南嶺山區(qū)杉木大徑材成材影響因子研究

晏 姝，王潤(rùn)輝，鄧厚銀，鄭會(huì)全，胡德活，韋如萍

(廣東省森林培育與保護(hù)利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/廣東省林業(yè)科學(xué)研究院，廣東廣州510520)

杉木Cunninghamia lanceolata在我國(guó)已有上千年栽培歷史，因其生長(zhǎng)迅速、產(chǎn)量高、材質(zhì)優(yōu)良等特性[1]，長(zhǎng)期以來(lái)深受人們的青睞而得以廣泛種植。隨著人們對(duì)杉木需求的日益高端化、高值化和生態(tài)化，杉木大徑材培育對(duì)國(guó)家木材安全、生態(tài)安全、綠色發(fā)展越來(lái)越具有戰(zhàn)略性意義[2-3]。近年來(lái)，許多學(xué)者致力于杉木大徑材定向培育技術(shù)研究，提出了不同立地指數(shù)下的適宜保留密度范圍[4-5]，針對(duì)不同遺傳品質(zhì)苗木及土壤條件提出了相應(yīng)的撫育、施肥等經(jīng)營(yíng)措施[6-7]，運(yùn)用林分經(jīng)營(yíng)模型對(duì)不同地區(qū)提出了間伐時(shí)間、間伐強(qiáng)度等優(yōu)化管理模式[8]。但涉及杉木大徑材材種形成的主要影響因子及其影響規(guī)律等方面的研究鮮有報(bào)道[9]?；洷薄⒒浳鞅?、粵東北等南嶺山區(qū)丘陵地帶是我國(guó)杉木四大中心產(chǎn)區(qū)之一，其地理位置優(yōu)越，受季風(fēng)環(huán)流影響，降水豐富，氣候溫暖濕潤(rùn)[10]，擁有培育優(yōu)質(zhì)高效杉木大徑材林分得天獨(dú)厚的自然條件。本研究基于廣東省南嶺山區(qū)特殊的自然生態(tài)條件，將現(xiàn)有杉木大徑材林分特征因子數(shù)量化或標(biāo)準(zhǔn)化，形成綜合反映林分控制因子和生態(tài)環(huán)境因子的指數(shù)評(píng)價(jià)體系，通過(guò)挖掘大徑材形成主導(dǎo)影響因子并探究其影響規(guī)律，構(gòu)建南嶺山區(qū)杉木大徑材出材量的預(yù)測(cè)模型，以期為廣東省杉木大徑材培育和經(jīng)營(yíng)提供理論指導(dǎo)，推動(dòng)杉木由高密度、中小徑材為經(jīng)營(yíng)目標(biāo)向以生態(tài)為先導(dǎo)的大徑材經(jīng)營(yíng)模式轉(zhuǎn)變。

1 研究區(qū)域自然概況

本研究在對(duì)粵北、粵西北、粵東北等南嶺山區(qū)范圍內(nèi)現(xiàn)存具有杉木大徑材的林分全面踏查的基礎(chǔ)上，選擇廣東省肇慶市國(guó)有新崗林場(chǎng)，韶關(guān)市國(guó)有韶關(guān)林場(chǎng)、國(guó)有小坑林場(chǎng)、國(guó)有河口林場(chǎng)、國(guó)有大瑤山林場(chǎng)，廣東省連山林場(chǎng)、廣東連山筆架山省級(jí)自然保護(hù)區(qū)等7個(gè)地點(diǎn)，共計(jì)36塊保存完好、長(zhǎng)勢(shì)優(yōu)良的典型杉木大徑材林分。研究區(qū)域位于111°57′～113°81′E，24°13′～25°55′N(xiāo)，地處南嶺山脈西南至南麓，地貌以山地丘陵為主，土層深厚，土壤為赤紅壤和黃壤；屬中亞熱帶季風(fēng)氣候，年平均氣溫20℃左右，年均降雨量1600 mm，相對(duì)濕度80%。

