杉木短輪伐期用材林高效栽培模式的初步研究

戴 俊，陳代喜，羅啟亮，蔣 華，賈盛強(qiáng)，黃開勇，黃詠昕，王曉波，唐紅亮

（1.廣西壯族自治區(qū)林業(yè)科學(xué)研究院，廣西南寧 530002；2.融安縣西山林場，廣西融安 545400；3.全州縣咸水林場，廣西全州 541500；4.融水苗族自治縣國營貝江河林場，廣西融水 545300）

杉木（Cunninghamia laceolata）是我國南方最重要的用材樹種之一，也是廣西最重要的造林樹種[1]。發(fā)展短輪伐期用材林是林業(yè)發(fā)展的客觀需要，可在一定程度上緩解國內(nèi)木材供需矛盾，又可達(dá)到改善生態(tài)環(huán)境、保障國土生態(tài)安全的目的[2-3]。采用良種造林，在較短的經(jīng)營周期內(nèi)，如何配套相應(yīng)的栽培技術(shù)，生產(chǎn)出數(shù)量多、質(zhì)量好的杉木木材，提高杉木經(jīng)營者的實(shí)際經(jīng)濟(jì)收益，是目前杉木人工林生產(chǎn)與經(jīng)營中急需解決的問題[4-6]。杉木造林后，良種的材性未隨生長量的快速增加而變差，8 ～11年生的良種更早進(jìn)入工藝成熟期且材性符合板材工藝參數(shù)的要求[7]。研究短輪伐期用材林培育技術(shù)將為我國主要用材林的短周期經(jīng)營和生產(chǎn)提供科學(xué)依據(jù)[8-11]。本研究以廣西杉木中心產(chǎn)區(qū)營建的試驗(yàn)示范林的長期觀測數(shù)據(jù)資料為依據(jù)，從遺傳控制、立地控制、密度控制、撫育管理和培育年限等關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)出發(fā)，優(yōu)化集成廣西杉木短輪伐期用材林培育技術(shù)，并確立杉木短輪伐期高效栽培模式，為短周期用材林的培育提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)示范林分別設(shè)置在廣西融安縣西山林場（109°18'E，25°12'N）、全州縣咸水林場（110°75'E，25°52'N）和融水苗族自治縣國營貝江河林場（108°35'E，24°49'N），均屬中亞熱帶季風(fēng)氣候（表1）。

表1 試驗(yàn)地基本概況Tab.1 Basic situations of experimental places

1.2 材料

材料來源于3 個(gè)林場的杉木種質(zhì)評價(jià)試驗(yàn)林、立地選擇和密度對比試驗(yàn)林、整地對比和施肥試驗(yàn)林、間伐密度對比試驗(yàn)林和短輪伐期示范林。

在種質(zhì)評價(jià)試驗(yàn)林里，選擇普通種（對照）、融水優(yōu)良種源、1.5 代種子園良種、2 代種子園良種、3代種子園良種進(jìn)行造林。采用完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，區(qū)組包括所有改良水平，3次重復(fù)，小區(qū)（處理）隨機(jī)排列，面積400 m2，造林株行距2.0 m×2.0 m，設(shè)2排保護(hù)行。2018年3月造林，造林苗木為Ⅱ級以上合格的裸根苗和輕基質(zhì)容器苗，穴狀整地，造林穴規(guī)格為40 cm × 40 cm × 40 cm（底長×底寬×深），每穴施用0.25 kg杉木專用復(fù)混肥（1號肥，N∶P∶K=5∶10∶10，有機(jī)質(zhì)≥10%，下同）作為基肥。造林后，幼林連續(xù)撫育3年，每年3 ～4 次，第1 次在4月中下旬，第2 次在6月中旬前后，第3 次在8月中旬前后，第4 次在10月中下旬，一年撫育3 次的林分，第3 次撫育在9月中下旬。幼齡林期，連續(xù)施肥3 次，施用杉木專用復(fù)混肥（1號肥），在造林當(dāng)年3個(gè)月后施肥0.25 kg/株，翌年4—5月施肥0.25 kg/株，第3年4—5月施肥0.50 kg/株。

在立地選擇和密度對比試驗(yàn)林里，使用種子園良種造林，設(shè)立地指數(shù)、密度2 個(gè)營林控制因子，立地指數(shù)分別為14 ～16 和18 ～20，造林密度分別為2 500 株/hm2、2 000 株/hm2和1 666 株/hm2，每個(gè)處理（小區(qū)）面積2 666 m2，重復(fù)3 次。造林后，撫育施肥措施同種質(zhì)評價(jià)試驗(yàn)林。

