3種初植密度桉樹林分生長、材種出材量及經濟效益動態分析

張程，歐陽林男，陳少雄＊

(1.國家林業和草原局桉樹研究開發中心，廣東 湛江 524022；2.南京林業大學，江蘇 南京 210037)

密度控制是影響林分提質增產的關鍵技術之一，對林木個體間競爭、林地生產潛力發揮、目標材種培育以及經濟效益提高均有顯著影響[1]。國內外學者對密度控制方面開展了大量研究，其中，包括杉木(Cunninghamia lanceolata(Lamb.)Hook.)[2-3]、馬尾松(Pinus massonianaLamb.)[4-5]、樟子松(Pinus sylvestrisvar.mongolicaLitv.)[6]、西樺(Betula alnoidesBuch.-Ham.ex D.Don)[7]、落葉松(Larix gmelinii(Rupr.) Kuzen.)[8]等樹種，研究集中于林分結構、林木生長效果、林木自然稀疏、林下植被、土壤養分效應等[3，9-11]，也有部分對出材量及經濟效益進行了討論，如諶紅輝等[12]發現，幼林期馬尾松出材量與密度正相關，隨林齡增加，由正相關轉向負相關；郭光智等[13]發現，在較高立地質量條件下，低初植密度是影響中、大徑材形成的關鍵因子；孫洪剛等[14]研究得到木材徑階隨間伐次數增加而增大，即保留株數越少，形成大徑材的可能性更大；盧立華等[15]對14年生杉木不同密度的生長和經濟效益進行分析，發現間伐處理有利于提高大徑材出材比例及出材徑級，密度為500株·hm?2的大徑材蓄積量最大，1 000株·hm?2可獲得最可觀的經濟收益。

桉樹(EucalyptusL’Herit)目前主要分布于南方十省，作為南方重要用材林樹種，栽植面積達546 萬 hm2，因其速生豐產，在緩解國內木材市場供求矛盾上起到了重要作用[16]。隨著橋梁、家具等產業的快速發展，小徑級木材已經難以滿足市場的需求。新興產業的發展以及木材產業發達國家對原木出口的嚴格管控使國內市場高質量木材供不應求的局面更加緊張，從而促使更多學者探索影響桉樹中、大徑材培育的關鍵因素，初植密度就是其中之一[17-18]。桉樹雖然在密度試驗方面研究較多，但大多是在林木生長、林分產量、木材材性等方面，而在結合目標材種進行出材情況及經濟效益分析方面，陳少雄等[19]結合擬合公式和尾徑劃分標準來計算尾巨桉不同材種出材量百分比，并分析經濟效益，但未展示各徑級材種的出材量情況。Emilio等[20]分析藍桉(Eucalyptus globulusLabill.) 林10 a采收期時1 000、1 428、1 667、2 000株·hm?2密度下的經濟效益，發現1 000株·hm?2的凈現值最高，預測其為風險最低的投資，1 667、2 000株·hm?2會帶來更多成本，收益偏低，但該研究缺乏材種情況分析。基于初始栽植密度，根據徑階來劃分桉樹材種，分析出材量及其價值的有關報道很少。本研究結合廣西東門林場華僑分場尾巨桉(E.urophyllaS.T.Blake×E.grandisW.Hill ex Maiden)初植密度試驗林16 a 的觀測資料，對不同初植密度的中、大徑材出材量、經濟效益及林分生長進行系統分析，為該樹種規劃造林密度、培育目標材種提供科學依據。

1 試驗區概況

試驗地位于廣西國有東門林場華僑分場21 林班(22°17′～ 22°30′ N，107°14′～ 108°00′ E)，年平均氣溫21.8℃左右，極端高溫41℃，極端低溫?0.1℃，年降水量約1 300 mm，土壤類型為磚紅壤，各土層化學組成見表1。前作為檸檬桉(Eucalyptus citriodoraHook.)。試驗地向陽坡，坡度為5°～10°。

表1 土壤化學組成Table 1 Chemical composition of soil

采用機耕全墾方式整地，深度為30～35 cm；所有苗木均為尾巨桉DH32-13 的扦插苗，并選擇營養杯培育，苗高為15～25 cm；以100 g·株?1鈣鎂磷肥作為基肥；1993年4月2 日定植。