2 研究方法

2.1 標(biāo)準(zhǔn)樣地設(shè)置與調(diào)查

2018—2019年，在上述7個(gè)地點(diǎn)的杉木大徑材林分中選擇不同坡向和坡位，設(shè)置400 m2(20 m×20 m)標(biāo)準(zhǔn)樣地，4個(gè)角點(diǎn)埋設(shè)pvc管作為標(biāo)志，共計(jì)設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)樣地36個(gè)。對(duì)標(biāo)準(zhǔn)樣地內(nèi)的杉木進(jìn)行每木檢尺，測(cè)量胸徑、樹(shù)高、冠幅、枝下高、干形等，同時(shí)按照梅花形選擇5株優(yōu)勢(shì)木，測(cè)其樹(shù)高，求優(yōu)勢(shì)木平均高。記錄標(biāo)準(zhǔn)樣地的郁閉度、經(jīng)緯度、海拔、坡形、坡度、坡向、坡位等，并收集造林時(shí)間、造林密度、造林種苗情況以及撫育、施肥等林分經(jīng)營(yíng)歷史和背景資料。標(biāo)準(zhǔn)樣地基本情況見(jiàn)表1。

2.2 土樣采集與理化性質(zhì)測(cè)定

在標(biāo)準(zhǔn)樣地中沿對(duì)角線布設(shè)取樣點(diǎn)3個(gè)，每個(gè)樣點(diǎn)分別在0～10、10～20和20～40 cm 土層取樣，采用多點(diǎn)取樣，同層次混合，取土壤各層次混合樣品，帶回室內(nèi)風(fēng)干，揀去石礫、植物根系和碎屑，過(guò)2.000和0.149 mm 土壤篩后，儲(chǔ)藏于密封的塑料自封袋中，用于土壤化學(xué)性質(zhì)(pH、有機(jī)質(zhì)、全N、全P、全K、水解N、速效P和速效K 等)測(cè)定[11]。同時(shí)，采用“環(huán)刀法”取各層次的原狀土壤，帶回實(shí)驗(yàn)室，測(cè)定其水分物理性質(zhì)(土壤容重、自然含水量、最大持水量、最小持水量、田間持水量、總孔隙度、非毛管孔隙度、毛管孔隙度等)[11]。

表1 標(biāo)準(zhǔn)樣地基本情況Table 1 Basic situation of standard plot

2.3 林分?jǐn)?shù)據(jù)計(jì)算

2.3.1徑階平均胸徑( )和樹(shù)高( )以2 cm 為1個(gè)徑階，將所測(cè)量的杉木8～42 cm 胸徑劃分為18個(gè)徑階，計(jì)算各徑階平均胸徑：

式中，di為第i徑階中實(shí)測(cè)胸徑值，Ni為第i徑階總株數(shù)。

運(yùn)用Excel軟件對(duì)胸徑和樹(shù)高進(jìn)行擬合，徑階平均樹(shù)高最佳回歸方程為：

2.3.2單株材積(Vs)與徑階材積(Vi)廣東省杉木單株材積公式為：

式中，d為單株胸徑，h為單株樹(shù)高。

徑階材積公式為：

2.3.3林分蓄積量(V)林分蓄積量為標(biāo)準(zhǔn)樣地中各徑階活立木蓄積量之和，公式為：

2.3.4大徑材蓄積量(Vl)參照《木材標(biāo)準(zhǔn)實(shí)用手冊(cè)》[12]，根據(jù)過(guò)渡徑階大徑材材種株數(shù)比例(Ai/%)，統(tǒng)計(jì)各標(biāo)準(zhǔn)樣地大徑材蓄積量之和，公式為：

