林业科学  2014, Vol. 50 Issue (6): 152-159   PDF    
DOI: 10.11707/j.1001-7488.20140620
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文章信息

楚秀丽, 王艺, 金国庆, 范辉华, 周志春
Chu Xiuli, Wang Yi, Jin Guoqing, Fan Huihua, Zhou Zhichun
不同生境、初植密度及林龄木荷人工林生长、材性变异及林分分化
Variation in Growth and Wood Property and the Structure Differentiation of Schima superba Plantation with Different Sites, Stand Densities and Ages
林业科学, 2014, 50(6): 152-159
Scientia Silvae Sinicae, 2014, 50(6): 152-159.
DOI: 10.11707/j.1001-7488.20140620

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收稿日期：2013-06-13
修回日期：2013-08-12

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楚秀丽
王艺
金国庆
范辉华
周志春

引用本文
楚秀丽, 王艺, 金国庆, 范辉华, 周志春. 2014. 不同生境、初植密度及林龄木荷人工林生长、材性变异及林分分化[J]. 林业科学, 50(6): 152-159.
Chu Xiuli, Wang Yi, Jin Guoqing, Fan Huihua, Zhou Zhichun. 2014. Variation in Growth and Wood Property and the Structure Differentiation of Schima superba Plantation with Different Sites, Stand Densities and Ages. Scientia Silvae Sinicae, 50(6): 152-159.  DOI: 10.11707/j.1001-7488.20140620
不同生境、初植密度及林龄木荷人工林生长、材性变异及林分分化
楚秀丽1, 王艺1, 金国庆1, 范辉华2, 周志春1     
1. 中国林业科学研究院亚热带林业研究所 富阳 311400;
2. 福建省林业科学研究院 福州 350012
收稿日期：2013-06-13；修回日期：2013-08-12
基金项目：林业公益性行业科研专项（201104001）。
通讯作者：周志春
关键词： 木荷    人工林    生长    木材基本密度    径阶分布    
Variation in Growth and Wood Property and the Structure Differentiation of Schima superba Plantation with Different Sites, Stand Densities and Ages
Chu Xiuli1, Wang Yi1, Jin Guoqing1, Fan Huihua2, Zhou Zhichun1     
1. Research Institute of Subtropical Forestry, CAF Fuyang 311400;
2. Fujian Academy of Forestry Fuzhou 350012
Abstract: In this paper, the growth, wood basic density, diameter distribution and structure stability of Schima superba plantation were investigated in 12 sample plots with different biotopes, operating measures and ages in Nanping and Sanming city of Fujian province. Results showed that, the average tree height, diameter at breast height (DBH) and individual volume of stand in shady slope were significantly larger than that of plantation in sunny slope; The tree growth, especially in DBH and individual volume of stand, in lowerslope was obviously greater than that in the middleslope and the upperslope; The average tree height of the stand increased with initial planting density; However, DBH and individual volume displayed converse trend with increase of planting density; Growth of the plantation gradually increased with stand age; Average individual volume of trees at 29 age was over 4 times greater than of trees at 13 age, and the 46-year-old stand still grew fast. There were no significant differences in wood basic density between different aspects of slope; However, the wood basic density in upperslope was significantly greater than that in middleslope and lowerslope; The wood basic density was relatively greater when the initial spacing was set at 1 667 plants per hectare; The greater or less stand density significantly reduced the wood basic density and hence wood properties; Wood basic density progressively reduced with the forest age and the varied pattern met with the variation type of Pashin Ⅲ. Differentiation in height and diameter growth and wood basic density of the plantations with the same age in the same direction and position of slope was relatively small. But the initial stand density obviously affected growth. The smaller the initial planting density the greater the variation in diameter was. The diameter distribution of S. superba plantation in different habitats (slope, position of slope), with forest management measures (initial stem-numbers) and ages was well fitted to the cumulative distribution function of Weibull distribution; The diameter distribution exhibited a reverse "J" type, suggesting the stands had a stable structure with reasonable competition and strong adaptability. The class Ⅱ and Ⅲ were the main trees in the stands according to tree classification, which also lent support that the structure of the plantations was stable. Thus, a suitable site and stand density should be selected according to the goal of cultivation. For example, forestation for large diameter of S. superba the plantation should be conducted on the shady slopes, lowerslopes and initial planting density should be 1 667 stems per hectare. Although the structure differentiation of the plantation is not obvious, appropriate thinning and density control should be applied for large diameter timber.
Key words: Schima superba    plantation    growth    wood basic density    diameter distribution    