2 研究方法

2.1 試驗設計與觀測

該試驗選擇隨機區組設計，設1 250、883、667株·hm?23種密度處理，各密度均設置4 次重復。所有試驗小區面積為20 m×20 m，合計12個小區；相鄰小區間隔4 m。追肥2 次，首次在栽植后2個月內進行，最后1 次在造林后38個月時完成。施用的氮肥為尿素，含N 463 g·kg?1；鉀肥為氯化鉀，含K 600 g·kg?1；磷肥為鈣鎂磷，含P 160 g·kg?1。追肥時在距立木基部水平距離20 cm的位置挖15 cm 見方的小穴，待施完3種肥后覆土。所有試驗小區均去除邊緣立木，測量中間部分樹木，調查范圍如下：密度1 250株·hm?2各小區24株（3 行×8株），883株·hm?2各小區15株（3 行×5株），667株·hm?2各小區10株（2 行×5株），栽植9 a 內逐年對各小區進行胸徑（DBH）和樹高（H）測量，第12年生和第16年生也對以上3個處理的樹高與胸徑進行調查。

2.2 統計

結合各標準地逐年測量的樹高、胸徑等數據，依據桉樹大徑材培育技術規程（LY/T 2909—2017）[21]，按照大徑材（胸徑DBH≥28 cm）、中徑材（DBH16～26 cm）、小徑材（DBH8～14 cm）分徑階統計每個小區各個材種的林分蓄積量。

2.3 齡級劃分

桉樹人工林按照齡級劃分為幼齡林（5 a 以下）、中齡林（6～10 a）、近熟林（11～15 a）、成熟林（16～25 a）、過熟林（26 a 以上）[22]。

2.4 數量成熟齡及輪伐期確定依據

根據歐建德等[23]研究，以材積平均生長量達最大值時的年齡為數量成熟齡，并以數量成熟齡作為輪伐期的確定依據[19]。

2.5 計算方法與依據

2.5.1 營林成本 由以下6 部分組成：（1）機耕整地費用，1 027.5 元·hm?2；（2）基肥費用（施工、肥料），鈣鎂磷復合肥100 g·株?1，上述3種密度的基肥成本分別為205.1、137.6、109.3 元·hm?2；（3）造林費用（桉樹苗及定植、運輸），上述3種密度的造林費用分別為328.5、254.9、109.3 元·hm?2；（4）追肥2 次費用，上述3種密度單次追肥的費用均以722 元·hm?2為準；（5）撫育費用，定植后3 a 內每年均進行1 次機撫，單次費用75元·hm?2；（6）地租費用，從造林前1年開始產生，依據市場價格1 500 元·hm?2·a?1。

2.5.2 單株材積與林分蓄積計算 平均實驗形數法計算桉樹單株材積[19]：

式（1）中：V材積（m3）；f桉樹的實驗形數，取值0.4[24]；G1.3胸高斷面積（m2）；H樹高（m）。

林分蓄積為每個標準地的所有單株立木材積之和，換算為每公頃的蓄積量（m3·hm?2）。

2.5.3 木材銷售價格 按照徑階來計算桉木價格，并進行銷售。（1）大徑材（鋸材）1 200 元·m?3；（2）中徑材（旋切材）800 元·m?3；（3）小徑材（紙漿材）400 元·m?3。

2.5.4 采伐成本 包括30 元·m?3的運輸等費用以及80 元·m?3的砍伐人工費。

2.5.5 凈現值 指逐年收益值與逐年開支現值的總數差值[25]。凈現值 >0，代表的是除開支外的利潤；若為負值，營林收益將無法與成本持平。

式（2）中：NPV凈現值，Ct在周期t內的凈現金流量，n包括的年數，i貼現率（林業取12%[19]）。

2.5.6 內部收益率 指使一項設計的凈現值為零時得到的貼現率[25]。

式（3）中：IRR為內部收益率，其他符號同公式（2）。

3 結果與分析

3.1 林木生長過程

3.1.1 樹高生長過程 圖1 表明：12 a 內，3種密度間的樹高生長差異較小，16 a 內的樹高生長量均呈隨密度減小而增大的趨勢，密度1 250株·hm?2的樹高平均生長量一直最低，且與密度883、667株·hm?2的差距隨林齡增加而增大。這說明中、幼林階段造林密度對桉樹樹高生長影響不大。

圖1 3種初植密度的林分平均樹高和胸徑生長Fig.1 The average height and DBH growth of three initial spacing

3.1.2 胸徑生長過程 圖1 表明：密度越大，胸徑生長量越小，密度1250株·hm?2與密度883、667株·hm?2的平均胸徑生長量隨林齡的增加逐漸拉開差距，且密度1 250株·hm?2與密度883、667株·hm?2的胸徑差異顯著（p<0.05）。從第4年開始，除密度1 250株·hm?2外的林分均有少數立木達到中徑材標準，大徑材立木最先出現在密度667株·hm?2中。

