首页 > 分享 > 造林密度对南方红豆杉人工林生长性状的影响

造林密度对南方红豆杉人工林生长性状的影响

花匠小妙招
2024-12-05 11:49

造林密度是人工林培育中一个十分重要的技术环节，对各生长时期林分的保留密度有决定性的影响作用，因而也显著影响到林分的生长发育及林地的生产力水平[1]。前人研究结果表明密度影响林木干形质量[2-3]与林木径阶分布[4]。南方红豆杉(Taxus wallichina var. mairei)因其生物学和生态学特性，自然整枝能力弱，但枝叶发达且存在着干材圆满度差，节子多等缺陷，影响其经济价值[5]。作为我国南方重点发展珍贵材用树种[6]，前人已就南方红豆杉的速生优良干形进行遗传改良[7-9]、科学修枝[5, 10]、培育模式[6, 11-14]等方面研究。造林密度优化是人工林培育的主要技术内容，但迄今未见造林密度对南方红豆杉形质以及林分分化方面的研究报道。为此，本试验以福建明溪13年生南方红豆杉人工林为研究对象，分析造林密度与生长形质的关系，以及对林分分化影响，进而为合理选择南方红豆杉材用人工林造林密度提供技术支持。

1. 材料与方法

1.1 研究对象

研究地为福建省明溪县王桥南方红豆杉培育基地，属武夷山南侧支脉，海拔350m。地形开阔，土壤为山地红壤，pH 5.2，土壤肥力中等。试验地属亚热带季风气候，温和湿润，雨量充沛，日照充足，水热条件好。试验地年平均气温18.1℃，极端最高气温38℃，极端最低气温-7℃，全年日照时数1762h。

研究材料为福建明溪地理种源繁育的1年生裸根苗，挖明穴造林的13年生人工南方红豆杉林；造林密度分别为1800、2400、3000、3600株/hm2。造林后用50%透光度黑色塑料网，搭设2m高荫棚，4a后拆除；连续抚育4a，每年4—5月、8—9月全面除草，次年穴施100g/株复合肥。

1.2 调查方法

2016年2月对不同密度的南方红豆杉人工林林分，随机布设3个临时标准地(面积20m × 20m)，作为3个重复。采用常规方法进行每木调查，分别逐株测定树高、枝下高、地径、胸径、树干中央直径、3m处树干直径、冠幅，测定单株材积、林分蓄积，调查计算其通直度、圆满度、径高比、尖削度、胸高形数。树干圆满度用3m处树干直径与胸径的比值表示[15]。树干通直度分为5级：通直(5分)、较通直(4分)、一般(3分)、弯曲(2分)、严重弯曲(1分)，分数越高越通直[7]。径高比=胸径/树高。采用T0.5平均尖削度进行尖削度调查，T0.5 =(D0-D0.5)/ L，式中：D0为树干基部直径(地径)，D0.5为树干中央直径，L为1/2树高。胸高形数f1.3=V /(g1.3 × H)，式中：f1.3为形数，V为材积，g1.3为胸高断面积，H为树高[5]。

1.3 分析方法 1.3.1 林木径阶分布与分级

径阶分布采用Weibull分布函数F (x)=1-e-(((x-a)/b) ^c)进行参数拟合，x ≥ a，a > 0，b > 0，其中：a为位置参数；b为尺度参数；c为形状指数；x为组中值[4, 11]，径阶宽度2cm。Weibull分布的3个参数与林分特征因子有关，a是指林分最小直径，b是指林分直径分布范围，c决定林分直径分布的偏度。c值在1.0~3.6之间为单峰左偏山形分布，当c < 1.0时为倒“J”型分布，当c=1时为指数分布，当c=2时为χ2分布，当c=3.6时近似正态分布，当c→∞时变为单点分布[16]。

在调查样地每木检尺的基础上，对样地林木进行分级：据d=r/R公式(r为每株样木胸径；R为样地林分平均胸径)，求得每株样木的d值，按分级木(Ⅰ~Ⅴ级木)归类，统计各样地分级木比例。分级标准为：Ⅰ级木，d ≥ 1.336；Ⅱ级木，1.026 ≤d < 1.336；Ⅲ级木，0.712 ≤ d < 1.026；Ⅳ级木，0.383 ≤ d < 0.712；Ⅴ级木，d < 0.383[4, 11, 16]。

