遗传育种、立地选择和密度控制是人工林经营和材种培育的关键技术^[1]，其中合理的间伐保留密度，可以有效地调控和改善林分内光照、温度、湿度、土壤养分等环境条件，是培育人工林大径级木材的基础性技术措施^[2-3]。国内外大量研究表明，林分密度的改变可调控林分生长和林木竞争，从而影响林分径级分布和材种结构^[4-6]。

杉木[Cunninghamia lanceolata (Lamb.) Hook.]是我国南方最重要的速生造林树种，其栽培面积达8.93×10⁶ hm²，蓄积量达6.25亿m³，分别约占全国人工乔木林主要优势树种的1/5和1/4^[7]。近年来，一方面随着杉木育种水平的提高，高世代杉木良种在生产上大量应用，对林地养分管理和造林技术要求的提高，传统栽培技术已不能适应这些良种造林要求，另一方面，随着我国国民生活水平的提高，主要以中小径材为主的杉木人工林栽培方式已无法满足杉木大径级木材的需求，供给结构失衡日趋突出^[8-10]。因此，大力发展杉木优质大径材定向培育已成为杉木人工林发展的一个重要趋势。然而，在传统杉木人工林培育中，由于对短期经济效益的追求，间伐抚育普遍存在间伐强度偏小，间伐保留密度较大的现象。杉木林经营过程中，以抚育间伐为核心的密度调控是杉木培育，特别是大径材培育的关键技术环节。在当前我国杉木市场对大径级木材需求旺盛背景下，针对目前现存中龄杉木林进行以抚育间伐为核心的大径材培育，并在杉木林下套种阔叶树，从而营造异龄复层的近自然经营杉阔混交林，是当前我国杉木大径材培育的重要方向。目前，针对立地条件较好的杉木林，如何从中龄林阶段进行合理的密度调控，并配合林下套种进行杉木大径材定向培育的问题尚未明确，间伐对杉木中龄林材种结构形成的影响也相对较少^[11]。

有鉴于此，本试验以福建省顺昌埔上国有林场11年生杉木中龄林为研究对象，采用不同间伐保留密度对林分进行改造，并在间伐后林下混合套种阔叶树，探讨不同间伐保留密度和林下套种对杉木中龄林生长和材种结构的影响，为杉木中龄林大径材定向培育的密度控制和近自然经营提供参考。

样地位于福建省顺昌埔上国有林场(117°46′E，26°55′N)，属低山丘陵地带，中亚热带海洋性季风气候区，年平均气温18.5 ℃，极端最高气温40.3 ℃，最低气温-6.8 ℃，年平均降水量1 880 mm，雨季多集中在春夏两季。试验地海拔200~400 m，坡度在20°~30°，年平均日照时间1 699 h，无霜期可达230 d以上。土壤以红壤为主，土层厚度大于1 m，理化性能良好，是适合杉木大径材培育的中心产区。试验地内0~10、10~20和20~40 cm土层的土壤密度分别为1.15、1.23和1.36 mg · m^-3，最大持水量分别为481.07、411.78和335.65 mm，最小持水量依次为153.88、151.99和143.66 mm，毛管持水量分别为406.66、397.61和294.19 mm，土壤毛管孔隙度依次为46.18%、43.46%和40.89%，总孔隙度依次为52.29%、52.83%和45.55%。

试验林林龄为11 a，地位指数为22，间伐试验处理前林地密度为1 500~1 980株· hm^-2。试验采用随机区组设置间伐保留密度分别为900、1 200、1 875株· hm^-2，每个处理设置20 m×20 m的标准样地3块，共计9块样地。2017年4月，进行间伐试验，间伐后在林下混合均匀套种木荷(Schima superba Gardn. et Champ.)、观光木[Michelia odora (Chun) Nooteboom & B.L.Chen.]、火力楠(Michelia macclurei Dandy.) 和楠木[Phoebe bournei (Hemsl.) Yang.]4种阔叶树，密度均为225株· hm^-2。

