杨树生长的密度效应与数量成熟研究

吴 敏,吴立勋,汤玉喜,徐世凤,彭伦凯,黄范全

(1.湖南省林业科学院, 湖南 长沙 410004; 2.沅江市林业局, 湖南 沅江 413100)

杨树生长的密度效应与数量成熟研究

吴 敏1,吴立勋1,汤玉喜1,徐世凤1,彭伦凯2,黄范全2

(1.湖南省林业科学院, 湖南 长沙 410004; 2.沅江市林业局, 湖南 沅江 413100)

在洞庭湖平原区采用南抗杨树无性系进行的8种不同密度造林试验,试验结果显示胸径生长于5年生、树高生长于8年生以后在不同造林密度间均具显著差异，其变化规律是胸径、树高生长均随造林密度的增加而降低，表明林木此时的生长已开始受制于单株营养面积之不足。根据材积的连年生长量曲线和平均生长量曲线交汇情况，8种造林密度杨树林分的经营目标可分为两大类型：一是单株营养面积为8～16m2造林密度的数量成熟为7～9年，所获材种为20cm以下纸浆材、纤维板材等；二是单株营养面积为24～36m2造林密度的数量成熟在10年以上，可培育26cm以上大径材。

杨树；密度；单株营养面积；材积；数量成熟

杨树(Populus)是我国中亚热带以北地区的重要造林树种，尤其在平原地区，黑杨派无性系得到了更广泛应用，为生态环境建设和工业原料林基地建设发挥着重要作用。在林分群体中，林木个体的生长状况除与本身遗传品质有关外，还与林龄及其所获营养空间大小有关，通常可将产量视作时间和营养空间的因变量。以木材为原料的生产企业，根据产品性能对杨树原料的径阶有着不同的要求[1]。因此，在杨树营林生产中，首先要根据企业对木材原料的要求，设计不同的造林密度和采伐年限，以定向培育方式，满足其材种要求，以求杨树经营利润的最大化[2]。为此，我们在洞庭湖平原区进行了杨树密度试验，探讨产量与密度的相关关系。

1 试验地概况

试验地位于湖南省沅江市东南湖垸内，地处中亚热带北部，其气候类型属温暖湿润季风气候。年平均气温16.9℃，≥10℃的活动积温5350.5℃，年降水量1319.7mm，无霜期276.9d, 年日照1756.8h。造林地为池杉采伐迹地，地势较低，地下水位较高。土壤为冲积母质形成的湖潮土，深达2m，重壤质，pH值为7.97，有机质含量为1.47%，全N 0.11%，全P(P2O5)0.22%,全K 1.97%，有效N 3.29mg·10-2g-1，速效P 1.36mg·10-2g-1，速效K 15.84mg·10-2g-1[3]。

2 研究方法

于1997年春采用黑杨派南抗杨树无性系进行造林试验，共设置8种密度：2m×8m、3m×3m、3m×5m、4m×4m、4m×6m、5m×5m、5m×7m、6m×6m，各重复3次。每年冬季休眠期做每木生长调查，树高用测高器测量；但每种密度的边行不作为调查对象，且调查株数在30株以上。造林后的前2年林下进行过油菜等冬季作物间种，此后未再进行抚育管理。

数据采用DPS系统处理；材积计算公式为：

V=π/4·fэ·D2·(H+3) (fэ=0.34)

3 结果与分析

3.1不同密度杨树林分生长历程比较

3.1.1 胸径生长历程 当杨树人工林郁闭度增加到一定水平时，枝叶伸展受限，单株光合产物积累相对减少，生长趋势减缓。因此，在一定生长阶段内，胸径随造林密度的增加而减少，与密度成反比(见表1)。

表1 不同密度与不同林龄杨树林分胸径生长历程表(cm)株行距(m×m)不同林龄(年)的总生长量不同林龄(年)的连年生长量1234567891234567892×434069010171197133314801570163716571003503271801371470900670203×33136939531187132314701570168317530733802602331371471001130703×530068710531290149716971817191319770603873672372072001200960634×431370310701300149016631790191320100733903672301901731271230974×633069311001317161318031960211022230903634072172971901571501135×528763010171287157718071953213322330473433872702902301471801005×733374011801480181320132187233724570934074403003332001731501206×63177001080135716701967215023002430077383380277313297183150130

