杉木大徑材成材機(jī)理研究

摘要：[目的]闡明立地、初植密度、林齡、林分密度、競(jìng)爭(zhēng)指標(biāo)等因子與大徑材成材的關(guān)系，解析杉木大徑材形成機(jī)理，為杉木大徑材定向培育提供理論和技術(shù)支撐。[方法]利用福建省邵武市衛(wèi)閩國(guó)有林場(chǎng)40余年杉木長(zhǎng)期定位觀測(cè)試驗(yàn)林?jǐn)?shù)據(jù)材料，解析立地、初植密度、林齡、林分密度、競(jìng)爭(zhēng)指標(biāo)等因子對(duì)杉木大徑材形成的影響。[結(jié)果]大徑材出材量和出材率隨立地指數(shù)級(jí)增大而增大，且增幅效應(yīng)隨林齡而增強(qiáng)。立地對(duì)大徑材成材的影響程度明顯受到初植密度的作用，低密度更有利于立地作用的發(fā)揮。12-16指數(shù)級(jí)立地，初植密度對(duì)大徑材出材量和出材率影響較小，且大徑材出現(xiàn)林齡較晚；20～22指數(shù)級(jí)立地，初植密度作用明顯加強(qiáng)，大徑材出材量和出材率隨初植密度減小而增大，初植密度越小，大徑材形成時(shí)間及大徑材快速增長(zhǎng)啟動(dòng)林齡愈早，且主伐林齡越小。林齡、立地、初植密度兩兩之間存在顯著的交互作用。在相對(duì)低立地指數(shù)級(jí)范圍（12-16指數(shù)級(jí)）或高立地指數(shù)級(jí)范圍（20～22指數(shù)級(jí)）內(nèi)，大徑材出材量或出材率不受立地指數(shù)級(jí)的顯著影響，而當(dāng)立地指數(shù)級(jí)達(dá)到或超過20指數(shù)級(jí)后，其與相對(duì)低的指數(shù)級(jí)（12-16指數(shù)級(jí)）立地相比，則會(huì)顯著提高大徑材出材量。在中、高初植密度范圍（3 333～6 667株·hm-2或5 000～10 000株·hm-2）內(nèi)，杉木林分大徑材出材量或出材率不受初植密度的顯著影響，但其與低初植密度（1 667株·hm-2）林分相比，大徑材出材量或出材率則會(huì)受到初植密度的顯著制約。林齡、林分保留密度、林分密度指數(shù)、立地指數(shù)為大徑材成材的關(guān)鍵園子，其對(duì)大徑材形成的加成貢獻(xiàn)率達(dá)92％。[結(jié)論]14指數(shù)級(jí)的現(xiàn)實(shí)林分中，有部分林分可形成相當(dāng)數(shù)量的大徑材。16指數(shù)及以上立地是培育杉木大徑材的理想立地條件，且造林密度宜控制在1 667株·hm-2內(nèi)，16指數(shù)在40年生左右，20和22指數(shù)在28年生左右，可形成大徑材林分，出材率達(dá)50％以上，出材量至少達(dá)400m3·hm-2左右。

關(guān)鍵詞：杉木；大徑材；出材量；立地；初植密度

中圖分類號(hào)：S750 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)I1001-1498（2024）06-0001-11

近年來，隨著國(guó)內(nèi)木材市場(chǎng)的變化，對(duì)大徑級(jí)用材的需求持續(xù)增長(zhǎng)，在今后相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)期內(nèi)，國(guó)內(nèi)對(duì)優(yōu)質(zhì)大徑材的需求，依然需要國(guó)際市場(chǎng)供給。針對(duì)日益凸顯的國(guó)內(nèi)木材供需矛盾問題及國(guó)家儲(chǔ)備林建設(shè)高質(zhì)量發(fā)展要求，加大大徑材林培育和保護(hù)力度十分必要，這有利于增加大徑材產(chǎn)出，增強(qiáng)國(guó)內(nèi)術(shù)材供給能力。深入了解大徑材林生長(zhǎng)發(fā)育規(guī)律及其成材機(jī)制是解決這一問題的重要途徑之一。為此，國(guó)內(nèi)外開展了大量不同樹種人工林大徑材定向培育關(guān)鍵技術(shù)的研究。主要從遺傳控制、立地控制和密度控制三大控制角度對(duì)大徑材成材影響進(jìn)行分析，也有部分研究涉及植被控制和地力控制，總結(jié)出了多地區(qū)、多樹種大徑材培育機(jī)理及關(guān)鍵技術(shù)。但相關(guān)研究同時(shí)存在試驗(yàn)周期短、考慮因子較為單一、立地級(jí)未區(qū)分或數(shù)量步且多采用臨時(shí)樣地調(diào)查數(shù)據(jù)等缺陷，致使大徑材成材機(jī)理一直未能得到可靠解釋。

