杉木[Cunninghamia lanceolata (Lamb.) Hook.]广泛分布于我国秦岭和长江以南17个省(区)，具生长快速、材质好、产量高、用途广等特点，是重要的用材树种之一^[1]。由于杉木大径材培育周期较长，我国杉木经营以产出中小径材为主，经济与生态效益较低，木材供给矛盾日益凸显。如何有效提高杉木大径材的出材量是当前林业工作者亟待解决的问题。大量研究表明，由于地理种源上的差异性，不同杉木遗传材料的选育背景与水平对出材量具有较大影响。王润辉等^[2]采用多性状指数选择法对140个无性系杉木进行对比，认为杉木生长性状的遗传变异系数远大于材质性状，选育时兼顾生长性状与材质性状是可行的。戴俊等^[3]通过对10省份84个无性系的测定林展开不同林龄杉木人工林生长评价，认为相同生境下不同无性系杉木的生长性状表型存在明显差异。杭芸等^[4]运用分子技术探寻153个杉木无性系基因中与其材性性状紧密连锁的基因位点，结果表明, 杉木无性系的特定基因位点可影响其材质性状表型。可见，充分利用杉木不同无性系遗传特性的差异性，对定向筛选出适合培育大、中、小径材的杉木无性系具有重要意义，但目前对杉木遗传材料生长差异性的材种结构的研究甚少。鉴于此，本研究选择漳平五一国有林场的17年生杉木无性系测定林为研究对象，通过对现存的39个无性系的大、中、小径材出材量与出材率等材种结构特征进行测定分析，旨在筛选出适用于定向培育大、中径材的优良无性系，为杉木人工林高效培育精准提供造林材料。

试验地设在漳平五一国有林场石板坑工区，海拔300 m。该地为山地红壤，土层深厚，土壤肥沃，林地立地等级为Ⅱ类。试验的杉木无性系林龄17 a，编号为M1~M50，均取自福建杉木研究中心、福建省杉木子代测定协作组筛选的杉木优良无性系^[5]。造林前带状整地，带间距离2.0 m，株间距离1.5 m，挖明穴，规格60 cm×40 cm×30 cm。造林后3 a内每年全面锄草抚育2次。

综合考虑试验地内杉木无性系的区域分布、自然灾害、采伐及人为干扰等因素，选择其中现存较完整的39个无性系为研究对象，其胸径9.16~31.00 cm，树高8.05~20.60 m，不同无性系生长性状的平均值如表 1所示。

对参试杉木无性系进行每木检尺，在利用测高杆测定树高的基础上，确定杉木胸径径阶，以2 cm为径阶距且上限不计入该径阶，林内起始径阶为8 cm，即立木胸径7.0~8.9 cm属于此径阶，最大径阶为32 cm(胸径31.0~32.9 cm)，首尾含13个径级。统计每个无性系各径阶的株数(n_i, 株)，以及每个径阶内杉木的平均胸径(D_i, cm)和平均树高(H_i, m)。

根据所有参试杉木无性系立木的胸径实际测定值，选择4种常用函数进行树高生长的回归拟合^[6-7]，即二次函数、幂函数、一次函数和指数函数，通过比较判定系数(R²)，筛选出适宜测定林的最优拟合方程。

利用无性系各个径阶的平均胸径与拟合树高，并采用杉木二元材积经验式^[8]对无性系不同径阶的杉木单株材积进行统计。每个径阶的参试杉木株数是将该径阶现存株数(n_i)转化为单位面积株数(N_i)，不同杉木无性系蓄积量(V_m，m³·hm^-2)是各个径阶的杉木单株材积与参试杉木株数乘积的总和。

不同无性系杉木按其径阶(i)进行材种划分：i＜9 cm为小条木(非规格材)，9≤i＜15 cm为小径材，15≤i＜25 cm为中径材，i≥25cm为大径材^[7]。为更加科学、合理分析材种结构的差异，在计算不同无性系材种结构的材积时，将其归入规格材与非规格材以便为材种结构的划分提供依据。其中，小条木归非规格材，单株材积用式(1)统计，小径材、中径材和大径材归规格材，采用式(2)统计单株材积^[9]。

