造林密度對(duì)5 年生‘XL-90 楊’生長(zhǎng)量的影響

唐 潔，李永進(jìn)，楊 艷，湯玉喜，賀光宗，黃愛(ài)民

（1.湖南省林業(yè)科學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410004；2.沅江市林業(yè)科學(xué)研究所，湖南 益陽(yáng) 413100；3.永定區(qū)林業(yè)局資源林政管理站，湖南 張家界 427000）

關(guān)鍵字：美洲黑楊‘XL-90 楊’；造林密度；幼林；生長(zhǎng)；林分蓄積量

南方型美洲黑楊Populus deltoides是長(zhǎng)江中下洲地區(qū)短周期工業(yè)原料林建設(shè)的重要樹種之一[1-3]。隨著木材工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的不斷創(chuàng)新及生態(tài)林業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，對(duì)人工林定向培育提出了新要求，充分利用南方地區(qū)豐富的水、熱資源等優(yōu)越的自然地理?xiàng)l件，力爭(zhēng)在有限的林地采用集約化經(jīng)營(yíng)在最短時(shí)間及單位面積上獲得最大生物產(chǎn)量是短周期工業(yè)原料林發(fā)展趨勢(shì)[4-5]。密度調(diào)控與植株配置是人工林生態(tài)系統(tǒng)經(jīng)營(yíng)管理中的重要環(huán)節(jié)，是控制林木生長(zhǎng)與生物量積累的關(guān)鍵因素，對(duì)人工林生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性及生產(chǎn)力產(chǎn)生重要影響[6]。對(duì)北方型楊樹人工林密度調(diào)控與生長(zhǎng)量、木材性質(zhì)、樹冠結(jié)構(gòu)、耗水等相關(guān)研究較多[7-10]。本文主要對(duì)湘北平原區(qū)不同造林密度南方型美洲黑楊‘XL-90 楊’P.deltoides‘Xianglin 90’ 5 年生林分的生長(zhǎng)量、林分蓄積量變化進(jìn)行研究，以期篩選出適宜南方型美洲黑楊短周期培育的造林密度及定植方式，為速生豐產(chǎn)林高效培育及林地生產(chǎn)力提高提供參考依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于湖南省岳陽(yáng)市君山區(qū)，地理坐標(biāo)為112°43′～ 113°15′ E，28°59′～ 29°38′ N，海拔28～ 35 m。屬亞熱帶季風(fēng)氣候，年平均氣溫在16.2～ 17.8℃，極端高溫為39.3℃，極端低溫為－11.8℃，年平均降水量為1 237.9 mm，年均相對(duì)濕度為80%，具有氣候溫和濕潤(rùn)、光熱充足、多風(fēng)多雨、四季分明等典型特征。土壤為沖積母質(zhì)發(fā)育而成的灘地特有潮土類型。

2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與方法

2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)林位于岳陽(yáng)市君山區(qū)廣興洲鎮(zhèn)。于2016 年3月，選擇南方型美洲黑楊‘XL-90 楊’1 年生苗進(jìn)行造林，以不同株行距配置方式依次設(shè)置6 種造林密度，株行距（造林密度）分別為2 m×4 m（1 250 株·hm-2）、3 m×4 m（833 株·hm-2）、4 m×5 m（500 株·hm-2）、4 m×6 m（417 株·hm-2）、5 m×5 m（400 株·hm-2）、5 m×6 m（333 株·hm-2），每種造林密度3 次重復(fù)，每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)為0.27 hm2，共18 個(gè)小區(qū)，見(jiàn)表1。

表1 不同造林密度對(duì)林分平均胸徑和樹高生長(zhǎng)量的影響Table 1 Effect of different density on mean DBH and height growth of P.deltoids ‘Xianglin 90’

2.2 調(diào)查方法

2019 年12 月，在不同造林密度5 年生試驗(yàn)示范林各試驗(yàn)小區(qū)分別一個(gè)設(shè)置20 m×30 m 的標(biāo)準(zhǔn)樣地進(jìn)行每木調(diào)查，記錄林木胸徑、樹高等生長(zhǎng)指標(biāo)。楊樹材積計(jì)算公式[6]：