不同密度的杨树人工林，其胸径的年生长量都遵循造林后逐年增加、于某年达到最大值后即逐年下降的规律，但连年生长量峰值出现的年限和生长量显著下降的林龄因造林密度不同而有所不同。在同等条件下，随株行距增大，胸径生长明显减缓的年限会依次延后[4]。2m×4m、3m×3m、3m×5m、4m×4m等高密度林分胸径连年生长量的峰值出现在造林后的第2年，而密度较小林分则出现在第3年。根据胸径生长量方差分析结果，4年生以前不同密度杨树林分的胸径生长无显著差异，表明不同密度杨树林分的个体此时所获营养空间均能基本满足其生长需求。5年生以后，林木的个体生长则受密度的影响较大[5]。据方差分析结果，5年生时，5m×7m、6m×6m与3m×3m造林密度林分的胸径生长有显著差异；9年生时，5m×7m、6m×6m的小密度与2m×4m、3m×3m、3m×5m、4m×4m大密度林分的胸径生长均有显著差异，且随密度增加，差距增大，表明其个体生长受营养空间不足影响程度有所增强(见表2)。

表2 不同密度与不同林龄杨树林分的胸径生长差异显著性株行距(m×m)5年6年7年8年9年均值(cm)5%显著水平均值(cm)5%显著水平均值(cm)5%显著水平均值(cm)5%显著水平均值(cm)5%显著水平5×71813a2013〛a〛2187〛a〛2337〛a〛2457〛a6×61670ab1967〛ab〛2150〛a〛2300〛a〛2430〛a5×51577abc1807〛ab〛1953〛ab〛2133〛ab〛2233〛ab4×61613abc1803〛abc〛1960〛ab〛2110〛ab〛2223〛ab4×41490abc1663〛bcd〛1790〛bc〛1913〛bc〛2010〛bc3×51497abc1697〛abcd〛1817〛bc〛1913〛bc〛1977〛bc3×31323c1470〛d〛1580〛c〛1673〛c〛1753〛cd2×41333bc1480〛cd〛1570〛c〛1637〛c〛1657〛d

3.1.2 树高生长历程 密度对树高生长的影响较胸径小，不同密度杨树林分高生长曲线较为接近(见表3)。根据历年的树高生长方差分析结果(见表4)，不同密度杨树林分高在7年生以前均无显著差异。8年生以后，树高连年生长量随造林密度增加而减少的趋势有所增强，如8年生时，不同密度林分的树高有6组出现显著差异；9年生时，6m×6m、5m×7m、4m×6m与2m×4m、3m×3m、3m×5m造林密度的林分共9组有显著差异。高密度的杨树林，8、9年生的树高连年生长量已降至很低，高生长明显减缓[6]。

表3 不同密度与不同林龄杨树林分树高生长历程表(m)株行距(m×m)不同林龄(年)的总生长量不同林龄(年)的连年生长量1234567891234567892×440068710601280156716171753179018130802873732202870501370370233×33876979631300148715771767179018100673102673371870901900230203×53705939171260143016071780187019330502233233431701771730900634×438362310201307157016901877203321170632403972872631201871570834×63806109231253160317671923212022170602303133303501641561970975×53635378301217150016201823197321370431732933872831202031501645×73836179371277159717671933208322230632333203403201701661501406×6380583907124316001743191320932247060203323337357143170180153

表4 不同密度与不同林龄杨树林分树高生长差异显著性株行距(m×m)7年8年9年均值(m)5%显著水平均值(m)5%显著水平均值(m)5%显著水平6×61913a2093a〛2247〛a5×71933a2083ab〛2223〛a4×61923a2120a〛2217〛a4×41877a2033ab〛2117〛ab5×51823a1973abc〛2137〛ab3×51780a1870bc〛1933〛bc3×31767a1790c〛1810〛c2×41753a1790c〛1813〛c

3.1.3 材积生长历程 材积是胸径和树高的综合指标。图1显示，不同密度杨树林分的单株材积随造林密度的减小而增加。根据不同密度林分的单株材积曲线，可将8种造林密度归纳为4组，其单株营养面积从小到大依次分别为8～9m2、15～16m2、24～25m2、35～36m2。材积随林龄增加而增加，但同等条件下单株材积又随造林密度的降低(即单株营养面积增大)而增加，充分体现了材积生长与营养面积的紧密相关性。图2显示，1～5年生时，不同密度杨树林分的材积连年生长量逐年上升，达到峰值，但密度较大的第1、2组绝对值显著低于第3、4组。除密度较小的第4组外，其余各组的连年生长量自第8或第9年生开始即明显下降。经方差分析及多重比较，4年生以前不同密度杨树林分单株材积没有显著差异，5年生以后，有显著差异的不同密度组数随林龄增加而增多。

3.2不同密度杨树林分材积生长的数量成熟

经典森林经理学把材积的连年生长量曲线与平均生长量曲线相交确定为林分的数量成熟，其林龄即为主伐年龄。我们以单株材积的各生长指标作分析依据，4个密度组的材积连年生长量和平均生长量曲线见图3。

表5 不同密度与不同林龄杨树林分材积生长历程表(m3/株)株行距(m×m)不同林龄(年)的材积生长量1234567892×40002200131003810060800887011210135101494015493×30001800130003100060800841010850136001588017453×50001600117003800071201061014790183202120023294×40001800125004070073101111014720186102281026064×60002000121004000073301330018030228402886033205×50001500089003200067901211016900216502761032445×70002100140004850095201674022360287503490040826×6000180011700380007660142202121027340338104016

