優質高效人工用材林精準培育基礎與關鍵措施剖析

李蓮芳

( 西南林業大學林學院，云南 昆明 650233)

隨著社會發展對林產品需求的日益增加，木材生產對人工林的依賴也越來越強，由于工業、農業和城市發展對森林資源大規模利用、林地開發及占用等，導致森林大面積減少，林地和森林退化，天然林可提供的資源極難滿足可持續發展的社會需求，人工林必然成為滿足人們對木材乃至社會和環境可持續發展需求的主體[1-3]。同時，人工林投入產出比較天然林高，如美國南方火炬松（Pinus taeda）人工林投入600 $US/hm2（1～5 a生期間），30 a主伐加2次間伐材（17 年和20 年生時）產值達10 125 $US/hm2（年均產值317.5 $US），天然林雖然相同時間內僅投入200 $US/hm2，40 a主伐加2次間伐材（25 年和33 年生時）的產值僅 7 900 $US/hm2（年均產值 192.5 $US）[4]。因此，人工林不但提高單位面積木材產值，而且縮短10 a的輪伐期。基于人工林的優勢，優質高效人工用材林精準培育是世界林業發達國家滿足木材需求森林經營成功的模式[4-6]，也將是世界各國用材林精準培育的必然模式。本文通過優質高效人工用材林精準培育必要條件和關鍵措施分析，提高林業相關人員和社會公眾等對此類人工林重要意義的認知，為優質高效人工用材林精準培育決策、規劃和實施提供參考和依據。

1 優質高效與精準培育的概念

優質高效，泛指高效能快速度地實現質量優良或優質產品產出。換言之，在目標的實現過程中，不但能高效率快速產出，而且必須保證其優良的產品質量。優質高效可以是單一或多個目標，也可以是綜合目標。優質高效人工林培育是基于優質高效的含義，開展人工林的培育。一方面保證其速生豐產，在相對較短時間范圍內實現產品產量的相對最大化；另一方面，必須確保優質的產品質量；也就是人工林的培育同時實現高產優質的雙重目的。例如，云南松（P. yunnanensis）優質高效用材林培育，木材是其培育的目標產品，務必確保云南松人工林培育同時滿足特定林地條件下以最短輪伐期實現速生豐產及木材質量優良的雙重目標，而非只滿足高產（雖速生高產但以彎扭木等劣質木材所占比例較高）或優質（樹干通直但林分蓄積量低）的單一目的。

精準，即準確，切入關鍵需求和技術要點。人工林優質高效精準培育，指針對影響人工林目標產品產出各關鍵環節，應用當時林業科技發展水平下的理論，采取已有或可預測的最佳技術措施，實現其優質高效目標。據此，人工用材林優質高效精準培育，以木材生產為產品，對影響木材生產各環節以培育時期林業科技發展前沿的最新理論和技術實現木材優質高效地生產。優質高效精準培育，必須從理論上首先找出影響的因素及其作用機理、關鍵節點等，以實現準確地切入關鍵環節的方式，在培育期間林業科技發展水平下，采用最有效的技術，極大地實現目標產品優質高產目標。同樣，以云南松用材林為例，其優質高效的精準培育，必須研究影響其速生、優質和高產的關鍵環節和要素；在目前科技發展水平下，如高等級的立地、良種、無蹲苗的壯苗培育、造林模式及其技術、幼林和成熟林前各階段的林分撫育措施等是其關鍵環節，各環節科學技術應用及其精準實施與否，直接影響目標能否實現。

人工用材林優質高效精準培育受林地條件、樹種遺傳改良水平、林學理論和森林培育技術等因素限制[7]，因此，其只能于林地相對優越，以及具有一定改良或可選擇良種應用于人工林培育、生物學和林學特性具有一定研究、苗木和人工林培育技術已有相應儲備的樹種，才可能開展人工林優質高效的精準培育。