在整地對比和施肥試驗(yàn)林里，使用種子園良種造林，設(shè)置造林穴規(guī)格、施肥條件2 個(gè)因子，造林穴規(guī)格分別為40 cm×40 cm×40 cm、50 cm×50 cm×50 cm 和60 cm×60 cm×60 cm（底長×底寬×深），施肥條件為無基肥、有基肥和基肥+ 追肥，肥料為杉木專用復(fù)混肥（1 號肥），基肥為0.25 kg/株，追肥為0.25 kg/株。共9 個(gè)處理，采用完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，每個(gè)處理（小區(qū)）面積為400 m2，5 次重復(fù)。2017年3月造林，撫育措施同種質(zhì)評價(jià)試驗(yàn)林。

在間伐密度試驗(yàn)林里，選擇7 ～9年生立地指數(shù)14 ～16 和18 ～20 的良種林分進(jìn)行間伐試驗(yàn)，2008—2009年造林，初植密度為2 500 株/hm2，2016—2017年進(jìn)行間伐，設(shè)置1 950 株/hm2、1 755株/hm2、1 380 株/hm2、1 005 株/hm2四種保留密度，每個(gè)處理（小區(qū)）面積為2 666 m2，重復(fù)3 次，間伐后開展追肥試驗(yàn)，追肥1 次，0.5 kg/株，肥料為杉木專用復(fù)混肥（1號肥），以不追肥為對照。

短輪伐期示范林于2008—2009年使用種子園良種造林，林地立地指數(shù)為14 ～18，挖明穴回表土，造林密度2 500 株/hm2，造林后連續(xù)撫育3年，每年3次，造林后第7 ～9年間伐1 次，保留密度為1 800 ～1 950株/hm2。

1.3 數(shù)據(jù)處理

2020年10月，對各試驗(yàn)點(diǎn)的試驗(yàn)示范林按試驗(yàn)設(shè)計(jì)進(jìn)行樣地調(diào)查，每個(gè)樣地面積為400 m2，進(jìn)行每木測定，包括林木樹高和胸徑，同時(shí)詳細(xì)記錄樣地海拔、地形地貌、土壤特征及營林技術(shù)措施等。

分別計(jì)算每塊樣地林分的平均樹高、胸徑和單株材積。單株材積（V, m3）按照廣西林業(yè)勘測設(shè)計(jì)院編制的杉木立木蓄積量公式計(jì)算[12-13]：

式中，D表示胸徑（cm）；H表示樹高（m）。

采用Excel 2010 和SPSS 18.0 軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析；采用單因素方差分析（one-way ANOVA）和Dun?can新復(fù)極差法比較不同數(shù)據(jù)組間的差異。

2 結(jié)果與分析

2.1 種質(zhì)材料與培育短輪伐期用材林的關(guān)系

西山林場種子園良種林分的樹高和胸徑與普通種差異極顯著（P<0.01）；咸水林場種子園良種林分的樹高與普通種差異不顯著，胸徑與普通種差異極顯著（P<0.01）；貝江河林場種子園良種林分的樹高與普通種差異不顯著，胸徑與普通種差異極顯著（P<0.01）（表2）。在樹高和胸徑增益方面，西山林場種子園良種的樹高與普通種相比高出11.15% ～21.97%，胸徑高出22.31% ～36.91%；咸水林場種子園良種的樹高與普通種相比高出2.13%～3.90%，胸徑高出8.18% ～13.08%；貝江河林場種子園良種的樹高與普通種相比高出2.13% ～2.93%，胸徑高出6.17%～14.47%。融水優(yōu)良種源林分生長量增益不明顯?？傮w上，3 個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)的種子園良種造林的樹高和胸徑生長量均高于融水優(yōu)良種源和普通種源，說明采用種子園良種造林在幼林期生長表現(xiàn)優(yōu)良，良種效應(yīng)顯著。

表2 不同試驗(yàn)點(diǎn)不同種質(zhì)杉木林分樹高和胸徑生長量Tab.2 Height and DBH growth of C.lanceolata stands from different germplasm in different test sites

使用種子園良種造林，在幼林期樹高和胸徑增益顯著，且廣西良種基地面積已達(dá)到萬畝規(guī)模，選擇種子園良種壯苗培育短輪伐期用材林能取得較好的培育效果。

2.2 立地選擇和整地方式與培育短輪伐期用材林的關(guān)系

在不同立地指數(shù)下，3個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)3年生林分的樹高和胸徑生長量差異不顯著，說明在不同的立地指數(shù)下，3年生的幼齡林生長大體一致，立地選擇效應(yīng)不明顯（表3）。立地指數(shù)18 ～20 的3年生林分的樹高和胸徑生長量略高于立地指數(shù)14 ～16的林分。

表3 不同試驗(yàn)點(diǎn)不同立地條件下林分樹高和胸徑生長量Tab.3 Height and DBH growth of stands under different site conditions in different test sites

