造林密度對乳源木蓮人工林生長形質及林分分化的影響

歐建德 康永武

( 1. 明溪縣林業局，福建 三明，365200；2. 沙縣林業局，福建 三明，365500)

乳源木蓮（Manglietia yuyuanensis）是南方優良的造林闊葉樹種，具有良好的生態功能，并已在中國南方地區大面積造林。當前乳源木蓮研究更多地關注其遺傳改良[1-3]、育苗[4-6]、造林[7-9]、生長規律[10-13]、成林管理[14-16]、混交林效應[17-19]等方面，有關乳源木蓮造林密度方面研究迄今未見報道。造林密度改變林木個體生長空間與林分結構，影響林木早期生長、干形形質、個體競爭與分化[20-21]，是密度管理基礎和影響人工林生長的重要因素[22]。林木早期生長形質與分化情況影響生長以及培育目標的實現[21]，基于林分生長形質與分化的總體表現合理造林密度顯得十分必要。為此，本試驗以福建省沙縣10年生的乳源木蓮人工純林為研究對象，在系統分析揭示生長性狀、干形形質以及林分分化等方面的造林密度效應與規律基礎上，應用多目標決策方法綜合生長形質與個體分化表現，企圖基于生長形質、林分分化的總體表現合理造林密度，為科學培育乳源木蓮提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究對象

研究地位于福建省沙縣際口（東經117°48′，北緯26°26′）屬中亞熱帶季風氣候，年平均降雨量1 510～1 840 mm，年平均氣溫為19.3 ℃，無霜期255～297 d，年平均日照時數為1 877.7 h，＞10 ℃年積溫4 652.2～6 009.7 ℃，海拔150～250 m，土壤為山地紅壤，土壤肥力中等。

研究材料為采用1年生裸根苗，挖明穴造林的10年生人工乳源木蓮林分；造林密度設計4個處理，A：2 500株/hm2、B：3 000株/hm2、C：3 600株/hm2、D：4 500株/hm2。連續撫育3 a，每年4—5月、8—9月全面除草，造林后翌年4—5月進行擴穴培土。

1.2 調查方法

分別不同造林密度處理的10年生乳源木蓮人工林林分，隨機布設3個20 m×20 m面積標準地，作為3個重復。采用常規每木調查方法，測定乳源木蓮枝下高、樹高、胸徑、2 m處樹干直徑、冠幅、樹干通直度[1-2]。生長及形質性狀指標計算：林木單株材積[23]：

式中：V為單株材積，D為胸徑，H為樹高。

樹干圓滿度：樹干圓滿度用2 m處樹干直徑與胸徑的比值表示[20-21]。

式中:f1.3為胸高形數，V為材積，g1.3為胸高斷面積，H為樹高[24-25]。

個體的相對胸徑（單木競爭指標）：按d=r/R公式（r為每株樣木胸徑；R為樣地林分平均胸徑，d為單木相對胸徑），求得每株樣木的d值（單木競爭指標）[20-21]。在各樣地按分級木（Ⅰ～Ⅴ級木）歸類，分級標準為Ⅰ級木，d≥1.336；Ⅱ級木 ， 1.026≤d＜1.336； Ⅲ 級 木 ， 0.712≤d＜1.026；Ⅳ級木，0.383≤d＜0.712；V級木，d＜0.383[20-21，26]；并以樣地為統計單元，進行Ⅱ及Ⅲ級木以下株數比例計算[20-21， 26] 。

1.3 生長形質及林分分化綜合表現分析

采用多目標中的一維比較法[27-28]進行乳源木蓮生長形質與林木分化的綜合表現（綜合得分）計算。鑒于樹高、胸徑、冠幅、單株材積和林分蓄積等生長指標，枝下高、冠長率、樹干圓滿度和通直度、高徑比等干形形質指標，Ⅱ及Ⅲ級木以下株數比例等林木分化指標均有著顯著密度效應，本試驗選擇以上12個生長、干形質量和林分分化進行綜合表現評價。