木荷(Schima superba)为山茶科(Teaceae)木荷属(Schima)常绿阔叶大乔木，为我国亚热带地带性常绿阔叶林主要建群、高效生态树种及生物防火林带建设的主栽树种，被列为我国南方重要珍贵优质阔叶用材造林树种之一(阮传成等，1995)。因其适应性强、速生丰产性高、材质优异及育苗容易、造林成效好等特点，自20 世纪60 年代以来，福建和广东等南方省区已营建了上万公顷的木荷人工林，但受地理气候因子、立地条件和营林措施等不同因素影响，各地木荷人工造林的成效差异显著。王秀花等(2011)分析了不同立地、混交模式下木荷人工林幼龄阶段的生长及木材基本密度随年龄的径向变异，得出阳坡下坡林分长势较好，与杉木(Cunninghamia lanceolata)以1∶3混交造林效果好，而阴坡较阳坡更能促进胸径生长，并揭示木荷人工造林效果差异原因。但缺乏对木荷人工林生长与林分分化的系统分析，未能指出林分结构稳定性情况。

出材量和木材基本密度是人工林材性利用考虑的两大关键因子，进行不同生境和经营措施下木荷人工林出材量和木材基本密度差异研究对木荷人工林目标经营具现实意义。同时，径阶分布是林分结构的基本规律之一(孟宪宇，1985)，其特征是林分生长稳定性及林分株间竞争的主要指标(李凤日，1991； 惠淑荣等，1993； Westphal，2006； Rubin et al.，2006； 黄志森，2010)。了解林分径阶分布能够掌握其结构的稳定程度，能够为林分经营管理提供理论依据(Nanos et al.， 2002； Nord-Larsen et al.，2006)。本文研究了不同生境、初植密度及林龄的木荷人工林的生长(特别是出材量)、木材基本密度、径阶分布特征及林分林木分级等，以期为木荷人工林定向培育的造林规划及经营管理提供理论依据。

1 材料与方法 1.1 试验地概况和试验材料

试验材料来自福建省南平市和三明市营建的木荷人工林。南平市和三明市地处福建省中北部，属亚热带海洋性季风气候，年均温19 ℃，年均降水量1 600～1 800 mm，无霜期285天，相对湿度81%。造林地皆为低山丘陵，土壤为山地红壤，肥力中等偏上，土层厚度80～100 mm。

调查38块木荷人工林样地，在林龄、初植密度等条件一致情况下，选取具可比性的12块代表样地(样地大小30 m×30 m，基本情况见表 1)，包括不同坡向(阳坡NP2-1、阴坡NP2-2)、不同坡位(下坡JO1-1、中坡JO1-2和上坡NP1-1)、不同初植密度(高密度JO1-2、中密度SC2-1和低密度SC1-1)、不同林龄(幼龄林JO5-3、中龄林YX3-1和近熟龄林NP2-2)的9块样地及研究不同林龄段木材基本密度的林龄大于50龄的3块样地(SC4-1，SC5-1，SC6-1； 因样地SC4-1，SC5-1，SC6-1分别代表不同坡向，分析不同林龄段木材基本密度所用数据为三者平均值)。

表 1 筛选的木荷人工林样地概况 Tab.1 The general site situation about the selected st and s of S.superba
1.2 样地调查、指标计算及参数拟合

在所设样地内，随机选取50株样木，每木量测树高、胸径等指标。同时，在各样地每木胸高处上坡方位用5 mm直径的生长锥钻取由树皮至髓心的无疵木芯，对所取的木芯自髓心向外每5个年轮切成一段，分别量测各年轮段的年轮宽度(Wi)，并用最大含水量法(Smith，1954)测定每年轮段的木材基本密度(Di)。利用各年轮段宽度测定值(Wi)估算其所代表的年轮段面积(Ai)，进而计算每根木芯的加权平均基本密度=ΣAiDi/ΣAi。单株材积按V=πd21.3(h+3)fε/4 公式估算，其中d1.3为1.3 m 处直径即胸径，h为树高，fε为实验形数(fε=0.40)(孟宪宇，2006； 张蕊等，2012)。

采用Weibull分布函数F(x)=1-e-{[(x-a)/b]^c}进行参数拟合(Lindsay et al.，1996； Westphal et al.，2006)，x≥a，a＞0，b＞0，径阶分布拟合的径阶宽度为2 cm，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，即径阶中值。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1～3.6 之间，为单峰左偏山状分布，当c＜l 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 时为近似正态分布，当c→∞时变为单点分布(惠淑荣等，2003； Westphal et al.，2006)。