式中：V_非规为非规格材的单株材积(m³)；V_规为规格材的单株材积(m³)；D_i为各径阶杉木的平均胸径(cm)；H_i为各径阶的平均树高(m)。

相聪伟^[7]通过对1个轮伐期内不同立地条件下的杉木材积进行研究，最终得出杉木不同径阶的材种结构组成差异明显，且不同径阶杉木林的不同材种出材率存在一定的规律，如表 2所示。8径阶[7, 9)杉木的材积中100%为非规格材积、0%为规格材积；10径阶[9, 11)杉木的材积中60%为非规格材积、40%为规格材积，其余径阶以此法查表 2。

无性系单个材种出材量(V_材种)为所有该材种结构内杉木的材积之和。不同无性系的出材量(V_出材)是无性系的4个材种出材量之和。材种的出材量分别采用式(3)、(4)进行统计^[7]。无性系的材种出材率(%)为材种出材量(V_材种)与蓄积量(V_m)的比值，其出材率(%)为出材量(V_出材)与蓄积量(V_m)的比值。

式中：V_小条木为小条木材种的出材量(m³·hm^-2)；V_径材为小径材、中径材和大径材这3个材种的出材量(m³·hm^-2)；l为径阶的1/2，测定林起始径阶i为8，上限径阶i为32，故l为[4, 16]；T₁为小条木的径阶材种占比；T为规格材材种在各径阶的占比，包括小径材(T₂)、中径材(T₃)、大径材(T₄)；N_2l为各个径阶的参试无性系杉木株数。

运用Excel软件对每木检尺所得原始数据进行整理与作图；运用SPSS 25.0软件对生长量进行one-way ANOVA分析(P=0.05)，Tukey-b多重比较(P=0.05)，对大径材、中径材出材量采用欧式距离(distance, D)进行系统聚类。

对所有参试杉木的树高和胸径两个生长因子进行回归拟合, 结果如图 1所示，4条拟合线的R²升序排列为：二次函数(R²=0.671 0)>幂函数(R²=0.662 4)>一次函数(R²=0.641 3)>指数函数(R²=0.618 4)，因杉木随着年龄的增长，其树高为先快速后缓慢增长趋势，与二次函数的变化趋势不符，故选择幂函数：H_i=2.197 9D_i ^{0.648 5}作为拟合方程，式中自变量为无性系i径阶的平均胸径D_i，因变量为该径阶拟合树高，记为H_i(m)。

	图 1 17年生无性系杉木胸径-树高生长量回归拟合 Fig. 1 Regression analysis for diameter at breast height growth with height of 17-year-old Chinese fir plantation
图选项

结合表 1中树高实测数据可知，与图 1筛选出的幂函数拟合结果的数值相比，不同无性系测定林所对应的拟合树高与实测树高的差异未达显著水平(P>0.05)。拟合树高方程的引入结合实测树高数据可用于杉木人工林林分蓄积量与出材量的比较。

比较不同杉木无性系蓄积量、出材量及出材率, 结果如图 2所示。随着蓄积量曲线的下降，与其对应的无性系出材量变化趋势呈现波动状，39个无性系的蓄积量均值为278.42 m³·hm^-2，在278.42 m³·hm^-2以上的无性系共计21个，占测试无性系的53.85%。其中, M17蓄积量最高，M6最低，两者相差301.13 m³·hm^-2。但是，不同杉木无性系出材量变化趋势与蓄积量不一致，其均值为214.85 m³·hm^-2，其中，M43出材量最高，M6最低，M43是M6的4.33倍。从不同无性系出材率的变化趋势来看，其表现出与出材量相似的差异性规律，所有参试无性系的出材率处于64.71%~87.72%，其中，出材率在78.51%以上的无性系有12个，占30.77%。

