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密度控制是影响林分提质增产的关键技术之一,对林木个体间竞争、林地生产潜力发挥、目标材种培育以及经济效益提高均有显著影响[1]。国内外学者对密度控制方面开展了大量研究,其中,包括杉木(Cunninghamia lanceolata (Lamb.)Hook.)[2-3]、马尾松(Pinus massoniana Lamb.)[4-5]、樟子松(Pinus sylvestris var. mongolica Litv.)[6]、西桦(Betula alnoides Buch.-Ham.ex D.Don)[7]、落叶松(Larix gmelinii (Rupr.) Kuzen.)[8]等树种,研究集中于林分结构、林木生长效果、林木自然稀疏、林下植被、土壤养分效应等[3,9-11],也有部分对出材量及经济效益进行了讨论,如谌红辉等[12]发现,幼林期马尾松出材量与密度正相关,随林龄增加,由正相关转向负相关;郭光智等[13]发现,在较高立地质量条件下,低初植密度是影响中、大径材形成的关键因子;孙洪刚等[14]研究得到木材径阶随间伐次数增加而增大,即保留株数越少,形成大径材的可能性更大;卢立华等[15]对14年生杉木不同密度的生长和经济效益进行分析,发现间伐处理有利于提高大径材出材比例及出材径级,密度为500株·hm−2的大径材蓄积量最大,1 000株·hm−2可获得最可观的经济收益。
桉树(Eucalyptus L’Herit)目前主要分布于南方十省,作为南方重要用材林树种,栽植面积达546万 hm2,因其速生丰产,在缓解国内木材市场供求矛盾上起到了重要作用[16]。随着桥梁、家具等产业的快速发展,小径级木材已经难以满足市场的需求。新兴产业的发展以及木材产业发达国家对原木出口的严格管控使国内市场高质量木材供不应求的局面更加紧张,从而促使更多学者探索影响桉树中、大径材培育的关键因素,初植密度就是其中之一[17-18]。桉树虽然在密度试验方面研究较多,但大多是在林木生长、林分产量、木材材性等方面,而在结合目标材种进行出材情况及经济效益分析方面,陈少雄等[19]结合拟合公式和尾径划分标准来计算尾巨桉不同材种出材量百分比,并分析经济效益,但未展示各径级材种的出材量情况。Emilio等[20]分析蓝桉(Eucalyptus globulus Labill.)林10 a采收期时1 000、1 428、1 667、2 000株·hm−2密度下的经济效益,发现1 000株·hm−2的净现值最高,预测其为风险最低的投资,1 667、2 000株·hm−2会带来更多成本,收益偏低,但该研究缺乏材种情况分析。基于初始栽植密度,根据径阶来划分桉树材种,分析出材量及其价值的有关报道很少。本研究结合广西东门林场华侨分场尾巨桉(E. urophylla S.T.Blake × E. grandis W.Hill ex Maiden)初植密度试验林16 a的观测资料,对不同初植密度的中、大径材出材量、经济效益及林分生长进行系统分析,为该树种规划造林密度、培育目标材种提供科学依据。
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试验地位于广西国有东门林场华侨分场21林班(22°17′~ 22°30′ N,107°14′~ 108°00′ E),年平均气温21.8℃左右,极端高温41℃,极端低温−0.1℃,年降水量约1 300 mm,土壤类型为砖红壤,各土层化学组成见表1。前作为柠檬桉(Eucalyptus citriodora Hook.)。试验地向阳坡,坡度为5°~10°。
母岩
Parent rock土层
Soil layer/cm有机质
Organic matter/(g·kg−1)全氮
Total N/(g·kg−1)pH 水解性氮
Available N/(mg·kg−1)速效钾
Available K/(mg·kg−1)速效磷
Available P/(mg·kg−1)砂 Sand 1~33 34.8 39 5.0 33.7 30.6 5.3 泥 Mud 33~70 13.0 40 5.7 70.4 2.0 极少 岩 Rock 70~130 10.7 32 6.7 29.3 1.3 3.0 Table 1. Chemical composition of soil
采用机耕全垦方式整地,深度为30~35 cm;所有苗木均为尾巨桉DH32-13的扦插苗,并选择营养杯培育,苗高为15~25 cm;以100 g·株−1钙镁磷肥作为基肥;1993年4月2日定植。
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图1表明:12 a内,3种密度间的树高生长差异较小,16 a内的树高生长量均呈随密度减小而增大的趋势,密度1 250株·hm−2的树高平均生长量一直最低,且与密度883、667株·hm−2的差距随林龄增加而增大。这说明中、幼林阶段造林密度对桉树树高生长影响不大。
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图1表明:密度越大,胸径生长量越小,密度1 250株·hm−2与密度883、667株·hm−2的平均胸径生长量随林龄的增加逐渐拉开差距,且密度1 250株·hm−2与密度883、667株·hm−2的胸径差异显著(p < 0.05)。从第4年开始,除密度1 250株·hm−2外的林分均有少数立木达到中径材标准,大径材立木最先出现在密度667株·hm−2中。