在测定标准样地每木检尺的基础上，对样地林木进行分级： d=r/R的公式(r： 林木胸径，R： 林分平均胸径)，求得每株的d值，按分级木(Ⅰ～Ⅴ 级木)归类，统计各标准地分级木比例。标准为： Ⅰ级木，d≥1.336； Ⅱ 级木，l.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(丁宝永等，1986； 刘剑丛，2011)。

1.3 数据处理

采用Excel软件进行数据基本处理及制图，运用SPSS18.0 软件进行T检验和Duncan’s检验，验证坡向、坡位等对木荷人工林生长指标及木材基本密度影响的显著性。

2 结果与分析 2.1 不同生境、初植密度及林龄木荷人工林生长

1)不同坡向、坡位木荷人工林生长 选立地、初植密度和林龄一致且具可比性的阳坡和阴坡(分别为NP2-1，NP2-2，其林龄为46年)及下坡(JO1-1，林龄42年)、中坡(JO1-2，林龄42年)和上坡(NP1-1，林龄46年)样地，对相关性状进行分析(表 2)，阴坡树高、胸径及单株材积均显著大于阳坡，其中单株材积接近阳坡的2倍； 下坡树高为20.10 m，与中坡(19.13 m)差异不显著，但二者均显著大于上坡(15.16 m)； 下坡胸径(21.43 cm)、单株材积(0.346 m3)均明显大于中坡、上坡，单株材积分别比中、上坡大40.65%和50.43%。

表 2 不同坡向、坡位木荷人工林生长及变异① Tab.2 Growth and it’s variation of S. superba plantation in different aspect and position of slope

不同坡向、坡位林分树高、胸径的变异系数均在20%以下(表 2)，表明这些生境下木荷人工林林分生长较整齐，变异不明显。

2)不同初植密度、林龄木荷人工林生长 对所选生境、林龄(42年)等一致，初植密度存在梯度的样地[分别为JO1-2(2 500 株·hm-2)、SC2-1(1 667 株·hm-2)、SC1-1(625 株·hm-2)]，及生境、初植密度(2 500 株·hm-2)等一致的不同林龄样地，分别为JO5-3(林龄13年)、YX3-1(林龄29年)、NP2-2(林龄46年)进行生长性状分析(表 3)，不同初植密度及林龄林分树高、胸径及单株材积差异极显著。树高随初植密度减小而降低，当初植密度为2 500 株·hm-2时，树高最大，显著大于其他2种初植密度对应的林分高，较二者均大25%以上； 而胸径和单株材积则随初植密度减小而增大，初植密度为625 株·hm-2时，胸径和单株材积均最大，显著大于其他2种初植密度对应指标。较大林龄林分的树高、胸径和单株材积均分别显著大于较小林龄林分的相应指标； 46龄林分树高、胸径和单株材积分别较29龄林分相应指标大37.07%，21.48%和88.94%； 同样地，29龄时分别较13龄时相应指标大28.53%，84.47%和314.58%； 从不同林龄段生长量增幅可见，木荷人工林29龄、46龄时生长仍较快。

表 3 不同初植密度、林龄木荷人工林生长及变异 Tab.3 Growth and it’s variation of S. superba plantation with different initial density and st and age

不同初植密度对应树高的变异系数均在20%以下，而胸径变异系数随初植密度降低逐渐增大，降至625株·hm-2时，变异系数达23.66%，表明较小的初植密度将促进林木个体胸径分化。不同林龄木荷人工林林分树高、胸径变异系数均在20%以下，表明该初植密度(2 500 株·hm-2)下，木荷人工林不同林龄树高、胸径变异较小。

2.2 不同生境、初植密度及林龄木荷人工林木材基本密度

1)不同坡向、坡位木荷人工林木材基本密度 木荷人工林木材基本密度在坡向间差异不显著； 而在坡位间差异极显著，上坡的木材基本密度最大，为0.624 g·cm-3，显著大于中、下坡，较下坡大14.92%(表 4)。

表 4 不同坡向、坡位木荷人工林木材基本密度变异 Tab.4 Wood basic density and it’s variation of S. superba plantation in different aspect and position of slope

