密度控制和追肥對杉木近熟林改培大徑材林的效應分析

山地農業生物學報43（3）：09～14，2024Journal of Mountain Agriculture and Biology山地農業生物學報43（3）：～，2024Journal of Mountain Agriculture and Biology

接收日期：2023-03-28

基金項目：國家重點研發計劃項目課題（2016YFD0600301）

*通訊作者：王潤輝（1974—） ，男，碩士，教授級高級工程師，主要從事林木遺傳育種與森林培育技術研究，E-mail：wrunh@163.com.

摘要：為構建南嶺山區杉木大徑材高效培育技術體系，提高大徑材產量與質量，將現有林分改培為大徑材林是切實可行的途徑。本研究以杉木近熟林為對象，采用正交設計進行疏伐與配方施肥改培試驗研究。結果表明：在杉木樹高-胸徑生長模型研究中，冪函數模型有較好的擬合效果，是最理想的樹高-胸徑生長模型選擇；杉木近熟林改培后第3年，處理前、后各材種變化總體呈現出小、中徑材逐步減少，大徑材逐步增加的趨勢，大徑材增量最大的是處理2。影響處理前后樹高、胸徑和單株材積增量的因子效應大小依次為追施尿素、追施過磷酸鈣、保留密度，影響大徑材出材量及出材率增量的試驗因子有差異，增加大徑材出材量和提高大徑材出材率的最優組合一致。試驗結果表明，當密度處于中等或中等偏高水平、尿素和過磷酸鈣均處于中等水平時，最利于提高大徑材出材量和出材率。

關鍵詞：杉木；近熟林；大徑材培育；密度控制；施肥控制

中圖分類號：S722．5文獻標識碼：A

文章編號：1008－0457（2024）03－0009－06

國際DOI編碼：10.15958/j.cnki.sdnyswxb.2024.03.002

杉木（Cunninghamia lanceolate （Lamb.） Hook.）是我國特色鄉土針葉樹種，也是我國南方最主要的商品用材和碳匯造林樹種之一，該樹種具有悠久的栽培和利用歷史，在中國林業產業中有著重要的地位和作用［1］。據第8次全國森林資源清查結果顯示，我國杉木人工林面積已達到895萬 hm2，蓄積量達6.25億m3，分別占全國人工喬木林主要優勢樹種的19.01%和25.18%，其栽培面積和蓄積量均居首位，杉木人工林經營質量的高低，不僅關系到木材的安全，還關系到生態的安全，直接影響中國生態文明的建設進程［2］。

近年來，杉木的研究方向主要集中在豐產栽培、生理生態、良種選育以及材性等方面，并取得了較好的研究進展［3］。但我國杉木木材生產經營中，很多生產單位以中小徑材為經營目標，大徑材培育的目標并不明確。據國家林業局統計，目前我國森林資源仍以中、小徑材為主，約占林木總蓄積量的70％以上［4］。培育杉木大徑材是提高杉木人工林質量的重要途徑，有助于杉木規格材供給高端化，提高杉木林經濟效益，促進林農增收。然而，當前在杉木大徑材林分培育上仍存在一些問題，如杉木木材生產過程中存在的大徑材培育目標不明確、林分經營效益不高及大徑材定向培育技術不配套等［5］。鑒于此，本研究以南嶺山區典型杉木近成熟林為對象，試驗地點設在廣東省韶關市乳源縣，為南嶺山區典型杉木產區，具有典型的代表性和普遍性，采用正交設計開展疏伐與配方施肥試驗，以期探索適宜南嶺山區杉木近成熟林改培為大徑材林的技術體系，為杉木大徑材林培育提供參考。

1材料與方法

1.1試驗區概況

試驗地位于廣東省天井山林場，地處廣東省韶關市乳源縣，南嶺山脈中段（東經113°03′，北緯24°43′），海拔600～800 m，坡向南坡，坡位中下坡，坡度15°～25°，土層厚度1 m以上，林分立地指數為18。試驗地屬中亞熱帶濕潤性季風氣候，年平均氣溫17～20 ℃，極端最高溫度34 ℃，極端最低溫度-8 ℃；年均降水量2100～3500 mm，雨量70%集中在每年的3—8月份；冬季霜凍期45 d左右，實際有霜日6～16 d，個別年份有降雪或冰凍現象［6］。造林苗木來源于本地杉木優樹采集的種子所育1年生裸根苗，試驗開展時該林分為25年生，根據廣東省地方標準《商品林經營管理規范》（DB44/T 1143—2013）“一般用材林林齡、齡組劃分表”，試驗林分屬近熟林范疇［7］。

