陳山紅心杉良種造林幼齡期密度效應(yīng)分析

宋曉琛，熊彩云，婁永峰，陳興彬，孫世武，李 彬，肖復(fù)明

（1.江西省林業(yè)科學(xué)院，江西 南昌 330013；2.白云山林場(chǎng)，江西 吉安 343200）

杉木Cunninghamia lanceolata是我國特有的優(yōu)良速生針葉樹種，根據(jù)第九次全國森林資源清查數(shù)據(jù)，目前杉木人工林面積達(dá)986.67 萬hm2，約占全國人工林總面積的1/4，蓄積量達(dá)7.55 億m3，占全國人工林總蓄積的1/3，為我國重要的用材林樹種，特別在南方集體林區(qū)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中具有舉足輕重的地位[1]。陳山紅心杉是江西特有的優(yōu)良杉木種源，材質(zhì)優(yōu)良、紅心比例高[2]，目前通過國家、省級(jí)審（認(rèn)）定的陳山紅心杉母樹林良種、陳山紅心杉一代種子園種子以及陳山紅心杉1.5 代種子園種子等多個(gè)良種，在多地進(jìn)行應(yīng)用推廣[3]。

目前對(duì)杉木不同世代種子園種子的遺傳改良已進(jìn)行了深入研究。良種是人工林實(shí)現(xiàn)速生、優(yōu)質(zhì)、豐產(chǎn)的基礎(chǔ)，而合理的造林技術(shù)是重要手段，不同良種有與之相匹配的造林技術(shù)。培育林木過程中最重要的造林技術(shù)之一是初植密度，林分密度表明林木利用其占有空間的程度，影響林分生長(zhǎng)[4]、生物量[5]和林內(nèi)環(huán)境[6]等。目前杉木林培育研究重點(diǎn)集中在密度調(diào)控技術(shù)對(duì)杉木人工林生長(zhǎng)[7-9]、斷面積[10]、材種結(jié)構(gòu)[11-12]、長(zhǎng)期生產(chǎn)力[13]等方面影響以及立地條件與密度調(diào)控技術(shù)互作效應(yīng)的研究[14]。但遺傳因素與密度調(diào)控技術(shù)的互作效應(yīng)研究目前較少，而人工林高效培育是能將良種與良法有效結(jié)合。這方面僅李曉燕等[15]研究了杉木幼齡期良種與密度控制效應(yīng)，而對(duì)紅心杉良種與密度控制效應(yīng)研究尚未發(fā)現(xiàn)。本研究通過對(duì)江西省吉安市青原區(qū)白云山林場(chǎng)4 個(gè)初植密度下2 個(gè)紅心杉種子園良種試驗(yàn)林連續(xù)5 a 的生長(zhǎng)觀測(cè)，初步探討初植密度對(duì)陳山紅心杉良種早期生長(zhǎng)的影響，旨在為紅心杉良種培育技術(shù)提供理論依據(jù)，通過良種與良法的有效結(jié)合提升紅心杉人工林產(chǎn)量與質(zhì)量。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地設(shè)在江西省吉安市青原區(qū)白云山林場(chǎng)（115°15′E，26°51′N）。位于江西省吉安市青原區(qū)富田鎮(zhèn)境內(nèi)。海拔100～200 m。該地域?qū)僦衼啛釒Ъ撅L(fēng)氣候，年平均氣溫18.3℃，年均降水量約1 600 mm；土壤為紅壤、黃紅壤，土層厚約40 cm，pH 值5.6～6.0，塊狀整地。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)（表1），2 個(gè)種子園良種（陳山紅心杉1 代種子園良種和陳山紅心杉1.5 代種子園良種），4 個(gè)造林密度（1 667、3 333、5 000 和6 666 株/hm2），每個(gè)小區(qū)面積為20 m×30 m，設(shè)置3 個(gè)重復(fù)，共24 個(gè)小區(qū)，每個(gè)小區(qū)之間以木荷隔開。造林均采用1年生Ⅰ級(jí)苗。數(shù)據(jù)調(diào)查時(shí)取中間若干行，每個(gè)小區(qū)取樣至少30 株。