不同坡向、坡位间木材基本密度变异系数均较小，最大仅6.3%(表 4)，表明该立地条件下木荷人工林林分木材基本密度较稳定。

2)不同初植密度、林龄木荷人工林木材基本密度 木荷人工林木材基本密度受初植密度影响显著(表 5)，随初植密度降低先增大再减小，初植密度在1 667 株·hm-2时，木材基本密度最大，为0.594 g·cm-3。对顺昌50龄以上样地(SC4-1;SC5-1;SC6-1)林木按其木芯年轮代表的林龄进行木材基本密度均值测定计算表明：随林龄增大，木荷人工林木材基本密度显著减小(表 5)，40～50龄段、30～40龄段分别显著小于30～40龄段和20～30龄段； 20龄之前的2个林龄段的木材基本密度虽差异不显著，但仍表现出随林龄增大而降低的趋势(木材基本密度由0～10龄段的0.640 g·cm-3降到10～20龄段的0.635 g·cm-3)。

表 5 不同初植密度、林龄林分木材基本密度及变异 Tab.5 Wood basic density and it’s variation of S. superba plantation with different initial density and age

木材基本密度变异系数在相同初植密度(均小于6.6%)或林龄段(均小于2.7%)内均较小(表 5)，表明木荷林分的木材基本密度在相同初植密度特别是同一林龄段内较稳定。

2.3 不同生境、初植密度及林龄木荷人工林径阶分布

1)不同坡向、坡位木荷人工林径阶分布特征 不同坡向、坡位径阶分布的拟合统计量r2值符合统计要求(表 6)，表明其拟合效果较好。阴坡、阳坡及上、中、下坡位径阶分布形状参数c皆小于1，即均为倒“J”型分布。

表 6 不同坡向、坡位林分径阶分布参数及林木分级 Tab.6 Diameter distribution and classification of S. superba plantation in different aspect and position of slope

木荷人工林林木分级显示Ⅱ，Ⅲ级木占90%以上，Ⅴ级木均未出现(表 6)，表明不同坡向、坡位林分分化不明显。

由不同坡向、坡位径阶中值与径阶分布累积散点(图 1)可知，其径阶分布形状相近，相同分布累积下，阴坡径阶明显较阳坡大，下坡径阶较中、上坡大。

图 1 不同坡向、坡位木荷人工林径阶分布累积 Fig. 1 Cumulation of diameter distribution of S. superba plantation in different aspect and position of slope

2)不同初植密度和林龄木荷人工林径阶分布特征 对不同初植密度、林龄木荷人工林径阶的拟合效果较好，形状参数c皆小于1(表 7)，表明其径阶亦均为倒“J”型分布。

表 7 不同初植密度、林龄林分径阶分布参数及林木分级 Tab.7 Diameter distribution and classification of S. superba plantation with different st and stocking and age

不同初植密度、林龄木荷人工林林木分级显示，Ⅴ级木均未出现(表 7)，说明不同初植密度、林龄间林分没有明显分化。由表 7还知，随初植密度降低，Ⅰ级木比例增加，同时Ⅳ级木也增加，即较小初植密度可促进林分内个体分化，这与上文对胸径变异系数分析一致。

不同初植密度、林龄林分的径阶中值与径阶分布累积散点(图 2)再次表明：其径阶分布形状相似，即均为倒“J”型，且随初植密度的降低、林龄的变大逐渐向大径阶转移。相同分布累积，较高密度林分所对应的直径明显小于较低密度林分，表明密度越高的林分所对应直径越小，即林分整体直径构成愈小，进而必将导致材种规格降低。同一分布累积对应的径阶中值随林龄增大显著增大； 相同分布累积林龄段间径阶差值表明：46龄林分生长较29龄稍慢，但46龄尚处在快速生长期。

图 2 不同初植密度和林龄木荷人工林径阶分布累积 Fig. 2 Cumulation of diameter distribution of S. superba plantation with different initial planting density and st and age
3 结论与讨论 3.1 不同生境、初植密度、林龄木荷人工林生长及变异

不同坡向、坡位林分树高、胸径及单株材积差异极显著。阴坡树高、胸径及单株材积显著大于阳坡。王秀花等(2011)研究表明：阳坡更能促进木荷分枝等生长，阴坡则更利于木荷胸径发育，其研究对象为13龄幼林，而本研究所选阴坡、阳坡样地林龄为46龄，表明木荷较适宜于阴坡生长。这与木荷属阴性，与其他常绿阔叶树种混交发育甚佳的论断一致(http://baike.baidu.com/view/57533.htm)。下坡较中、上坡生长好，尤其下坡林分胸径和单株材积明显大于中、上坡，这与下坡较中坡更适于木荷人工林生长的研究结果(王秀花等，2011)相一致。树高随初植密度减小变低，而胸径和单株材积则相反。Rubin等(2006)、Lasserre等(2008)也得出同样结论，高密度利于树高生长而低密度则促进胸径发育。林龄较大的林分树高、胸径和单株材积分别显著大于林龄较小林分的相应指标，29龄、46龄时木荷人工林生长仍较快。本研究结果与叶世坚(1999)对木荷人工林研究结论一致，即至40龄时胸径平均生长量仍呈上升趋势，为生长较快林龄段，在此期间，应加强管理，适时进行间伐施肥，以保证林木生长所需的养分。蔡飞等(1996)研究表明木荷生物量达到峰值的林龄约80～90年。可见，木荷速生期较长。