杉木（Cunninghamia Ianceolate （Lamb.）Hook.）是我國(guó)南方重要的鄉(xiāng)土針葉用材樹種，也是國(guó)儲(chǔ)林項(xiàng)目建設(shè)的主要目標(biāo)樹種之一。中國(guó)林科院林業(yè)研究所杉木研究團(tuán)隊(duì)在“九五”至“十三五”連續(xù)多個(gè)國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目研究期間，以林分材種結(jié)構(gòu)研究為切入點(diǎn)，從遺傳控制、立地控制、密度控制等方面對(duì)杉木材種結(jié)構(gòu)進(jìn)行了大量的探索，提出了杉木大徑材培育的遺傳控制、立地控制、密度控制等關(guān)鍵技術(shù)，提出了杉木大徑材定向培育技術(shù)體系，推動(dòng)了杉木大徑材培育進(jìn)程。而由于大徑材培育周期長(zhǎng)的特點(diǎn)，已有研究成果具有階段性，亟需基于更長(zhǎng)周期定位觀測(cè)獲得更詳實(shí)準(zhǔn)確的杉木大徑材高效培育技術(shù)途徑。而國(guó)內(nèi)相關(guān)研究往往僅采用短周期試驗(yàn)調(diào)查數(shù)據(jù)或臨時(shí)樣地調(diào)查數(shù)據(jù)，無法了解大徑材出材量隨年齡增長(zhǎng)的動(dòng)態(tài)效應(yīng)，且存在調(diào)查樣地沒有出現(xiàn)大徑材或雖已出現(xiàn)但其所占比例很少等問題，因此難以從立地、初植密度、林齡等關(guān)鍵控制因子角度對(duì)杉木大徑材形成機(jī)理給出系統(tǒng)回答。本研究以杉木中心產(chǎn)區(qū)福建衛(wèi)閩41年生杉木固定樣地連續(xù)調(diào)查材料為依據(jù)，試圖闡明立地、初植密度、林齡、林分密度、競(jìng)爭(zhēng)指標(biāo)等因子與大徑材成材的關(guān)系，為杉木大徑材定向高效培育及速豐林基地與國(guó)儲(chǔ)林基地建設(shè)提供理論和技術(shù)支撐。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地設(shè)置在福建省邵武市衛(wèi)閩國(guó)有林場(chǎng)（27°05′N，117°43′E），位于杉木分布的中亞熱帶東區(qū)。研究區(qū)地形以低山丘陵為主，地形復(fù)雜，海拔300m，坡度25°～35°，年均氣溫17.7℃，年降水量1768 mm，年蒸發(fā)量1283 mm，年相對(duì)濕度82％左右。母巖為花崗巖，土壤類型為山地紅壤，土層深厚，腐殖質(zhì)含量豐富。

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)地于1982年春采用1年生實(shí)生裸根苗造林，共設(shè)置5種初植密度，分別為A （1 667株·hm-2，2.0 m x 3.0 m），B（3 333株·hm-2，2.0m x1.5 m），C（5 000株·hm-2，2.0m×1.0m），D （6 667株hm-2，1.0m×1.5 m），E （10000株·hm-2，1.0 m x 1.0 m）。5種初植密度組成一個(gè)區(qū)組，區(qū)組內(nèi)各樣地隨機(jī)排列，每種密度重復(fù)3次，共15塊樣地，每個(gè)樣地面積均為600m2 （20m×30 m）。樣地內(nèi)進(jìn)行每木編號(hào)，每個(gè)樣地四周各設(shè)有2行同樣密度的杉木保護(hù)帶。

1.3數(shù)據(jù)采集與分析

1.3.1數(shù)據(jù)采集 在固定樣地內(nèi)，于每年年底林木停止生長(zhǎng)后或次年春林木開始生長(zhǎng)前進(jìn)行調(diào)查。采用測(cè)高桿、胸徑尺等進(jìn)行林分調(diào)查，測(cè)樹因子為樹高、胸徑等林分生長(zhǎng)指標(biāo)。在造林后前10 a逐年調(diào)查，10 a后隔年調(diào)查，截至2022年春，連續(xù)定位觀測(cè)至林齡41a，期間未進(jìn)行間伐。在林分20年生時(shí)，在每個(gè)小區(qū)內(nèi)選取6株最高木作為優(yōu)勢(shì)術(shù)，求算其樹高的平均值作為立地指數(shù)，用于評(píng)價(jià)小區(qū)的立地質(zhì)量。試驗(yàn)地立地指數(shù)有12、14、16、20及22 m共5種類型。樣地基本情況見表1。

