分析认为可能是混交林中洋020胸径、冠幅等生长量和林分结构比洋061良种较差，促使洋061（混交）良种林分空间扩大，林内竞争减少，有利于其胸径生长，从而林分直径集中在较高径阶范围，洋061相较于其他良种在幼龄林拥有大量的大径阶林木，更适合培育大径材，表现出了高效培育人工林的优质潜力。本试验中还发现了洋020良种在造林前期苗高、地径的变异系数较高，2年生、3年生时的平均树高在所有良种中最低，却在3～4年生时树高生长迅速，4年生时的平均树高达到最大，分析认为可能是洋020无性系造林前期从根部长出很多萌芽条，与主干的生长进行养分竞争，影响其树高生长，导致林分2年生时树高、地径与3年生时胸径的变异系数较大，2年生时，洋020萌蘖数量占其总株树的百分比为 25.47%，洋 020（混交）为 33.56%，洋061、洋061（混交）、广西二代、福建三代各为10.26%、11.29%、9.64%、12.62%。在萌蘖去除之后，洋020无性系开始发挥树高的生长潜力，树高生长速度加快了很多，林分第3年和第4年的树高变异系数有所降低，第4年的胸径变异系数降低很多。洋061与洋020无性系在生长量上存在较大的差异，可能是不同无性系基因型不同导致的。

杉木苗木质量除了受遗传因素影响之外，还会受到培育技术、抚育管理和外界环境等因素的影响[29]，在其他条件相同的情况下，显然洋061良种比其他良种更优质。但是本试验所设计人工林林龄较小，还处于幼龄期，有待于进一步验证各杉木良种的遗传特性。赵承开[30]的研究表明有的无性系幼树期生长表现不突出，但随着林龄的增长会加快生长，并趋于稳定。赵林峰[31]等的研究通过聚类分析发现无性系（79 172、79 173）前期生长缓慢，中后期生长快速，其遗传生长潜力在造林前期未充分发挥出来。本研究中洋020良种在整个调查期间生长缓慢，各生长指标表现都较差，却在萌蘖去除后4年时平均树高达到最大，生长速度加快很多，其后续生长状况是否会有所改变需要对试验林继续跟踪调查，对试验林不同龄期进行生长对比分析。

综上所述，洋020有明显的高生长优势，可能会更适合培育中小径材，在造林过程可以适当增大造林密度。而洋061良种在2～4年生期间林木各项生长指标综合最优，良种效应相较于其他良种更具优势，林分的生长分布也比较整齐，在幼龄期表现出了高效培育人工林的优质潜力，可在与试验地立地条件相似的林地推广。