2 優質高效人工用材林精準培育基礎

優質高效人工用材林，一方面明確產品為木材生產，另一方面木材在特定區域和特定樹種條件下實現相對速生豐產和優質的培育目標。基于此，優質高效人工用材林的精準培育必須在最適宜林地、相對速生的樹種及其具備良種供給前提下，對樹種特性具有一定研究，儲備有可供利用人工林培育科學技術的基礎上開展。

2.1 林地與立地條件選擇

在適地適樹的基礎上，適地適林種是森林培育的基本原則。任何樹種在生態分布區都占據最適宜區、適宜區、次適宜區和可生長區4個生態區（圖1）。按照樹種的生物學特性及其生態學分布特征，隨著樹種遠離分布的最適宜生長區，其適應性和產量、質量也隨之降低，故優質高效用材林務必選擇其生態最適宜生長區培育，林木才能實現優質高產的目標。理論上，該部分占某一樹種分布區的面積相對較少，然而，根據林業發達國家于最適宜而較低比例林地滿足木材等林產品生產需求的成功案例，如新西蘭20世紀90年度初即實現19%的人工林提供全國93%的木材需求[6]。新西蘭的案例指出只要嚴格做到適地適樹的基礎上，采用森林培育時期已有最優遺傳改良的良種及當時最先進培育技術措施，則集合一個國家或地區主要造林樹種生態最適生長區作為優質高效用材林培育，可解決社會和民眾對木材的大部分需求。此外，生態適宜生長區域的部分高等級立地條件地段也可培育用材林，作為最適宜生長區的補充，故生態最適宜生長區，加上適宜生長區部分林地的森林精準培育，可滿足國家或區域木材的需求。這符合采用最少、最優林地滿足木材需求，大面積林地維護生態的森林可持續經營模式。

圖 1 樹種的生態分布分區及其培育的林種Fig. 1 Ecological distribution zones of tree species and their cultivated forest types

在生態區域的基礎上，立地選擇也是精準培育優質高效人工用材林的必要條件，即優越的立地是培育優質高效人工用材林的前提[8]。以云南松為例，滇中和滇南部分區域是該樹種最適宜的生態區域，然而，因立地條件的不同，其生產力差異較大。根據金振洲和彭鑒[9]對滇中云南松立地類型劃分，在陰坡條件下，以土壤類型及其土層厚度劃分的1～3類立地類型條件下，天然林不同林齡的經濟材產量，10～40 a期間，4個林齡階段，較低和較高產量一類立地較二類立地分別增加5.7%和10.1%～10.8%，一類較3類分別增加40.5%～42.3%和19.4%～20.8%，二類較3類也有較大的增加；同時指出，較高產量高立地等級較低立地等級經濟材增加比低于較低產量的（表1），與前述的立地優越的生態適宜生長區可作為用材林培育相一致。表1中的經濟材為天然更新林分的，若采用良種良法精準培育的人工林，立地類型間生產力的差異將更大。

表 1 云南松天然林不同立地等級的經濟材產量Table 1 Merchantable timber yield of natural P. yunnanensis forest at different site classes

綜上所述，選擇樹種最適宜生態區域分布范圍內的最優立地作為造林地，是精準培育優質高效人工用材林的前提條件。因此，在林業發展規劃中，應精準劃定適宜優質高效人工用材林培育區域。

2.2 樹種選擇和良種壯苗培育

樹種分布區系與樹種生態學特性決定了樹種的生態分布區，同時，樹種的生物學特性則表征其木材和生長特征[10-13]。優質高效意味著相同區域或立地條件下，應選擇木材相對良好，輪伐周期相對較短而生產力相對較高，且適應性較強等樹種優先開展人工用材林的培育。例如，在云南松分布區，雖然也有華山松（P. armandii）、滇油杉（Keteleeria evelyniana）等樹種分布，但因云南松分布較廣、木材應用廣泛及生產力相對較高的特性，因此，該樹種作為其分布區，尤其是最適宜分布區優質高效人工林精準培育的主要樹種。林業發達國家也是如此，如新西蘭，雖然輻射松（P. radiata）為外來樹種，因其生產力高等優勢，成為優質高效人工林培育的主要樹種[14-15]。針對某一區域，精準選擇樹種是優質高效人工用材林培育的關鍵，只有在此基礎上，精準培育技術應用方可實現其功能。