表1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)Table 1 Experiment design

1.3 數(shù)據(jù)調(diào)查和分析

2015年3月造林，自2016年起，在每年的11～12月期間，連續(xù)5年對(duì)試驗(yàn)林進(jìn)行調(diào)查。樹高采用測(cè)高桿進(jìn)行測(cè)量，2017年開始采用圍尺測(cè)量胸徑。

單株材積采用原林業(yè)部部頒杉木二元立木材積公 式：V=0.000 058 777 042×D1.969 983 1×H0.896 461 57，其中V為單株材積(m3)，D為胸徑(cm)，H為樹高(m)[16]。

采用Excel 2007 和SPSS 19.0 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同初植密度對(duì)紅心杉樹高生長(zhǎng)的影響

不同初植密度對(duì)樹高生長(zhǎng)的影響如表2所示。造林初期，1 代良種高密度造林（6 666 株/hm2）樹高顯著高于其他3 個(gè)密度林分，而造林后6 a，低密度造林（1 667 株/hm2）平均樹高顯著增高，達(dá)5.82 m，與密度6 666 株/hm2林分差異不顯著，但顯著高于其他兩個(gè)密度林分。說明造林后期，低密度造林對(duì)1 代良種樹高生長(zhǎng)起促進(jìn)作用。

表2 不同初植密度對(duì)樹高生長(zhǎng)的影響?Table 2 Effects of different planting densities on tree height

造林后2 a，1.5 代良種低初植密度（1 667株/hm2、3 333 株/hm2）林分之間樹高差異不顯著，但顯著高于高初植密度林分（5 000 株/hm2、6 666株/hm2）；造林后3～4 a，密度6 666 株/hm2林分樹高顯著低于其他3 個(gè)密度林分；造林后第5年開始，密度1 667 株/hm2林分平均樹高顯著增高，第6年達(dá)6.35m，顯著高于其他3 個(gè)密度林分，分別是其他3個(gè)密度林分的1.20倍、1.22倍和1.36倍。說明從造林初期，低密度造林就對(duì)紅心杉1.5 代良種樹高生長(zhǎng)起促進(jìn)作用。

不同初植密度下，1 代和1.5 代紅心杉樹高連續(xù)5 a 顯著增高。初植密度為1 667 株/hm2時(shí)，造林后第4年，紅心杉1.5 代樹高開始高于1 代，至第6年，紅心杉1.5 代樹高顯著高于1 代，是1 代樹高的1.09 倍。而初植密度為6 666 株/hm2時(shí)，紅心杉1 代樹高始終顯著高于1.5 代。初植密度為3 333 株/hm2和5 000 株/hm2，1 代和1.5 代良種間樹高變化規(guī)律不明顯，但第6年，均為1.5 代良種樹高高于1 代良種。說明低中初植密度對(duì)1.5 代樹高影響更大。

2.2 不同初植密度對(duì)紅心杉胸徑生長(zhǎng)的影響

不同初植密度對(duì)胸徑生長(zhǎng)的影響如表3所示。造林初期（3 a），1 代良種和1.5 代良種不同密度林分間胸徑差異不顯著，而造林后5 a，密度1 667株/hm2林分平均胸徑顯著增大，至第6年，平均胸徑分別達(dá)9.47 和9.59 cm，顯著高于其他3 個(gè)密度林分。不同之處在于，造林后6 a，1 代良種造林密度1 667 株/hm2林分平均胸徑顯著高于其他3個(gè)密度林分，而其他3 個(gè)密度林分間差異不顯著；但是1.5 代良種造林不同密度間均差異顯著，其中密度1 667 株/hm2林分平均胸徑顯著高于其他3個(gè)密度林分，說明密度對(duì)1.5 代良種的胸徑影響差異性更顯著。

表3 不同初植密度對(duì)胸徑生長(zhǎng)的影響Table 3 Effects of different planting densities on DBH