式中，V表示材積（m3）；f為實(shí)驗(yàn)形數(shù)（f=0.34）；D為胸徑（cm）；H為樹高（m）。

2.3 數(shù)據(jù)處理與分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2013 和SPSS19 軟件進(jìn)行整理與統(tǒng)計(jì)分析。

3 結(jié)果與分析

3.1 造林密度對(duì)胸徑、樹高生長(zhǎng)量的影響

不同造林密度5 年生‘XL-90 楊’胸徑、樹高生長(zhǎng)量狀況見(jiàn)表1。由表1 可知，在417～ 1 250 株·hm-2密度范圍內(nèi)，林分的平均胸徑隨著林分密度的增大呈下降趨勢(shì)。在417 株·hm-2的造林密度下林木的平均胸徑達(dá)到最大，為23.27 cm，其與500 株·hm-2、833 株·hm-2、1 250 株·hm-2林分密度間有顯著性差異（P＜0.05）；1 250株·hm-2林分密度下林木的平均胸徑最低，為14.43 cm，相較于417 株·hm-2密度下胸徑同比減少了38.0%。在333～ 417 株·hm-2密度范圍內(nèi)，417 株·hm-2林分密度的林木平均胸徑與333 株·hm-2的無(wú)顯著性差異（P＜0.05），與400 株·hm-2的有顯著性差異（P＜0.05）。

不同密度林分平均樹高生長(zhǎng)量也具有一定差異。造林密度833 株·hm-2的林分平均樹高最大，為17.40 m，但與417 株·hm-2的平均樹高（17.13 m）間無(wú)顯著性差異（P＜0.05）；1 250 株·hm-2的平均樹高最小，為13.80 m，相比于833 株·hm-2密度下的樹高同比減少了24.5%。平均樹高由大到小對(duì)應(yīng)的造林密度依次是833 株·hm-2、417 株·hm-2、333 株·hm-2、500 株·hm-2、400 株·hm-2、1 250 株·hm-2。由以上結(jié)果表明，5 年生 ‘XL-90 楊’從平均胸徑、樹高生長(zhǎng)量來(lái)看，以造林密度為417 株·hm-2林分單株的生長(zhǎng)量較大。

3.2 造林密度對(duì)單株材積、林分蓄積量的影響

不同造林密度5 年生‘XL-90 楊’單株材積、林分蓄積量情況見(jiàn)表2。由表2 可知，在417～ 1 250 株·hm-2密度范圍內(nèi)，林分單株材積隨著密度的增大而減少。在417株·hm-2造林密度時(shí)林木的平均單株材積達(dá)到最大值，為0.291 m3。隨著造林密度的進(jìn)一步減少，林分平均單株材積變化不大，在333 株·hm-2密度時(shí)，其平均單株材積為0.280 m3，與417 株·hm-2之間無(wú)顯著性差異（P＜0.05）。

不同密度林分的平均蓄積量之間存在一定差異。在造林密度為833 株·hm-2時(shí)，林分的平均蓄積量最大，為140.25 m3·hm-2，與其他造林密度間存在顯著性差異（P＜0.05）。林分蓄積量由大到小對(duì)應(yīng)的造林密度依次是833 株·hm-2、417 株·hm-2、1 250 株·hm-2、333 株·hm-2、500 株·hm-2、400 株·hm-2。由以上結(jié)果表明，5 年生 ‘XL-90 楊’以417 株·hm-2造林密度的單株材積生長(zhǎng)量較大，而林分蓄積量由大到小對(duì)應(yīng)的造林密度則依次為833 株·hm-2、417 株·hm-2、1 250 株·hm-2。

表2 不同造林密度對(duì)林分單株材積、蓄積量的影響Table 2 Effect of different density on single tree volume and growing stock

3.3 不同造林密度對(duì)5 年生‘XL-90 楊’生長(zhǎng)的綜合評(píng)價(jià)

采用因子分析綜合評(píng)價(jià)方法[11]，對(duì)5 年生‘XL-90 楊’的胸徑、樹高、單株材積、單位面積蓄積量等生長(zhǎng)指標(biāo)進(jìn)行分析，篩選出短周期定向培育最佳造林密度。由表3 可知，第1、第2 主成分的累積貢獻(xiàn)率達(dá)到96.314%，代表了原變量的大部分信息。由表4 可知，第1 主成分因子載荷較高的有X1，X2，X3，其中，以X3載荷量最大；第2 主成分因子載荷最大的是X4。經(jīng)數(shù)據(jù)降維處理，以第1、第2主成分為坐標(biāo)軸，作因子載荷圖（圖1）。由圖1 可知，胸徑、樹高、單株材積等均以單株蓄積量為主聚為一類。由因子載荷矩陣將兩個(gè)公因子表示為4 個(gè)指標(biāo)的線性形式，因子得分函數(shù)為：