1.3.2大徑材出材量和出材率計(jì)算 基于胸徑大小及材種的劃分標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)表2計(jì)算不同徑級(jí)的材種株數(shù)。根據(jù)公式1-3計(jì)算活立木規(guī)格材（大、中、小徑材）各徑級(jí)各材種的出材量，根據(jù)材種類型進(jìn)行合并，得到樣地各材種的出材量。本研究?jī)H使用大徑材出材量和出材率數(shù)據(jù)。

1.3.3數(shù)據(jù)分析 利用三因素方差分析法及多重比較（LSD）分析初植密度、立地指數(shù)、林齡及其交互作用對(duì)杉木林分大徑材出材量和出材率的影響；利用結(jié)構(gòu)方程模型（Structural Equation Modeling，SEM）解析大徑材出材量和出材率與林齡、初植密度、立地指數(shù)、林分密度、基尼系數(shù)、林分密度指數(shù)之間的關(guān)系；為了解析這6個(gè)林分因子對(duì)大徑材出材量和出材率的相對(duì)貢獻(xiàn)，使用層次分區(qū)法（Hierarchical Partitioning Analysis，HP）分析，該分析通過R中的hier.part包實(shí)現(xiàn)。HP分析可用于解決多因素影響下的變量重要性排名問題，它是通過對(duì)變量的影響因素進(jìn)行層次分解，從而確定每個(gè)因素對(duì)變量的影響程度，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)因素的相對(duì)重要性排名。采用Excel、sPss、Origin、Amos、R軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、分析和作圖。

2結(jié)果與分析

2.1立地指數(shù)與大徑材形成的關(guān)系

杉木大徑材出材量和出材率受林分立地指數(shù)影響規(guī)律見圖1。同一林齡，相同初植密度，隨著立地指數(shù)的升高，杉木林分大徑材出材量和出材率有變大的趨勢(shì)，初植密度越小，不同立地指數(shù)級(jí)間大徑材出材量和出材率的差異越大。1 667-6 667株·hm-2的不同初植密度條件下，大徑材出材量均隨立地指數(shù)的增加而增加，且增幅效應(yīng)隨林齡而增強(qiáng)。立地對(duì)大徑材成材的影響程度明顯受到初植密度的作用，低密度更有利于立地作用的發(fā)揮。

2.2初植密度與大徑材形成的關(guān)系

杉木大徑材密度調(diào)控過程效應(yīng)如圖2所示。14指數(shù)級(jí)及以下樣地，只有3種初植密度，不同密度間大徑材出材量和出材率變化規(guī)律不明顯，隨林齡增大，6 667株·hm-2樣地的大徑材出材量和出材率逐漸超過其他密度樣地。16指數(shù)級(jí)及以上立地，初植密度越小，大徑材出材量和出材率越大。可以發(fā)現(xiàn)，在12、14、16這3種相對(duì)低的立地指數(shù)級(jí)樣地，初植密度對(duì)大徑材出材量影響較小。相比12、14、16指數(shù)級(jí)，在較高的20和22指數(shù)級(jí)立地，初植密度作用變得非常顯著，初植密度越小，大徑材快速增長(zhǎng)啟動(dòng)林齡愈小，大徑材出材量越大；且立地質(zhì)量越好，低密度對(duì)大徑材生長(zhǎng)的促進(jìn)作用越強(qiáng)，高密度對(duì)大徑材出材量產(chǎn)生嚴(yán)重制約作用。1 667株·hm-2樣地與其他初植密度間大徑材出材量和出材率差異越大，且越早進(jìn)入大徑材林分（大徑材出材率達(dá)到50％以上）。由此來看，16指數(shù)級(jí)以上立地，1 667株·hm-2更適宜培育杉木大徑材，一方面，大徑材出現(xiàn)時(shí)間早；另一方面，隨林齡的增幅效應(yīng)更大，更早形成大徑材林分，可用同等的投入實(shí)現(xiàn)大徑材出材量的最大化。

2.3年齡與大徑材形成的關(guān)系

隨林齡增大，活立木規(guī)格材大徑材出材量和出材率不斷增大。12和14指數(shù)級(jí)立地，大徑材出現(xiàn)林齡較晚，均于22年生才開始出現(xiàn)大徑材，在這兩種相對(duì)低立地時(shí)，初植密度對(duì)大徑材開始出現(xiàn)時(shí)間影響較小。值得注意的是，14指數(shù)，大徑材出材量在33 a后出現(xiàn)迅速增加的現(xiàn)象，在41a時(shí)，大徑材出材量增加1倍左右，可達(dá)400 m3·hm-2左右。16指數(shù)級(jí)及以上立地，初植密度越小，大徑材形成時(shí)間越早。1 667株·hm-2林分在16、20和22指數(shù)級(jí)立地，分別于16、14和12 a開始出現(xiàn)大徑材，成材時(shí)間縮短6-10 a。從圖2中可以看出，14指數(shù)級(jí)（除D3樣地），在最后一次觀測(cè)時(shí)，大徑材出材率仍尚未達(dá)到50％。16指數(shù)級(jí)及以上立地，初植密度越小，主伐林齡越小。相同密度，立地指數(shù)級(jí)越大，達(dá)到大徑材出材率50％所需的時(shí)間越短，即主伐林齡越小。