2.3.5 大徑材出材量(Ol)大徑材出材量(規(guī)格材原條)公式[13]采用：

2.3.6大徑材株數(shù)比例(ND≥26)統(tǒng)計(jì)各標(biāo)準(zhǔn)樣地大徑材(胸徑D≥26 cm)株數(shù)占樣地總株數(shù)的百分比。

2.3.7大徑材出材率(Yl)統(tǒng)計(jì)大徑材出材量占林分蓄積量的百分比，公式為：

2.4 評(píng)價(jià)指數(shù)

2.4.1立地指數(shù)(SI)根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)樣地內(nèi)優(yōu)勢(shì)木平均高和林分年齡，查廣東省杉木立地指數(shù)表[14]，確定各標(biāo)準(zhǔn)樣地的立地指數(shù)。

2.4.2土壤綜合肥力指數(shù)(I)采用隸屬函數(shù)法對(duì)土壤8個(gè)物理性質(zhì)和8個(gè)化學(xué)性質(zhì)測(cè)定指標(biāo)值進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，其中，容重采用降型函數(shù)公式(9)，其他指標(biāo)采用升型函數(shù)公式(10)：

式中， 為第項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重， 為第項(xiàng)指標(biāo)的公因子方差，n為土壤理化性質(zhì)測(cè)定指標(biāo)的個(gè)數(shù)。

應(yīng)用模糊集加權(quán)綜合法，計(jì)算土壤綜合肥力指數(shù)(I)[15]，公式如下：

式中， 為各單項(xiàng)指標(biāo)權(quán)重。本研究先分別計(jì)算各標(biāo)準(zhǔn)樣地3個(gè)層次土壤混合樣的土壤綜合肥力指數(shù)，再以3個(gè)層次平均土壤綜合肥力指數(shù)作為該樣地的土壤綜合肥力指數(shù)(I)。

2.4.3微地形指數(shù)(M)為了使一些相關(guān)性較大、性質(zhì)相近的定性因素能進(jìn)行數(shù)量統(tǒng)計(jì)分析，對(duì)坡向、坡位、坡度、坡形等指征林地微地形要素的指標(biāo)進(jìn)行數(shù)量化分級(jí)，分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)參考《杉木大徑材培育技術(shù)規(guī)程：LY/T 2809—2017》[16]，并按其對(duì)杉木生長(zhǎng)的影響程度提出“林地微地形指標(biāo)數(shù)量化表”(表2)，進(jìn)行數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)化處理及計(jì)算各指標(biāo)權(quán)重，根據(jù)數(shù)量化理論Ⅲ[17]計(jì)算數(shù)量化加權(quán)值并作為微地形指數(shù)(M)。

2.4.4地理指數(shù)(G)根據(jù)GPS定位，將海拔和緯度數(shù)據(jù)進(jìn)行幾何平均數(shù)轉(zhuǎn)化[14]，得到地理指數(shù)(G)。

2.5 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft excel對(duì)所有數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)及分析，用SASV8.1進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)，用SPSS 19.0進(jìn)行數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化轉(zhuǎn)換及主成分分析等。