1 代良種和1.5 代良種之間，造林初期，4 個(gè)初植密度林分胸徑均為1 代大于1.5 代，至第6年，除高密度（6 666 株/hm2）種植外，其他3 個(gè)初植密度均為1.5 代良種胸徑高于1 代良種，尤其是低初植密度（1 667 株/hm2、3 333 株/hm2），1.5 代胸徑分別是1 代的1.01 和1.08 倍，而且第6年胸徑生長(zhǎng)量，1.5 代顯著高于1 代，分別是1 代的1.23和1.82 倍。說明低初植密度對(duì)1.5 代良種胸徑影響更大。

2.3 不同初植密度對(duì)單株材積生長(zhǎng)的影響

不同初植密度對(duì)造林后5 和6 a 不同紅心杉良種材積生長(zhǎng)的影響如表4所示。連續(xù)2年，初植密度為1 667 株/hm2的1 代和1.5 代紅心杉平均單株材積顯著高于其他3 個(gè)密度，而且初植密度為1 667 株/hm2的1.5 代單株材積顯著高于1 代，分別是1 代的1.09 和1.19 倍。而初植密度為6 666 株/hm2則相反，1 代單株材積顯著高于1.5 代，分別是1.5代的1.60 和1.45 倍。說明，低初植密度對(duì)兩個(gè)良種單株材積均有影響，但對(duì)1.5 代影響更大。

表4 不同初植密度對(duì)單株材積生長(zhǎng)的影響Table 4 Effects of different planting densities on volume

2.4 紅心杉早期生長(zhǎng)的初植密度與良種的交互效應(yīng)

6年生紅心杉早期生長(zhǎng)雙因素方差分析（表5）表明，各密度林分間紅心杉樹高、胸徑、單株材積生長(zhǎng)差異達(dá)極顯著，而良種效應(yīng)未達(dá)顯著水平，但其良種與密度間交互作用差異極顯著。由表2～4 分析可知，6年生紅心杉，不同密度間，1 667 株/hm2林分的樹高、胸徑和材積均顯著差異其他3 個(gè)密度；而同密度下，兩個(gè)良種間早期生長(zhǎng)差異不顯著。但隨著林齡增長(zhǎng)，良種和密度對(duì)紅心杉早期生長(zhǎng)的正效應(yīng)具有疊加效應(yīng)，這種疊加效應(yīng)越明顯。如造林6 a，1.5 代良種初植密度為5 000 株/hm2的樹高、胸徑和材積生長(zhǎng)顯著高于1 代良種初植密度為3 333 株/hm2。而且由表2～4 可知，低中初植密度下（1 667、3 333 和5 000株/hm2），隨林齡增長(zhǎng)，良種對(duì)紅心杉樹高、胸徑、單株材積生長(zhǎng)的正效應(yīng)越明顯。

表5 良種與初植密度試驗(yàn)早期生長(zhǎng)的雙因素方差分析結(jié)果?Table 5 Two-way analysis of variance for the experiment with different improved varieties and densities

2.5 紅心杉林分徑階分布

造林后第6年，2 個(gè)紅心杉良種林分徑階分布曲線見圖1。2 個(gè)良種林分在不同初植密度下，胸徑結(jié)構(gòu)近似服從正態(tài)分布。1 代紅心杉初植密度為1 667 株/hm2在9～11 cm 徑階達(dá)到峰值、其余3個(gè)初植密度均在7～9 cm 徑階達(dá)到峰值；4 個(gè)密度（1 667、3 333、5 000 和6 666 株/hm2）林分的1.5代紅心杉分別在9～11 cm 徑階、7～9 cm 徑階、7～9 cm 徑階和5～7 cm 徑階達(dá)到峰值，這說明隨著初植密度減小，紅心杉株數(shù)分布頻率最大值所處的徑階值增大。而兩個(gè)良種之間，初植密度為6 666 株/hm2的1.5 代良種株樹分布頻率最大值處的徑階值較1 代更小，說明高初植密度1.5 代良種小徑階材更多。

圖1 造林后第6年紅心杉林分徑階分布Fig.1 Distribution frequency of DBH of red-heart Cunninghamia lanceolata in the 6th year after afforestation