2.4立地、初植密度和林齡交互作用對(duì)大徑材成材的影響

三因素方差分析結(jié)果（表3）表明，林齡、初植密度、立地指數(shù)級(jí)以及兩兩之間的交互作用對(duì)杉木林分大徑材出材量和出材率均有極顯著影響（plt;0.01或plt;0.001）。而三者之間的交互作用對(duì)大徑材出材量和出材率沒有顯著影響。進(jìn)一步進(jìn)行多重比較（LSD），20年生以前，不同林齡間差異不顯著，20年生之后，不同林齡間差異顯著。1 667株·hm-2林分與其他密度林分間差異顯著，3 333株·hm-2林分與1 667株·hm-2和10 000株·hm-2林分間差異顯著，而與其他密度間無顯著差異。對(duì)于立地指數(shù)級(jí)，20-22指數(shù)級(jí)和12-16指數(shù)級(jí)之間差異顯著，而20～22指數(shù)級(jí)或12～16指數(shù)級(jí)內(nèi)沒有顯著差異。在相同初植密度和立地指數(shù)級(jí)下，不同林齡間差異顯著。5-18 a間，相同指數(shù)級(jí)，不同初植密度間差異均不顯著；20-41 a間，14和16指數(shù)級(jí)，不同初植密度間差異不顯著，而20和22指數(shù)級(jí)，不同初植密度間則存在顯著差異。5～18 a間，相同初植密度，不同立地級(jí)間差異均不顯著；20～22 a間，只有1 667株·hm-2林分，在不同立地級(jí)間表現(xiàn)出顯著差異；24-26 a間，只有1 667株·hm-2和3 333株·hm-2林分，在不同立地級(jí)間差異顯著；28-41 a間，所有初植密度下，不同立地級(jí)間均存在顯著差異。

2.5林分因子對(duì)杉木大徑材成材的影響及相對(duì)貢獻(xiàn)

2.5.1杉木大徑材多因子耦合作用分析 林分因子在調(diào)控杉木人工林材種結(jié)構(gòu)生長(zhǎng)中起著至關(guān)重要的作用，是限制材種生長(zhǎng)的關(guān)鍵性因子。杉木林分活立木大徑材出材量和出材率與林分因子的結(jié)構(gòu)方程模型如圖3所示。結(jié)果表明，林分因子通過直接作用或其他因子的間接介導(dǎo)，共同驅(qū)動(dòng)著杉木林分大徑材出材量（LTO）和出材率（LTOR）的生長(zhǎng)。林齡（Age）對(duì)LTO具有強(qiáng)烈的顯著正效應(yīng)，其標(biāo)準(zhǔn)化直接路徑系數(shù)為0.85；同時(shí)，Age對(duì)Gini具有顯著的正影響，其標(biāo)準(zhǔn)化路徑系數(shù)為0.38，其通過Gini的介導(dǎo)，間接地影響了LTO，標(biāo)準(zhǔn)化間接路徑系數(shù)為-0.015，在0.05水平上顯著。初植密度（PD）對(duì)LTO具有直接且顯著的負(fù)效應(yīng)，其標(biāo)準(zhǔn)化路徑系數(shù)為-0.10；同時(shí)，PD對(duì)林分密度指數(shù)（SDI）、林分密度（SD）和Gini具有顯著的正影響，其標(biāo)準(zhǔn)化路徑系數(shù)分別為0.53、0.69、0.71；此外PD對(duì)立地指數(shù)（SI）具有顯著的負(fù)效應(yīng)，其標(biāo)準(zhǔn)化路徑系數(shù)為-0.39；PD通過這些中介變量對(duì)LTO的總間接影響為0.000。SI能夠直接且顯著地提高LTO，其標(biāo)準(zhǔn)化路徑系數(shù)為0.16；此外，SI對(duì)SDI、SD、Gini分別具有負(fù)效應(yīng)、負(fù)效應(yīng)、正效應(yīng)，且SI通過這3個(gè)變量對(duì)LTO的總間接影響為-0.041，在0.05水平上不顯著。3個(gè)反映林分競(jìng)爭(zhēng)激烈程度或個(gè)體大小分化程度的指標(biāo)（SDI、SD、Gini）均在不同程度上影響著LTO，其中，SDI和SD對(duì)LTO分別具有顯著的負(fù)向和正向影響，標(biāo)準(zhǔn)化直接路徑系數(shù)分別為-0.42和0.43，而Gini對(duì)LTO的直接影響在0.05水平上不顯著。結(jié)構(gòu)方程模型結(jié)果顯示，影響LTO變化因素的93％來自Age、PD、SI、SDI、SD和Gini。