1.3.2 综合评价

主成分分析可以较好地进行多性状的综合评价[17-20]。利用主成分分析法对参试的12个试验样地的11个生长形质性状指标进行主成分分析，在主成分累计方差贡献率达85%以上的条件下，选取相应主成分构建性状指标体系，并建立主成分得分值评价数学模型[17]。根据综合得分为各个主成分得分值的累计原理，计算综合得分。

1.3.3 数据处理

采用Excel 2003和SPSS 21软件对数据进行统计分析。采用单因素方差分析法(one-way ANOVA)和Duncan法进行方差分析和多重比较(α=0.05)。利用Excel 2003软件作图。图表中数据为平均值±标准差。

2. 结果与分析

2.1 不同造林密度对南方红豆杉生长影响

从表 1数据可得：13年生南方红豆杉的不同造林密度林分保存率均较高，介于96.4%~97.7%，这与造林后及时搭设荫棚、营造适宜其生长的阴蔽生境有关。不同造林密度间的南方红豆杉平均胸径、树高、冠幅、单株材积和林分蓄积等生长性状存在着显著性差异。随造林密度增大，平均胸径、冠幅、单株材积逐渐降低，造林密度分别增加到2400、3600、3000株/hm2以上时，胸径、冠幅、单株材积降低显著，造林密度1800株/hm2时南方红豆杉表现良好。随造林密度增大，树高、林分蓄积逐渐增加，造林密度增加到2400、3000株/hm2以上时，树高、林分蓄积增加显著，造林密度3600株/hm2南方红豆杉表现良好。可见造林密度显著影响南方红豆杉的生长，1800株/hm2造林密度在促进南方红豆杉胸径、冠幅和单株材积生长方面表现最好，3600株/hm2造林密度在促进树高生长和提高林分蓄积方面表现最好。

表 1 不同造林密度南方红豆杉生长表现及综合评价

Table 1. Growth performance and comprehensive evaluation of T.wallichina plantation with different planting density

造林密度/(株/hm-2) 调查时林分保存密度/(株·hm-2) 胸径/cm 树高/m 冠幅/m 单株材积/m3 林分蓄积/m3 综合得分值 1800 1747 11.15±0.55a 5.07±0.22c 2.75±0.23a 0.0291±0.0024a 50.75±5.31c 6.79±0.65c 2400 2314 10.10±0.60b 5.61±0.17b 2.66±0.23a 0.0269±0.0017ab 61.93±5.23bc 8.53±0.62b 3000 2932 9.14±0.72bc 6.07±0.14a 2.43±0.25ab 0.0246±0.0027bc 71.54±8.39ab 10.10±1.10a 3600 3514 8.66±0.89c 6.20±0.15a 2.10±0.22b 0.0228±0.0013c 76.75±4.72a 10.90±0.57a 注：本文表中小写字母不同表示相互间差异显著，小写字母相同表示差异不显著。 2.2 不同造林密度对南方红豆杉干形形质影响

不同造林密度的南方红豆杉胸高形数，枝下高，径高比，树干圆满度、尖削度、和通直度存在着显著性差异(表 2)。随着造林密度增大，南方红豆杉胸高形数、树干圆满度、通直度、枝下高逐渐增加。造林密度增加到2400株/hm2以上时树干圆满度、通直度、枝下高增大显著；3600株/hm2造林密度的树干圆满、通直度、枝下高表现最好，1800株/hm2的表现最差；造林密度增加到3000株/hm2以上胸高形数增加显著，3600株/hm2造林密度的胸高形数最大，1800株/hm2的最低。随造林密度增大，南方红豆杉尖削度、径高比逐渐降低，造林密度增加到2400株/hm2以上时径高比降低显著，1800株/hm2造林密度径高比最大；造林密度增加到3000株/hm2以上时南方红豆杉尖削度降低显著，3600株/hm2造林密度尖削度最小。表明造林密度显著影响南方红豆杉干形形质，3600株/hm2造林密度在提高胸高形数、枝下高、树干圆满度、通直度和抑制树干尖削度方面表现最好，而1800株/hm2促进径高比方面表现最好。

表 2 不同造林密度南方红豆杉干形形质表现

Table 2. Stem form quality performance of T.wallichina plantation with different planting density