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第4~5年蓄积量随密度增大而增大,第6~7年蓄积量不再随密度的增大而增大,第8年后林分平均蓄积生长量均是密度883株·hm−2的最大,密度667株·hm−2的最低(表2)。经方差分析,3种密度间林分平均蓄积量的生长差异均不显著(p > 0.05)。
初植密度
Initial spacing/
(株·hm−2)平均蓄积量 Average stand volume/(m3·hm−2) 4 a 5 a 6 a 7 a 8 a 9 a 12 a 16 a 1 250 110.54 ± 13.63 a 146.69 ± 15.08 a 186.26 ± 19.21 a 218.84 ± 19.25 a 244.63 ± 22.98 a 270.71 ± 20.22 a 322.66 ± 23.56 a 404.04 ± 19.90 a 883 104.26 ± 12.79 a 145.26 ± 13.91 a 186.43 ± 15.51 a 218.46 ± 18.96 a 255.40 ± 23.84 a 288.60 ± 22.70 a 377.82 ± 19.79 a 467.14 ± 44.23 a 667 87.63 ± 16.96 a 122.04 ± 24.18 a 158.28 ± 30.69 a 181.54 ± 33.19 a 210.35 ± 36.47 a 237.15 ± 43.79 a 305.06 ± 62.87 a 372.21 ± 61.27 a Table 2. The average stand volume of three initial spacing
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由图2看出:初植密度1 250株·hm−2的材积平均生长量在第7年达到峰值,883、667株·hm−2均在第9年最高,因此,该试验林3种密度的数量成熟龄分别为7、9、9 a,即该试验采取的初植密度措施对桉树轮伐期产生了作用,表现为轮伐期随密度增大而减小的趋势。
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考虑到林分的经济和生态效益,从有轮伐期(7 a)出现时开始计算出材量。桉树林分出材率按照常规数据80%计算[26]。不同初植密度对中、大径材(旋切材和锯材)出材量和年均出材量的影响(表3)表明:中径材出材量及其年均出材量在第7年密度1 250株·hm−2与密度883、667株·hm−2均差异显著(p < 0.05);第8年密度1 250株·hm−2与密度883株·hm−2差异显著(p < 0.05);第12年密度883株·hm−2与密度1 250、667株·hm−2差异显著(p < 0.05)。9、16 a时中径材出材量及其年均出材量3种密度间均差异不显著(p > 0.05)。7~12 a中径材出材量均为密度883株·hm−2 > 667株·hm−2 > 1 250株·hm−2,第16年密度883株·hm−2仍最高,但密度1 250株·hm−2超过密度667株·hm−2。3种密度在7~9 a均没有出现大径材,密度667株·hm−2在第12年最先出现大径材,第16年密度883株·hm−2开始出现大径材,密度1 250株·hm−2一直未出现大径材。3种初植密度的中径材年均出材量均随林龄的增加呈先上升后下降的趋势,且在9年生时达到峰值;7~12 a中径材年均出材量均为密度667株·hm−2 > 1 250株·hm−2,第16年密度883株·hm−2仍最高,但密度1 250株·hm−2超过密度667株·hm−2。密度667株·hm−2的大径材年均出材量随林龄增加逐渐递增,第16年时比密度883株·hm−2的高。
林龄
Age/a材种
Wood assortment出材情况
Timber situation初植密度 Initial spacing /(株·hm−2) 1 250 883 667 7 中径材 Middle diameter timber 出材量 Timber yield /(m3·hm−2) 78.75 ± 25.08 b 168.64 ± 15.17 a 143.25 ± 24.25 a 年均出材量 Average annual output volume/(m3·hm−2·a−1) 11.25 ± 3.58 b 24.09 ± 2.17 a 20.46 ± 3.47 a 8 中径材 Middle diameter timber 出材量 Timber yield /(m3·hm−2) 128.16 ± 26.19 b 200.43 ± 22.65 a 166.24 ± 26.39 ab 年均出材量 Average annual output volume/(m3·hm−2·a−1) 16.02 ± 3.28 b 25.06 ± 2.83 a 20.78 ± 3.30 ab 9 中径材 Middle diameter timber 出材量 Timber yield /(m3·hm−2) 169.44 ± 17.37 a 229.44 ± 18.14 a 187.66 ± 32.68 a 年均出材量 Average annual output volume/(m3·hm−2·a−1) 18.82 ± 1.93 a 25.49 ± 2.02 a 20.85 ± 3.63 a 12 中径材 Middle diameter timber 出材量 Timber yield /(m3·hm−2) 