造林密度對乳源木蓮人工林生長形質(zhì)及林分分化的影響

歐建德 康永武

( 1. 明溪縣林業(yè)局，福建 三明，365200；2. 沙縣林業(yè)局，福建 三明，365500)

乳源木蓮（Manglietia yuyuanensis）是南方優(yōu)良的造林闊葉樹種，具有良好的生態(tài)功能，并已在中國南方地區(qū)大面積造林。當(dāng)前乳源木蓮研究更多地關(guān)注其遺傳改良[1-3]、育苗[4-6]、造林[7-9]、生長規(guī)律[10-13]、成林管理[14-16]、混交林效應(yīng)[17-19]等方面，有關(guān)乳源木蓮造林密度方面研究迄今未見報(bào)道。造林密度改變林木個體生長空間與林分結(jié)構(gòu)，影響林木早期生長、干形形質(zhì)、個體競爭與分化[20-21]，是密度管理基礎(chǔ)和影響人工林生長的重要因素[22]。林木早期生長形質(zhì)與分化情況影響生長以及培育目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)[21]，基于林分生長形質(zhì)與分化的總體表現(xiàn)合理造林密度顯得十分必要。為此，本試驗(yàn)以福建省沙縣10年生的乳源木蓮人工純林為研究對象，在系統(tǒng)分析揭示生長性狀、干形形質(zhì)以及林分分化等方面的造林密度效應(yīng)與規(guī)律基礎(chǔ)上，應(yīng)用多目標(biāo)決策方法綜合生長形質(zhì)與個體分化表現(xiàn)，企圖基于生長形質(zhì)、林分分化的總體表現(xiàn)合理造林密度，為科學(xué)培育乳源木蓮提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究對象

研究地位于福建省沙縣際口（東經(jīng)117°48′，北緯26°26′）屬中亞熱帶季風(fēng)氣候，年平均降雨量1 510～1 840 mm，年平均氣溫為19.3 ℃，無霜期255～297 d，年平均日照時數(shù)為1 877.7 h，＞10 ℃年積溫4 652.2～6 009.7 ℃，海拔150～250 m，土壤為山地紅壤，土壤肥力中等。

研究材料為采用1年生裸根苗，挖明穴造林的10年生人工乳源木蓮林分；造林密度設(shè)計(jì)4個處理，A：2 500株/hm2、B：3 000株/hm2、C：3 600株/hm2、D：4 500株/hm2。連續(xù)撫育3 a，每年4—5月、8—9月全面除草，造林后翌年4—5月進(jìn)行擴(kuò)穴培土。

1.2 調(diào)查方法

分別不同造林密度處理的10年生乳源木蓮人工林林分，隨機(jī)布設(shè)3個20 m×20 m面積標(biāo)準(zhǔn)地，作為3個重復(fù)。采用常規(guī)每木調(diào)查方法，測定乳源木蓮枝下高、樹高、胸徑、2 m處樹干直徑、冠幅、樹干通直度[1-2]。生長及形質(zhì)性狀指標(biāo)計(jì)算：林木單株材積[23]：

式中：V為單株材積，D為胸徑，H為樹高。

樹干圓滿度：樹干圓滿度用2 m處樹干直徑與胸徑的比值表示[20-21]。

式中:f1.3為胸高形數(shù)，V為材積，g1.3為胸高斷面積，H為樹高[24-25]。

個體的相對胸徑（單木競爭指標(biāo)）：按d=r/R公式（r為每株樣木胸徑；R為樣地林分平均胸徑，d為單木相對胸徑），求得每株樣木的d值（單木競爭指標(biāo)）[20-21]。在各樣地按分級木（Ⅰ～Ⅴ級木）歸類，分級標(biāo)準(zhǔn)為Ⅰ級木，d≥1.336；Ⅱ級木 ， 1.026≤d＜1.336； Ⅲ 級 木 ， 0.712≤d＜1.026；Ⅳ級木，0.383≤d＜0.712；V級木，d＜0.383[20-21，26]；并以樣地為統(tǒng)計(jì)單元，進(jìn)行Ⅱ及Ⅲ級木以下株數(shù)比例計(jì)算[20-21， 26] 。

1.3 生長形質(zhì)及林分分化綜合表現(xiàn)分析

采用多目標(biāo)中的一維比較法[27-28]進(jìn)行乳源木蓮生長形質(zhì)與林木分化的綜合表現(xiàn)（綜合得分）計(jì)算。鑒于樹高、胸徑、冠幅、單株材積和林分蓄積等生長指標(biāo)，枝下高、冠長率、樹干圓滿度和通直度、高徑比等干形形質(zhì)指標(biāo)，Ⅱ及Ⅲ級木以下株數(shù)比例等林木分化指標(biāo)均有著顯著密度效應(yīng)，本試驗(yàn)選擇以上12個生長、干形質(zhì)量和林分分化進(jìn)行綜合表現(xiàn)評價。

