杉木大徑材成材機理研究

摘要：[目的]闡明立地、初植密度、林齡、林分密度、競爭指標等因子與大徑材成材的關系，解析杉木大徑材形成機理，為杉木大徑材定向培育提供理論和技術支撐。[方法]利用福建省邵武市衛(wèi)閩國有林場40余年杉木長期定位觀測試驗林數(shù)據(jù)材料，解析立地、初植密度、林齡、林分密度、競爭指標等因子對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)級增大而增大，且增幅效應隨林齡而增強。立地對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)級立地，初植密度對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)級立地，初植密度作用明顯加強，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，大徑材形成時間及大徑材快速增長啟動林齡愈早，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。在相對低立地指數(shù)級范圍（12-16指數(shù)級）或高立地指數(shù)級范圍（20～22指數(shù)級）內(nèi)，大徑材出材量或出材率不受立地指數(shù)級的顯著影響，而當立地指數(shù)級達到或超過20指數(shù)級后，其與相對低的指數(shù)級（12-16指數(shù)級）立地相比，則會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)為大徑材成材的關鍵園子，其對大徑材形成的加成貢獻率達92％。[結(jié)論]14指數(shù)級的現(xiàn)實林分中，有部分林分可形成相當數(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50％以上，出材量至少達400m3·hm-2左右。

關鍵詞：杉木；大徑材；出材量；立地；初植密度

中圖分類號：S750 文獻標識碼：A 文章編號I1001-1498（2024）06-0001-11

近年來，隨著國內(nèi)木材市場的變化，對大徑級用材的需求持續(xù)增長，在今后相當長的一段時期內(nèi)，國內(nèi)對優(yōu)質(zhì)大徑材的需求，依然需要國際市場供給。針對日益凸顯的國內(nèi)木材供需矛盾問題及國家儲備林建設高質(zhì)量發(fā)展要求，加大大徑材林培育和保護力度十分必要，這有利于增加大徑材產(chǎn)出，增強國內(nèi)術材供給能力。深入了解大徑材林生長發(fā)育規(guī)律及其成材機制是解決這一問題的重要途徑之一。為此，國內(nèi)外開展了大量不同樹種人工林大徑材定向培育關鍵技術的研究。主要從遺傳控制、立地控制和密度控制三大控制角度對大徑材成材影響進行分析，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理及關鍵技術。但相關研究同時存在試驗周期短、考慮因子較為單一、立地級未區(qū)分或數(shù)量步且多采用臨時樣地調(diào)查數(shù)據(jù)等缺陷，致使大徑材成材機理一直未能得到可靠解釋。

杉木（Cunninghamia Ianceolate （Lamb.）Hook.）是我國南方重要的鄉(xiāng)土針葉用材樹種，也是國儲林項目建設的主要目標樹種之一。中國林科院林業(yè)研究所杉木研究團隊在“九五”至“十三五”連續(xù)多個國家科技支撐計劃項目研究期間，以林分材種結(jié)構(gòu)研究為切入點，從遺傳控制、立地控制、密度控制等方面對杉木材種結(jié)構(gòu)進行了大量的探索，提出了杉木大徑材培育的遺傳控制、立地控制、密度控制等關鍵技術，提出了杉木大徑材定向培育技術體系，推動了杉木大徑材培育進程。而由于大徑材培育周期長的特點，已有研究成果具有階段性，亟需基于更長周期定位觀測獲得更詳實準確的杉木大徑材高效培育技術途徑。而國內(nèi)相關研究往往僅采用短周期試驗調(diào)查數(shù)據(jù)或臨時樣地調(diào)查數(shù)據(jù)，無法了解大徑材出材量隨年齡增長的動態(tài)效應，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、林齡等關鍵控制因子角度對杉木大徑材形成機理給出系統(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、競爭指標等因子與大徑材成材的關系，為杉木大徑材定向高效培育及速豐林基地與國儲林基地建設提供理論和技術支撐。

1材料與方法

1.1試驗地概況

試驗地設置在福建省邵武市衛(wèi)閩國有林場（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試驗設計

試驗地于1982年春采用1年生實生裸根苗造林，共設置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區(qū)組，區(qū)組內(nèi)各樣地隨機排列，每種密度重復3次，共15塊樣地，每個樣地面積均為600m2 （20m×30 m）。樣地內(nèi)進行每木編號，每個樣地四周各設有2行同樣密度的杉木保護帶。