在適地適樹的基礎上，經過選擇或遺傳改良的良種是提高林地生產力的必然保障[7,15-17]。經過遺傳改良的良種在產量和質量方面都極大地優于未經改良的，美國60余年不懈的開展主要造林樹種火炬松的遺傳改良，實現了南部人工林采用100%遺傳改良的良種培育苗木營造人工林；且隨著遺傳改良向高輪回發展，遺傳增益也不斷提高[18-20]。由圖2可知，美國火炬松第1～3輪改良的良種，遺傳增益逐漸提高，從第1輪的7%～12%提高到第3輪的35%（第2輪為13%～21%）；同時，一個輪伐期內（25 a），良種（9～12 m3/(hm2·a)） 和 普 通 種 子 （2 ～ 6 m3/(hm2·a)）單位面積的材積生長量呈現極大差異。并且良種壯苗結合集約化森林培育技術，其蓄積增長量可達35 m3/(hm2·a)[20-21]，即良種與集約高效培育人工林單位面積蓄積生長量約是良種（粗放培育）和普通種的1.8倍和3.5倍，因此，良種良法的生產潛力及其在優質高效人工林培育中的作用顯而易見。

林木遺傳改良在林業發展中的功能不可忽略。美國火炬松（P. taeda）第1輪未去劣疏伐、去劣疏伐及其1.5代種子園15年生子代林的遺傳增益分別為10%、15%和19%，其銹病感染率從未改良的50%，分別降低至49%、41%和35%，單位木材增長率分別達7.0%、13.2%和18.0%[22]；美國NCSU-CTIP第3代火炬松種子園精英家系子代的鋸材較當地對照種的子代產值增加162%[23]。截至1999年，澳大利亞濕地松遺傳改良通過提高林地生產力和木材質量從人工林獲得9.27億萬澳元凈現值，其改良第一代種子園種子培育15年生人工林木材增益達33%[16]，諸如此類的案例極多。現如今，世界各國把遺傳改良作為發展林業必不可缺的構成部分，開展科學研究和實踐應用，為人工木材培育奠定了良種基礎，極大地提高林地生產力，解決了天然林減少或禁伐后的木材生產問題。林木遺傳改良的巨大的遺傳增益、抗性增強和材性改良等優勢是任何森林培育等措施不可替代的，表明在優質高效人工用材林培育中遺傳改良的良種必不可缺的重要性。

圖 2 良種增益及其人工林年蓄積生長量Fig. 2 Tree improved gains and annual stock growth of plantations

2.3 理論基礎研究和關鍵技術儲備

優質高效人工用材林精準培育是當今解決全球或一個區域、一個國家木材及其林產品需求的必由之路，屬技術實踐和應用范疇。然而，森林培育的實踐必須在理論指導下方可實現其目標，因此，1個樹種優質高效人工用材林的精準培育首先必須建立在該樹種生態學、生物學和林學相關理論基礎具有一定研究的基礎上。例如，新西蘭通過研究，發現土壤和針葉含磷水平可作為輻射松人工林可持續性的指標[24]；埃塞俄比亞研究林木疏伐后其末級側根壞死及其生物量回歸土壤碳和養分的現象，揭示疏伐促進林木生長的機理，基于此指出林分疏/間伐的必要性[25]，為林分撫育疏/間伐技術研究和生產提供依據。云南松除對其分布區氣候和土壤等林地立地因子、各立地條件生長特性等研究外，還研究其在中和北亞熱帶蹲苗（Grass stage）機理，從理論上揭示蹲苗主要是對水分虧缺的響應，配套的苗木培育技術可解除其蹲苗，從而取得了無蹲苗期壯苗培育技術的突破[9,26-28]，為云南松優質高效人工用材林培育儲備了壯苗培育技術。