11.5 ～12.5年生林分的樹高和胸徑生長量在不同的立地條件下差異極顯著（P<0.01），說明11.5 ～12.5年生的中齡林立地選擇效應(yīng)顯著。立地指數(shù)18 ～20 的11.5 ～12.5年生林分的樹高和胸徑生長量極顯著高于立地指數(shù)14 ～16 的林分（P< 0.01）。立地指數(shù)14以上的林地適合培育短輪伐期用材林，立地指數(shù)越高的林地中林齡林分生長越好。

在不同的造林穴規(guī)格下，西山林場試驗(yàn)點(diǎn)3.5年生林分的樹高和胸徑生長量差異極顯著（P<0.01），生長量隨造林穴規(guī)格變大而增加；咸水林場和貝江河林場試驗(yàn)點(diǎn)的樹高和胸徑生長量差異不顯著（表4）。

表4 不同試驗(yàn)點(diǎn)不同整地方式下林分樹高和胸徑生長量Tab.4 Height and DBH growth of stands under different site preparation methods in different test sites

造林穴規(guī)格越大，挖穴價(jià)格越貴。綜合以上分析，立地指數(shù)14以上的林地，綜合考慮投資成本，采用穴狀整地方式，穴規(guī)格為40 cm × 40 cm × 40 cm（底長× 底寬× 深），培育短輪伐期用材林效果良好。

2.3 密度控制與培育短輪伐期用材林的關(guān)系

不同初植密度下，西山林場試驗(yàn)點(diǎn)3年生林分的樹高生長量差異顯著（P< 0.05），胸徑生長量差異不顯著，初植密度為2 500 株/hm2時(shí)，樹高生長量最高；咸水林場試驗(yàn)點(diǎn)3年生林分的樹高和胸徑均差異極顯著（P< 0.01），初植密度為2 500 株/hm2時(shí)，樹高和胸徑生長量最高；貝江河林場試驗(yàn)點(diǎn)3年生林分樹高差異顯著（P< 0.05），胸徑差異極顯著（P< 0.01），初植密度為1 666 株/hm2時(shí)，樹高和胸徑生長量最高（表5）。總體上，杉木良種造林選擇初植密度為2 500 株/hm2時(shí)，樹高和胸徑均可較快增長。

表5 初植密度對3年生林分樹高和胸徑生長量的影響Tab.5 Effects of initial planting densities on height and DBH of 3-year-old stands

在不同的保留密度下，西山林場試驗(yàn)點(diǎn)11.5年生林分的樹高生長量差異顯著（P< 0.05），胸徑生長量和蓄積量差異極顯著（P< 0.01），蓄積量隨著保留密度增大而增加，當(dāng)保留密度為1 950 株/hm2和1 755 株/hm2時(shí)，蓄 積量 分 別為305.55 m3/hm2和270.90 m3/hm2；咸水林場試驗(yàn)點(diǎn)11.5年生林分的胸徑差異不顯著，樹高和蓄積量差異極顯著（P<0.01），當(dāng)保留密度為1 950株/hm2和1 755株/hm2時(shí)，蓄積量較高，分別為159.60 m3/hm2和165.34 m3/hm2；貝江河林場試驗(yàn)點(diǎn)12.5年生林分的樹高、胸徑和蓄積量均差異極顯著（P<0.01），蓄積量隨著保留密度增大而增加，當(dāng)保留密度為1 950 株/hm2和1 755 株/hm2時(shí)，蓄積量分別為286.95 m3/hm2和263.85 m3/hm2（表6）。當(dāng)保留密度為1 950 株/hm2和1 755 株/hm2時(shí)，11.5和12.5年生林分的蓄積量均較大。

表6 不同保留密度對間伐林分樹高和胸徑生長量的影響Tab.6 Effects of different retention densities on height and DBH of thinning stands

在杉木短輪伐期用材林培育中，選擇造林初植密度2 500 株/hm2，在第7 ～9年間伐1 次，保留密度1 950株/hm2或1 755株/hm2。

2.4 施肥撫育與培育短輪伐期用材林的關(guān)系

3.5年生良種林分不同施肥處理對比發(fā)現(xiàn)，咸水林場試驗(yàn)點(diǎn)的樹高生長量差異不顯著，胸徑生長量差異極顯著（P<0.01），其余2 個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)的樹高和胸徑生長量差異極顯著（P<0.01）（表7）。影響林分樹高和胸徑生長量的施肥處理表現(xiàn)為基肥+追肥>基肥>不施肥，說明施肥對林分生長具有促進(jìn)作用。

表7 施肥對3.5年生林分樹高和胸徑生長量的影響Tab.7 Effects of fertilization on height and DBH of 3.5-year-old stands