除PD外，其他5個(gè)林分因子均對(duì)LTOR具有顯著的直接效應(yīng)，其中Age、SD和引對(duì)LTOR具有顯著的正向、直接效應(yīng)，其標(biāo)準(zhǔn)化路徑系數(shù)分別為0.86、0.38和0.17；SDI和Gini對(duì)LTOR具有顯著的負(fù)向、直接效應(yīng)，其標(biāo)準(zhǔn)化路徑系數(shù)分別為-0.43和-0.05。Age、PD和SI對(duì)3個(gè)中介變量的直接影響與大徑材出材量的結(jié)果是一致的，Age通過這些中間變量的介導(dǎo)，顯著、間接影響了LTOR，而PD和SI對(duì)LTOR的間接效應(yīng)在0.05水平上不顯著。結(jié)構(gòu)方程模型結(jié)果顯示，Age、PD、SI、SDI、SD和Gini對(duì)LTOR有94％的解釋能力。

2.5.2林分因子對(duì)杉木林分大徑材出材量和出材率的相對(duì)貢獻(xiàn)率 根據(jù)HP分析，Age對(duì)杉木大徑材出材量和出材率的相對(duì)貢獻(xiàn)率最大，其次是SD、SDI、SI、Gini和PD。Age對(duì)杉木大徑材出材量和出材率的相對(duì)貢獻(xiàn)率分別為60％和59％，SD的相對(duì)貢獻(xiàn)率分別為17％和19％，SDI的相對(duì)貢獻(xiàn)率分別為10％和9％，SI的相對(duì)貢獻(xiàn)率為5％，Gini和PD的相對(duì)貢獻(xiàn)率均為4％（圖4）。

3討論

3.1立地指數(shù)、初植密度、林齡對(duì)杉木大徑材成材的影響

3.1.1立地效應(yīng) 加快大徑材林分培育，是緩解我國(guó)木材資源結(jié)構(gòu)性短缺問題的重要途徑。對(duì)杉木大徑材形成機(jī)制的研究認(rèn)為，林分密度和立地因子是大徑材成材的關(guān)鍵制約因素。惠剛盈等研究指出，立地是材種形成的主要限制因子，無論何種保留密度，若立地指數(shù)過低，則在目的材種的培育期限內(nèi)，無法產(chǎn)生該材種。大多數(shù)研究表明，培育杉木大徑材應(yīng)選擇立地指數(shù)16或18以上的立地。本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，立地指數(shù)對(duì)杉木大徑材是否形成、形成時(shí)間及大徑材出材量多少具有決定作用。低的立地指數(shù)，如14指數(shù)級(jí)，也可形成杉木大徑材，但至少要達(dá)到22年生才可出現(xiàn)大徑材，且達(dá)到大徑材林分（大徑材出材率大于50％）至少要達(dá)38年生。而楊桂娟等采用江西大崗山27年生杉木人工林定位監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的研究結(jié)果表明14指數(shù)級(jí)及其以下立地不能培育大徑材，可能與調(diào)查林分尚未達(dá)到大徑材的培育年限有關(guān)。本研究中，16指數(shù)級(jí)立地，造林密度控制在1 667株·hm-2以內(nèi)，在41年生時(shí)，大徑材出材率可達(dá)50％，形成大徑材林分。而超出這個(gè)造林密度范圍，則輪伐期需延長(zhǎng)。20指數(shù)級(jí)及以上立地，是培育杉木大徑材的最理想立地條件，且造林密度宜控制在1 667株·hm-2，在30年生左右可進(jìn)入大徑材林分，出材率達(dá)50％以上，出材量至少達(dá)400m3·hm-2。而超過這個(gè)造林密度范圍，則培育杉木大徑材輪伐期至少在35年生，且初植密度越大，輪伐期適當(dāng)延長(zhǎng)，最終也可收獲350～450m3·hm-2左右的大徑材出材量。