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后或次年春林木開始生長前進行調(diào)查。采用測高桿、胸徑尺等進行林分調(diào)查，測樹因子為樹高、胸徑等林分生長指標。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)定位觀測至林齡41a，期間未進行間伐。在林分20年生時，在每個小區(qū)內(nèi)選取6株最高木作為優(yōu)勢術，求算其樹高的平均值作為立地指數(shù)，用于評價小區(qū)的立地質(zhì)量。試驗地立地指數(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算 基于胸徑大小及材種的劃分標準，根據(jù)表2計算不同徑級的材種株數(shù)。根據(jù)公式1-3計算活立木規(guī)格材（大、中、小徑材）各徑級各材種的出材量，根據(jù)材種類型進行合并，得到樣地各材種的出材量。本研究僅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)之間的關系；為了解析這6個林分因子對大徑材出材量和出材率的相對貢獻，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，它是通過對變量的影響因素進行層次分解，從而確定每個因素對變量的影響程度，進而實現(xiàn)因素的相對重要性排名。采用Excel、sPss、Origin、Amos、R軟件進行數(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，初植密度越小，不同立地指數(shù)級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，且增幅效應隨林齡而增強。立地對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系

杉木大徑材密度調(diào)控過程效應如圖2所示。14指數(shù)級及以下樣地，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)級及以上立地，初植密度越小，大徑材出材量和出材率越大?？梢园l(fā)現(xiàn)，在12、14、16這3種相對低的立地指數(shù)級樣地，初植密度對大徑材出材量影響較小。相比12、14、16指數(shù)級，在較高的20和22指數(shù)級立地，初植密度作用變得非常顯著，初植密度越小，大徑材快速增長啟動林齡愈小，大徑材出材量越大；且立地質(zhì)量越好，低密度對大徑材生長的促進作用越強，高密度對大徑材出材量產(chǎn)生嚴重制約作用。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，且越早進入大徑材林分（大徑材出材率達到50％以上）。由此來看，16指數(shù)級以上立地，1 667株·hm-2更適宜培育杉木大徑材，一方面，大徑材出現(xiàn)時間早；另一方面，隨林齡的增幅效應更大，更早形成大徑材林分，可用同等的投入實現(xiàn)大徑材出材量的最大化。

2.3年齡與大徑材形成的關系

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，在這兩種相對低立地時，初植密度對大徑材開始出現(xiàn)時間影響較小。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，大徑材出材量增加1倍左右，可達400 m3·hm-2左右。16指數(shù)級及以上立地，初植密度越小，大徑材形成時間越早。1 667株·hm-2林分在16、20和22指數(shù)級立地，分別于16、14和12 a開始出現(xiàn)大徑材，成材時間縮短6-10 a。從圖2中可以看出，14指數(shù)級（除D3樣地），在最后一次觀測時，大徑材出材率仍尚未達到50％。16指數(shù)級及以上立地，初植密度越小，主伐林齡越小。相同密度，立地指數(shù)級越大，達到大徑材出材率50％所需的時間越短，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)級以及兩兩之間的交互作用對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大徑材出材量和出材率沒有顯著影響。進一步進行多重比較（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。對于立地指數(shù)級，20-22指數(shù)級和12-16指數(shù)級之間差異顯著，而20～22指數(shù)級或12～16指數(shù)級內(nèi)沒有顯著差異。在相同初植密度和立地指數(shù)級下，不同林齡間差異顯著。5-18 a間，相同指數(shù)級，不同初植密度間差異均不顯著；20-41 a間，14和16指數(shù)級，不同初植密度間差異不顯著，而20和22指數(shù)級，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，在不同立地級間差異顯著；28-41 a間，所有初植密度下，不同立地級間均存在顯著差異。