造林密度/(株·hm-2) 胸高形数圆满度尖削度/(cm·m-1) 通直度枝下高/cm 径高比/(cm·m-1) 1800 0.587±0.012c 0.536±0.018d 2.05±0.010a 4.21±0.08c 1.45±0.08c 2.20±0.15a 2400 0.599±0.008bc 0.633±0.013c 1.96±0.070ab 4.40±0.11b 1.61±0.08b 1.81±0.19b 3000 0.616±0.014ab 0.726±0.009b 1.84±0.050b 4.64±0.07a 2.14±0.07a 1.50±0.06c 3600 0.625±0.013a 0.752±0.010a 1.65±0.130c 4.64±0.08a 2.21±0.03a 1.40±0.10c 2.3 不同造林密度南方红豆杉生长形质综合评价

鉴于造林密度显著影响南方红豆杉胸径、树高、冠幅、单株材积、林分蓄积、胸高形数、圆满度、尖削度、通直度、枝下高、径高比等11个生长形质性状，本研究对以上11个生长形质性状进行主成分分析。经主成分分析可知，第1主成分的方差特征值为9.142，贡献率达83.108%；第2主成分方差特征值为0.931，贡献率这8.468%；这2个主成分代表了南方红豆杉性状91.575%的综合信息。

第1主成分表达式为Z1=-0.106x1+0.103x2-0.089x3-0.097x4+0.086x5+0.99x6+0.107x7-0.099x8+0.97x9+0.104x10-0.106x11；

第2主成分表达式为Z2=0.221x1+0.122x2+0.327x3+0.427x4+0.615x5-0.363x6+0.207x7+0.036x8+0.374x9+0.152x10+0.059x11；综合得分值Q =(Z1 × 83.108% + Z2 × 8.468%)/ 91.575%。

式中：Z1为第1主成分；Z2为第2主成分；Q为综合得分值；x1为胸径；x2为树高；x3为冠幅；x4为单株材积；x5为林分蓄积；x6为胸高形数；x7为圆满度；x8为尖削度；x9为通直度；x10为枝下高；x11为径高比。

经计算，1800、2400、3000、3600株/hm2造林密度样地综合得分值分别为6.79、8.53、10.10、10.90。方差分析结果显示，造林密度对综合得分值有显著影响(表 1)，其综合评价值大小排序为3600株/hm2> 3000株/hm2> 2400株/hm2> 1800株/hm2，且3600、3000株/hm2造林密度间无显著差异，表明造林密度影响着南方红豆杉珍贵用材培育成效。

2.4 不同造林密度南方红豆杉人工林径阶分布

不同造林密度南方红豆杉人工林径阶分布的拟合方程的r2值符合统计分析的要求[4, 11] (表 3)，拟合结果良好。1800、2400、3000株/hm2造林密度的径阶分布形态参数分别为0.792、0.788、0.886 < 1，为倒“J”型分布，表明该造林密度下南方红豆杉林分处于竞争稳定期；3600株/hm2造林密度的径阶分布形态参数为1.033 > 1，为单峰左偏山状分布，表明其林分处于竞争期的自然稀疏后期[21]。

表 3 不同造林密度南方红豆杉人工林林分径阶分布参数及林木分级

Table 3. Diameter distribution and classification of T.wallichina plantation with different planting density

造林密度株/hm2 径阶分布参数林木分级比例/% a b c r2 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ 1800 6.724 4.860 0.792 0.912 32.6 28.4 36.6 2.4 0 2400 6.274 5.458 0.788 0.893 24.6 24.4 47.0 3.6 0 3000 5.918 5.302 0.886 0.886 12.6 22.0 45.8 19.6 0 3600 4.356 3.425 1.033 0.894 9.6 20.4 43.4 26.4 8.0

4种造林密度南方红豆杉人工林径阶中值与径阶分布累积散点图(图 1)显示，1800、2400、3000株/hm2造林密度南方红豆杉径阶分布为倒“J”型，而3600株/hm2造林密度为单峰左偏山状。相同分布累积频率范围对应的径阶中值表明[4, 11]：相同分布累积，较高密度林分对应的直径明显小于较低密度林分，表明密度越高的林分其平均直径越小，再次验证了2.1中造林密度显著影响生长的结论。