3 結(jié)果與分析

3.1 立地指數(shù)(SI)對(duì)杉木大徑材生長(zhǎng)的影響

36個(gè)標(biāo)準(zhǔn)樣地的SI范圍為16～22，SI為16、18、20和22的標(biāo)準(zhǔn)樣地分別占總樣地?cái)?shù)的38.9%、36.1%、13.9%和11.1%。不同SI與大徑材蓄積量(Vl)、大徑材出材量(Ol)、大徑材株數(shù)比例(ND≥26)和大徑材出材率(Yl)等指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果(圖1)顯示，隨著SI的增加，大徑材成材各相關(guān)指標(biāo)均呈增加的趨勢(shì)，相關(guān)性均達(dá)到極顯著水平(P＜0.01)，相關(guān)系數(shù)為0.37～0.44。根據(jù)SI 與Vl的二次項(xiàng)回歸方程(y=1.51x2?17.20x+111.16)，當(dāng)SI為16、18、20和22時(shí)，Vl的理論值分別為223.12、291.56、372.10和464.74 m3·hm?2，相鄰立地指數(shù)的Vl增幅為30%左右；根據(jù)立地指數(shù)與Ol的指數(shù)方程(y=18.97e0.13x)，當(dāng)SI為16、18、20和2 2時(shí)，Ol的理論值分別為1 6 3.6 7、2 1 4.2 7、280.52和367.25 m3·hm?2，相鄰立地指數(shù)的Ol增幅均為31.0%，與Vl增幅基本一致；根據(jù)SI與ND≥26的二次項(xiàng)回歸方程(y=?0.20x2+12.53x?120.74)，當(dāng)立地指數(shù)為16、18、20和22時(shí)，ND≥26的理論值分別為20.1%、39.4%、49.1%和57.3%，SI為18的林地生產(chǎn)大徑材株數(shù)比SI為16的提高近100.0%，SI為20、22的比18、20的增加幅度逐漸減緩；根據(jù)立地指數(shù)與Yl的二次項(xiàng)回歸方程(y=?0.38x2+17.57x?145.64)，當(dāng)SI為16、18、20和22時(shí)，Yl的理論值分別為38.6%、48.0%、54.4%和57.7%。

表2 林地微地形指標(biāo)數(shù)量化表Table 2 Quantization table of forest land micro-topography index

圖1 不同立地指數(shù)(SI)下的杉木大徑材生長(zhǎng)相關(guān)指標(biāo)分析Fig.1 Analysis of growth indexesfor large-diameter wood of Cunninghamia lanceolata under different siteindex (SI)

3.2 土壤綜合肥力指數(shù)(I)對(duì)杉木大徑材生長(zhǎng)的影響

36個(gè)標(biāo)準(zhǔn)樣地的土壤綜合肥力指數(shù)(I)為0.11～0.57，數(shù)值越大，土壤綜合肥力越高。不同土壤綜合肥力指數(shù)與大徑材蓄積量(Vl)、大徑材出材量(Ol)、大徑材株數(shù)比例(ND≥26)和大徑材出材率(Yl)等指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果(圖2)顯示，隨著土壤綜合肥力指數(shù)的增加，大徑材成材各相關(guān)指標(biāo)均呈增加的趨勢(shì)，其中，I與Vl、Ol、ND≥26等指標(biāo)的相關(guān)性達(dá)顯著水平(P＜0.05)，相關(guān)系數(shù)為0.24～0.39；I與Yl相關(guān)性未達(dá)顯著水平(P＞0.05)。

圖2 不同土壤綜合肥力指數(shù)(I)下的杉木大徑材生長(zhǎng)相關(guān)指標(biāo)分析Fig.2 Analysis of growth indexes for large-diameter wood of Cunninghamia lanceolata under different soil integrated fertility indexes(I)

對(duì)標(biāo)準(zhǔn)樣地土壤8個(gè)物理性質(zhì)和8個(gè)化學(xué)性質(zhì)測(cè)定指標(biāo)值進(jìn)行主成分分析，結(jié)果(圖3)顯示，土壤孔隙度和土壤持水量等土壤物理性質(zhì)占較大權(quán)重，是土壤綜合肥力的關(guān)鍵指標(biāo)，其次是土壤N 和有機(jī)質(zhì)含量。可見(jiàn)，土壤物理結(jié)構(gòu)、土壤N和有機(jī)質(zhì)含量是杉木大徑材形成的重要土壤指標(biāo)。

