造林密度對15年生馬尾松生長和材性的影響

徐慧蘭，顏培棟，楊章旗

(廣西壯族自治區(qū)林業(yè)科學(xué)研究院用材林所，廣西 南寧 530002)

馬尾松(PinusmassonianaLamb.)是我國南方重要的鄉(xiāng)土造林樹種，具有生長快、適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于造紙、建筑和松脂產(chǎn)業(yè)，其人工培育已經(jīng)有50 a的歷史，對其栽培措施和營林技術(shù)的研究已達(dá)到很高的水平[1-3]。造林密度直接影響人工林的各項(xiàng)指標(biāo)，根據(jù)不同培育目的確定合理的造林密度是營林的重要組成部分，合理的造林密度對馬尾松人工林高產(chǎn)高效起著關(guān)鍵作用。已有研究表明，造林密度對樹高無顯著影響[4-8]，對胸徑、冠幅、單株材積、蓄積量和年輪寬度有顯著影響[6-11]，對晚材率和木材基本密度有一定影響[12-15]。對纖維形態(tài)的研究結(jié)果顯示，造林密度對馬尾松各個(gè)纖維形態(tài)指標(biāo)的影響沒有達(dá)到統(tǒng)計(jì)學(xué)的顯著水平，僅有一定的規(guī)律性[16]。已有的研究的分析對象選取的是每個(gè)造林密度的平均木，沒有對林內(nèi)不同徑級的立木進(jìn)行細(xì)致分析研究。鑒于此，以不同徑級立木為研究對象，對15年生不同造林密度馬尾松的生長、年輪寬度、晚材率、木材基本密度和徑向變化規(guī)律進(jìn)行了分析，為培育馬尾松優(yōu)質(zhì)高效用材林提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料來源

試驗(yàn)地設(shè)在廣西壯族自治區(qū)橫縣鎮(zhèn)龍林場，位于橫縣最北端的鎮(zhèn)龍鄉(xiāng)境內(nèi)，北緯23°02′～23°08′，東經(jīng)109°08′～109°19′，平均海拔300 m，最高處海拔660.8 m，最低處海拔203.0 m，屬南亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，年平均氣溫21.5 ℃，年降水量1 427 mm，氣候溫和，雨量充沛。土壤主要是細(xì)石英巖和泥質(zhì)粉砂巖發(fā)育形成的赤紅壤，pH值6.0～7.5。參試樹種為廣西馬尾松優(yōu)良家系桂MVF443號，1997年7月8日造林，密度試驗(yàn)設(shè)計(jì)4種不同的初植密度：2 500株 · hm-2(2 m×2 m)、3 300株 · hm-2(1.5 m×2.0 m)、4 500株 · hm-2(1.5 m×1.5 m)和6 000株 · hm-2(1.00 m×1.67 m)，分別以A、B、C和D表示，設(shè)置4次重復(fù)，16個(gè)小區(qū)，每小區(qū)面積400 m2，共6 400 m2。此4種初植密度是廣西馬尾松紙漿材和短周期工業(yè)用材常見的造林密度。造林時(shí)，選擇Ⅰ級營養(yǎng)杯苗木栽植，苗高15 cm左右；挖明穴，規(guī)格40 cm×30 cm×30 cm，重復(fù)均沿等高線設(shè)計(jì)，株行距按試驗(yàn)設(shè)計(jì)布置，每個(gè)重復(fù)內(nèi)立地條件基本一致。定植后前3 a的5—6月和9—10月除草撫育，后無間伐撫育和施肥，無人為影響，保證試驗(yàn)林處于自然稀疏條件。每年年底測定1次樹高、胸徑生長量、枝下高和冠幅大小，同時(shí)調(diào)查保存率，連續(xù)觀測至2019年。

1.2 試驗(yàn)方法

根據(jù)不同徑級選取測定對象，每個(gè)徑級選擇5株。此試驗(yàn)15年生馬尾松最小徑級6，最大徑級28。A造林密度缺失6～8徑級立木，C、D造林密度24徑級以上的立木少于5株，因此，取10～22徑級為分析對象。選定立木后，用直徑12 mm的生長錐在立木樹高1.3 m的南面位置鉆取一根樹皮至髓心的完整木芯，置于塑料管，密封，編號。根據(jù)GB/T 1930—2009[17]的方法，測定年輪寬度和晚材率。木芯以5 a為一個(gè)單位分3段，并對每個(gè)分段的木芯采用最大飽和含水量法測定密度。以廣西馬尾松經(jīng)濟(jì)材出材率表計(jì)算單株材積：

V=0.714 265 437×10-4D1.867 008H0.901 463 2

(1)