2017—2020年每年的4月对各个样地的杉木进行每木检尺，使用围径尺测定胸径，树高测量采用激光测高仪，以5 m标杆测量南北冠幅和东西冠幅，并以2017年的数据作为间伐处理前的生长情况，计算其林分密度、单株材积和蓄积量等指标；2020年测定各样地林下套种阔叶树树高和地径。

为方便统计和计算，以2 cm为一个径阶，对杉木胸径进行径阶划分，如18径阶包括[17，19) 范围，对各径阶株数进行统计，并分别计算各径阶杉木的平均胸径，计算公式^[12]如下：

式中：$ \overline{D_{i}}$表示第i径阶平均胸径(cm)；N表示第i径阶总株数，d_i表示第i径阶胸径(cm)。

为提高树高测量值的精准度，通过建立试验样地内所有林木的胸径-树高生长模型，利用实测的平均胸径代入生长模型，算出拟合树高进行后续分析(图 1)。胸径-树高生长模型的拟合优度分析表明，各拟合模型的精准度排序为幂函数(R²=0.306 1)＞指数函数(R²=0.292 1)＞二次函数(R²= 0.290 5)＞一次线性函数(R²=0.286 2)，所以，选择幂函数y=4.492 6x^{0.427 5}作为树高回归计算的最优函数模型。

	图 1 树高、胸径回归拟合结果 Fig. 1 Regression fitting results of tree height and diameter at breast height
图选项

其公式^[13]如下：

式中: D_i为第i株杉木胸径(cm); H_i为第i株杉木树高(m)。

根据林分立木材种按径阶区分，按照表 1所示比例，计算各径阶材种出材量及材种比例^[12]。

杉木规格材原条用材出材量计算如下：

式中: V_规表示规格材原条材种出材量(m³)；D为径阶平均胸径(cm)；H为径阶平均树高(m)。

试验数据用Excel 2010软件进行整理及计算和制图(数据形式为平均值±标准差)，运用SPSS 23软件的单因素方差分析(ANOVA) 及多重比较，分析不同间伐保留密度下杉木平均胸径、平均树高、蓄积、材种结构的差异，以及阔叶树平均树高和平均地径之间的差异。

间伐后平均胸径均随着间伐保留密度的增大而减小(表 2)。在900株· hm^-2间伐保留密度下，林分平均胸径在2018—2020年连续3 a均显著高于1 875株· hm^-2处理(P < 0.05)，分别是1 875株· hm^-2处理的1.13、1.15和1.15倍。平均胸径3 a增长量和增长率均随着间伐保留密度的增加而减小，其中3 a增长量在900株· hm^-2保留密度下显著高于1 875株· hm^-2处理(P < 0.05)，表明较低的间伐保留密度对杉木中龄林胸径生长有显著促进作用。林分平均树高呈现随间伐保留密度增大而减小的趋势(表 2)。其中，在900株· hm^-2间伐保留密度下，林分平均树高在2018—2020年连续3 a均显著高于1 875株· hm^-2 (P < 0.05)。平均树高3 a增长量和3 a增长率均随着间伐保留密度的增大而减小，其中3 a增长量在900株· hm^-2处理下显著高于1 875株· hm^-2处理(P < 0.05)，表明降低间伐保留密度可以显著提高杉木中龄林树高生长。

图 2为2020年不同间伐保留密度处理下胸径径阶的分布。不同间伐保留密度的株数占比呈现出先上升后下降的趋势，间伐保留密度900株· hm^-2时径阶株数主要集中在18~26 cm径阶，其中20 cm径阶的最高，为36.11%；14和30 cm径阶的最低，均为0.93%。保留密度1 200株· hm^-2时径阶株数主要集中在16~26 cm径阶，其中20 cm径阶的占比最高，为34.27%；30 cm径阶的最低，为0.70%。间伐保留密度1 875株· hm^-2时径阶株数主要集中在10~24 cm径阶，其中18 cm径阶的最高，为22.71%；26和28 cm径阶的最低，为0.87%。随着间伐保留密度的降低，径阶分布逐渐向右偏移。不同间伐保留密度大径材株数占比表现为27.78%(900株· hm^-2) >18.18% (1 200株· hm^-2) >6.11% (1 875株· hm^-2)。因此，降低间伐保留密度可以提高林木个体的生长，改善林分材种结构，增加大径材株数比例。