3.3 微地形指數(shù)(M)對(duì)杉木大徑材生長(zhǎng)的影響

將坡向、坡位、坡度、坡形等指征林地微地形要素的指標(biāo)數(shù)量化、綜合化，以微地形指數(shù)(M)作為綜合指標(biāo)考察林地微地形對(duì)杉木大徑材生長(zhǎng)的影響。36個(gè)標(biāo)準(zhǔn)樣地的M為?1.14～1.25，不同微地形指數(shù)與大徑材蓄積量(Vl)、大徑材出材量(Ol)、大徑材株數(shù)比例(ND≥26)和大徑材出材率(Yl)等指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果(圖4)顯示，隨著微地形指數(shù)的增加，大徑材成材各相關(guān)指標(biāo)均呈增加的趨勢(shì)，相關(guān)性均達(dá)到極顯著水平(P＜0.01)，相關(guān)系數(shù)為0.2 2 ～0.3 3。根據(jù)林地微地形指標(biāo)數(shù)量化表(表2)，微地形指數(shù)最大的東北坡向、下坡位、坡度低于35°的凹坡有利于南嶺山區(qū)杉木大徑材的生長(zhǎng)與形成。

圖3 土壤理化性質(zhì)指標(biāo)權(quán)重雷達(dá)圖Fig.3 Weighted radar chart of indexesfor soil physical and chemical properties

圖4 不同微地形指數(shù)(M)下的杉木大徑材生長(zhǎng)相關(guān)指標(biāo)分析Fig.4 Analysisof growth indexes for large-diameter wood of Cunninghamia lanceolata under different micro-topography indexes(M)

3.4 地理指數(shù)(G)對(duì)杉木大徑材生長(zhǎng)的影響

樹(shù)木的生長(zhǎng)也受海拔和緯度的影響[18]，因此本研究將緯度和海拔轉(zhuǎn)換為地理指數(shù)，以研究其對(duì)杉木大徑材生長(zhǎng)的影響。從圖5可知，地理指數(shù)(G)與大徑材成材各指標(biāo)相關(guān)性均不顯著(P＞0.05)，隨地理指數(shù)的增加，整體呈現(xiàn)先下降再上升的U 型曲線趨勢(shì)。南嶺山區(qū)地貌特征以海拔200～1000 m的低山丘陵為主[10]，緯度范圍為N 24°～26°，本研究選擇的36個(gè)杉木大徑材標(biāo)準(zhǔn)樣地的海拔均在200～1000 m 范圍內(nèi)，基本囊括了南嶺山區(qū)所有海拔梯度級(jí)，具有代表性，可見(jiàn)，海拔和緯度對(duì)南嶺山區(qū)杉木大徑材形成的影響不明顯。

3.5 林齡(A)對(duì)杉木大徑材生長(zhǎng)的影響

圖5 不同地理指數(shù)(G)下的杉木大徑材生長(zhǎng)相關(guān)指標(biāo)分析Fig.5 Analysis of growth indexes for large-diameter wood of Cunninghamia lanceolata under different geographical index (G)

圖6 不同林齡(A)下的杉木大徑材生長(zhǎng)相關(guān)指標(biāo)分析Fig.6 Analysisof growth indexesfor large-diameter wood of Cunninghamia lanceolata under different stand age (A)

36個(gè)標(biāo)準(zhǔn)樣地林齡為20～32年，參照南方杉木用材林齡組劃分標(biāo)準(zhǔn)[19]，杉木近熟林(20～25年)占41.7%，杉木成熟林(26～32年)占58.3%。從圖6可知，林齡(A)與大徑材成材各指標(biāo)相關(guān)性均不顯著(P＞0.05)，隨林齡的增大整體呈現(xiàn)先上升再下降的倒U 型曲線趨勢(shì)。由于本研究對(duì)象為南嶺山區(qū)具有杉木大徑材的林分，所有標(biāo)準(zhǔn)樣地的杉木林齡均在近熟至成熟期10年左右的區(qū)間內(nèi)，因此林齡效應(yīng)及對(duì)大徑材生長(zhǎng)的影響趨勢(shì)體現(xiàn)不充分，而圖6顯示，杉木大徑材等指標(biāo)后期出現(xiàn)下降的趨勢(shì)，主要是標(biāo)準(zhǔn)樣地中30～32年生的林分立地指數(shù)多為16或18，且土壤綜合肥力指數(shù)、微地形指數(shù)值相對(duì)較低，其大徑材成材各指標(biāo)均低于立地指數(shù)為18以上且林齡較小的林分?？梢?jiàn)，南嶺山區(qū)杉木大徑材普遍在近熟林至成熟林時(shí)期(23～30年)就已形成，不具杉木大徑材生產(chǎn)潛力的林分即使生長(zhǎng)期更長(zhǎng)，也難以形成大徑材。