式中：V表示單株材積(m3)；D表示胸徑(cm)；H表示樹高(m)。

1.3 數(shù)據(jù)分析

用SPSS 19.0軟件進(jìn)行單因素方差分析和最小顯著差異(least-significant difference, LSD)比較、MATLAB 2009軟件進(jìn)行曲線擬合，Excel 2007軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 造林密度對15年生馬尾松徑級結(jié)構(gòu)和生長的影響

造林密度對林分徑級結(jié)構(gòu)和生長的影響非常顯著。不同造林密度下15年生馬尾松的徑級結(jié)構(gòu)分布如圖1所示，林分徑級分布曲線隨造林密度的增大向小徑級偏移，造林密度大的林分徑級分布廣，徑階結(jié)構(gòu)比較分散。按試驗(yàn)林平均16徑級為標(biāo)準(zhǔn)，A和B造林密度胸徑≥16徑級的株數(shù)分別占65%和58%，C造林密度和D造林密度胸徑<16徑級的株數(shù)約占54%和61%。為了更好了解徑級之間的差異，按10～12、14～16、18～20和22徑級劃分為4個(gè)徑級進(jìn)行比較，徑級結(jié)構(gòu)差異主要表現(xiàn)在A和B、C和D之間。14～16徑級是不同造林密度之間分布百分比最接近的徑級組合，雖然立木保存數(shù)量有差異，但保存比例都在26%～33%之間，相對于其它徑級差異較小。

圖1 不同造林密度下15年生馬尾松林的徑級結(jié)構(gòu)分布

不同造林密度對15年生馬尾松生長的影響如表1所示。不同造林密度對各個(gè)生長指標(biāo)的影響差異均達(dá)極顯著水平(P<0.01)，根據(jù)F值的大小得出影響的顯著順序?yàn)楣诜?胸徑>單株材積>樹高>枝下高，胸徑與冠幅呈極顯著相關(guān)。與已有的研究結(jié)果不同[4-8]，樹高生長與造林密度的相關(guān)性較高，即造林密度越高，樹高越低，具有規(guī)律性。不同造林密度的枝下高均值相差不多，受造林密度影響不大，這與已有的研究結(jié)果不一致[9,18]。

表1 不同造林密度對15年生馬尾松生長的影響

不同造林密度15年生馬尾松生長數(shù)據(jù)最小顯著差異的兩兩比較均值差如表2所示，A/C、A/D和B/D的差異最顯著。與表1的方差分析結(jié)果一致，冠幅和胸徑是差異最大的兩個(gè)生長指標(biāo)。

表2 不同造林密度15年生馬尾松生長數(shù)據(jù)LSD均值差

2.2 造林密度對15年生馬尾松材性的影響

2.2.1 年輪寬度和晚材率 4種造林密度的年輪寬度和晚材率徑向變異如圖2所示，不同造林密度的年輪寬度和晚材率均未達(dá)到顯著差異水平。為了更準(zhǔn)確地判斷造林密度對這兩個(gè)指標(biāo)的影響，使用了擬合曲線顯示其趨勢和大小。全徑級年輪寬度和晚材率的變化擬合曲線如圖2(a)所示，不同造林密度下，這兩個(gè)指標(biāo)的差異大小及變化趨勢仍然存在，但差異未達(dá)到顯著水平(P>0.05)。有研究表明[13-14]，9 a之前，造林密度對年輪寬度沒有影響，從9 a開始影響顯著增強(qiáng)。從圖2(a)可以看出，年輪寬度在第11～15年輪呈顯著差異，晚材率在第9～15年輪呈顯著差異，這表明造林密度在早期對年輪寬度和晚材率的影響有限，9 a之后開始有顯著影響。圖2(b)～2(e)是不同造林密度下不同徑級的年輪寬度和晚材率徑向變異曲線。造林密度越高，年輪寬度峰值出現(xiàn)的時(shí)間就越早，晚材率也相對較高；14～16徑級的年輪寬度和晚材率的差異最大，趨勢也最明顯，差異最不明顯是10～12徑級。

注：B造林密度下22 徑級的試件只有2個(gè)，故圖2(e)缺失B造林密度數(shù)據(jù)。Note: in Figure 2(e), the data of planting density B was missing because there were only two specimens of the 22 diameter class.

2.2.2 木材基本密度 不同造林密度之間木材基本密度的差異沒有達(dá)到顯著水平。圖3是不同造林密度下木材基本密度的徑向變異曲線。從圖3(a)可以看出，造林密度越大，木材基本密度越大，D造林密度下的木材基本密度高于其余3個(gè)造林密度。第1段(1～5年輪)木材基本密度差異不明顯，而第2段(6～10年輪)和第3段(11～15年輪)的密度差異相對顯著。不同造林密度下，木材的基本密度大小為D>C>B>A，D比C大3.6%，C比B大4.2%，B比A大1.6%。造林密度降低，徑向生長旺盛，有利于木材產(chǎn)量的增加，但是晚材的比例隨之下降，導(dǎo)致木材基本密度減小。造林密度高，徑向生長受到限制，晚材的比例相對提升，導(dǎo)致木材基本密度增大。圖3(b)～3(e)是不同造林密度下不同徑級木材基本密度的變異曲線，不管是大徑級還是小徑級，D造林密度的木材基本密度，除了1～5年輪段外，都遠(yuǎn)高于其余3種造林密度，這與前面的晚材率分析結(jié)果一致。利用初植密度可以在一定范圍內(nèi)調(diào)整木材密度，從而達(dá)到改善材性的要求。同年輪寬度和晚材率結(jié)果一樣，14～16徑級的木材基本密度差異最顯著。

