杉木人工林目標樹經營技術參數的研究

任 蕾，徐端妙，吳初平，焦潔潔，劉日林，朱錦茹，孫杰杰，袁位高

（1.浙江農林大學 林業與生物技術學院，浙江 杭州 311300；2.景寧畬族自治縣林業總場，浙江 景寧 323500；3.浙江省林業科學研究院，浙江 杭州 310023）

杉木Cunninghamia lanceolata屬杉科Taxodiaceae杉木屬Cunninghamia喬木，是我國南方主要的速生用材和造林樹種，由于具有優良的材質和速生性，其造林面積居我國人工林之首[1]。然而，隨著木材需求結構的變化、勞動力資源的減少和成本提高、社會對森林生態需求的擴張，傳統的杉木速生豐產林經營模式雖然能在較短時間內提供木材資源，但已無法滿足社會對森林的多種服務功能的強大需求。

近自然森林經營（close-to-nature forest management）是以森林生態系統的穩定性、生物多樣性和系統多功能及緩沖能力分析為基礎，以整個森林的生命周期為時間設計單元，以目標樹標記和擇伐及天然更新為主要技術特征、以永久性林分覆蓋、多功能經營和多品質產品生產為目標的森林經營體系[2]，對其應用與森林經營已經有100多年的歷史，有效提高了目標樹的生長并改善林分的生態功能[3]。近自然林“目標樹經營”的許多文獻里，重點討論了經營的技術措施，修枝、疏伐和樹種選擇等，還介紹了目標樹經營的發展歷史和目的[4]。關于林分空間結構的變化研究也越來越受關注，林分空間結構重點包括樹種的隔離程度、林木間的競爭與空間分布情況[5]，它們對不同擇伐方式的響應不同，但總體而言擇伐有利于林分空間結構的改善[6-7]。

目前，關于近自然林目標樹經營措施和目標樹經營對空間結構的影響研究較多[4,8]，但均未涉及如何決定目標樹數量與控制指標的研究。為此，通過對浙江省杉木人工林的胸徑、樹高、冠幅之間關系及以大徑材為培育目的的樹干解析，以保證優勢木高效生長為目標，提出杉木人工林不同發育階段的目標樹數量，為開展杉木人工林的近自然經營提供參考依據。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

浙江省地處27°12′～31°31′N和118°～123°E，屬亞熱帶季風氣候，季風顯著，四季分明，年氣溫適中，光照較多，雨量豐沛，空氣濕潤，雨熱季節變化同步，氣候資源配制多樣，氣象災害繁多。年平均氣溫15～18℃，極端最高氣溫44.1℃，極端最低氣溫-17.4℃；年平均降水量980～2 000 mm，年平均日照時數1 710～2 100 h。浙江省屬于我國經濟發達省份，經濟高速發展及人口的增加影響了土地利用與覆蓋，對生態環境也造成了顯著影響。建國初期，由于經濟發展和社會改革，對木材的需求量增大，20世紀50年代起杉木造林面積高速增加。自2001年起，伴隨公益林建設工程的推進，分布在生態保護植被恢復林區、水源涵養林區和森林生態治理區等的杉木作為公益林進行封育，面積為10.53萬hm2，占全省公益林面積的12.8%。

1.2 研究方法

1.2.1 樣地設置和調查 在開化、龍泉、慶元、遂昌等浙江省杉木主要分布區設置不同發育階段杉木人工林典型樣地51個，樣地面積為20 m×20 m，同年每木監測樹木的林齡、胸徑、樹高、冠徑等指標，其中林齡、胸徑、樹高、密度情況見表1。

表1 樣地基本情況Table1 Information of sample plots

1.2.2 試驗儀器 樣地調差儀器主要包括:圍尺、側高器、測距儀、手持羅盤、生長錐、土鉆、土盒等。

1.2.2 優勢木選擇 在51個典型樣地中，每個樣地分別選取2～3株優勢木共計126株，研究分析其胸徑、樹高、冠幅之間的關系與目標樹數量。

1.2.3 解析木測量 選擇50年生的杉木人工林的優勢木作為標準木，采用收獲法測定優勢標準木3株，按0，1.3 m，3.6 m，5.6 m，7.6 m……區分段分別截取2～5 cm厚圓盤，不足最后一段大于1 m小于2 m時，在距上一圓盤1 m處截取圓盤，在圓盤非工作面標明記號及南北向，測定單株的每5 a的生長量，計算3株標準木的平均生長量。