1.2試驗設計

林分密度控制及追肥試驗采用正交設計法（4因素3水平設計，見表1和表2），以不間伐不施肥處理為對照CK，共10個試驗處理。試驗排列采用完全隨機區組設計，試驗小區面積400 m2（20 m×20 m），重復3次（分別位于中上坡、中坡、下坡），共30塊試驗小區。

1.3數據收集

2016年10月，對試驗地樣方進行每木調查，測定樣地中每木試驗處理前胸徑數據（本底數據），共測定本底數據2563株；2019年11月，對試驗樣方進行每木測量，收集進行間伐及施肥處理后的胸徑數據，共測定處理后數據1927株，對比處理前、后的生長情況選用1927株的數據；同時每重復選定一個試驗樣地小區，通過激光測高儀（Trupulse 200）精準測定每木樹高。

1.4統計分析

樹高-胸徑生長模型擬合，利用3個試驗小區每木樹高與胸徑精確實測數據進行。各徑階平均胸徑公式［8］：

參照材種的劃分標準并結合推算經驗方法［10］， D1.3 ≥ 26 徑階為大徑材，24徑階≥ D1.3 ≥ 18徑階為中徑材，16徑階≥ D1.3 ≥10徑階為小徑材，8徑階≥ D1.3 ≥6徑階為小條木，將各小區林分大、中、小徑材及小條木等各立木株數和徑階材積分別歸并。參照相聰偉［9］分立木材種按徑階大小的區分標準和過渡徑階的處理辦法［7］，分別計算各徑階立木出材量。

統計分析分別在Excel、SPSS、R語言和SAS等統計軟件上進行［11-12］；方差分析使用混合模型（Mixed Model），重復為隨機效應，正交設計處理為固定效應；多重比較采用Duncan方法進行。

2結果與分析

2.1樹高-胸徑生長模型

基于試驗樣方精準測定的樹高、胸徑值，參考相聰偉方法做系列回歸分析［9］，構建了4種樹高-胸徑回歸模型，4種模型方程的擬合如圖1所示。從擬合優度方面考慮（決定系數），擬合較好的函數依次為：二次函數（R2=0.634 4）＞冪函數（R2=0.634）＞一次線性函數（R2=0.580 8）＞指數函數（R2=0.569 6）。值得注意的是，二次函數在擬合結果中隨胸徑的增加出現了先增加后遞減的異常情況，顯然不符合樹高生長的規律，因此選擇擬合優度略低的冪函數即y=4.055 2x0.482 5作為樹高回歸計算的函數模型，用于后續生長性狀及材種性狀分析工作。

2.2杉木近熟林經密度控制和追肥處理前后生長情況分析對處理前、后的樹高、胸徑、單株材積和單位面積蓄積進行統計分析，發現試驗林本底樹高、胸徑、單株材積、單位面積蓄積均值經疏伐和追肥處理后，均呈現增加趨勢，處理前后增加對比情況見圖2。T檢驗分析結果顯示，T6處理（間伐后保留密度900株/hm2，施尿素200g/株）的樹高、胸徑均達顯著差異水平（圖2-a、b）。對各性狀增量做多重比較，結果如圖2-a、b、c所示。在樹高性狀上（圖2-a），各處理增量均大于T10（CK），其中T8處理增量最大，顯著高于T7和CK。在胸徑性狀上（圖2-b），各處理增量均大于CK，其中T8處理增量最大，顯著高于T7和CK。在單株材積性狀上（圖2-c），各處理增量均大于CK，其中T8、T5處理增量最大，均顯著高于CK。在單位面積蓄積量性狀上（圖2-d），各處理增量均小于CK，其中T7、T9處理增量最小，顯著低于CK。以上結果說明杉木近熟林經密度控制和追肥處理后，各處理均比CK效果明顯，能顯著提高近熟林生長性狀水平，尤其是T8處理能對杉木近熟林生長起到一定的促進作用。