3.1.3 蓄積量生長過程 第4～5年蓄積量隨密度增大而增大，第6～7年蓄積量不再隨密度的增大而增大，第8年后林分平均蓄積生長量均是密度883株·hm?2的最大，密度667株·hm?2的最低（表2）。經方差分析，3種密度間林分平均蓄積量的生長差異均不顯著（p>0.05）。

表2 3種初植密度的林分平均蓄積量生長過程Table 2 The average stand volume of three initial spacing

3.2 數量成熟齡的密度效應

由圖2 看出：初植密度1 250株·hm?2的材積平均生長量在第7年達到峰值，883、667株·hm?2均在第9年最高，因此，該試驗林3種密度的數量成熟齡分別為7、9、9 a，即該試驗采取的初植密度措施對桉樹輪伐期產生了作用，表現為輪伐期隨密度增大而減小的趨勢。

圖2 3種初植密度桉樹林分材積年平均生長量動態變化Fig.2 Dynamic changes of the mean annual increment of stem volume between three initial spacing

3.3 不同初植密度對林分中、大徑材出材量的影響

考慮到林分的經濟和生態效益，從有輪伐期（7 a）出現時開始計算出材量。桉樹林分出材率按照常規數據80% 計算[26]。不同初植密度對中、大徑材（旋切材和鋸材）出材量和年均出材量的影響（表3）表明：中徑材出材量及其年均出材量在第7年密度1 250株·hm?2與密度883、667株·hm?2均差異顯著(p<0.05）；第8年密度1 250株·hm?2與密度883株·hm?2差異顯著(p<0.05）；第12年密度883株·hm?2與密度1 250、667株·hm?2差異顯著(p<0.05）。9、16 a 時中徑材出材量及其年均出材量3種密度間均差異不顯著(p>0.05）。7～12a中徑材出材量均為密度883株·hm?2>667株·hm?2>1 250株·hm?2，第16年密度883株·hm?2仍最高，但密度1 250株·hm?2超過密度667株·hm?2。3種密度在7～9 a 均沒有出現大徑材，密度667株·hm?2在第12年最先出現大徑材，第16年密度883株·hm?2開始出現大徑材，密度1 250株·hm?2一直未出現大徑材。3種初植密度的中徑材年均出材量均隨林齡的增加呈先上升后下降的趨勢，且在9年生時達到峰值；7～12 a 中徑材年均出材量均為密度667株·hm?2>1 250株·hm?2，第16年密度883株·hm?2仍最高，但密度1 250株·hm?2超過密度667株·hm?2。密度667株·hm?2的大徑材年均出材量隨林齡增加逐漸遞增，第16年時比密度883株·hm?2的高。

表3 3種初植密度中、大徑材林木出材量和年均出材量Table 3 The stand volume and MAI of stand volume with middle and large diameter timber between three initial spacing

3.4 經濟效益分析

3.4.1 營林成本與銷售收入 造林前1年至第16年的營林成本見表4。銷售收入主要指伐倒木的銷售額與采伐、運輸等一系列成本的差值，即毛利潤。由表5 看出：開始出現輪伐期（7 a）后，密度883株·hm?2的毛利潤遠高于密度1 250、667株·hm?2，除第9年之外，密度667株·hm?2的毛利潤均高于密度1 250株·hm?2。

3.4.2 凈現值 圖3 表明：密度883、667株·hm?2均在第4年出現中徑材立木。圖4 表明：密度1 250、883、667株·hm?2在其對應的輪伐期7、9、9 a 時的利潤為23 000～41 000 元·hm?2，利潤順序為密度883株·hm?2>667株·hm?2>1 250株·hm?2。7～9 a密度1 250、883株·hm?2的利潤均逐年上升，其中，密度1 250株·hm?2的利潤上升最快，密度667株·hm?2的利潤也上升，但在第8年達到峰值；9 a 后3種初植密度的利潤均呈下降趨勢，其中，密度883株·hm?2的利潤始終高于密度1 250、667株·hm?2，密度1 250株·hm?2的利潤始終最低。3種密度達最大凈現值時，密度883株·hm?2比密度1 250株·hm?2高29.7%，比密度667株·hm?2高28.5%。

圖3 3種初植密度不同林齡中、大徑材出材量Fig.3 The stand volume of middle and large diameter timber between three initial spacing of different ages

圖4 3種初植密度各年度凈現值Fig.4 The net present value of three initial spacing for each year