1.2.3 數據處理 采用Forstat 22，SPSS 19.0，Origin 8.5進行數據處理分析。

2 結果與分析

2.1 杉木人工林優勢木生長規律與發育階段劃分

對50年生杉木人工林優勢木的樹干解析結果表明（圖1，圖2，圖3），胸徑、樹高生長大致可分為5個階段，即初始生長階段、高速生長階段、調整階段、相對穩定階段、緩慢增長階段。初始生長階段，優勢木高度小于5 m，胸徑、樹高、材積均顯同步快速增長，個體間無顯著干擾；高速增長階段，優勢木高5～10 m，胸徑、樹高生長顯著減慢，個體間競爭加劇；調整階段，優勢木高10～15 m，樹高生長逐漸恢復，但胸徑生長依然處于下降階段，個體分化加快；相對穩定階段，優勢木高15～22 m，樹高、胸徑生長量逐漸下降，而材積生長量維持在高水平生長階段，大徑級材顯著增加；緩慢增長階段，優勢木高大于22 m，胸徑、樹高、材積生長量均出現下降趨勢。

圖1 杉木人工林優勢木胸徑年生長量Figure1 Annual DBH growth of dominant woodat C.lanceolata plantation

圖2 杉木人工林優勢木樹高年生長量Figure2 Annual height growth of dominant wood at C.lanceolata plantation

圖3 杉木人工林優勢木單株材積年生長量Figure3 Single volume increment of dominant wood at C.lanceolata plantation

2.2 杉木人工林徑級結構比較與合理密度確定

徑級分布越廣泛說明個體間競爭越大，反之，徑級結構越集中說明個體間競爭越小。由圖4可見，杉木人工林隨著林分高生長變化，徑級差異逐漸增大。林分優勢木從平均高8 m增長到20 m時，徑級分布范圍也從5.0～15.8 cm擴大到5.0～43.0 cm；優勢木平均高為8 m時，60%以上林木胸徑在10 cm以下，林分密度超過2 500株·hm-2時，胸徑10 cm以下林木數量接近90%；優勢木平均高為12 m時，林木胸徑集中分布在10～20 cm，占總數的70%～80%，林分密度低于2 000株·hm-2時，約50%以上林木胸徑大于15 cm；優勢木平均高為16 m時，徑級分布區間與優勢木平均高12 m時基本相近，但胸徑大于20 cm的林木數量比例顯著提高，林分密度在1 500株·hm-2時，胸徑大于20 cm的接近20%；當優勢木平均高為20 m時，林木胸徑普遍在20 cm以上，但林分密度對林木胸徑影響較大，如林分密度為600株·hm-2時，胸徑大于20 cm的超過90%，大于25 cm的接近60%，大于30 cm的接近30%，而林分密度為1 650株·hm-2時，胸徑大于25 cm的林木數量不足20%，大于30 cm的不足2%。

圖4 不同優勢木高杉木人工林林分密度與徑級結構Figure4 Density anddiameterdistribution of C.lanceolata plantationswith differentdominantwood height

2.3 優勢木胸徑、樹高、冠幅之間的關系與目標樹數量

以126株優勢木為基礎研究了胸徑與樹高冠幅之間的關系，建立以胸徑與樹高關系為基礎的林分樹高曲線[9]，并對樹高曲線進行經驗回歸模型擬合，樹高生長曲線見圖5。

從圖5分布的散點圖可以看出，杉木優勢木的樹高總生長量隨胸徑的增大而逐漸上升，近似直線。得出胸徑與樹高相關關系的最佳回歸方程為：

Y=0.361 8X+4.497 9R2=0.796 5

式中，X表示胸徑；Y表示樹高。

由圖6可知，杉木優勢木的冠幅總生長量隨胸徑的增大而上升，前20 a生長聚集，隨著數值的增加聚集強度逐漸減弱。在胸徑最大值時冠幅達到了7.8 m。由此得出胸徑和冠幅的相關關系的最佳回歸方程為：