	图 2 不同杉木无性系蓄积量、出材量及出材率的比较 Fig. 2 Comparison of the volume, timber yield, and percentage of output among different clone Chinese fir plantations
图选项

由此可见，同一无性系的蓄积量和出材量在所有参试无性系中的排序存在较大差异。蓄积量高的无性系，未必同时具有较高的出材量。例如，蓄积量最高的M17在出材量方面却低于M43。M42蓄积量虽高，但其出材量明显低于M35，这进一步说明根据不同材种结构的出材率可为筛选杉木优良无性系提供可靠依据。

参试的17年生不同无性系杉木林的树高、胸径和材积的差异均达显著水平(P < 0.05)，从中选优的结果是可靠的。通过对不同杉木无性系大径材、中径材出材量的差异性进行聚类分析, 无性系材种出材量的比较结果如表 3所示。不同参试无性系的大径材出材量为67.15 m³·hm^-2，按照D=3将无性系以大径材出材量分为10组，由高至低编号为Ⅰ~Ⅹ。其中，M43在Ⅰ组，其大径材出材量达236.07 m³·hm^-2、出材率达58.18%，而Ⅹ组有7个无性系的大径材出材量为0。从不同杉木无性系的中径材差异性来分析，按照D=6可划分为5组，由高至低编号为1~5(表 3)。其中，1组的M1、M11、M16、M33平均出材量185.73 m³·hm^-2；而2、3组包含了31个无性系，其出材量均值为124.36 m³·hm^-2；4、5组中出材量均在25.00 m³·hm^-2以下。

大、中径材比率决定着人工林林分的出材量，因此，根据所有参试无性系测定林的大径材聚类结果，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ组的M8、M17、M43、M50视为培育大径材的优良无性系，而Ⅳ、Ⅴ组中M5、M34、M35因其中径材出材量处于2组，总出材量较大也被选入。经多重比较表明：选择的7个无性生长量的多重比较差异不显著(P>0.05)，故可选为优良大径材无性系。

除了以上7个无性系外，仍有可作为以培育中径材为主的无性系。Ⅵ组、Ⅶ组大径材出材量虽低，但是其中的M11、M1、M16的中径材出材量处于1组，M23、M24、M37处于2组，单看中径材出材量指标，Ⅷ组的M33处于1组，多重比较结果表明，7个无性系生长量差异不显著(P>0.05)，可以选择为优良中径材无性系。

有学者在综合论述林分断面积生长模拟理论及技术手段的基础上，认为目前按照带皮材积的单位面积产量进行优良种质材料的初步筛选是较为可靠的^[10]。但本研究将无性系的原条材积与带皮材积进行比较时发现，单位面积蓄积量高的无性系其单位面积出材量并非保持优势，M43与M17、M42与M35、M34和M8均是前者的蓄积量高于后者，但出材量低于后者，而M8、M17、M34、M35、M43均在优良大径材无性系行列中，故选育时根据材种出材量筛选目标无性系可提高准确率。

由于不同杉木无性系其蓄积量与出材量差异显著，出材率随出材量的变化而变化，故优良材种结构的杉木无性系选育时，应按照出材量为决定要素，生长量为第二因素，所筛选出无性系除了具较好的材种结构外，其遗传性状也应达优良水平，选育需综合两者共同决定。本研究表明，不同无性系间生长量差异明显，与吴鹏飞等^[5]的研究结论相似，说明在无性系选育上仍具选择空间。分析其原因，可能与无性系的遗传性状有关。赵林峰等^[11]研究认为，杉木无性系优良性状的重复力会随着林龄增加而递增，并影响林木后期生长，另外，不同遗传性状的稳定性在无性系各发育阶段内也存在差异^[12]，赵承开^[13]对不同林龄杉木进行生长量调查后认为2~3 a优良无性系漏选率70%、5~6 a漏选率50%，9 a后的优良无性系选育漏选率几乎为0，段爱国等^[14]研究发现，20年生杉木无性系的胸径和树高生长性状具中等遗传力，并与材积生长量呈显著正相关性，故不同无性系的优良遗传性状可体现在其生长量方面。