1.3.1 效用值轉(zhuǎn)化

鑒于樹高、胸徑、冠幅、單株材積和林分蓄積越大，林木生長越好；枝下高、樹干圓滿度和通直度、高徑比越大，其無節(jié)良材長度越大，干形越通直圓滿；以上9個生長形質(zhì)及林分分化指標(biāo)與林分綜合表現(xiàn)呈遞增關(guān)系，其效用值轉(zhuǎn)化公式為：

鑒于冠長率越小，其無節(jié)材長度比例越大，其干材品質(zhì)越好；Ⅱ及Ⅲ級木以下株數(shù)比例越小，林分競爭與分化越緩和，結(jié)構(gòu)越穩(wěn)定；冠長率、Ⅱ及Ⅲ級木以下株數(shù)比例與林分綜合表現(xiàn)呈遞減關(guān)系，其效用值轉(zhuǎn)化公式為：式（3）、（4）中：U為個體某個性狀效用值，V為個體某個性狀值，Vmax為群體某個性狀的最大值，Vmin為群體某個性狀的最小值。

1.3.2 確定權(quán)重系數(shù)

經(jīng)征詢專家意見，本研究中單株材積權(quán)重系數(shù)為0.2，Ⅲ級木以下株數(shù)比例權(quán)重系數(shù)為0.15，胸徑、林分蓄積以及Ⅱ級木以下株數(shù)比例權(quán)重系數(shù)均為0.1，樹高、冠幅、枝下高、冠長率、樹干圓滿度和通直度、高徑比的權(quán)重系數(shù)均為0.05。

1.3.3 綜合評價值計(jì)算

根據(jù)綜合評價值＝∑性狀指標(biāo)效用值×性狀指標(biāo)權(quán)重系數(shù)，進(jìn)行綜合得分值計(jì)算。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2003和SPSS 21.0軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。主成分分析采用SPSS 21.0軟件進(jìn)行。造林保存率、Ⅱ及Ⅲ級木以下株數(shù)比例按x=asin（x）轉(zhuǎn)化后方差分析[20-21]。采用單因素方差分析法（one-way ANOVA）和Duncan法進(jìn)行方差分析和多重比較（a=0.05）。表中數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差。

2 結(jié)果與分析

2.1 乳源木蓮生長的造林密度效應(yīng)

方差分析結(jié)果（表1）顯示，造林密度顯著影響著10年生乳源木蓮的樹高、胸徑、冠幅、單株材積和林分蓄積等5個生長性狀，但對造林保存率無顯著性影響。隨造林密度增大，乳源木蓮胸徑、冠幅、單株材積減小；經(jīng)方差分析，密度增大至D顯著降低乳源木蓮胸徑、單株材積，密度A、B、C間胸徑、單株材積表現(xiàn)良好且無顯著性差異，密度D的胸徑、單株材積最?。幻芏仍龃笾罜起顯著降低乳源木蓮冠幅，密度A冠幅最大，密度D冠幅最小。隨造林密度增大，乳源木蓮樹高增大；密度增大至B起顯著增加乳源木蓮樹高，密度D樹高最大，密度A樹高最小。隨造林密度增大，林分蓄積先增大后減??；密度增大至B起顯著增加林分蓄積，密度B、C、D間林分蓄積較大且之間無顯著性差異，密度A林分蓄積最小。

方差分析結(jié)果（表1）顯示，造林密度對乳源木蓮造林保存率無顯著性影響。密度A、B、C、D間的乳源木蓮造林保存率介于93.89～97.17%、保存率均較高且無顯著性差異，這與試驗(yàn)地的光熱和養(yǎng)分良好、一致有關(guān)，同時表明造林保存率主要受到遺傳物質(zhì)、苗木質(zhì)量、造林措施、試驗(yàn)地生境等控制。

表 1 乳源木蓮生長性狀分析Table 1 Analysis of growth traits on M. yuyuanensis

2.2 乳源木蓮干形形質(zhì)性狀的造林密度效應(yīng)

枝下高與冠長率關(guān)系到林木無節(jié)材長度與長度比例，樹干通直度衡量干材通直程度，高徑比與干材削度變化相關(guān)，樹干圓滿度與胸高形數(shù)是衡量干材圓滿指標(biāo)，本研究選擇以上5個干形形質(zhì)性狀進(jìn)行干材品質(zhì)評價。