2.3杉木近熟林經密度控制和追肥處理后材種結構變化對處理前、后出材量與出材率的變化情況進行統計分析，結果如圖3。從出材量上看，相對于中徑材和大徑材，處理前后的小徑材出材量均最少（圖3-a）；小徑材處理前后的出材量呈現減少的趨勢，說明所有處理均在減少小徑材出材量。處理前后的中徑材出材量相當（圖3-b），說明所有處理引起中徑材出材量變化效果不明顯。處理前后大徑材出材量均在增加，增加的程度在不同處理間有差異（圖3-c），說明所有處理引起大徑材出材量明顯增加，只是不同處理引起的增加程度有所不同。從出材率上看，小徑材出材率變化情況顯示所有處理的出材率均減少（圖3-d）。處理前后中徑材出材率變化情況與小徑材一致，各處理均在減少（圖3-e）。而大徑材處理前后各處理的出材率均在增加（圖3-f），其中，T2處理后比處理前增加8.26個百分點。注：a、b、c分別表示不同處理前后小徑材、中徑材和大徑材的出材量；d、e、f分別表示不同處理前后小徑材、中徑材和大徑材的出材率。

2.4杉木近熟林改培大徑材林的適宜密度控制及追肥處理方案選擇按正交試驗設計統計方法，分別對各試驗處理生長性狀增量和大徑材出材量及出材率變化情況進行統計分析（表3～6）。表3、表4顯示，影響樹高、胸徑和單株材積3個性狀增量的各個正交試驗因子作用效應較為一致，因素主次依次為尿素（B）、過磷酸鈣（C）、密度（A），最佳因素組合稍有差異，樹高、胸徑的最佳因素組合為A2B2C1（其中樹高增量A2與A3效應相同）；單株材積增量最佳因素組合為A3B3C1。綜合來看，樹高、胸徑和單株材積3個生長性狀對試驗因子較一致的因素組合為：密度因子（A）為600～900株/hm2、尿素因子（B）為100～200 g、過磷酸鈣0 g。較小的栽培密度和較低的追肥水平就能使生長性狀獲得一定的提高。對于單位面積蓄積增量，因素主次依次為密度（A）、過磷酸鈣（C）、尿素（B），最佳因素組合為A1B2C2，說明單位面積蓄積量增量隨保留密度增大而增加。

表5、6顯示，影響大徑材出材量及出材率增量的試驗因子作用效應大小略有不同，前者因素主次依次為密度（A）、過磷酸鈣（C）、尿素（B），后者因素主次依次為尿素（B）、密度（A）、過磷酸鈣（C），但對于增加大徑材出材量和提高大徑材出材率的最優組合卻一致，最佳因素組合均為A1B2C2或A2B2C2，即密度因子處于中等或中等偏高水平，尿素和過磷酸鈣兩因子均處于中等水平，最利于增加大徑材出材量和出材率。

3討論與結論

為了獲得較好的擬合效果，本研究選取一次線性函數、二次函數、冪函數和指數函數等4種建模方法開展樹高生長模型擬合分析，最終選取擬合優度高、符合林木生長規律的冪函數即y=4.055 2x0.482 5作為樹高回歸計算的最優函數模型。較早的研究也獲得相同的結論，如劉靜等［13］在研究間伐保留密度和套種對杉木中齡林材種影響時，得出最優的樹高生長模型為冪函數模型；陶長鑄等［14］為篩選出適用于定向培育大、中徑材的優良無性系，研究不同杉木無性系材種結構的差異分析時，擬合樹高生長模型，得出最優模型為y=2.197 9x0.648 5。盡管不同的研究得出的冪模型的系數和指數大小不同，但均為冪函數形式，不同試驗點樹高、胸徑生長上存在一定差異導致數值大小不一致屬正常現象，杉木的生長特性決定了冪函數模型是樹高-胸徑生長的最優模型，具有良好的擬合效果，是理想的樹高-胸徑生長模型選擇。