3.1.2密度效應(yīng) 在立地條件一定的條件下，密度是限制大徑材形成的關(guān)鍵因子。過高的初植密度雖能提早進(jìn)入郁閉期，但也使林木之間的營(yíng)養(yǎng)競(jìng)爭(zhēng)提前，導(dǎo)致林木質(zhì)量不佳；初植密度過低，林地空間不能得到充分利用，造成地力浪費(fèi)，也降低了林地生產(chǎn)力吲。本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，相比12、14、16指數(shù)級(jí)，在較高的20和22指數(shù)級(jí)立地，初植密度作用變得非常顯著，初植密度越小，大徑材快速增長(zhǎng)啟動(dòng)林齡愈小，大徑材出材量越大；且立地質(zhì)量越好，低密度對(duì)大徑材生長(zhǎng)的促進(jìn)作用越強(qiáng)，高密度對(duì)大徑材出材量產(chǎn)生嚴(yán)重制約作用。因?yàn)榱址置芏仍酱螅貜缴L(zhǎng)受到抑制，中、小徑材向大徑材轉(zhuǎn)化的速度變慢。這與王有良等的研究結(jié)果一致。熊光康等報(bào)道稱19～25 a近成熟齡期，林分大徑木比例和大徑材出材量均隨初植密度降低而增加，但其考慮的密度范圍較小，屬于低密度造林，未考慮中、高密度造林時(shí)的大徑材生長(zhǎng)發(fā)育規(guī)律。密度不能過大，否則小徑材將占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)；密度亦不能過小，否則導(dǎo)致單位面積的材種出材量太低，從而造成地力浪費(fèi)。研究表明，降低初植密度有利于生產(chǎn)較大規(guī)格的原木，但最小輪伐期會(huì)限制該條件的有效性，所以要確定合理的最小輪伐期。Dobrowolska等建議寬間距（低密度）造林，同時(shí)進(jìn)行有規(guī)則的間伐，以便在相對(duì)較短的輪伐期內(nèi)獲得最大直徑，同時(shí)減少黑心的風(fēng)險(xiǎn)和頻率，而黑心的發(fā)生大大降低了木材價(jià)值。因?yàn)槠浒l(fā)現(xiàn)，高密度有利于前幾年的白蠟樹高增長(zhǎng)；然而低密度導(dǎo)致更快的直徑增長(zhǎng)。造林時(shí)的初埴密度必須根據(jù)當(dāng)?shù)氐牧⒌貤l件及與預(yù)期的造林實(shí)踐有關(guān)的成本做出選擇。

密度調(diào)控是杉木大徑材培育的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，初植密度確定以后，林分密度的動(dòng)態(tài)控制成為影響杉木大徑材生長(zhǎng)的關(guān)鍵因素。林分密度是通過影響林分直徑結(jié)構(gòu)進(jìn)而影響林分材種結(jié)構(gòu)的，林分密度與胸徑之間存在強(qiáng)相關(guān)性，保持合理的林分密度對(duì)杉木大徑材培育至關(guān)重要。研究表明，森林間伐管理是一種培育大徑級(jí)樹木的有效策略。間伐降低了林分密度，增加了剩余樹木的資源可用性，從而促進(jìn)保留木的生長(zhǎng)。培育杉木大徑材，應(yīng)合理采取撫育間伐措施，控制林分密度，促進(jìn)大徑木生長(zhǎng)。研究表明，較低的林分密度是培育杉木大徑材的關(guān)鍵技術(shù)。關(guān)于如何調(diào)控林分密度以獲得較高的大徑材出材量和出材率，很多學(xué)者對(duì)此展開了廣泛研究。葉功富等嘲對(duì)福建衛(wèi)閩和來舟兩個(gè)林場(chǎng)的試驗(yàn)研究中指出，培育杉木大徑材應(yīng)在10 a前后調(diào)整林分密度，保留密度以1 200株·hm-2左右較為適宜，可獲得較高的大徑材出材量，提高單位面積的木材產(chǎn)量。劉靜等對(duì)福建埔上林場(chǎng)試驗(yàn)研究結(jié)果表明，低間伐保留密度900株·hm-2有利于杉木的生長(zhǎng)和大徑材的培育。宋重升等研究結(jié)果表明，間伐能夠促使小、中徑材更早進(jìn)入下一徑階，在立地指數(shù)級(jí)≥22及0≤間伐強(qiáng)度≤35％的條件下，間伐強(qiáng)度越大，越適宜大徑材培育。而徐金良等研究發(fā)現(xiàn)，間伐強(qiáng)度不能有效增加林分出材量，間伐次數(shù)對(duì)林分出材量有重要影響，試驗(yàn)區(qū)杉木大徑材培育以2次間伐、總聞伐強(qiáng)度50％左右為宜。這種差異可能與不同試驗(yàn)地點(diǎn)的立地指數(shù)、林齡等因素不同有關(guān)。有研究表明，初植密度和間伐對(duì)林木的抗風(fēng)害能力有一定影響，進(jìn)而影響木材產(chǎn)量。低初植密度林分比高初植密度林分抵御風(fēng)害的能力要強(qiáng)，從而能夠提高林分的生產(chǎn)力。然而，實(shí)際林分包含不同大小的樹木，需要更詳細(xì)的研究來更準(zhǔn)確地評(píng)估不同初植密度或立地條件下林木對(duì)生態(tài)環(huán)境和自然災(zāi)害的響應(yīng)，以便綜合評(píng)估林分生產(chǎn)力和大徑材出材量。