1.3.1 效用值轉化

鑒于樹高、胸徑、冠幅、單株材積和林分蓄積越大，林木生長越好；枝下高、樹干圓滿度和通直度、高徑比越大，其無節良材長度越大，干形越通直圓滿；以上9個生長形質及林分分化指標與林分綜合表現呈遞增關系，其效用值轉化公式為：

鑒于冠長率越小，其無節材長度比例越大，其干材品質越好；Ⅱ及Ⅲ級木以下株數比例越小，林分競爭與分化越緩和，結構越穩定；冠長率、Ⅱ及Ⅲ級木以下株數比例與林分綜合表現呈遞減關系，其效用值轉化公式為：式（3）、（4）中：U為個體某個性狀效用值，V為個體某個性狀值，Vmax為群體某個性狀的最大值，Vmin為群體某個性狀的最小值。

1.3.2 確定權重系數

經征詢專家意見，本研究中單株材積權重系數為0.2，Ⅲ級木以下株數比例權重系數為0.15，胸徑、林分蓄積以及Ⅱ級木以下株數比例權重系數均為0.1，樹高、冠幅、枝下高、冠長率、樹干圓滿度和通直度、高徑比的權重系數均為0.05。

1.3.3 綜合評價值計算

根據綜合評價值＝∑性狀指標效用值×性狀指標權重系數，進行綜合得分值計算。

1.4 數據分析

采用Excel 2003和SPSS 21.0軟件對數據進行統計分析。主成分分析采用SPSS 21.0軟件進行。造林保存率、Ⅱ及Ⅲ級木以下株數比例按x=asin（x）轉化后方差分析[20-21]。采用單因素方差分析法（one-way ANOVA）和Duncan法進行方差分析和多重比較（a=0.05）。表中數據為平均值±標準差。

2 結果與分析

2.1 乳源木蓮生長的造林密度效應

方差分析結果（表1）顯示，造林密度顯著影響著10年生乳源木蓮的樹高、胸徑、冠幅、單株材積和林分蓄積等5個生長性狀，但對造林保存率無顯著性影響。隨造林密度增大，乳源木蓮胸徑、冠幅、單株材積減小；經方差分析，密度增大至D顯著降低乳源木蓮胸徑、單株材積，密度A、B、C間胸徑、單株材積表現良好且無顯著性差異，密度D的胸徑、單株材積最小；密度增大至C起顯著降低乳源木蓮冠幅，密度A冠幅最大，密度D冠幅最小。隨造林密度增大，乳源木蓮樹高增大；密度增大至B起顯著增加乳源木蓮樹高，密度D樹高最大，密度A樹高最小。隨造林密度增大，林分蓄積先增大后減小；密度增大至B起顯著增加林分蓄積，密度B、C、D間林分蓄積較大且之間無顯著性差異，密度A林分蓄積最小。

方差分析結果（表1）顯示，造林密度對乳源木蓮造林保存率無顯著性影響。密度A、B、C、D間的乳源木蓮造林保存率介于93.89～97.17%、保存率均較高且無顯著性差異，這與試驗地的光熱和養分良好、一致有關，同時表明造林保存率主要受到遺傳物質、苗木質量、造林措施、試驗地生境等控制。

表 1 乳源木蓮生長性狀分析Table 1 Analysis of growth traits on M. yuyuanensis

2.2 乳源木蓮干形形質性狀的造林密度效應

枝下高與冠長率關系到林木無節材長度與長度比例，樹干通直度衡量干材通直程度，高徑比與干材削度變化相關，樹干圓滿度與胸高形數是衡量干材圓滿指標，本研究選擇以上5個干形形質性狀進行干材品質評價。