3.6 保留密度(D)對(duì)杉木大徑材生長(zhǎng)的影響

南嶺山區(qū)杉木造林密度普遍為2 m×2 m(2500株·hm?2)，本研究調(diào)查的36個(gè)標(biāo)準(zhǔn)樣地林分保留密度(D)為900～1700株·hm?2，保留密度與大徑材蓄積量(Vl)、大徑材出材量(Ol)、大徑材株數(shù)比例(ND≥26)和大徑材出材率(Yl)等指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果(圖7)顯示，Vl和Ol均隨保留密度的增加呈先緩慢上升后緩慢下降的平緩二次項(xiàng)曲線趨勢(shì)，相關(guān)性達(dá)顯著水平(P＜0.05)；ND≥26和Yl隨保留密度的增加先平緩下降然后下降幅度逐漸增大，但相關(guān)性不顯著。保留密度為1 100～1 300株·hm?2時(shí)，大徑材成材各指標(biāo)均處于較大值區(qū)間。

圖7 不同保留密度(D)下的杉木大徑材生長(zhǎng)相關(guān)指標(biāo)分析Fig.7 Analysisof growth indexesfor large-diameter wood of Cunninghamia lanceolata under different reserved density (D)

3.7 杉木大徑材出材量預(yù)測(cè)

根據(jù)36個(gè)標(biāo)準(zhǔn)樣地調(diào)查統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，選取林分特征因子：立地指數(shù)(SI)，林齡(A)、保留密度(D)，以Schumacher 收獲模型[3,20]為基礎(chǔ)，構(gòu)建杉木大徑材出材量(Ol)預(yù)測(cè)模型。該模型基本形式為：

通過(guò)SPSS軟件求解參數(shù)β0～β4，獲得模型如下：

選取不同立地指數(shù)、不同林齡、不同保留密度樣地的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，將模型的大徑材預(yù)測(cè)產(chǎn)量與實(shí)際產(chǎn)量進(jìn)行比較(表3)，平均預(yù)測(cè)精度90%，因此，可利用該模型初步預(yù)測(cè)評(píng)估南嶺山區(qū)20～30年生杉木林分的大徑材出材量。

表3 杉木大徑材出材量實(shí)際值與預(yù)測(cè)值Table 3 The actual value and predicted value of large-diameter wood output of Cunninghamia lanceolata

4 討論與結(jié)論

杉木是廣東省南嶺山區(qū)傳統(tǒng)優(yōu)勢(shì)造林樹(shù)種，但現(xiàn)有林分以中幼林為主，且經(jīng)營(yíng)模式單一、集約化程度低，與周邊省份相比，杉木林分生產(chǎn)力與自然資源優(yōu)勢(shì)潛力尚未充分發(fā)揮[21]。本研究對(duì)廣東省南嶺山區(qū)范圍內(nèi)僅存為數(shù)不多、保存完好的杉木大徑材林分進(jìn)行調(diào)查，以空間代替時(shí)間，基于現(xiàn)有樣本數(shù)據(jù)挖掘大徑材形成的主導(dǎo)生態(tài)環(huán)境因子和林分控制因子并探究其影響規(guī)律，以期為廣東省杉木大徑材培育和經(jīng)營(yíng)提供理論指導(dǎo)。