綜上來看，立地對(duì)大徑材成材的影響程度明顯受到初植密度的作用，低密度更有利于立地作用的發(fā)揮，因?yàn)槌踔裁芏仍降偷牧址謱?duì)資源的利用效率越高，低初植密度下的樹木可以獲得更多的光、水、養(yǎng)分等資源，從而增加樹木胸徑、樹高和材積。20 a以后，立地指數(shù)級(jí)≥20，初植密度作用變得非常顯著，高、低密度聞存在顯著差異。初植密度越小，大徑材形成時(shí)間及大徑材快速增長(zhǎng)啟動(dòng)時(shí)間越早，且主伐林齡越小。

3.2杉木大徑材成材的多因子耦合作用及相對(duì)貢獻(xiàn)

林分因子在大徑材成材過程中起著至關(guān)重要的作用，是限制當(dāng)前杉木大徑材生長(zhǎng)的關(guān)鍵性因子。本研究結(jié)果表明，林齡（Age）、初植密度（PD）和立地指數(shù)（SI）均直接影響了杉木大徑材出材量和出材率，同時(shí)通過林分密度指數(shù)（SDI）、林分密度（SD）和基尼系數(shù)（Gini）的介導(dǎo)，間接地影響了大徑材出材量和出材率。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，林齡對(duì)大徑材出材量及其出材率的影響最大，具有顯著的正向、直接效應(yīng)，隨林齡增長(zhǎng)，不僅可以直接增大大徑材的出材量和出材率，還可以通過調(diào)控林木個(gè)體大小分化程度來間接影響大徑材的生長(zhǎng)，且具有顯著的負(fù)向、間接效應(yīng)。基尼系數(shù)可用于衡量林分內(nèi)樹木大小不平等差異。基尼系數(shù)越接近于0，林分中活立木大小差異越小，林分結(jié)構(gòu)的異質(zhì)性越低；基尼系數(shù)越接近于1，林分中活立木的大小差異越大，林分結(jié)構(gòu)的異質(zhì)性越高。研究表明，隨林齡增長(zhǎng)，林分中活立木大小差異增大，即增加了林木的大小分化程度，從而增加了林分結(jié)構(gòu)的異質(zhì)性。當(dāng)高密度林分中樹木之間存在較大差異時(shí)，林分結(jié)構(gòu)異質(zhì)性增加，森林生產(chǎn)力降低，即森林生產(chǎn)力與林分結(jié)構(gòu)異質(zhì)性呈負(fù)相關(guān)。然而，在商業(yè)性間伐后林分結(jié)構(gòu)異質(zhì)性與森林生產(chǎn)力呈正相關(guān)。這是因?yàn)樯虡I(yè)性間伐基本上消除了與生境資源可用性減少有關(guān)的剩余優(yōu)勢(shì)木生長(zhǎng)的限制，林分保留密度與森林生產(chǎn)力呈顯著正相關(guān)。隨林術(shù)大小差異（Gini）的增大，大徑材出材量和出材率均下降，主要原因是較大的林分直徑結(jié)構(gòu)異質(zhì)性，導(dǎo)致林木之間的不對(duì)稱競(jìng)爭(zhēng)增大，從而樹木生長(zhǎng)受到資源可用性的限制增大。有研究指出樹木的存活率隨基尼系數(shù)的增加而下降，在樹木大小異質(zhì)性較大的樣地，樹木死亡率更高。較大的基尼系數(shù)表明林分競(jìng)爭(zhēng)條件的不對(duì)稱，這加速了小樹的死亡。另外，林齡對(duì)大徑材生長(zhǎng)的影響主要來源于其直接影響；且HP分析結(jié)果表明，林齡對(duì)大徑材出材量和出材率的相對(duì)貢獻(xiàn)率最大，對(duì)大徑材的相對(duì)重要性約占60％。而惠剛盈等認(rèn)為，相同立地條件下，保留密度對(duì)材種形成的影響比林分年齡對(duì)材種形成的影響更大。本研究中，初植密度對(duì)大徑材出材量和出材率具有負(fù)向、直接效應(yīng)。研究表明，高初植密度，導(dǎo)致樹木生長(zhǎng)較慢，大直徑樹比例較小。在林分郁閉后，限制了直徑和樹高生長(zhǎng)，由于競(jìng)爭(zhēng)激烈，密度較大的人工林死亡率較高。而較低的初植密度降低了初始成本，即使不間伐，大徑材比例也可能會(huì)更大，從而增加盈利。Halbritter等也發(fā)現(xiàn)，最佳間伐計(jì)劃和最終收獲在很大程度上取決于初植密度。立地指數(shù)則能夠顯著直接增大大徑材的出材量和出材率，這與大多數(shù)研究結(jié)果一致，符合立地指數(shù)越大，大徑材出材量越大的一般規(guī)律。林分內(nèi)競(jìng)爭(zhēng)程度（SDI）的增大顯著直接降低了大徑材的出材量和出材率。競(jìng)爭(zhēng)是通過有限的資源和生長(zhǎng)空間制約森林生長(zhǎng)的主要因素，會(huì)影響樹木的死亡率。林分內(nèi)競(jìng)爭(zhēng)越激烈，樹木死亡率越高，可能會(huì)引起大、小徑級(jí)樹木不同程度的死亡。本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，林分保留密度（SD）對(duì)大徑材出材量和出材率具有較強(qiáng)、直接且顯著的正效應(yīng)，其標(biāo)準(zhǔn)化路徑系數(shù)分別為0.43和0.38，是除林齡以外，對(duì)大徑材相對(duì)貢獻(xiàn)率最大的林分因子。這一結(jié)果表明，當(dāng)前林分密度范圍內(nèi)，林分內(nèi)較多的活立木保留株數(shù)可以直接地增加大徑材出材量和出材率，這可能與現(xiàn)有林分中活立木保留株數(shù)較少有關(guān)，因?yàn)殡S林齡增長(zhǎng)，現(xiàn)有林分的保留密度已相對(duì)較低，而林分密度太低，會(huì)因單位面積保留株數(shù)減少使大徑材產(chǎn)量下降。