223.34 ± 13.71 b 300.50 ± 15.49 a 226.59 ± 39.94 b 年均出材量 Average annual output volume/(m3·hm−2·a−1) 18.61 ± 1.14 b 25.04 ± 1.29 a 18.88 ± 3.33 b 大径材 Large diameter timber 出材量 Timber yield /(m3·hm−2) 0 0 14.97 年均出材量 Average annual output volume/(m3·hm−2·a−1) 0 0 1.25 16 中径材 Middle diameter timber 出材量 Timber yield /(m3·hm−2) 296.64 ± 19.58 a 331.71 ± 61.64 a 235.23 ± 45.15 a 年均出材量 Average annual output volume/(m3·hm−2·a−1) 18.54 ± 1.22 a 20.73 ± 3.85 a 14.70 ± 2.82 a 大径材 Large diameter timber 出材量 Timber yield /(m3·hm−2) 0 39.84 59.53 年均出材量 Average annual output volume/(m3·hm−2·a−1) 0 2.49 3.72 Table 3. The stand volume and MAI of stand volume with middle and large diameter timber between three initial spacing
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造林前1年至第16年的营林成本见表4。销售收入主要指伐倒木的销售额与采伐、运输等一系列成本的差值,即毛利润。由表5看出:开始出现轮伐期(7 a)后,密度883株·hm−2的毛利润远高于密度1 250、667株·hm−2,除第9年之外,密度667株·hm−2的毛利润均高于密度1 250株·hm−2。
林龄 Age/a 项目 Item 初植密度 Initial spacing/(株·hm−2) 1 250 883 667 0 地租、整地、基肥 Rent、Land preparation、Base fertilizer/(元·hm−2) 2 732.6 2 665.1 2 636.8 1 地租、造林、抚育、追肥 Rent、Afforestation、Tending、Top dressing/(元·hm−2) 2 625.5 2 551.9 2 406.3 2 地租、抚育 Rent、Tending/(元·hm−2) 1 575 1 575 1 575 3 地租、抚育、追肥 Rent、Tending、Top dressing/(元·hm−2) 2 297 2 297 2 297 4~16 地租 Rent/(元·hm−2·a−1) 1 500 1 500 1 500 Table 4. The silvicultural cost of three initial spacing
元·hm−2 初植密度
Initial spacing/
(株·hm−2)林龄 Age/a 7 8 9 12 16 1 250 82 226 107 969 130 528 164 141 212 391 883 118 139 139 428 158 731 207 854 272 931 667 99 418 115 299 130 084 173 386 228 073 Table 5. The gross profit after deducting sales cost of three initial spacing for each year
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图3表明:密度883、667株·hm−2均在第4年出现中径材立木。图4表明:密度1 250、883、667株·hm−2在其对应的轮伐期7、9、9 a时的利润为23 000~41 000元·hm−2,利润顺序为密度883株·hm−2 > 667株·hm−2 > 1 250株·hm−2。7~9 a密度1 250、883株·hm−2的利润均逐年上升,其中,密度1 250株·hm−2的利润上升最快,密度667株·hm−2的利润也上升,但在第8年达到峰值;9 a后3种初植密度的利润均呈下降趋势,其中,密度883株·hm−2的利润始终高于密度1 250、667株·hm−2,密度1 250株·hm−2的利润始终最低。3种密度达最大净现值时,密度883株·hm−2比密度1 250株·hm−2高29.7%,比密度667株·hm−2高28.5%。
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从图5看出:密度1 250株·hm−2达到轮伐期7 a时,3种初植密度的内部收益率均达到最大值,而此时密度883株·hm−2的内部收益率在3种密度中最高,达50%以上,密度1 250株·hm−2的内部收益率最低。3种造林密度内部收益率在7 a后逐渐降低,但不同生长阶段的降低速度有所区别,密度883、667株·hm−2总体上呈现先加快后减慢的趋势。密度667株·hm−2的内部收益率均大于密度1 250株·hm−2,在7~9 a密度1 250株·hm−2与667株·hm−2的内部收益率逐渐拉近,之后差距基本无变化,第16年时3种密度的最低内部收益率仍超过20%。