從胸徑的徑級(jí)頻率分布來看，高初植密度顯著增加了胸徑小的紅心杉單株在林分內(nèi)所占比例。紅心杉1 代良種隨著初植密度的增加，DBH＞9 cm 較大徑級(jí)內(nèi)紅心杉單株出現(xiàn)頻率逐漸降低，初植密度最低的林分內(nèi)（1 667 株/hm2）高達(dá)58.89%，而初植密度最高的林分內(nèi)（6 666株/hm2）僅為20%；在大徑級(jí)DBH＞11 cm，初植密度1 667 株/hm2單株出現(xiàn)頻率為22.22%，分別是其他3 個(gè)初植密度的10 倍、10 倍和20 倍。紅心杉1.5 代良種隨著初植密度的增加，DBH＜7 cm 較小徑級(jí)內(nèi)紅心杉單株出現(xiàn)頻率逐漸升高，可達(dá)54.44%；在大徑級(jí)DBH＞11 cm，紅心杉單株出現(xiàn)頻率逐漸降低，初植密度最低的林分內(nèi)（1 667 株/hm2）單株出現(xiàn)頻率為23.33%，顯著高于其他3 個(gè)初植密度處理（2.22%、1.11%、0%）；在中等徑級(jí)7cm ≤DBH＜11 cm 范圍內(nèi)，呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)，在初植密度為3 333 株/hm2時(shí)，出現(xiàn)頻率最高為81.11%。

以上結(jié)果可知，2 個(gè)良種密度較大的林分（6 666 株/hm2）多為小徑級(jí)林木，中密度林分（3 333 和5 000 株/hm2）多為中徑階林木，大徑階林木則集中在低密度林分（1 667 株/hm2），造林密度越低，大徑級(jí)林木株數(shù)越多，且DBH＞11 cm 大徑級(jí)林木株數(shù)1.5 代良種更多。

3 討 論

紅心杉幼齡期林分生長(zhǎng)的密度效應(yīng)表明，到第6年，樹高、胸徑、材積生長(zhǎng)的密度效應(yīng)差異顯著。從目前的研究結(jié)果看，由于樹種、立地條件和造林密度等不同，樹高是否受密度的影響，結(jié)論并不完全一致。本研究認(rèn)為初植密度對(duì)紅心杉樹高生長(zhǎng)有影響，造林初期，各密度間差異不顯著，但造林后期，低密度造林（1 667 株/hm2）對(duì)樹高生長(zhǎng)起促進(jìn)作用。這與賈亞運(yùn)等[17]研究造林密度對(duì)杉木幼林生長(zhǎng)及空間利用影響的結(jié)論相似，樹高生長(zhǎng)隨密度增加而減小。而婁永峰等[18]研究紅心杉人工林樹高隨造林密度增大而增加，有可能是由于立地條件不同、林齡過小（僅4年生）導(dǎo)致的。胸徑與單株材積的生長(zhǎng)受初植密度影響更大，初植密度越大，胸徑與單株材積則越小，而且隨著林齡增加，影響增大[19-21]。本研究表明低初植密度（1 667 株/hm2）胸徑和單株材積生長(zhǎng)顯著高于其他3 個(gè)密度，這可能由于隨初植密度降低，林木間競(jìng)爭(zhēng)力減小，生長(zhǎng)和營養(yǎng)空間增大，有利于主干生物量積累[22]。大徑級(jí)（DBH＞11 cm）紅心杉單株在低初植密度出現(xiàn)頻率較高，兩個(gè)世代良種分別達(dá)到22.22%和23.33%。大徑級(jí)材比例在低初植密度時(shí)更大，這與早期研究結(jié)果低密度的林分有利于某一材種的定向培育，而隨初植密度增大，大徑級(jí)材比例下降一致[23-25]。