11.5年良種林分不同施肥處理對比發(fā)現(xiàn)，在西山林場試驗(yàn)點(diǎn)，間伐后追肥的林分樹高和胸徑生長量均極顯著高于間伐后不追肥的林分（P＜0.01）；在咸水林場試驗(yàn)點(diǎn)，間伐后追肥的林分胸徑生長量顯著高于不追肥的林分（P＜0.05）；在貝江河林場試驗(yàn)點(diǎn)，間伐后追肥的林分樹高生長量極顯著高于不追肥的林分（P＜0.01）（表8）。林分在間伐后進(jìn)行追肥，樹高和胸徑生長量均高于不追肥的林分。

表8 間伐后追肥對11.5和12.5年生林分樹高和胸徑生長量的影響Tab.8 Effects of fertilization after thinning on height and DBH of 11.5-year-old and 12.5-year-old stands

綜合以上分析，在杉木短輪伐期用材林培育中，新造林分每年進(jìn)行鏟草撫育3 ～4 次，同時(shí)對林分采用“基肥+追肥”的施肥措施，可獲得較高的生長量。11.5 和12.5年生林分，在第7 ～9年間伐后進(jìn)行追肥0.5 kg/株，林分生長量可顯著提高。綜合不同林齡林分的分析，施用杉木專用復(fù)混肥對幼齡林和中林齡林分生長具有顯著的促進(jìn)作用。

2.5 短輪伐期高效栽培模式的培育效果

短輪伐期示范林分的各項(xiàng)生長指標(biāo)均顯著高于LY/T 1384-2007[14]所規(guī)定的杉木Ⅰ類產(chǎn)區(qū)的低限生長指標(biāo)要求（表9）。11.5和12.5年生示范林分在3個(gè)示范點(diǎn)的蓄積量為237.24 ～302.97 m3/hm2，比行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)12年林齡指標(biāo)高出66.83%～113.06%，比行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)16年林齡指標(biāo)高出28.37%～63.94%，根據(jù)咸水林場杉木年均蓄積量20.63 m3/hm2/a 計(jì)算，9年生示范林分的蓄積量也超過了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)16年林齡生長指標(biāo)。說明通過良種壯苗選擇、立地選擇和科學(xué)整地、密度控制、撫育管理、施用杉木專用復(fù)混肥等技術(shù)可達(dá)到高產(chǎn)的培育目的，培育的短輪伐期示范林在9 ～12年生時(shí)，蓄積生長量提前4 ～7年達(dá)到并超過國家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)16年林齡規(guī)定的低限指標(biāo)要求。

表9 示范林生長指標(biāo)與中心產(chǎn)區(qū)低限生長指標(biāo)比較Tab.9 Comparision on growth indexes of demonstration forests and minimum requirements of central area

3 結(jié)論

本研究圍繞杉木短輪伐期用材林培育，通過3個(gè)不同試驗(yàn)示范點(diǎn)的種質(zhì)評價(jià)、立地選擇和密度對比、整地對比和施肥、間伐密度對比等試驗(yàn)林和短輪伐期示范林生長量的綜合分析，最終確立杉木短輪伐期用材林高效栽培模式。選擇杉木1.5 代以上種子園的良種，采用Ⅱ級以上的合格輕基質(zhì)容器苗或裸根苗造林；選擇立地指數(shù)14 以上的林地，以穴墾為主的整地方式，挖穴規(guī)格為40 cm × 40 cm ×40 cm（底長× 底寬× 深），每穴施用0.25 kg 杉木專用復(fù)混肥（1 號肥）作為基肥；以2 500 株/hm2的密度造林，造林后連續(xù)撫育3年，每年3 ～4 次，分別于4月中旬、6月中旬、8月中旬和10月中下旬開展，造林后第7 ～9年進(jìn)行間伐，保留密度為1 755 ～1 950 株/hm2；造林后追施杉木專用復(fù)混肥（1 號肥）4次，總量1.5 kg/株，造林當(dāng)年3個(gè)月后追施0.25 kg/株，翌年4—5月追施0.25 kg/株，第3年4—5月追施0.5 kg/株，第7—9年間伐后追施0.5 kg/株。按該模式技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) 培育11.5 ～12.5年，林分蓄積量達(dá)237.24 ～302.97 m3/hm2。

該模式強(qiáng)調(diào)良種、良地、良法和良肥“4 良”的綜合應(yīng)用，按栽培模式進(jìn)行培育可確保營林成效。應(yīng)用杉木短輪伐期用材林高效栽培模式，可使培育相同年限的林分蓄積量指標(biāo)比國家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)高出66.83%～113.06%，提前4 ～7年達(dá)到并超過國家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的16年林齡I 類區(qū)低限生長指標(biāo)要求，可為保障國家木材安全和社會需求提供可推廣應(yīng)用的技術(shù)模式。