杉木大径材培育技术研究

杉木大径材培育技术研究

0杉木大径材培育目标[研究意义]杉木是中国特有的快速生长树种。它生长迅速，质地好，用途广泛。广泛种植于我国南方。造林面积约占全国人工林面积的1.10%，木材产量占全国商品材产量的20%25%，在经济发展中发挥着重要作用（杨先锋、叶金山，2001；叶功富等，2005b；曾志光等，2007）。很长一段时期以来,由于市场导向,我国杉木经营以高密度、中小径材为目标,大径材培育目标不明确(张俊钦等,1999;邱贵云,1999)。据国家林业局统计,目前我国森林资源仍以中、小径材为主,占林木总蓄积量的70%以上,大径材人工培育方式正处在探索之中(惠刚盈等,2000)。随着人们对木材材种的需求呈多样化,市场上杉木大径材供需矛盾凸显,定向培育高产、优质、稳定的杉木大径材日益受到重视(叶功富等,2006)。因此,研究杉木大径材高效栽培条件及措施对促进杉木大径材科学经营具有十分重要的意义。【前人研究进展】国内越来越多学者已开始重视杉木大径材培育,并大量开展杉木大径材培育试验研究工作。惠刚盈等(2000)对杉木大径材成材机理进行了研究,结果表明,立地是杉木材种形成的主要限制因子,无论何种保留密度,只要立地指数过低,在目的材种的培育期限内均无法产生需要的材种。叶功富等(2005a)、张水松等(2006)、钟亚萍等(2012)及刘跃钧等(2014)对大径材高效培育的研究结果均表明,杉木大径材培育技术的关键是“合理间伐,科学施肥”。【本研究切入点】目前,鲜见杉木良种与立地条件、营林措施相配套的大径材培育经营方法的研究报道。【拟解决的关键问题】对广西南丹县山口林场的杉木大径材培育试验示范林分展开全面调查,探讨不同种质来源、立地条件和密度控制等地理条件和营林措施对大径材培育效果的影响,总结杉木大径材高效培育技术措施,为建立杉木大径材高效培育体系提供数据支撑和理论参考。1材料和方法1.1气候条件分析试验地位于广西南丹县山口林场,为杉木中心产区,属中亚热带气候类型,年平均气温16.9℃,最冷月为1月,平均气温7℃,极端最低温度-5.5℃;最热月为7月,平均气温为24.1℃,极端最高温度35.5℃;年均降水量1482mm,主要集中在4~10月,月均降水量在100mm以上。由于受高原气候影响,冬春季节为小雨和大雾气候;年蒸发量1144mm,相对湿度82%;年日照时数1251h,≥10℃年积温5244℃;冬季常有霜冻,霜期为11月至次年3月。林地土壤大部分为砂岩发育形成的山地黄壤,土层深厚、疏松、结构良好,立地指数16~22,非常适于杉木生长。1.2造林密度、初植密度研究林地为南丹县山口林场1989~1994年营造的杉木大径材示范林,林龄为20~25年。造林苗木种子来源于南丹县山口林场杉木良种种子园,对照为南丹县当地杉木普通种,造林苗木类型为裸根苗,苗木等级Ⅱ级以上,即苗木高度27.00cm以上,地径0.35cm以上。整地方式为穴状整地,坎规格为40cm×40cm×30cm(面宽×底径×深度),株行距为1.7m×2.0m,初植造林密度约3000株/ha,均为在2月的阴天或雨后造林,造林后连续抚育3年,每年5~6月和8~9月各抚育除杂1次。同时,对林分展开了不同强度抚育间伐(间伐2~3次),使保留密度控制在800~1300株/ha。1.3调查样地的设置于2014年11月对山口林场具有代表性的甲尧、拉堡、顶江、松柏4个林站的杉木大径材试验示范林展开抽样调查,共调查样地44块(包括对照样地3块),其中甲尧林站24块,拉堡林站7块,顶江林站5块,松柏林站8块。样地立地指数16~22。调查时分别选择在不同立地指数、不同间伐强度的林分中设置临时观测样地,每块样地面积为600m分别计算每块样地林分的平均树高、平均胸径和平均单株材积。立木单株材积计算按照黄海仲等(1997)、邓绍林(1999)的方法进行。式中,V表示材积,D表示胸径,H表示树高。