本研究对各无性系材种结构进行了比较和分析，发现不同无性系间的不同材种结构存在差异，大径材聚类的10组结果中，前5组12个无性系的大径材出材量均在100 m³·hm^-2以上，而后5组较差，中径材聚类的5个分组中，1、2组共19个无性系占48.72%，其中径材出材量均在130 m³·hm^-2以上，后3组共20个无性系，其中径材出材量则较差，而此差异可能与无性系的胸径生长量有关。相聪伟等^[15]研究发现，立地质量与造林密度到中龄林时对林木树高生长影响不显著，提高胸径生长量可增产林分材积。有研究表明，通过实施间伐处理，可快速降低林分密度，促进林下植被群落发育，最终达到改良林地土壤理化性质、提升土壤肥力的目的^[16]。间伐后林地短期内的养分水平会下降，将除木材外的残留物就地掩埋，也可加快养分归还^[17]，这样有利于杉木人工林胸径的生长，促进其呈单峰型正态分布的峰值向右移动，大大提高了大径材材种的出材率^[18]。

本试验发现，17年生无性系测定林中被选育出的大、中径材无性系，其生长量、各材种结构均属于参试39个无性系聚类结果的前列分组，可能是测定林已过杉木轮伐期的1/2，选育准确性很高，无性系杉木林也符合人工林生长发育阶段的特点。该测定林立地质量为Ⅱ类，初植密度为3 333株·hm^-2，符合相聪伟等^[19]、FAROOQ et al^[20]研究的适宜定向培育目标径材造林密度与立地，此条件有利于杉木幼苗根系生长，从而更有效地利用土壤碳源^[18]，但幼龄林时期，环境因子对林分的生长影响较大^[21]，且该时期林分的材种结构以小条木和小径材为主，筛选条件不充分。延迟选育时间可做到优良无性系选育成功率大幅提升，但此法致选育周期不可控，故成熟林阶段的优选结果虽准确，但因耗时过长致育种效率不高^[3]。至于中龄林时期，林木生长趋势呈线性增长，各径阶材积已具材种结构分类的前提条件，不同立地质量与初植密度使得不同林分材种结构不同^[22]，本研究所选取的7个优良无性系其大径材出材量优于其他无性系，其地理种源也距闽西地区相近，选出后可提升大径材培育效率；杉木无性系在不同生境的表型差异可导致其材种结构变化^[5]，因此，今后应对筛选出的优良无性系继续观测，完成整个轮伐期生长情况的动态追踪，验证中龄林筛选无性系的可靠性，以加深对不同无性系材种结构及蓄积量差异性规律的进一步研究。

采用模型估算法，利用17年生杉木无性系测定林中的428株杉木的胸径、树高拟合结果的R²及实际生长情况，选出幂函数H_i=2.197 9D_i ^{0.648 5}为该林分的最佳拟合树高模型。根据生长量统计结果，蓄积量与出材量前两位如下，M17蓄积量达415.45 m³·hm^-2，为最高值，其出材量为319.61 m³·hm^-2，M43蓄积量为405.78 m³·hm^-2，其出材量达325.72 m³·hm^-2，为最大值，M17的出材量低于M43，参试无性系的出材率处于64.71%~87.72%。以无性系材种出材量的聚类分组为基础，结合17年生39个杉木无性系生长指标的差异性，选优所得适合用于培育大径材的无性系为M5、M8、M17、M34、M35、M43、M50共7个无性系，占参试无性系数目的17.95%，平均出材量为153.83 m³·hm^-2；而M1、M11、M13、M16、M23、M33、M37共7个无性系则适用于作为杉木中径材定向培育的造林材料，这些无性系中径材出材量均值为168.45 m³·hm^-2，其出材率平均值为55.08%。