圖3 不同造林密度下木材基本密度的徑向變異曲線

2.3 適宜造林密度的選擇

以木材干物質(zhì)產(chǎn)量(單株材積×木材基本密度)為主要評判標(biāo)準(zhǔn)[19]，同時(shí)考慮各個(gè)徑級立木的保存量，進(jìn)而決定符合造林目標(biāo)的適宜造林密度，這種分析方式的優(yōu)點(diǎn)在于同時(shí)考慮了造林密度對生長性狀、材性性狀和立木保存量的影響。15年生馬尾松4種造林密度的保存比例依次是41.2%、51.1%、54.9%和64.0%，保存比例低是由于無人為影響下的自然稀疏導(dǎo)致的結(jié)果。不同徑級標(biāo)準(zhǔn)下，單株材積差異不大，所以本研究選擇其平均值，不再細(xì)分為各個(gè)造林密度的單株材積。不同造林密度下，不同徑級的木材基本密度和立木保存量如表3所示。10～12徑級和14～16徑級木材干物質(zhì)最高產(chǎn)量均是D造林密度，18～20徑級木材干物質(zhì)最高產(chǎn)量的是B造林密度，22徑級木材干物質(zhì)最高產(chǎn)量的是A造林密度，C造林密度無一徑級木材干物質(zhì)產(chǎn)量高于其它造林密度。每個(gè)造林密度干物質(zhì)產(chǎn)量最多的都是18～20徑級的立木。單株材積的差異相對固定，木材基本密度的絕對差異小，所以木材干物質(zhì)產(chǎn)量基本取決于立木保存量?？紤]到保存立木徑級結(jié)構(gòu)和最初投入成本的差異，如果造林目標(biāo)是大徑級選育可選擇A造林密度，因?yàn)锳造林密度下的立木成長為大徑級的潛力比其它造林密度大。造林目的是紙漿材或是纖維板和刨花板原料，選D造林密度，因?yàn)椴煌炝置芏认?8徑級以上的干物質(zhì)產(chǎn)量差異并不大，且16徑級以下的干物質(zhì)產(chǎn)量明顯高于其它造林密度，同時(shí)，D造林密度的木材基本密度均高于其它造林密度，相應(yīng)的部分力學(xué)性能也會高于其它造林密度。

表3 木材干物質(zhì)產(chǎn)量

3 結(jié)論

不同造林密度對15年生馬尾松林分徑級結(jié)構(gòu)的影響非常顯著，造林密度對胸徑、樹高、冠幅和單株材積的影響是負(fù)相關(guān)且極顯著(P<0.01)，影響的顯著順序?yàn)楣诜?胸徑>單株材積>樹高>枝下高。樹高生長與造林密度的相關(guān)性較高，即造林密度越高，樹高越低，具有規(guī)律性。不同造林密度的枝下高均值相差不多，受造林密度影響不大。樹高和枝下高有如此表現(xiàn)可能與林地自然稀疏條件有關(guān)。

不同造林密度間年輪寬度和晚材率都未達(dá)到顯著差異水平。造林密度越高，年輪寬度的峰值出現(xiàn)越早，晚材率相對高，其徑向變異趨勢一致。不同造林密度間的木材基本密度未達(dá)到顯著差異水平。不同造林密度下15年生馬尾松的木材基本密度大小順序?yàn)镈>C>B>A，說明初植密度可以在一定范圍內(nèi)調(diào)整木材基本密度，從而達(dá)到改善材性的需求。如造林目的是大徑級選育，則可選A造林密度，因該密度下的立木成長為大徑級的潛力比其它造林密度大。若造林目的是紙漿材或是纖維板刨花板原料，最好選擇D造林密度，因?yàn)樵撁芏认赂鲝郊壍母晌镔|(zhì)產(chǎn)量之和最高，且該密度的木材基本密度高于其它造林密度。

年輪寬度、晚材率和木材基本密度的分析結(jié)果顯示，不同造林密度間14～16徑級的徑向趨勢和差異均大于其它徑級，具體原因還有待進(jìn)一步研究。分析不同林分的立木基本性狀時(shí)，分徑級選取的方法可作為平均木選取方法的補(bǔ)充和參考。