Y=0.137 9X+0.858 9R2=0.881 6

式中，X表示胸徑；Y表示冠幅。

圖5 杉木優勢木胸徑與樹高的關系Figure5 Relationship between DBH and height of dominant wood

圖6 杉木優勢木胸徑與冠幅的關系Figure6 Relationship between DBH and crown breadth of dominant wood

利用優勢木樹高、冠徑的生長模型，結合杉木優勢木生長規律，確定杉木人工林各時期的合理目標樹數量（表2）。由表2可知，優勢木胸徑10 cm，優勢木樹高8.12 m，單位面積內的合理目標樹為890株·hm-2。以此類推，胸徑20 cm，25 cm，30 cm，35 cm，40 cm，45 cm，50 cm，55 cm，60 cm，優勢木樹高分別對應達到11.73 m，13.54 m，15.35 m，17.16 m，18.97 m，20.78 m，22.59 m，24.40 m，26.21 m，單位面積內的合理目標樹分別為 340，240，178，138，109，89，74，62，53 株·hm-2。

表2 胸徑生長與樹高冠徑目標樹數量的關系Table2 Relationship between target tree number with mean DBH,dominant tree height and crown diameter

3 結論

（1）杉木人工林按發育階段可以分為5個階段。森林建群階段優勢木高度小于5 m；競爭生長階段優勢木高5～10 m，林分合理密度2 000株·hm-2左右；質量選擇階段優勢木高10～15 m，林分合理密度1 500株·hm-2左右，目標樹240株·hm-2左右；目標樹生長階段優勢木高15～22 m，林分合理密度低于1 375株·hm-2，目標樹90株·hm-2左右；大徑級林分蓄積生長階段優勢木高于22 m，林分合理密度低于800株·hm-2，目標樹60株·hm-2左右。

（2）杉木人工林按徑級結構與密度分為4個階段。優勢木平均高8 m，林分密度超過2 500株·hm-2時，胸徑10 cm以下樹木接近90%，目標樹900株·hm-2左右；優勢木平均高12 m，林分密度低于2 000株·hm-2時，約50%以上林木胸徑大于15 cm，目標樹200株·hm-2左右；優勢木平均高16 m，林分密度1 500株·hm-2時，胸徑大于20 cm的林木接近20%，目標樹140株·hm-2左右；優勢木平均高20 cm，林分密度600株·hm-2時，胸徑大于20 cm的林木超過90%，目標樹90株·hm-2左右。

（3）杉木優勢木胸徑、樹高、冠幅之間的關系：胸徑與樹高相關關系的最佳回歸方程為：Y=0.3618X+4.4979，模型的擬合度R2=0.796 5，其中X表示胸徑，Y表示樹高。胸徑和冠幅的相關關系的最佳回歸方程為：Y=0.137 9X+0.858 9，模型的擬合度R2=0.881 6，其中X表示胸徑，Y表示冠幅。

（4）經研究，杉木的樹高、胸徑、材積的生長率都呈現逐年降低趨勢，樹高較為明顯[11]。樹高、胸徑、材積生長率最大值出現在10年生時，分別為5.278 7%，15.069%，25.895%；而50年生時僅為0.273 3%，0.186 9%，0.921 7%。本試驗用杉木的樹干解析資料研究其生長率的變化規律，其結果與蔡克孝[12]杉木幼苗生長規律的研究和俞新妥[10]杉木年生長規律的初步觀察等結果一致。

綜上所述，杉木在生長過程中生長率變化與林分郁閉度的大小密切相關，幼林時期生長率高，各項生長指標增長迅速，此時，應當加強水肥管理和適時撫育。提高杉木大徑材優勢木的生長量需合理的進行撫育間伐控制密度，保障優勢木的生長空間，適時擇伐是提高林木胸徑、材積生長量最直接、最有效的經營措施。