方差分析結果（表2）顯示，除胸高形數外，造林密度顯著影響著10年生乳源木蓮的枝下高、冠長率、樹干圓滿度與通直度和高徑比等干形形質性狀。10年生乳源木蓮枝下高、樹干圓滿度與通直度、高徑比等立木形質性狀指標隨密度增大而增大，意味著隨乳源木蓮密度增大其無節良材長度與長度比例增加、立木愈加通直圓滿、干材削度減少；方差分析（表2）表明，造林密度增大至B起顯著增大枝下高，低密度A的枝下高最小、無節材長度最短，密度B、C間枝下高次之、且之間無顯著性差異，高密度D枝下高最大、無節材長度最長；密度增大至C起顯著增加樹干圓滿度，密度C、D間樹干圓滿度良好且之間無顯著差異，密度A、B間樹干圓滿度較差、欠圓滿且之間無顯著差異；密度增大至D顯著增大樹干通直度，密度D樹干通直度最好、干材通直，A、B、C密度間樹干通直度較差、欠通直且之間無顯著差異；造林密度增大至C起顯著增大高徑比，密度D高徑比最大、干材削度最小，密度C次之，密度A、B間高徑比較小、干材削度較大且之間無顯著差異。10年生乳源木蓮冠長率隨密度增大而增大，密度增大至D顯著降低冠長率，高密度D冠長率最小、無節材長度比例最大，A、B、C密度間冠長率較大且之間無顯著性差異。這與隨造林密度增大，乳源木蓮林分郁閉提前且郁閉程度愈加充分，加劇其自然整枝有關。

表 2 乳源木蓮形質性狀分析Table 2 Analysis of stem-form quality on M. yuyuanensis

方差分析結果（表2）顯示，造林密度對10年生乳源木蓮胸高形數無顯著性影響。密度A、B、C、D類型間的乳源木蓮胸高形數介于0.531～0.541間，胸高形數無顯著性造林密度效應，表明乳源木蓮胸高形數更多地受到遺傳物質控制。

10年生乳源木蓮冠長率呈隨造林密度增加而逐漸降低的變化趨勢，乳源木蓮枝下高與冠長率隨著造林密度增加呈現出逐漸增大（減少）的變化趨勢，這與隨造林密度增加，林分提前郁閉且郁閉程度愈加充分，加劇其自然整枝強度有關。

隨造林密度增加，乳源木蓮樹干通直度與圓滿度均呈現增大變化趨勢、干材趨于更加通直、圓滿，一方面是隨造林密度增加，乳源木蓮林分郁閉時間提前、程度提高，側枝生長受到抑制，從而增加樹干生物量的分配，使得干材趨于圓滿；另一方面隨造林密度增加、株間側方蔭蔽增強，林木采取優先樹高生長策略以獲得更加充裕的光照，使得干材更加通直。隨造林密度增加乳源木蓮高徑比呈現增大變化，是密度促進樹高生長效應與抑制胸徑生長共同作用的結果。

2.3 乳源木蓮林分分化的造林密度效應

方差分析結果（表3）顯示，造林密度顯著影響10年生乳源木蓮Ⅱ級木以下、Ⅲ級木以下株數比例，表明乳源木蓮Ⅱ級木以下、Ⅲ級木以下的分級木轉化有著顯著性造林密度效應。乳源木蓮Ⅱ級木以下、Ⅲ級木以下株數比例隨造林密度增加而增大；方差分析結果（表3）顯示，密度增加至C時顯著增加Ⅱ、Ⅲ級木以下株數比例，密度D的Ⅱ、Ⅲ級木以下株數比例最大、林木分化最嚴重，密度C次之，密度A、B間最小且之間無顯著性差異、林木分化較緩和。以上結果表明，造林密度顯著改變林分分化，這是隨造林密度增加，乳源木蓮個體間的營養供應、生長空間競爭加劇、促進個體分化所致。