2.5林分因子對杉木大徑材成材的影響及相對貢獻

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)生長中起著至關重要的作用，是限制材種生長的關鍵性因子。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，共同驅(qū)動著杉木林分大徑材出材量（LTO）和出材率（LTOR）的生長。林齡（Age）對LTO具有強烈的顯著正效應，其標準化直接路徑系數(shù)為0.85；同時，Age對Gini具有顯著的正影響，其標準化路徑系數(shù)為0.38，其通過Gini的介導，間接地影響了LTO，標準化間接路徑系數(shù)為-0.015，在0.05水平上顯著。初植密度（PD）對LTO具有直接且顯著的負效應，其標準化路徑系數(shù)為-0.10；同時，PD對林分密度指數(shù)（SDI）、林分密度（SD）和Gini具有顯著的正影響，其標準化路徑系數(shù)分別為0.53、0.69、0.71；此外PD對立地指數(shù)（SI）具有顯著的負效應，其標準化路徑系數(shù)為-0.39；PD通過這些中介變量對LTO的總間接影響為0.000。SI能夠直接且顯著地提高LTO，其標準化路徑系數(shù)為0.16；此外，SI對SDI、SD、Gini分別具有負效應、負效應、正效應，且SI通過這3個變量對LTO的總間接影響為-0.041，在0.05水平上不顯著。3個反映林分競爭激烈程度或個體大小分化程度的指標（SDI、SD、Gini）均在不同程度上影響著LTO，其中，SDI和SD對LTO分別具有顯著的負向和正向影響，標準化直接路徑系數(shù)分別為-0.42和0.43，而Gini對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個林分因子均對LTOR具有顯著的直接效應，其中Age、SD和引對LTOR具有顯著的正向、直接效應，其標準化路徑系數(shù)分別為0.86、0.38和0.17；SDI和Gini對LTOR具有顯著的負向、直接效應，其標準化路徑系數(shù)分別為-0.43和-0.05。Age、PD和SI對3個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，顯著、間接影響了LTOR，而PD和SI對LTOR的間接效應在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LTOR有94％的解釋能力。

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

3討論

3.1立地指數(shù)、初植密度、林齡對杉木大徑材成材的影響

3.1.1立地效應 加快大徑材林分培育，是緩解我國木材資源結(jié)構(gòu)性短缺問題的重要途徑。對杉木大徑材形成機制的研究認為，林分密度和立地因子是大徑材成材的關鍵制約因素?；輨傆妊芯恐赋?，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)對杉木大徑材是否形成、形成時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，也可形成杉木大徑材，但至少要達到22年生才可出現(xiàn)大徑材，且達到大徑材林分（大徑材出材率大于50％）至少要達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)測數(shù)據(jù)的研究結(jié)果表明14指數(shù)級及其以下立地不能培育大徑材，可能與調(diào)查林分尚未達到大徑材的培育年限有關。本研究中，16指數(shù)級立地，造林密度控制在1 667株·hm-2以內(nèi)，在41年生時，大徑材出材率可達50％，形成大徑材林分。而超出這個造林密度范圍，則輪伐期需延長。20指數(shù)級及以上立地，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年生左右可進入大徑材林分，出材率達50％以上，出材量至少達400m3·hm-2。而超過這個造林密度范圍，則培育杉木大徑材輪伐期至少在35年生，且初植密度越大，輪伐期適當延長，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 在立地條件一定的條件下，密度是限制大徑材形成的關鍵因子。過高的初植密度雖能提早進入郁閉期，但也使林木之間的營養(yǎng)競爭提前，導致林木質(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，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，在較高的20和22指數(shù)級立地，初植密度作用變得非常顯著，初植密度越小，大徑材快速增長啟動林齡愈小，大徑材出材量越大；且立地質(zhì)量越好，低密度對大徑材生長的促進作用越強，高密度對大徑材出材量產(chǎn)生嚴重制約作用。因為林分密度越大，胸徑生長受到抑制，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、高密度造林時的大徑材生長發(fā)育規(guī)律。密度不能過大，否則小徑材將占絕對優(yōu)勢；密度亦不能過小，否則導致單位面積的材種出材量太低，從而造成地力浪費。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，同時進行有規(guī)則的間伐，以便在相對較短的輪伐期內(nèi)獲得最大直徑，同時減少黑心的風險和頻率，而黑心的發(fā)生大大降低了木材價值。因為其發(fā)現(xiàn)，高密度有利于前幾年的白蠟樹高增長；然而低密度導致更快的直徑增長。造林時的初埴密度必須根據(jù)當?shù)氐牧⒌貤l件及與預期的造林實踐有關的成本做出選擇。