4結(jié)論

本研究基于杉木中心產(chǎn)區(qū)40余年的長(zhǎng)期調(diào)查數(shù)據(jù)資料，探究初植密度、立地指數(shù)、林齡等林分因子對(duì)杉木大徑材形成的影響規(guī)律及機(jī)理，以解析大徑材的形成機(jī)制，為杉木大徑材培育提供理論與技術(shù)指導(dǎo)。研究發(fā)現(xiàn)，（1）林齡對(duì)大徑材出材量及其出材率的影響最大，具有顯著的正向、直接效應(yīng)，隨林齡增長(zhǎng)，不僅可以直接增大大徑材的出材量和出材率，還可以通過調(diào)控樹木大小異質(zhì)性來間接影響大徑材的生長(zhǎng)。相同初植密度，立地級(jí)越大，杉木大徑材越早形成。相比較12、14指數(shù)級(jí)，16、20和22指數(shù)級(jí)的大徑材成材時(shí)間至少可縮短6～10 a。（2）杉木林分大徑材出材量和出材率隨立地質(zhì)量的提高而增大，且增幅效應(yīng)隨林齡的增長(zhǎng)而增強(qiáng)。立地對(duì)大徑材成材的影響程度明顯受到初植密度的作用，低密度更有利于立地作用的發(fā)揮。（3）12、14、16指數(shù)級(jí)立地，大徑材出現(xiàn)林齡較晚。在這3種相對(duì)低立地指數(shù)時(shí)，初植密度對(duì)大徑材出材量和出材率影響相對(duì)較小。而在較高的20、22指數(shù)級(jí)立地，初植密度作用變得非常顯著，初植密度越小，大徑材快速增長(zhǎng)啟動(dòng)林齡愈小，大徑材出材量和出材率越大；且立地質(zhì)量越好，低密度對(duì)大徑材生長(zhǎng)的促進(jìn)作用越強(qiáng)，高密度對(duì)大徑材出材量則產(chǎn)生嚴(yán)重制約作用。（4）林齡、林分保留密度、林分密度指數(shù)、立地指數(shù)為大徑材成材的關(guān)鍵因子，它們對(duì)大徑材的加成貢獻(xiàn)率達(dá)92％。從杉木分布區(qū)立地指數(shù)情況論，16指數(shù)及以上立地是培育杉木大徑材的理想立地條件，且造林密度宜控制在1 667株·hm-2內(nèi)，16指數(shù)在40年生左右，20和22指數(shù)在28年生左右，可形成大徑材林分，出材率達(dá)50％以上，出材量至少達(dá)400 m3·hm-2。