	图 2 2020年不同间伐保留密度处理下胸径径阶的分布 Fig. 2 Distribution of the classes of the diameter at breast height under different thinning retention densities in 2020
图选项

对各样地内杉木平均单株材积、蓄积量及其3 a增长量以及3 a增长率进行计算，结果表明(表 3)，2017—2020年平均单株材积随着间伐保留密度的增加而减小。其中2017和2020年平均单株材积在间伐保留密度900和1 200株· hm^-2处理下显著高于1 875株· hm^-2 (P < 0.05)。平均单株材积3 a增长量与3 a增长率均在1 200株· hm^-2处理最高，1 875株· hm^-2处理最低。其中3 a增长量在间伐保留密度900与1 200株· hm^-2处理下显著高于1 875株· hm^-2 (P < 0.05)。所以，降低间伐保留密度可以显著影响林分平均单株材积。林分蓄积量和3 a增长量随着间伐保留密度的增加而增加。其中2017—2020年连续4 a林分蓄积量在保留密度1 875株· hm^-2下显著高于900株· hm^-2 (P < 0.05)，而3 a增长量没有达到显著差异(P>0.05)，3 a增长率在1 200株· hm^-2处理最高，在1 875株· hm^-2处理最低。所以，升高间伐保留密度能获得较高的林分蓄积量。

对各样地4 a间小径材、中径材和大径材的出材量、出材率和3 a增长量进行计算分析，结果表明(表 4)，不同年份小径材出材量和出材率都随着间伐保留密度的增加而增加，小径材出材量在不同间伐保留密度下差异显著(P < 0.05)，2018—2020年出材率在间伐保留密度900和1 875株· hm^-2下差异显著。2017—2018年中径材出材量在1 875株· hm^-2最高，在1 200株· hm^-2最低，且不同间伐保留密度下差异不显著(P>0.05)。2019年中径材出材量随着间伐保留密度的增加呈现先增加后下降的趋势，而2020年中径材出材量和3 a增长量都随着间伐保留密度的增加而增加，中径材出材量在不同间伐保留密度下差异显著(P < 0.05)。不同年份中径材出材率都随着间伐保留密度的增加而减小，且2018—2019年在间伐保留密度900与1 875株· hm^-2差异显著(P < 0.05)。大径材出材量在2017—2018年均随着间伐保留密度的增加而减小，而2019—2020年大径材出材量、3 a增长量都随着间伐保留密度的增加而呈现先增加后减小的趋势。大径材出材率在2018与2020年随着间伐保留密度的增加而减小，其3 a增长量也表现出同样的趋势。因此，保留较低的间伐密度可提高林分大径材株数占比，林分胸径趋于中大径级木材，促进了大径材出材率的增加。

4种套种阔叶树平均树高和平均地径都随着间伐保留密度的增加而减小(表 5)，其中木荷平均树高和平均地径在间伐保留密度900和1 875株· hm^-2差异显著(P < 0.05)，其余树种在不同间伐保留密度差异不显著(P>0.05)。在间伐保留密度900和1 200株· hm^-2处理下木荷和火力楠平均树高和平均地径均高于楠木和观光木。因此，不同阔叶树在低间伐保留密度下生长最快，木荷生长受不同间伐保留密度的影响最大。

密度调控配合套种是一项重要的营林措施，在人工林经营过程中被广泛应用^[14-15]。通过合理的间伐保留密度不仅可以在短期内促进杉木生长获取间伐木材，而且可以提高大径材的培育速度。通过林分密度效应的研究，旨在揭示林分密度对林木生长的一系列制约作用，从而有效地实施人工用材经营过程中的密度管理和控制。