图 1 不同造林密度南方红豆杉人工林径阶分布累积

Figure 1. Cumulation of diameter distribution of T.wallichina plantation with different planting density

林木分级结果(表 3)显示，3600株/hm2造林密度南方红豆杉林分出现Ⅴ级木比例为8.0%，而其他3种造林密度尚未出现Ⅴ级木，表明3600株/hm2造林密度的南方红豆杉林分分化较其他造林密度严重。

3. 结论与讨论

本研究发现造林密度显著影响着南方红豆杉树高、胸径、冠幅、单株材积、林分蓄积、胸高形数、圆满度、尖削度、通直度、枝下高、径高比等11个生长形质性状，表明南方红豆杉生长和干形存在造林密度效应。综合评价结果表明，3000、3600株/hm2造林密度综合效果较好。4种造林密度径阶分布的拟合及径阶中值与径阶分布累积散点图结果表明，1800、2400、3000株/hm2造林密度均为倒“J”型分布，林分处于竞争稳定期，倒“J”型分布是林分结构稳定的必要特征之一[21]；而3600株/hm2造林密度为单峰左偏山状，且出现Ⅴ级木，林分分化相对严重；造林密度是培育南方红豆杉珍贵用材的重要技术，综合南方红豆杉生长形质表现以及林分分化情况，其材用型早期合理造林密度为3000株/hm2。

不同造林密度南方红豆杉生长效应表明，13年生南方红豆杉林分平均胸径、冠幅、单株材积随造林密度增大而下降；造林密度分别达到2400、3000、3600株/hm2时，胸径、冠幅、单株材积显著降低，这与前人研究结论一致[4, 21-23]。表明随着年龄增大，南方红豆杉胸径、冠幅、单株材积生长的营养空间需求增大。胸径、冠幅、单株材积以造林密度1800株/hm2表现最好。南方红豆杉林分平均树高、林分蓄积随造林密度增大而增加。造林密度分别达到2400、3000株/hm2时，平均树高、林分蓄积显著增加，这与前人研究结论一致[20-21]；造林密度3000、3600株/hm2时，南方红豆杉树高、林分蓄积表现最好。一方面表明高密度林分提前郁闭、较早形成林分环境，促进树高生长；另一方面表明高密度林分更加有效地利用林地空间、整体光合作用能力增强，利于林分蓄积生长。

造林密度显著影响着南方红豆杉干形质量，这与前人的密度影响干形结论一致[2-3, 24]。其原因可能是造林密度改变植株个体营养空间与林分郁闭时间，影响并改变同化物质在林木生长过程中的分配模式[25]。13年生南方红豆杉的胸高形数、树干圆满度、通直度、枝下高均随造林密度增加而增大；造林密度达到2400株/hm2时树干圆满度、通直度、枝下高显著增大；达到3000株/hm2时胸高形数显著增加。这说明高密度林分提高林木的胸高形数，利于圆满、通直、无节干材较长的干材形成。随着年龄增大，高密度林分提前且充分郁闭后，将促进林木自然整枝，无节干材较长。树干圆满度、通直度、枝下高、胸高形数以3600株/hm2造林密度表现最好。南方红豆杉尖削度、径高比随造林密度增大而降低；造林密度分别达到2400株/hm2、3000株/hm2时径高比、尖削度显著降低；这是因高密度林分抑制胸径生长、促进树高生长综合作用的结果。1800株/hm2造林密度的径高比表现最好，3600株/hm2造林密度尖削度表现最好。

不同造林密度间的13年生南方红豆杉林分分化有着一定变化。不同造林密度间的南方红豆杉径阶的拟合统计量r2均符合统计要求，1800、2400株/hm2和3000株/hm2造林密度间人工林径级分布形状呈现倒“J”型，倒“J”型分布是林分结构稳定的必要特征之一[22]；3600株/hm2造林密度间人工林径级分布形状呈单峰左偏山状，且出现Ⅴ级木，林分分化较严重；这是因为高密度林分提前郁闭、较早形成林分环境，个体间营养空间激烈竞争，进而导致部分个体生长受抑制，林分间竞争与分化较强烈。这验证了林分结构存在着密度间的差异的结论[4, 21, 23-24]。随着林分年龄的增长、林木分化的加剧，如何科学进行密度调控尚待长期深入研究。