3.4.3 內部收益率 從圖5 看出：密度1 250株·hm?2達到輪伐期7 a 時，3種初植密度的內部收益率均達到最大值，而此時密度883株·hm?2的內部收益率在3種密度中最高，達50%以上，密度1 250株·hm?2的內部收益率最低。3種造林密度內部收益率在7 a后逐漸降低，但不同生長階段的降低速度有所區別，密度883、667株·hm?2總體上呈現先加快后減慢的趨勢。密度667株·hm?2的內部收益率均大于密度1 250株·hm?2，在7～9 a密度1 250株·hm?2與667株·hm?2的內部收益率逐漸拉近，之后差距基本無變化，第16年時3種密度的最低內部收益率仍超過20%。

圖5 3種初植密度的內部收益率Fig.5 The internal rate of return between three initial spacing for each year

4 討論

4.1 林木生長與林分蓄積量

林木胸徑是密度控制試驗普遍關注的重要指標，其受密度影響最大[1]。研究結果發現，初植密度與胸徑呈負相關，密度1 250株·hm?2的胸徑與密度883、667株·hm?2的均差異顯著，這種趨勢在中、幼林階段一直保持。有研究證實，高種植密度會造成光照、水分及養分競爭加劇，進而對桉樹胸徑生長產生不利影響[27]。樹高受造林密度的影響不大。

林分蓄積量主要由樹高、胸徑和造林株數共同決定。降低初植密度有助于促進單株立木生長，提高單株材積，但減少了林分活立木株數。造林密度所影響的林分蓄積變化量取決于減少活立木株數損失蓄積量與單位面積蓄積量增量的相對差值[28]。本研究中，幼林階段總體上表現為蓄積量與造林密度正相關，這也與桉樹的速生豐產特點相契合，該階段與高密度相比，低密度所減少的活立木蓄積量遠超過因單株材積增大產生的單位面積蓄積量增量。

4.2 出材量及經濟效益分析

胸徑是材種劃分的關鍵指標，結合桉樹大徑材培育技術規程，按胸徑徑階劃分小徑材、中徑材和大徑材。本研究中，中徑材出材量逐年增加，7 a后中徑材出材量均是883株·hm?2最高，第12年密度667株·hm?2的樣地最先出現大徑材（圖3），說明造林密度對中、大徑材的出材時間及出材比例有一定影響。吳東山等[29]發現，培育較大徑材的可能性隨造林密度減小而增大。不同階段桉樹成材情況有所不同，12 a 前有未成材立木和大量小徑材立木，蓄積量與出材量的關系不明顯，16 a 后大部分立木均已達到中徑材，因此，出材量與蓄積量正相關。

木材經濟價值取決于出材量、徑級以及各材種的木材單價。最佳造林密度需要通過綜合評價木材的經濟價值來確定[30]。蓄積量決定林分產量，材種決定木材質量，二者的綜合效益最大化是確定合理密度的重要因素。本研究中，密度883株·hm?2的蓄積量在8 a 時超過密度1 250株·hm?2，經濟效益與中徑材出材量一直高于另外2種密度，達到最大經濟效益時，密度883株·hm?2的凈現值比密度1 250株·hm?2的高29.7%，比密度667株·hm?2的高28.5%。不同時期木材價格存在一些波動，該研究結果中的經濟效益按當前的市場價格來計算，本文以期為指導桉樹中、大徑材培育及經濟價值評估提供一些參考，對經營者提供一定幫助。

5 結論

3種造林密度對胸徑、樹高和蓄積量平均生長量的影響規律存在一定差異，不同密度間蓄積生長量差異不顯著。4～16 a 生長階段，胸徑生長量受密度影響最明顯，且密度1 250株·hm?2與密度883、667株·hm?2一直差異顯著（p<0.05）。結合經濟效益，并依據數量成熟年齡，密度1 250株·hm?2的輪伐期為7 a，667、883株·hm?2均為9 a。密度1 250、883株·hm?2的凈現值均在9 a 時達到最大值，分別為30 994、40 193 元·hm?2，密度667株·hm?2在8 a 時凈現值最高，為31 288 元·hm?2，對應的內部收益率分別為37%、41%、42%。

密度883株·hm?2的凈現值和內部收益率始終最高，且遠高于密度1 250株·hm?2，收益潛力較大，在3種造林密度中效果最佳，其次是密度667株·hm?2，密度1 250株·hm?2的成本最高，造林效果最差。綜合造林成本、胸徑、樹高和蓄積量，密度883株·hm?2的造林效果最佳。