研究表明，低间伐保留密度能显著提高林分平均胸径、平均树高、3 a增长量，均在间伐保留密度900与1 875株· hm^-2处理下存在显著差异(P < 0.05)。降低间伐保留密度可以改善林分径阶结构，在低密度下径阶分布逐渐右移，大径材株数占比增加，而小径材株数占比减少。这与前人研究结果保持一致。许冠军等^[16]对不同密度管理措施下的杉木研究发现在低密度处理下更有利于胸径和树高的生长。张鹏等^[17]的研究也表明间伐强度越大，林分胸径生长量越大，而对树高生长没有显著影响。对柏木研究发现其林分胸径和树高生长量随间伐强度增大而增加^[18]。研究发现高密度种植桉树，对胸径生长不利^[19]。此外，孙冬婧^[20]研究发现杉木人工林配合套种阔叶树，杉木胸径随间伐强度的增大而增加, 并且间伐强度越大, 胸径增长量越大。范辉华等^[21]对不同密度杉木林分下套种闽楠的研究发现在较低密度下配合套种提高了平均胸径和平均树高的生长，促进了大径材株数占比，从而更有利于大径材的培育。邓伦秀^[12]研究发现间伐可有效促进林分大径材株数比例。随着林分不断郁闭，林木对水分、阳光与养分等竞争加剧, 低密度造林能明显降低杉木人工林分内林木竞争分化，提高大径材出材率，改善木材品质^[22-23]。

平均单株材积生长量随着间伐保留密度的增加而减小，而蓄积量则随着间伐保留密度的增加而增加。这与徐雪蕾^[24]研究一致，杉木林随间伐强度的增加其单株材积增大，蓄积量减小。随着间伐保留密度的增加小径材出材量和出材率不断增大，2020年中径材出材量、3 a增长量随间伐保留密度的增大而不断增大，而不同年份中径材出材率减小，3 a增长量增大。大径材出材量在2019—2020年最大值都出现在间伐保留密度1 200株· hm^-2，而2020年大径材出材率、3 a增长量在间伐保留密度900株· hm^-2最大。所以，高间伐保留密度1 875株· hm^-2有利于中、小径材的生长，低间伐保留密度900和1 200株· hm^-2较适于大径材的培育。本研究是在杉木中龄阶段，林地内材种结构多偏向于中径材，此外间伐时间不够久，所以降低了保留密度并未能显著增加大径材的出材量。培育杉木大径材的核心是能形成合理的林分结构, 林分密度是其关键的因素^[25]，总体而言，本研究是在900株· hm^-2下更利于大径材的培育，所以降低间伐保留密度配合套种可以提高大径材出材量，又能保证较高的出材率。

杉木间伐后套种木荷、观光木、火力楠和楠木4种阔叶树，其平均树高和平均地径都在低间伐保留密度下最高，这与桉树间伐后套种阔叶树的研究结果一致，套种阔叶树胸径和树高都随着桉树密度的减小而增大^[26]。本研究的主要目的是培育杉木大径材，由此说明要实现杉木中龄纯林向异龄复层杉阔混交林转变，同时又能兼顾培育杉木大径材，则林分中较小间伐保留密度管理模式可得到较好的生态效益和经济效益。

本文主要研究不同间伐保留密度下杉木的生长情况和材种结构，以及套种阔叶树生长情况，研究结果可为杉木中龄林大径材定向培育的密度控制和近自然经营提供参考。结果表明低间伐保留密度900株· hm^-2利于杉木的生长和大径材的培育，4种套种的阔叶树也是在低间伐保留密度下生长最好，所以在低密度下套种阔叶树利于大径材的培育。间伐配合套种对林分生长和间伐的影响还受立地条件和施肥等方式的影响。因此，对本研究管理模式还要综合其他影响因素进行长期深入研究。