图1 不同密度杨树林分材积生长曲线

图2 不同密度杨树林分材积连年生长量

图3 不同密度杨树林分材积连年生长量与平均生长量图

图3显示，在该立地条件下，2m×4m造林配置的杨树林分于7年生即达到数量成熟，主伐年限为7年，平均胸径15.7cm；此后生长量下降极为明显，不采伐更新已不能充分发挥土地生产潜力。3m×3m、3m×5m造林密度的数量成熟龄为8年，平均胸径16.8～19.1cm；4m×4m 造林密度的数量成熟龄为9年，平均胸径20.1cm。其余2组、4种密度配置的杨树林分因受试验条件限制，没能监测到数量成熟，但从曲线趋势看，主伐年限大约为10～12年。根据以上试验结果，可归纳为两种定向培育类型：一是单株营养面积在8～16m2造林密度的，其主伐年限为7～9年，所得材种为20cm以下的中小径纸浆材、纤维板材；二是单株营养面积在24～36m2造林密度的，其主伐年限在10年以上，所得材种为26cm以上大径材。

4 结论与讨论

(1) 杨树的胸径生长在一定林龄段内与造林密度成反比。胸径生长显著受制于营养面积的现象与林龄有关：单株营养面积为9m2以下时，胸径生长在5年生时即显著下降；营养面积为16m2以下的为7年生时。

(2) 造林密度对树高生长的影响较胸径小。自第8年生始，不同密度杨树林分树高有显著差异，且随林龄增加，其差异有所增大。

(3)不同造林密度的林分，其材积连年生长量峰值多出现在4～5年生；但峰值的绝对值则随造林密度的增加而降低，体现单株材积生长与其营养面积有紧密的相关性。

(4)单株营养面积为8～16m2造林密度的南抗杨树无性系，其主伐年限7～9年，所得材种为20cm以下的中小径纸浆材、纤维板材等；单株营养面积为24～36m2造林密度的，主伐年限在10年以上，可培育26cm以上大径材。

[1] 徐纬英.杨树[M].哈尔滨：黑龙江人民出版社，1988：13-18.

[2] 吴立勋,汤玉喜，程政红,等.滩地杨树生长规律与造林配套技术的研究[M]//湖南省林业厅.十年播绿·兴林抑螺.长沙：湖南科学技术出版社，2002：77-88.

[3] 吴立勋，汤玉喜，徐世凤，等.滩地杨树立地指数表的编制[M]//湖南省林业厅.十年播绿·兴林抑螺.长沙：湖南科学技术出版社，2002：89-94.

[4] 吴立勋，汤玉喜，程政红，等.洞庭湖水位变化与滩地杨树生长规律和生长预测的研究[M]//湖南省林业厅.十年播绿·兴林抑螺.长沙：湖南科学技术出版社，2002：100-116.

[5] 吴立勋，汤玉喜，程政红，等.滩地杨树径向细胞生长、木材质量与淹水时间关系的研究[M]//湖南省林业厅.十年播绿·兴林抑螺.长沙：湖南科学技术出版社，2002：117-122.

[6] 吴敏，吴立勋，汤玉喜，等.湘林-90等5个美洲黑杨新无性系速丰性能研究[J].湖南林业科技，2008，35(6):13-20.

(责任编辑：唐效蓉)

Effectsofdensityongrowthofpoplaranditsquantitativematurityresearch

WU Min1, WU Lixun1, TANG Yuxi1, XU Shifeng1,PENG Lunkai2, HUANG Fanquan2

(1.Hunan Forestry Academy, Changsha 410004, China; 2.Forestry Bureau of Yuanjiang City, Yuanjiang 413100, China)

The experiment on 8 different afforestation densities of southern type clones of aigeiros poplars with resistibility in Dongting Lake plain was conducted. The results showed that, the DBH growth of poplar older than 5 years old and the height growth of poplar older than 8 years old were significantly different from among different afforestation densities. The rule was that the growth of DBH and height decreased with increase of afforestation density, which indicated that the forest growth at this time was confined by the deficiency of individual nutrient area. According to the cross between annual growth curve of timber volume and average growth curve of timber volume, the management objectives of poplar stands with 8 different afforestation densities could be divided into two main types: one was to breed pulpwood, fiber board and so on with diameter less than 20cm, while the afforestation density met the individual nutrient area of 8～16m2and the quantitative maturity age was 7～9 years. And the other was to cultivate the huge wood with diameter more than 26cm, while the afforestation density met the individual nutrient area of 24～36m2and the quantitative maturity age was above 10 years.

poplar; density; individual nutrient area; timber volume; quantitative maturity age

2010-03-06

2010-03-29

S 792.11

A

1003-5710(2010)02-0036-04