表3 初始特征值、貢獻(xiàn)率和累積貢獻(xiàn)率Table 3 Initial eigenvalue,contribution rate and cumulative contribution rate

按各公因子對(duì)應(yīng)的方差貢獻(xiàn)率為權(quán)數(shù)計(jì)算得出主成分綜合評(píng)價(jià)模型為：

通過(guò)綜合得分驗(yàn)證了以單株材積、單位面積蓄積量為培育目的最佳造林密度及株行距配置分別是417 株·hm-2（4 m×6 m），833 株·hm-2（3 m×4 m）。

表4 因子載荷矩陣及得分函數(shù)Table 4 Factor loading matrix and factor score function

4 結(jié)論與討論

4.1 結(jié)論

本研究中，綜合考慮了‘XL-90 楊’速生人工林培育在不同造林密度對(duì)應(yīng)的林分生長(zhǎng)、蓄積量等因素，確定了‘XL-90 楊’5 年生林分以單株材積和林分蓄積量為培育指標(biāo)選擇的最佳造林密度及定植方式分別為417株·hm-2（4 m×6 m）和833 株·hm-2（3 m×4 m）。當(dāng)然，隨著林齡的增長(zhǎng)林分空間的光熱資源及林地養(yǎng)分含量都在變化，故 ‘XL-90 楊’不同林齡適應(yīng)的造林密度配置還需進(jìn)一步研究。同時(shí)，在實(shí)際造林中應(yīng)根據(jù)不同立地條件、經(jīng)營(yíng)水平和定向培育目標(biāo)合理控制林分密度。

圖1 因子載荷圖Figure 1 Factor load diagram

4.2 討論

確定合理的造林密度是南方型楊樹集約栽培的重要技術(shù)環(huán)節(jié)[12-15]，造林密度是影響人工林郁閉時(shí)間、發(fā)揮森林功能和木材產(chǎn)量質(zhì)量的重要因素，直接影響著作為工業(yè)原料林的利用價(jià)值[16-17]。本研究中，在造林密度為333～ 1 250 株·hm-2范圍內(nèi)，5 年生南方型美洲黑楊‘XL-90 楊’隨著造林密度的降低，其平均胸徑、樹高、單株材積均呈增加趨勢(shì)，造林密度降低至417 株·hm-2且株行距為4 m×6 m 時(shí)各項(xiàng)生長(zhǎng)指標(biāo)達(dá)到最大值，密度降低至333 株·hm-2時(shí)，其生長(zhǎng)指標(biāo)與其他造林密度間的差異均達(dá)到了顯著水平（P＜0.05）。這是由于隨著造林密度的降低，單株林木的生長(zhǎng)環(huán)境空間變大，林木對(duì)光、溫、水和養(yǎng)分利用充分，林地生產(chǎn)力和森林資源功能得到最大發(fā)揮，這種現(xiàn)象符合密度競(jìng)爭(zhēng)效應(yīng)的一般規(guī)律[18-19]。

林分蓄積量主要由單株材積和造林密度兩個(gè)因子決定[14-15]，就林分整體而言，隨著造林密度的增加林分對(duì)林地資源的獲取和利用越多，林分總生長(zhǎng)量就越大。本研究調(diào)查中，造林密度在417 株·hm-2時(shí)林木的平均單株材積達(dá)到最大值，為0.291 m3，林分蓄積量為117.795 m3·hm-2，僅次于造林密度為833 株·hm-2時(shí)林分的平均蓄積量最大值140.25 m3·hm-2，833 株·hm-2造林密度的林分蓄積量與其他造林密度間的差異達(dá)到了顯著水平（P＜0.05），其次為417 株·hm-2與1 250 株·hm-2，二者的林分蓄積量間無(wú)顯著性差異。因此，在培育高群體產(chǎn)量短輪伐期纖維材林分時(shí)可選擇平均蓄積量較大的造林密度。