方差分析結(jié)果（表2）顯示，除胸高形數(shù)外，造林密度顯著影響著10年生乳源木蓮的枝下高、冠長率、樹干圓滿度與通直度和高徑比等干形形質(zhì)性狀。10年生乳源木蓮枝下高、樹干圓滿度與通直度、高徑比等立木形質(zhì)性狀指標(biāo)隨密度增大而增大，意味著隨乳源木蓮密度增大其無節(jié)良材長度與長度比例增加、立木愈加通直圓滿、干材削度減少；方差分析（表2）表明，造林密度增大至B起顯著增大枝下高，低密度A的枝下高最小、無節(jié)材長度最短，密度B、C間枝下高次之、且之間無顯著性差異，高密度D枝下高最大、無節(jié)材長度最長；密度增大至C起顯著增加樹干圓滿度，密度C、D間樹干圓滿度良好且之間無顯著差異，密度A、B間樹干圓滿度較差、欠圓滿且之間無顯著差異；密度增大至D顯著增大樹干通直度，密度D樹干通直度最好、干材通直，A、B、C密度間樹干通直度較差、欠通直且之間無顯著差異；造林密度增大至C起顯著增大高徑比，密度D高徑比最大、干材削度最小，密度C次之，密度A、B間高徑比較小、干材削度較大且之間無顯著差異。10年生乳源木蓮冠長率隨密度增大而增大，密度增大至D顯著降低冠長率，高密度D冠長率最小、無節(jié)材長度比例最大，A、B、C密度間冠長率較大且之間無顯著性差異。這與隨造林密度增大，乳源木蓮林分郁閉提前且郁閉程度愈加充分，加劇其自然整枝有關(guān)。

表 2 乳源木蓮形質(zhì)性狀分析Table 2 Analysis of stem-form quality on M. yuyuanensis

方差分析結(jié)果（表2）顯示，造林密度對10年生乳源木蓮胸高形數(shù)無顯著性影響。密度A、B、C、D類型間的乳源木蓮胸高形數(shù)介于0.531～0.541間，胸高形數(shù)無顯著性造林密度效應(yīng)，表明乳源木蓮胸高形數(shù)更多地受到遺傳物質(zhì)控制。

10年生乳源木蓮冠長率呈隨造林密度增加而逐漸降低的變化趨勢，乳源木蓮枝下高與冠長率隨著造林密度增加呈現(xiàn)出逐漸增大（減少）的變化趨勢，這與隨造林密度增加，林分提前郁閉且郁閉程度愈加充分，加劇其自然整枝強(qiáng)度有關(guān)。

隨造林密度增加，乳源木蓮樹干通直度與圓滿度均呈現(xiàn)增大變化趨勢、干材趨于更加通直、圓滿，一方面是隨造林密度增加，乳源木蓮林分郁閉時間提前、程度提高，側(cè)枝生長受到抑制，從而增加樹干生物量的分配，使得干材趨于圓滿；另一方面隨造林密度增加、株間側(cè)方蔭蔽增強(qiáng)，林木采取優(yōu)先樹高生長策略以獲得更加充裕的光照，使得干材更加通直。隨造林密度增加乳源木蓮高徑比呈現(xiàn)增大變化，是密度促進(jìn)樹高生長效應(yīng)與抑制胸徑生長共同作用的結(jié)果。

2.3 乳源木蓮林分分化的造林密度效應(yīng)

方差分析結(jié)果（表3）顯示，造林密度顯著影響10年生乳源木蓮Ⅱ級木以下、Ⅲ級木以下株數(shù)比例，表明乳源木蓮Ⅱ級木以下、Ⅲ級木以下的分級木轉(zhuǎn)化有著顯著性造林密度效應(yīng)。乳源木蓮Ⅱ級木以下、Ⅲ級木以下株數(shù)比例隨造林密度增加而增大；方差分析結(jié)果（表3）顯示，密度增加至C時顯著增加Ⅱ、Ⅲ級木以下株數(shù)比例，密度D的Ⅱ、Ⅲ級木以下株數(shù)比例最大、林木分化最嚴(yán)重，密度C次之，密度A、B間最小且之間無顯著性差異、林木分化較緩和。以上結(jié)果表明，造林密度顯著改變林分分化，這是隨造林密度增加，乳源木蓮個體間的營養(yǎng)供應(yīng)、生長空間競爭加劇、促進(jìn)個體分化所致。