某一樹種優質高效人工用材林精準培育，在最適生態區域和立地選擇，以及具備良種的基礎上，整個輪伐期必須采用高度集約的森林培育技術措施，務必了解其每一時期培育的關鍵技術需求，并針對其采取精準的措施加以實施。例如，新西蘭在輻射松人工林培育的幼林階段，除草方式和除草次數延續期對造林保存率和幼林生長影響開展研究，指出造林后連續2a采用點狀除草方式，保存率和林地生產力遠高于僅除草1a的其他方式；在進入干材期，林木出現競爭前進行疏伐較呈現競爭后疏伐更有益于其胸徑和材積生長，以及提高培育的投資回報[29-30]，即切實了解了幼林和干材期撫育的關鍵時期，并研發精準撫育技術措施。美國南部作為其松類工業用材料的主要培育區域，研究發現氮（N）和磷（P）虧缺是該區域的普遍現象，對火炬松施N和P，可延長其生長期，并獲得16%的內部收益率[31]。諸如此類的科學技術研究和應用在集約的人工林培育中極為普遍，表明優質高效人工用材林精準培育中理論基礎研究、技術研發、儲備和有效實施的重要性。

3 優質高效人工用材林精準培育的關鍵措施

優質高效人工用材林精準培育，不僅僅需要最適宜林地、良種、科學理論和先進技術為基礎，而且還必須從管理及實施主體的理念、認知、政策、市場穩定性、長期規劃、培育技術體系的動態構建等方面得以保障。

3.1 提高管理者及實施主體認知

無論管理層面或實施主體（國有林場、林業企業、集體或個體林業經營者等），務必把優質高效人工用材林與國土綠化和生態公益林培育以及一般用材林嚴格區分開，即嚴格實行分類經營。

優質高效人工用材林的培育主要作為解決區域或國家木材供給的主要構成部分，擔負著70%以上甚或100%的木材生產任務。基于此，管理者（國家各級政府林業管理部門相關人員）或實施主體，甚至政府相關人員及民眾等務必認知優質高效人工用材林培育對國家經濟、生態和社會可持續發展對重要性。一方面，通過較少的最優林地結合良種良法集約化培育用材林，滿足社會對木材的需求的同時，集約經營可提供大量的就業機會，實現社會和諧發展；另一方面，可利用大面積（對林地條件不要求較優）林地培育生態公益林，發揮森林環境保護功能，實現生態可持續維護。此理念應普及至全民的共同認知中，做到全民識林、愛林和護林，真正理解“綠水青山就是金山銀山”的深層含義。芬蘭發達林業的實現就是建立在全社會和全民對林業重要性高度認知和付諸發展、保護行動之上的成功案例[32]。

3.2 堅持政策及市場的穩定性與長期規劃的有效性

政策和市場的穩定性直接影響用材林培育的積極性和可持續性。作為集約的優質高效人工用材林培育，期望實現較高的投資回報，因此必須是高投入的，要求森林經營管理政策和市場的穩定才能實現經營者的期望目標。20世紀60年代，針對美國林業現狀和發展需求預測，Smith[5]提出政府立法進行森林資源高效培育和集約經營是滿足國家林產品需求的根本保證，結果近60余年的實踐得到了證實，即美國林業的發展與其各項政策制定密切相關。同時，市場是確定產品生產的關鍵要素之一，國際、區域和國內木材或林產品的穩定需求，可保障高生產力人工用材林的可持續發展[33]，從而也推動與此相關的各項事業，如科學技術研究水平的提高等。林業生產的長周期屬性，要求其木材生產及其可持續發展必須開展長期的規劃，并遵照規劃付諸行動，Smith[5]于20世紀60年代卓有成效地針對美國2000年的林產品需求進行預測，引起美國政府的高度重視，進行了人工林長期發展計劃的制定，實現南方人工林穩定而迅速發展，解決國內木材可持續的供給問題。