按照《杉木速生丰产用材林》(LY/T1384-2007)的相关标准划分大、中、小径材种。1.4单因素方差分析及统计分析试验数据采用Excel2010和SPSS18.0软件汇总及统计分析,以单因素方差分析(One-wayANOVA)和Duncan’s新复极差法比较不同数据组间的差异。2结果与分析2.1不同种质来源对杉木林分生长的影响以立地指数条件为20的21年生良种示范林与相应林龄的对照普通种林分进行比较,分析种质来源对林分生长效果的影响,其中良种示范林样地数为6块,对照普通种林分样地数为3块,林分保留密度为900~1100株/ha,分析结果见表1和表2。由表1和表2可知,种子园良种林分的树高年均生长量、胸径年均生长量、单株材积年均生长量、平均树高、平均胸径、平均单株材积及单位面积蓄积量均极显著(P<0.01,下同)或显著(P<0.05,下同)高于对照林分。从增益上看,相对于对照林分,种子园良种林分树高、胸径和单株材积的年均生长量分别提高了25.2%、30.7%和115.1%;平均树高、平均胸径和平均单株材积分别提高了34.8%、40.5%和140.7%;单位面积蓄积量提高了77.7%(表2)。由此可见,不同种质来源对杉木林分生长的影响非常明显。由表2可知,在21年林龄时,种子园良种林分与对照林分的大径材株数比率差异显著,前者的大径材株数占总株数的52.9%,而后者仅占8.3%,相差5.4倍;单位面积蓄积量前者比后者提高了80.0%,其中大径材蓄积量的差异更显著,两者相差达7.4倍,且在良种林分中,大径材蓄积量所占的比率达66.2%,显著高于普通种林分的15.3%;从中径材比率来看,种子园良种林分在获得高比率大径材的同时,仍能保持与对照林分相近的中径材的株数比率、中径材单位面积蓄积量及蓄积量所占比率;符合大、中径材标准的林木株数比率达89.7%,其蓄积量占总蓄积量的94.7%,极显著高于对照林分的55.2%。由此可见,使用良种进行大径材培育,不仅极大增加了大径材比率,还保证了与对照相近的中径材比率,具有十分明显的良种效应。由表2还可知,将种子园良种林分的平均生长量与国家行业标准《杉木速生丰产用材林》(LY/T1384-2007)所规定的Ⅰ类地区杉木低限生长指标进行比较,种子园良种林分21年生时平均树高、平均胸径和单位面积蓄积量分别比行业标准中所规定的25年生林分提高46.6%、38.1%和101.5%。由此可见,采用良种培育大径材,可获得远高于国家行业标准所规定的生长量。2.2.2对林分生长量的影响由表4可知,不同立地条件下,林分生长量差别较大。从21年生的林分来看,立地指数为22时,其平均树高、平均胸径和平均单株材积均极显著高于其他3种立地条件,其中比立地指数为20的林分分别高18.5%、10.6%和41.7%;立地指数为20和18的林分间的平均胸径和平均单株材积的差异达极显著水平,平均树高差异不显著;立地指数为18和16的林分间,平均树高差异极显著,平均胸径和平均单株材积差异不显著。从22年生的林分来看,立地指数为20时,其平均胸径和平均单株材积均极显著高于立地指数为18的林分,但平均树高差异不显著;立地指数为18和16的林分间平均胸径和平均单株材积差异不显著,但平均树高差异极显著。2.2.3对林分大、中径材径级结构的影响由表5可知,随着立地指数的增加,林分蓄积量急剧增加,其在不同立地指数间的差异极显著。从21年生林分来看,随着立地指数从16提升至22,林分单位面积总蓄积量从283.3m2.3不同保留密度对大径材类型的影响由表6可知,保留密度对胸径和单株材积年均生长量的影响较对树高的影响明显。其中,立地指数为16时,保留密度800~1200株/ha林分的胸径和单株材积年均生长量大于保留密度超过1200株/ha的林分,但仅保留密度800~900株/ha林分的胸径和单株材积的年均生长量与保留密度超过1200株/ha的林分的胸径和单株材积的年均生长量间差异显著;立地指数为18和22时,不同保留密度林分的树高、胸径和单株材积的年均生长量间差异不显著;立地指数为20时,保留密度为800~900株/ha林分的胸径和单株材积的年均生长量显著大于保留密度为1000~1100株/ha的林分,与保留密度为900~1000株/ha林分的差异不显著。