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

2.4 乳源木蓮造林密度類型的綜合評價與優化

由2.1～2.3可知，10年生乳源木蓮樹高、胸徑、冠幅、單株材積和林分蓄積等5個生長性狀、枝下高、冠長率、樹干圓滿度與通直度和高徑比等5個干形形質性狀以及Ⅱ、Ⅲ級木以下株數比例等2個分化指標均有著顯著性的造林密度效應。為此本研究選擇以上12個性狀進行生長形質及林分分化綜合評價，結果列表1。

方差分析結果（表1）顯示，造林密度顯著影響著10年生乳源木蓮生長形質及林分分化綜合表現，表明優化乳源木蓮造林密度必要性與重要性；密度增加至D顯著減少綜合評價值，密度A、B、C間綜合評價值較大且之間無顯著性差異、綜合表現良好，密度D綜合評價值最小、綜合表現最差。

3 結論與討論

本研究中，10年生乳源木蓮樹高、胸徑、冠幅、單株材積和林分蓄積等生長性狀，枝下高、冠長率、樹干圓滿度，通直度和高徑比等干材形質性狀，Ⅱ、Ⅲ級木以下株數比例等林分分化性狀，以及綜合表現均有著顯著性的造林密度效應，表明優化造林密度的必要性，2 500～3 600 株/hm2造林密度的人工林總體表現良好。鑒于2 500～3 600株/hm2的乳源木蓮Ⅲ級木以下株數比例高達8.40～23.00%，建議及時開展間伐。研究結果與前人造林密度影響林木生長發育[20-21，29-30]，以及造林密度影響林木干材形質與個體分化[20-21]研究結論一致。

10年生乳源木蓮人工林資料表明，不同造林密度的生長差異顯著。隨造林密度增大，乳源木蓮胸徑、冠幅、單株材積減小，表現出抑制效應；樹高隨造林密度增大而增大，林分蓄積隨造林密度增大而先增大后減小，但造林密度對造林保存率無顯著性影響。不同造林密度的林木干形形質差異顯著，與以往的研究成果[20-21]一致。隨造林密度增大，枝下高、樹干圓滿度、通直度和高徑比增大，冠長率減小，意味著無節材長度與長度比例增大，干材愈加通直圓滿，干材品質提高。造林密度對胸高形數無顯著性影響。不同造林密度的林分分化差異顯著，Ⅱ、Ⅲ級木以下株數比例隨造林密度增大而增加，表明密度影響分級木分化與株數比例，與以往的研究結論[20-21]一致。

造林密度對林分平均樹高影響較復雜，以往的研究結論亦不一致。有些研究表明，密度對樹高的影響較弱，基本不受密度的影響[31]。而有些研究認為樹高隨密度增大而降低[21]。乳源木蓮幼林樹高隨造林密度增大而總體增高，與前人在南方紅豆杉（Taxus chinensisvar. mairei）[20]、杉木（Cunninghamia lanceolata）[32]、 青 楊 （Populus cathayana）[33]、黃梁木（Anthocephalus chinensis）[34]的研究結果一致。導致乳源木蓮幼林樹高隨造林密度增大而總體增高的原因，隨造林密度增大而林木生境越加蔭蔽，乳源木蓮為獲得充足光照，采取相對于徑向生長優先樹高生長策略所致，這與前人在南方紅豆杉[35]、馬尾松（Pinus massoniana）[36]樹種的研究結論一致。

林分蓄積受到單株材積和造林密度2個因子控制。本試驗乳源木蓮林分蓄積隨造林密度增大而呈現先增大后減少的變化，林分蓄積隨造林密度增大而增大，但造林密度增大到一定程度，密度競爭效應明顯、密度過大導致林木個體生產能力降低、林分蓄積減少[37]。

本試驗的乳源木蓮造林密度范圍宜為2 500～3 600株/hm2；隨著林木生長，密度對生長形質、林分分化的影響亦在動態變化之中，應堅持長期動態研究。