密度調(diào)控是杉木大徑材培育的關鍵環(huán)節(jié)，初植密度確定以后，林分密度的動態(tài)控制成為影響杉木大徑材生長的關鍵因素。林分密度是通過影響林分直徑結(jié)構(gòu)進而影響林分材種結(jié)構(gòu)的，林分密度與胸徑之間存在強相關性，保持合理的林分密度對杉木大徑材培育至關重要。研究表明，森林間伐管理是一種培育大徑級樹木的有效策略。間伐降低了林分密度，增加了剩余樹木的資源可用性，從而促進保留木的生長。培育杉木大徑材，應合理采取撫育間伐措施，控制林分密度，促進大徑木生長。研究表明，較低的林分密度是培育杉木大徑材的關鍵技術。關于如何調(diào)控林分密度以獲得較高的大徑材出材量和出材率，很多學者對此展開了廣泛研究。葉功富等嘲對福建衛(wèi)閩和來舟兩個林場的試驗研究中指出，培育杉木大徑材應在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。劉靜等對福建埔上林場試驗研究結(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、中徑材更早進入下一徑階，在立地指數(shù)級≥22及0≤間伐強度≤35％的條件下，間伐強度越大，越適宜大徑材培育。而徐金良等研究發(fā)現(xiàn)，間伐強度不能有效增加林分出材量，間伐次數(shù)對林分出材量有重要影響，試驗區(qū)杉木大徑材培育以2次間伐、總聞伐強度50％左右為宜。這種差異可能與不同試驗地點的立地指數(shù)、林齡等因素不同有關。有研究表明，初植密度和間伐對林木的抗風害能力有一定影響，進而影響木材產(chǎn)量。低初植密度林分比高初植密度林分抵御風害的能力要強，從而能夠提高林分的生產(chǎn)力。然而，實際林分包含不同大小的樹木，需要更詳細的研究來更準確地評估不同初植密度或立地條件下林木對生態(tài)環(huán)境和自然災害的響應，以便綜合評估林分生產(chǎn)力和大徑材出材量。

綜上來看，立地對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，因為初植密度越低的林分對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≥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，大徑材形成時間及大徑材快速增長啟動時間越早，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貢獻

林分因子在大徑材成材過程中起著至關重要的作用，是限制當前杉木大徑材生長的關鍵性因子。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，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，隨林齡增長，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)控林木個體大小分化程度來間接影響大徑材的生長，且具有顯著的負向、間接效應?；嵯禂?shù)可用于衡量林分內(nèi)樹木大小不平等差異?；嵯禂?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，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。當高密度林分中樹木之間存在較大差異時，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)性呈負相關。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。這是因為商業(yè)性間伐基本上消除了與生境資源可用性減少有關的剩余優(yōu)勢木生長的限制，林分保留密度與森林生產(chǎn)力呈顯著正相關。隨林術大小差異（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，導致林木之間的不對稱競爭增大，從而樹木生長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)表明林分競爭條件的不對稱，這加速了小樹的死亡。另外，林齡對大徑材生長的影響主要來源于其直接影響；且HP分析結(jié)果表明，林齡對大徑材出材量和出材率的相對貢獻率最大，對大徑材的相對重要性約占60％。而惠剛盈等認為，相同立地條件下，保留密度對材種形成的影響比林分年齡對材種形成的影響更大。本研究中，初植密度對大徑材出材量和出材率具有負向、直接效應。研究表明，高初植密度，導致樹木生長較慢，大直徑樹比例較小。在林分郁閉后，限制了直徑和樹高生長，由于競爭激烈，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更大，從而增加盈利。Halbritter等也發(fā)現(xiàn)，最佳間伐計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)競爭程度（SDI）的增大顯著直接降低了大徑材的出材量和出材率。競爭是通過有限的資源和生長空間制約森林生長的主要因素，會影響樹木的死亡率。林分內(nèi)競爭越激烈，樹木死亡率越高，可能會引起大、小徑級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）對大徑材出材量和出材率具有較強、直接且顯著的正效應，其標準化路徑系數(shù)分別為0.43和0.38，是除林齡以外，對大徑材相對貢獻率最大的林分因子。這一結(jié)果表明，當前林分密度范圍內(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，因為隨林齡增長，現(xiàn)有林分的保留密度已相對較低，而林分密度太低，會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)、林齡等林分因子對杉木大徑材形成的影響規(guī)律及機理，以解析大徑材的形成機制，為杉木大徑材培育提供理論與技術指導。研究發(fā)現(xiàn)，（1）林齡對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，隨林齡增長，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。相同初植密度，立地級越大，杉木大徑材越早形成。相比較12、14指數(shù)級，16、20和22指數(shù)級的大徑材成材時間至少可縮短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，且增幅效應隨林齡的增長而增強。立地對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)級立地，大徑材出現(xiàn)林齡較晚。在這3種相對低立地指數(shù)時，初植密度對大徑材出材量和出材率影響相對較小。而在較高的20、22指數(shù)級立地，初植密度作用變得非常顯著，初植密度越小，大徑材快速增長啟動林齡愈小，大徑材出材量和出材率越大；且立地質(zhì)量越好，低密度對大徑材生長的促進作用越強，高密度對大徑材出材量則產(chǎn)生嚴重制約作用。（4）林齡、林分保留密度、林分密度指數(shù)、立地指數(shù)為大徑材成材的關鍵因子，它們對大徑材的加成貢獻率達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50％以上，出材量至少達400 m3·hm-2。