由表7可知,22年生杉木林分的立地指数为16、保留密度800~1000株/ha时,林分中大、中径材径级结构及林分单位面积蓄积量间差异均不显著,保留密度增加至1200~1300株/ha时,其林分的大径材株数比率、单位面积蓄积量及蓄积量所占比率显著小于保留密度为800~900株/ha,其中径材株数比率、单位面积蓄积量及蓄积量所占比率与保留密度为800~1000株/ha的差异不显著;立地指数为18时,保留密度800~1100株/ha林分间的大、中径材径级结构及林分单位面积蓄积量间均无显著差异;立地指数为20、保留密度为800~900株/ha时,林分大径材株数比率、单位面积蓄积量和蓄积量比率均显著高于其他两种保留密度,其中大径材蓄积量占81.6%,而其他两种保留密度的大径材蓄积量仅占60.0%左右。结合立地指数和保留密度进行综合分析认为,立地指数为16的立地条件,用以培育中径材为主,其最佳保留密度为800~1200株/ha;立地指数为18的立地条件,可用来培育大、中径材,其最佳保留密度为800~1100株/ha;立地指数在20以上的立地条件,主要用以培育大径材,其最佳密度为800~900株/ha。3密度对杉木大径材培育的作用杉木大径材的培育,良种是基础,立地条件是关键,在保证良种和立地条件的基础上,对林分进行间伐,保持合适的林分密度,才能达到大径材高效培育的目的。本研究结果表明,杉木良种林分树高、胸径和单株材积的年均生长量分别比对照提高了25.2%、30.7%和115.1%;平均树高、平均胸径和平均单株材积分别提高了34.8%、40.5%和140.7%,比曾志光等(2007)的培育效果(优良种源培育大径材比普通种源材积生长提高30%左右)更明显,说明采用良种进行大径材培育具有十分明显的良种效应,同时也说明采用种子园良种比采用优良种源进行大径材培育,可获得更高的生长量。本研究证实立地是材种形成的关键因素,在立地指数较低的条件下,几种保留密度的大径材所占比例均较低,立地条件较好才能达到培育大径材的目的,与惠刚盈等(2000)的研究结果一致。本研究中保留密度对林分生长的影响在不同立地条件下表现不同,当立地指数在20以上时,培育大径材的最佳保留密度为800~900株/ha;当立地指数为18时,培育大、中径材的最佳保留密度为800~1100株/ha。这与邱贵云(1999)对闽北杉木大径材合理经营密度的研究结果(林分平均胸径18cm,经营密度660~885株/ha;林分平均胸径24cm,经营密度405~540株/ha;)和叶功富等(2005a)对大径材培育密度管理的研究结果(定向培育大径材,以目标树保留密度1200株/ha左右为宜)存在一定差异,可能与不同地域的气候及立地条件有关,邱贵云(1999)和叶功富等(2005a)的研究针对试验当地的整片区域,并未在不同的立地条件下展开分析,而本研究分别对不同立地条件下的保留密度展开了研究,两者在地域及立地条件上存在较大差异。综合本研究结果可知,在一定地理区域内,不同的立地条件适合培育不同的材种,而针对不同立地条件和材种培育目标进行密度控制,进一步细化杉木大径材林分的经营管理措施,将获得更高的大径材培育效益;同时可推断,若在立地条件较低的情况下过分降低保留密度,虽可培育出一定量的大径材,但单位面积蓄积量将显著降低,不利于提高总体经济效益。4上、保留密度1400株/ha本研究结果表明,采用杉木良种,在立地指数20以上、保留密度800~900株/ha条件下,可高效培育大径材杉木;立地指数18、保留密度800~1100株/ha条件下,适宜培育大、中径材杉木。2.2不同立地指数林分的生长量2.2.1对年