表 3 乳源木蓮林分分化分析Table 3 Analysis of stand differentiation on M. yuyuanensis

2.4 乳源木蓮造林密度類型的綜合評價與優(yōu)化

由2.1～2.3可知，10年生乳源木蓮樹高、胸徑、冠幅、單株材積和林分蓄積等5個生長性狀、枝下高、冠長率、樹干圓滿度與通直度和高徑比等5個干形形質(zhì)性狀以及Ⅱ、Ⅲ級木以下株數(shù)比例等2個分化指標(biāo)均有著顯著性的造林密度效應(yīng)。為此本研究選擇以上12個性狀進(jìn)行生長形質(zhì)及林分分化綜合評價，結(jié)果列表1。

方差分析結(jié)果（表1）顯示，造林密度顯著影響著10年生乳源木蓮生長形質(zhì)及林分分化綜合表現(xiàn)，表明優(yōu)化乳源木蓮造林密度必要性與重要性；密度增加至D顯著減少綜合評價值，密度A、B、C間綜合評價值較大且之間無顯著性差異、綜合表現(xiàn)良好，密度D綜合評價值最小、綜合表現(xiàn)最差。

3 結(jié)論與討論

本研究中，10年生乳源木蓮樹高、胸徑、冠幅、單株材積和林分蓄積等生長性狀，枝下高、冠長率、樹干圓滿度，通直度和高徑比等干材形質(zhì)性狀，Ⅱ、Ⅲ級木以下株數(shù)比例等林分分化性狀，以及綜合表現(xiàn)均有著顯著性的造林密度效應(yīng)，表明優(yōu)化造林密度的必要性，2 500～3 600 株/hm2造林密度的人工林總體表現(xiàn)良好。鑒于2 500～3 600株/hm2的乳源木蓮Ⅲ級木以下株數(shù)比例高達(dá)8.40～23.00%，建議及時開展間伐。研究結(jié)果與前人造林密度影響林木生長發(fā)育[20-21，29-30]，以及造林密度影響林木干材形質(zhì)與個體分化[20-21]研究結(jié)論一致。

10年生乳源木蓮人工林資料表明，不同造林密度的生長差異顯著。隨造林密度增大，乳源木蓮胸徑、冠幅、單株材積減小，表現(xiàn)出抑制效應(yīng)；樹高隨造林密度增大而增大，林分蓄積隨造林密度增大而先增大后減小，但造林密度對造林保存率無顯著性影響。不同造林密度的林木干形形質(zhì)差異顯著，與以往的研究成果[20-21]一致。隨造林密度增大，枝下高、樹干圓滿度、通直度和高徑比增大，冠長率減小，意味著無節(jié)材長度與長度比例增大，干材愈加通直圓滿，干材品質(zhì)提高。造林密度對胸高形數(shù)無顯著性影響。不同造林密度的林分分化差異顯著，Ⅱ、Ⅲ級木以下株數(shù)比例隨造林密度增大而增加，表明密度影響分級木分化與株數(shù)比例，與以往的研究結(jié)論[20-21]一致。

造林密度對林分平均樹高影響較復(fù)雜，以往的研究結(jié)論亦不一致。有些研究表明，密度對樹高的影響較弱，基本不受密度的影響[31]。而有些研究認(rèn)為樹高隨密度增大而降低[21]。乳源木蓮幼林樹高隨造林密度增大而總體增高，與前人在南方紅豆杉（Taxus chinensisvar. mairei）[20]、杉木（Cunninghamia lanceolata）[32]、 青 楊 （Populus cathayana）[33]、黃梁木（Anthocephalus chinensis）[34]的研究結(jié)果一致。導(dǎo)致乳源木蓮幼林樹高隨造林密度增大而總體增高的原因，隨造林密度增大而林木生境越加蔭蔽，乳源木蓮為獲得充足光照，采取相對于徑向生長優(yōu)先樹高生長策略所致，這與前人在南方紅豆杉[35]、馬尾松（Pinus massoniana）[36]樹種的研究結(jié)論一致。

林分蓄積受到單株材積和造林密度2個因子控制。本試驗(yàn)乳源木蓮林分蓄積隨造林密度增大而呈現(xiàn)先增大后減少的變化，林分蓄積隨造林密度增大而增大，但造林密度增大到一定程度，密度競爭效應(yīng)明顯、密度過大導(dǎo)致林木個體生產(chǎn)能力降低、林分蓄積減少[37]。

本試驗(yàn)的乳源木蓮造林密度范圍宜為2 500～3 600株/hm2；隨著林木生長，密度對生長形質(zhì)、林分分化的影響亦在動態(tài)變化之中，應(yīng)堅(jiān)持長期動態(tài)研究。