結合優質高效人工用材林可利用林地面積相對較小（圖1），采用良種良法可充分發揮林地的生產力，提高林地木材蓄積量和產量，以占較小比例的林地滿足地區或國家對木材或林產品需求，該方面已有諸多成功的案例[34-35]。如前所述，遺傳改良結合良好培育措施，單位面積材積年生長較未改良的增加1.8～3.5倍[20]；良種結合良法，約利用原來林地面積的55.6%～28.6%，便可生產相同的木材產量，即用于生產木材的林地面積可減少約44.4%～71.46%。因此，良種良法在用材林培育中的優勢及林地種源高效利用率得到充分證明，隨著遺傳改良不斷深入和森林培育技術的提高，木材生長仍有不斷提高趨勢，林地效益將隨之不斷提高。從國家層面應劃定優質高效人工用材林培育區域及其立地條件，進行長期的用材林精準培育計劃，并制定長期穩定的林地和森林經營利用政策，勢在必行。例如，在劃定的優質高效人工用材林經營區域（目前此區域多為人工近成熟林）允許采伐利用，林業相關管理部門主要監督采伐后當年或翌年更新造林，并制定相應規程進行不同林齡的生長指標監管，督促經營者采用良種良法進行集約經營，實現可持續的木材供給；同時，逐漸采用森林認證模式對采伐的木材開展追蹤監管，實現違法盜伐的木材在市場上無以遁形，從市場銷售的途徑杜絕不合法盜采行為。

3.3 優質高效人工林精準培育技術措施

優質高效人工用材林精準培育技術體系包括樹種確定、良種和良法3個方面。

1）樹種的精準選擇。優質高效人工林培育，不但要求質優，而且需要滿足相對速生的需求，我國地域遼闊，氣候和造林樹種復雜多樣，在目前林業科學技術發展水平下，只有部分造林樹種可培育優質高效人工用材林（生長相對較慢的造林樹種可作為生態維護為主或木材貯備開展人工林培育）。因此，依據長期各類木材需求預測確定各類材種的年度需求，基于樹種的屬性和木材特性，準確地遴選出一批可作為優質高效人工用材林培育的樹種，解決我國木材的長期自給自足，步入林業發達國家行列，是樹種精準選擇所必須開展的重要工作。如前所述，林業發達國家成功案例也展示了人工林樹種精準選擇對用材林培育和林業發展的重要性，如美國的火炬松、新西蘭的輻射松、澳大利亞的濕地松（P. elliottii）等精準選擇作為其人工林培育的主要樹種，結合集約的森林培育技術研發和實踐應用，導致其林業的高度發展。

2）良種的選育。基于良種對優質高效人工用材林的重要性，良種方面，依據長期規劃的優質高效人工林樹種（含種源區劃等）、區域和面積，開展與林地區域和面積相適應的良種動態選育，即林木遺傳改良與人工林培育相匹配地進行長期多輪回選育規劃并付諸實踐。NCSU Cooperative Tree Improvement Program （NCSU-CTIP）[18]60余年且仍然繼續的火炬松等樹種的遺傳改良，堪為世界林木遺傳改良及優質高效用材林培育典范，被林業發達國家普遍效仿采用，林業欠發達國家也開始參照行動。我國少量樹種已經開展了長期育種，如杉木（Cunninghamia lanceolata）、濕加松（P. elliottii×P. caribaea）和馬尾松（P.massoniana）等[36-38]，但是其結合良種的人工林優質高效精準培育方面尚有諸多潛力有待研究和應用于生產實踐。長期遺傳改良不僅僅是時間尺度的延續，還包含有效的育種進程，即隨時間尺度向多輪回的遺傳改良進程，而且在計劃制定時，強調時間節點。正如美國20世紀50年代制定林木長期育種計劃時，確定了火炬松第1～4輪的時間節點，即第1輪20世紀從50年代中期至70年代；同期開展第2輪選育，至80年代后期完成第2輪種子園營建；第3輪約于2010年建成；第4輪于2020年左右完成。NCSU-CTIP[18]一直按此計劃開展試驗研究并及時把研究成果應用于生產實踐，目前，NCSU-CTIP已進入第5輪種子園營建的優樹選擇和遺傳測定，以及種子園營建相關技術的研究。NCSU-CTIP在國家長期規劃下，按照其時間節點開展長期不懈的試驗研究，并把其成果應用于生產實踐，不但良種選育技術應用于生產，同時生產的良種應用于優質高效人工用材林人工林培育中，把研究成果轉化為生產力，是其成功的關鍵。NCSU-CTIP的思路和運營方式已被世界各國借鑒應用于林木遺傳改良。我國也可參照開展長期林木遺傳改良項目，促進優質高效人工用材林的精準培育的同時，解決長期木材和林產品自給問題。