關于林分材種變化規律分析，很多研究者都開展了深入研究探索，如楊桂娟等［15］研究杉木人工林材種結構間伐效應，得出不同間伐強度林分活立木規格材出材率隨間伐強度和立地指數級的增大而增大；段愛國等［16］研究杉木林分直徑時，發現林分直徑變動系數隨著林分年齡的增長總體上呈微弱增加的趨勢， 而且前期逐漸減小，郁閉后緩慢增大， 高密度林分的直徑變動系數較低密度的大， 也更早地呈增大趨勢。與上述研究思路不同，本文主要采用不同的研究方法開展杉木林分材種結構的動態變化規律，通過對比處理前、后各處理間材種變化情況，發現不同處理均呈現出小徑材、中徑材出材量和出材率均在逐步減少，大徑材出材量和出材率均在逐步增加的規律。大徑材增量最大的T2采用保留密度1200株/hm2、施尿素100 g/株、施過磷酸鈣300 g/株，大徑材出材率比對照提高2.95個百分點，量化地表述了杉木近熟林分的材種結構與種植密度和栽培管理措施的關系密切，這也說明合理的種植密度和栽培管理措施對大徑級種材形成起著決定性的作用。

在杉木近熟林的施肥試驗研究方面，楊樺等［17］的研究結果表明施用磷肥對杉木的胸徑生長有較大的促進作用，且每株的用量為 1000 g效果最佳。本研究在一般杉木近熟林單純施肥試驗的基礎上，采用密度控制和精準追肥等多因子正交設計分析，結果更清楚地顯示影響樹高、胸徑和單株材積3個生長性狀增量的正交試驗因子作用效應較為一致，因素主次依次為尿素、過磷酸鈣、密度。影響大徑材出材量及出材率增量的試驗因子作用效應略有不同，前者因素主次依次為密度、過磷酸鈣、尿素，后者因素主次依次為尿素、密度、過磷酸鈣，但對于增加大徑材出材量和提高大徑材出材率的最優組合卻一致，最佳因素組合均為A1B2C2或A2B2C2（即保留密度900～1200株/hm2、施尿素100 g/株、施過磷酸鈣300 g/株），密度因子處于中等或中等偏高水平，尿素和過磷酸鈣兩因子均處于中等水平，最利于提高大徑材出材量和出材率。本次研究對于南嶺山區杉木近熟林大徑材林分改培有重要的參考意義。

（責任編輯：胡吉鳳）

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Analysis of the Impact of Density Control and Fertilization on the Transformation of Near-mature Forest into Large-diameter Chinese Fir Trees

Hu Dehuo1，Zheng Huiquan1，Wei Ruping1，Yan Shu1，Wang Runhui1*，Peng Huagui2，Zeng Qingtuan2，Zhou Zhiping2

（1.Guangdong Provincial Key Laboratory of Silviculture，Protection and Utilization/Guangdong Academy of Forestry，Guangzhou 510520，Guangdong，China; 2.Guangdong Tianjingshan State-owned Forest Farm，Shaoguan 512725，Guangdong，China ）

Abstract：To establish an effective cultivation technology system for producing large-diameter Chinese fir wood in the Nanling Mountain area and enhance the yield and quality of the wood，it is viable to transform the current stands into large-diameter wood forests.In this study，the near mature forest of Chinese fir was selected as the focus，and an experiment involving thinning and formula fertilization was conducted using an orthogonal design.The results indicated that the power function model demonstrated superior fitting capabilities when studying the height-DBH growth model of Chinese fir，making it the optimal choice for this analysis.After three years of cultivating Chinese fir near mature forest，there was a gradual decrease in small and medium diameter timber and a gradual increase in large diameter timber before and after treatment.The largest increment of large diameter timber was seen in treatment 2.The study found that the application of urea had the greatest impact on tree height，diameter at breast height （DBH），and volume increment per plant，followed by superphosphate application and retention density.There were significant differences in the factors affecting the increment of yield volume and yield rate of large-diameter wood.The optimal combination of increasing the yield of large-diameter wood and enhancing the yield of large-diameter wood remained consistent.The results of the experiment in this study area showed that the yield volume and yield rate of large-diameter wood saw the most significant improvement when the density of near-mature Chinese fir forest was at a medium or high-medium level，with urea and superphosphate both at a medium level.

Keywords：Cunninghamia lanceolate（Lamb.）Hook.； near-mature forest； cultivation for large-diameter timber； density control； precision fertilization control