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国际上工业人工林培育往往基于遗传控制、立地控制、密度控制等3大控制技术,实行生态系统管理。在盛炜彤[1]提出的人工林育林技术体系中,密度及立地控制起着基础且重要的作用。选择适宜的初植密度或保留密度,可有效掌控林分空间竞争格局,调整林木竞争态势,调控林分生长过程[2]。以往关于密度控制的研究多侧重于不同保留密度对林分水平蓄积、生物量及林下植被等的影响[3-9]。立地控制的相关研究主要反映在立地定性或数量化评价及指示性指标优势木平均高生长曲线簇[1, 10]。
杉木(Cunninghamia lanceolata(Lamb.)Hook.)是我国南方亚热带特有优良速生乡土用材树种[11-12],杉木林立地与密度效应研究开展较早,主要集中在密度或立地控制下林分树高、胸径、材积、自然稀疏、生长模拟预测等响应研究[13-16]。刘景芳和童书振对杉木中带、南带、北带林分材种结构的密度与立地早期作用规律进行了系统分析[17],发现造林密度及立地指数显著作用于杉木林材种分布。但已有研究多基于临时样地或林分生长的中幼龄阶段,且研究区域主要为中亚热带[18],而在同样为杉木主产区的南亚热带,杉木林材种结构的长期密度与立地效应研究一直未见报道。鉴于此,基于广西凭祥36 a生杉木密度试验林定位观测数据,对其林分材种结构的密度与立地效应进行了研究,以期揭示南亚热带杉木林材种结构的长期密度与立地作用规律,为杉木林定向培育提供理论与实践依据。
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试验区位于广西凭祥市境内中国林业科学研究院热带林业实验中心伏波林场(106°43′ E,22°06′ N),属北热带季风气候区,湿润半湿润气候。光热条件极好,降水充沛,但夏湿冬干。年平均气温19.9 ℃,年降水量1 400 mm,年蒸发量1 200 mm。海拔500 m,地貌主要为低山,坡度25~30°。土壤以发育在花岗岩等母质上的红壤为主,土层厚度大于1 m。林下植被主要有大沙叶(Aporosa chinensis(Champ.)Merr.)、桃金娘(Rhodomyrtus tomentosa(Ait.)Hassk.)、金毛狗脊(Cibotium barometz(L.)J. Sm.)和铁线蕨(Adiantum capillus-veneris Linn.)等。
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杉木密度试验林于1982年春采用广西当地种源1 a生杉木裸根苗营造,5种初植密度,分别为1 667、3 333、5 000、6 667、10 000株·hm−2(株行距分别为2.0 m×3.0 m、2.0 m×1.5 m、2.0 m×1.0 m、1.0 m×1.5 m、1.0 m×1.0 m,分别记为A、B、C、D、E)。采用随机区组排列,每个密度设置3块样地(A1、A2、A3,B1、B2、B3,C1、C2、C3,D1、D2、D3,E1、E2、E3),共15块样地,每块样地面积600 m2。每个小区周围各栽植2行同密度的杉木作为保护带。
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在杉木固定样地内,对每株杉木挂牌记号,每年生长停止后调查。林分1982—1991年逐年调查,1991年后分别于1993、1994、1995、1997、1999、2003、2005、2007、2009、2015年进行了调查。3~4 a生时,每年测定每木树高;5~6 a生时,每年测定每木树高、胸径、冠径及树高达1.3 m以上的胸径(D1.3);7 a生开始,每年测量每木树高、胸径、冠径及枝下高;10 a生开始,除检尺每木胸径外,每个小区改测50株树高、冠径和枝下高。在每个小区的上、中、下坡位各选2株优势木,将这6株优势木的平均高作为林分优势高,如上一观测年度选定的优势木枯死或缺失,则在其附近另择一株上层木作为替补;20 a生时,以6株优势木平均高作为小区立地指数级值,以2 m为1个树高级距,整化为立地指数级。截至2015年,连续定位测定至36 a生,期间未间伐。
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数据处理软件采用EXCEL、SPSS19,图形制作采用SigmaPlot10.0。胸径以2 cm为1个径阶,林分平均胸径采用林分断面积平方平均直径,林分平均树高采用林分内测得树高的算术平均高。平均单株材积计算采用部颁杉木二元立木材积表经验式:
$ {V_i} = 0.000\; 058\; 777\; 042 \times D_i^{1.969 \;983\; 1} \times H_i^{0.896\; 4615\; 7} $
平均单株材积乘以株数,即为小区材积,然后换算为每公顷总材积。总材积包含活立木材积、枯损木材积,又分别包括用材、薪材及废材,用材包括大径材(LT)、中径材(MW)、小径材(SW)和小条木(LNT)。
对于相同初植密度、相同立地指数级的林分,根据需要采取平均化处理。B1和B3的平均值B1-3代表16立地指数级B密度,C1和C3的平均值C1-3代表16指数级C密度。
参照材种的划分标准并结合推算经验公式[17]:D1.3≥26径阶为大径材,24径阶≥D1.3≥18径阶为中径材,16径阶≥D1.3≥10径阶为小径材,8径阶≥D1.3≥6径阶为小条木,将各小区不同林龄林分大、中、小径材及小条木等各立木株数和径阶材积分别归并。参照林分立木材种按径阶大小的区分标准和过渡径阶的处理办法[17],分别计算各径阶立木出材量,并按各材种进行归并。文中材种材积比例系在用材中比例。
南亚热带杉木人工林材种结构长期立地与密度效应
Long-term Effects of Site and Density on Timber Assortment Structure of Chinese Fir Plantations in South Subtropical Area, China
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摘要:
目的 揭示南亚热带杉木人工林材种发育的长期立地和密度动态效应规律。 方法 以广西大青山A(1 667株·hm−2)、B(3 333株·hm−2)、C(5 000株·hm−2)、D(6 667株·hm−2)、E(10 000株·hm−2)5种初植密度、36 a生杉木(Cunninghamia lanceolata)密度试验林为研究对象,分析密度和立地影响下材种株数与材种材积分布的动态变化规律。 结果 杉木林分小径材株数和材积比率在初期随林龄增长而递增,达峰值后随林龄增长而减少,初植密度越小、立地指数级越高,减少速度越快;中、大径材株数和材积比率随林龄增长而增加,初植密度越小、立地指数级越高,增速越快。18立地指数级D及以下密度林分28 a生前中径材材积比例约50%;36 a生时A密度林分大径材材积比例约50%。16立地指数级中低初植密度林分中径材材积比例均超过45%,且以C密度林分最高、约48%;36 a生时A密度林分大径材材积比例超过26%。14立地指数级,A密度林分中径材材积比例24 a生时达44%,A、B、D密度林分小径材材积分别于12、18、24 a生时达83%、76%、69%。10立地指数级C、E密度林分36 a生时小径材材积比例分别达71%、61%。 结论 杉木林材种形成与立地、密度和林龄关系密切,立地质量具决定性作用,而培育高规格材种时初植密度亦可成为关键限制因素。