6年生紅心杉早期生長(zhǎng)雙因素方差分析表明，紅心杉早期生長(zhǎng)的良種效應(yīng)未達(dá)到顯著水平。同密度下，兩個(gè)良種間早期生長(zhǎng)差異不顯著，這與羅小華[26]的研究結(jié)論一致。而吳振明等[27]、孫云等[28]等研究認(rèn)為杉木不同類型良種或不同無性系間早期生長(zhǎng)差異顯著，這可能是由于所選良種為不同類型或無性系間基因型差別較大，在環(huán)境因子的影響下導(dǎo)致林木間生長(zhǎng)差異顯著。雖然本研究紅心杉幼齡期林分生長(zhǎng)的良種效應(yīng)表明，與不同造林密度所造成的生長(zhǎng)差異相比，由良種因素所導(dǎo)致的生長(zhǎng)差異相對(duì)較小，但并不表明紅心杉遺傳改良沒有價(jià)值。本研究認(rèn)為，6年生紅心杉低初植密度（1 667、3 333 株/hm2）下，1.5 代良種樹高、胸徑和單株材積均顯著高于1 代良種，而高初植密度相反。低初植密度下，大徑級(jí)林木株樹1.5 代良種更多，而高初植密度1.5 代良種小徑階材更多。因此認(rèn)為低初植密度下，良種對(duì)紅心杉早期生長(zhǎng)影響更大，隨初植密度的增加，良種效應(yīng)減弱。

良種與密度間的交互作用對(duì)紅心杉樹高、胸徑、單株材積影響差異極顯著。隨著林齡增長(zhǎng)，良種和密度對(duì)紅心杉早期生長(zhǎng)的正效應(yīng)具有疊加效應(yīng)，而且這種疊加效應(yīng)越明顯。如造林6 a，1.5 代良種初植密度為5 000 株/hm2的樹高、胸徑和材積生長(zhǎng)顯著高于1 代良種初植密度為3 333 株/hm2的。而且低中初植密度下（1 667、3 333 和5 000 株/hm2），隨林齡增長(zhǎng)，良種對(duì)紅心杉樹高、胸徑生長(zhǎng)的正效應(yīng)越明顯。這與李曉燕等[15]研究結(jié)論認(rèn)為良種對(duì)低初植密度林分生長(zhǎng)的影響程度更大，而隨著初植密度的增大，不同良種間林分生長(zhǎng)差異減小，良種相對(duì)初植密度對(duì)林分生長(zhǎng)具有更小影響結(jié)論相似。

本研究只進(jìn)行了造林后連續(xù)5年的數(shù)據(jù)觀測(cè)，時(shí)間較短，只能初步探討初植密度與良種對(duì)紅心杉早期生長(zhǎng)的影響，隨著林齡增大，樹種間、遺傳因素與環(huán)境間的關(guān)系在不斷變化，因此后續(xù)將長(zhǎng)期進(jìn)行紅心杉生長(zhǎng)動(dòng)態(tài)變化研究，以期為紅心杉良種培育模式提供更可靠的理論支撐。

4 結(jié) 論

（1）紅心杉2 個(gè)良種造林6 a，低初植密度（1 667 株/hm2）林分樹高、胸徑和單株材積顯著高于其他3 個(gè)密度，密度較大的林分（6 666株/hm2）多為小徑級(jí)林木，大徑階林木則集中在低密度林分（1 667 株/hm2），造林密度越低，大徑級(jí)林木株數(shù)越多，1 代和1.5 代良種大徑級(jí)DBH＞11 cm，單株出現(xiàn)頻率分別達(dá)22.22%和23.33%，本研究認(rèn)為低密度（1 667 株/hm2）造林有利于紅心杉早期生長(zhǎng)，適合大徑材培育。

（2）6年生紅心杉早期生長(zhǎng)，各密度林分間紅心杉樹高、胸徑、單株材積生長(zhǎng)差異達(dá)極顯著，而良種效應(yīng)未達(dá)顯著水平，但隨林齡的增長(zhǎng)，良種對(duì)早期生長(zhǎng)的正效應(yīng)越明顯，低、中密度（1 667 株/hm2、3 333 株/hm2和5 000 株/hm2）種植對(duì)陳山紅心杉1.5 代種子園良種生長(zhǎng)優(yōu)勢(shì)更明顯。因此在人工林種植中，將良種與良法有效結(jié)合，才能更大限度發(fā)揮林分生產(chǎn)潛力。