3）良法的應用。集約而精準的森林培育技術，是實現優質高效人工用材林培育必不可少的手段。在樹種、區域和林地被確定，以及良種得以保證的前提下，人工林從整地、苗木培育、造林（含造林密度、季節等）、中幼林撫育、林地管理等一系列的人工林培育技術是保障優質高效人工用材林實現目標的關鍵；同時，一個輪伐期的各環節中都需要精確地掌握關鍵時間節點，如不同地區、不同樹種的幼林撫育，首先務必準確了解造林后需要撫育的時間期限；其次研究不同年份撫育次數及有效撫育時間和方式，即每一環節必須掌握關鍵內容、節點和措施；并且隨輪伐期的變化，培育各環節的技術也需要進行動態跟蹤，開展試驗研究，應用于生產實踐。林業發達國家在優質高效人工用材林精準培育方面也開展了諸多的試驗研究，并廣泛應用于生產實踐。例如，火炬松施肥后25 a，施肥的立地指數從19 m提高到26 m，同樣，濕地松則從23 m提高到27 m[39]；早在上世紀末，新西蘭針對輻射松林地缺硼(B)等微量元素的問題，利用粗磨硼酸鈣穩定地提供林木所需的B，并指出其極大地優于可溶性B肥等方面等研究[40-41]。芬蘭和瑞典對優質高效用材林采取全輪伐期的動態集約經營，即在良種應用前提下，開展施肥等林地管理和間伐動態控制林分密度等林木經營一系列集約經營技術研發和應用，獲得單位面積商品材增加50%以上的良好效益[42-43]。以上案例表明優質高效人工用材林只有采用精準的林地經營和林木森林培育技術條件下，并且隨輪伐期的變化開展動態技術研發和應用才能實現預期的目標。

林業生產實踐中，良種良法如一“孿生”雙胞胎，二者互為促進和制約。良法只有采用良種前提下方可體現其效益，同樣，良種只有采用良法開展培育才能實現其優良基因最大的增益[17]。例如，美國南部火炬松采用良種無性系結合集約良法培育的人工林較世界其他8個同種無性系人工林產量至少增產50%[7]，充分展示了良種良法相結合對林地生產力發揮的重要性。因此，在用材林培育中，良種良法二者缺一不可，尤其優質高效人工用材林的培育，良種良法是基礎和必要條件。

4 結語

優質高效人工用材林作為滿足地區或國家木材需求的主要森林類型，林業管理者和實施主體對優質高效人工用材林培育重要性、可行性以及長期性等理念的全面認知，由此制定的長期穩定規劃及其有效政策，并付諸實施是實現高效培育必不可缺的保障。在長期規劃且有效實施政策等保障前提下，精準的樹種選擇及其相匹配的林地（包括生態區域和立地）選擇，以及選擇良種（包括技術、良種）和人工林培育技術儲備是林高效培育的基礎和必要條件。精準培育技術動態創新及其應用是實現目標的必然支撐。

在國家的長期規劃框架下，制定省區優質高效人工用材林培育長期計劃（包括規劃樹種的遺傳改良計劃），并從政策、管理和投資等方面保障用材林培育按計劃有效的實施，是解決木材自給自足的必由之路。良種是從優良基因應用的客觀方面支撐優質高效用材林的培育，只有應用良種方可實現高效培育目標。精準的動態培育技術，包括因樹種、區域和輪伐周期變化而需要相應變化的林地經營與林木培育技術研發、創新，是優質高效用材林精準培育的必要技術支撐。我國優質高效人工用材林精準培育尚處于起步階段，尚需從社會、經濟和技術等諸多方面開展研究與創新。