不同坡向、坡位及林龄林分生长变异系数均在20%以下，表明这些生境、林龄段内木荷人工林生长稳定、变异较小。初植密度对木荷人工林胸径变异的影响较大，随初植密度降低，林分林木个体胸径变异增大，低密度条件下，可能因个体幼年生长差异导致的不对称竞争(Pretzsch et al.，2010)致使生长过程中胸径生长存在较大的变异。相同条件下，木荷胸径的变异大于树高，表现出同龄纯林特征(俞益武等，1999)。

3.2 不同生境、初植密度及林龄木荷人工林木材基本密度及变异

木荷人工林木材基本密度在坡向间差异不明显，但在坡位、初植密度及林龄间差异极显著。上坡生长最慢，但木材基本密度最大，显著较下、中坡大，可能下坡立地较好的水肥条件(王秀花等，2011)促进木荷较快生长而导致木材基本密度降低。木材基本密度随初植密度减小先升高再降低，表明初植密度将影响木材基本密度，高密度促进树高生长，低密度促进胸径生长，高、径的较快生长均可能造成木材基本密度的降低。Lasserre等(2008)研究表明较小初植密度条件下辐射松(Pinus radiata)的3个无性系胸径均较大，且较小初植密度下辐射松不同无性系木材弹性模量均较小，而较大初植密度对应木材弹性模量较大。可见，不同初植密度可能是导致材性差异的主要原因。因此，依据工艺材性要求，林分需要考虑合理的初植密度。木材基本密度随林龄增大而减小，变化符合Panshin Ⅲ型(Panshin et al.， 1980)，与其他阔叶树种变化趋势一致(Hamilton，1961； 刘盛全，1996)，这可能与木荷靠近髓心部分抽提物含量较高有关(周志春等，2003； 王秀花等，2011)。

相同坡向(阳坡或阴坡)、初植密度及林龄的木荷人工林木材基本密度变异系数较小，即相同生境、初植密度及林龄的木荷人工林木材基本密度较稳定、变幅较小。

3.3 不同生境、初植密度及林龄木荷人工林径阶分布特征与林分分化

不同坡向、坡位、初植密度及林龄的木荷人工林径阶均为倒“J”型分布。倒“J”型分布是林分结构稳定的必要特征之一(蔡飞等，1996； Westphal et al.，2006)，也被认为是原始雨林的理想结构(黄清麟等，2003)及异龄林常有结构(Hough，1932； Ford，1975； Kunisaki et al.，1996)。因此，木荷人工林结构稳定，竞争较合理(孟宪宇，2006)，其林分并不因生境改变或林龄增加即刻表现出不适应。46龄木荷人工林分生长较29龄稍慢，但其仍属快速生长期。可见，木荷人工林主伐年龄应为50龄后(叶世坚，1999)及木荷生物量达到峰值年龄约80～90龄(蔡飞等，1996)的论断是可能的。不同坡向、坡位、初植密度及林龄林分的径阶分布形状相近，阴坡径阶明显较阳坡大，下坡径阶较中、上坡大，且随初植密度降低、林龄变大逐渐向大径阶转移。较高密度林分所对应的径阶小于较低密度林分，表明高密度林分所对应林分直径越小，将导致材种规格降低，杉木人工林径阶也表现出类似规律(段爱国等，2004)。因此，培育不同径阶林分势必考虑坡向、坡位、初植密度及主伐期。

不同坡向、坡位、初植密度及林龄林分的Ⅱ，Ⅲ级木占主体，Ⅰ，Ⅳ级木所占比例较低，均未出现Ⅴ级木，表明林分分化程度较低。依据林分应培育Ⅰ级木，间伐Ⅱ级木，解放Ⅲ级木，移除Ⅳ，Ⅴ级木的原则(丁宝永等，1986)，该木荷人工林对空间养分需求的激烈竞争尚未在立木分级上表现出来，暂时不需强度抚育间伐措施，或结合实际进行轻度抚育间伐。

本文只针对目的样地进行单因素比较，而双因素比较可以更全面掌握影响木荷人工林生长及其结构的因素，能够为木荷人工林经营提供重要理论依据，应在本研究基础上进行较深入的研究。

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