初植密度越低、立地指数越高,越利于中、大径材形成。在杉木南带产区,10指数级立地短周期经营时只适宜培育小径材及小条木。14指数级立地适宜培育中、小径材,若以中径材为第一培育材种时初植密度宜低。16指数级立地适宜培育中径材,长周期经营时也可培育大径材,但初植密度不宜超1 667株·hm−2。18指数级立地中径材生产潜力很大,但更宜培育大径材,且初植密度宜控制在A密度,轮伐期不宜低于36 a。 Abstract:Objective To reveal the long-term effects of site and planting density on stand timber assortment structure of Chinese fir (Cunninghamia lanceolata) plantations in south subtropical area, China. Method Based on positioning observation data of 36-years-old Chinese fir plantations at four site index classes in Daqingshan, Guangxi, including five planting densities of A (1 667 trees·hm−2), B (3 333 trees·hm−2), C (5 000 trees·hm−2), D (6 667 trees·hm−2), and E (10 000 trees·hm−2), the dynamic changes of stand timber assortment structure were analyzed. Result The number of trees and volume proportions of small diameter wood (SW) increased with age at the beginning, and decreased with age after the peak points. The lower the planting density and the higher the site index were, the faster the decline became. The number of trees and volume proportions of medium and large diameter wood increased with age. The lower the planting density and the higher the site index were, the faster the proportions increased. The volume proportion of stand medium diameter wood (MW) at density D or below and 18-site-index class was about 50% at the age of 28. The volume proportion of stand large diameter timber (LT) at density A and 18-site-index class was about 50% at the age of 36. At 16-site-index class, the ratio of stand MW volume at middle and low planting density was over 45%, and the ratio of density C stand was about 48% which was the highest, and the volume proportion of LT at density A stand was over 26% at the age of 36. At 14-site-index class, the volume proportion of MW at density A stand was 44% at the age of 24, the volume proportion of SW of density A, B, and D was 83%, 76% and 69% at the age of 12, 18 and 24, respectively. At 10-site-index class, the volume proportion of SW at density C and E stand was 71% and 61% at the age of 36, respectively. Conclusion The timber assortment formation of Chinese fir plantation is closely related to site, density and age, the site quality plays a decisive role, while the planting density can also be a key limiting factor in cultivating high specification timber assortments. Lower initial planting density and higher site index are more conducive to the formation of MW and LT. In south subtropical area of China, the site of 10-index-class is to be fit only for cultivating SW and small bar timber. The site of 14-index-class is suitable for cultivating MW and SW. If MW is taken as the first target, the planting density should be low. The site of 16-index-class is suitable for cultivating MW, LT can also be cultivated if the period is long enough, but the planting density should not exceed 1667 trees per hectare. The site of 18-index-class has great production potential of MW, cultivating LT is a better choice, but the planting density should be controlled at density A, rotation period should not be less than 36 years. -
Key words:
- Cunninghamia lanceolata
- / timber assortment structure
- / density effect
- / site effect
- / south subtropics
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