立地指數(shù)是指林分中在基準(zhǔn)年齡時(shí)自由生長(zhǎng)的優(yōu)勢(shì)木平均高度值，可考察林地生產(chǎn)某一類(lèi)型林木的生產(chǎn)潛力，常作為指導(dǎo)人工林培育最直觀的指標(biāo)[16]?；輨傆萚9]認(rèn)為在材種形成過(guò)程中，無(wú)論有何種保留密度，只要立地指數(shù)過(guò)低，在目的材種的培育期限內(nèi)，就無(wú)法產(chǎn)生需要的材種。立地指數(shù)越高，林木生長(zhǎng)速度越快，林分內(nèi)活立木間的競(jìng)爭(zhēng)也越大，成熟時(shí)期林分內(nèi)保留木的株數(shù)也相對(duì)越低，大徑材出材率也相對(duì)越高[22-23]?，F(xiàn)有研究普遍以立地指數(shù)16、18作為培育不同杉木目標(biāo)材種的劃分標(biāo)準(zhǔn)[4,6,9,24-25]。在南嶺山區(qū)，杉木大徑材成材各相關(guān)指標(biāo)也是隨立地指數(shù)的增加均呈顯著增加的趨勢(shì)(P＜0.01)，在立地指數(shù)16～22范圍內(nèi)，相鄰立地指數(shù)的大徑材蓄積量和大徑材出材量增幅為30%左右，立地指數(shù)18的林地生產(chǎn)大徑材株數(shù)比立地指數(shù)16的提高近100%，大徑材出材率超過(guò)40%?？梢?jiàn)，立地指數(shù)是南嶺山區(qū)杉木大徑材材種形成的重要限制因子，立地指數(shù)18 及以上適宜培育杉木大徑材。

土壤肥力是土壤的本質(zhì)屬性，對(duì)林木的長(zhǎng)勢(shì)和品質(zhì)有直接影響[26-27]。土壤肥力評(píng)價(jià)能夠揭示土壤利用與功能有關(guān)的土壤內(nèi)在屬性之間的異同，科學(xué)地確定森林土壤肥力指標(biāo)并進(jìn)行評(píng)價(jià)，對(duì)立地生產(chǎn)力和多目標(biāo)森林經(jīng)營(yíng)的研究也具有重要價(jià)值[28]。本研究采用土壤綜合肥力指數(shù)作為土壤整體響應(yīng)特征考察不同土壤對(duì)杉木大徑材生長(zhǎng)的影響。研究發(fā)現(xiàn)，大徑材成材各相關(guān)指標(biāo)隨土壤綜合肥力指數(shù)的增加均呈增加的趨勢(shì)，與大徑材蓄積量、大徑材出材量、大徑材株數(shù)比例等指標(biāo)的相關(guān)性達(dá)顯著水平(P＜0.05)。據(jù)主成分分析結(jié)果，土壤綜合肥力指數(shù)的權(quán)重貢獻(xiàn)率較大的是土壤物理性質(zhì)、土壤N 含量和有機(jī)質(zhì)含量。土壤物理性質(zhì)密切影響根系的生長(zhǎng)、最大扎根深度和水分的有效吸收[28]，是與南嶺山區(qū)杉木大徑材的形成緊密相關(guān)的土壤指標(biāo)，在進(jìn)行杉木大徑材經(jīng)營(yíng)時(shí)，應(yīng)首先選擇土壤孔隙度和持水量較高的立地。土壤有機(jī)質(zhì)在提供林木生長(zhǎng)所需要養(yǎng)分的同時(shí)，能有效改良土壤結(jié)構(gòu)，使土壤變得疏松，促進(jìn)土壤形成水穩(wěn)性團(tuán)聚體，增加土壤持水和保肥能力，有利于根系的生長(zhǎng)、土壤微生物和土壤動(dòng)物活動(dòng)[29-30]；土壤全氮和水解氮絕大部分是以有機(jī)態(tài)的形式積累和貯存在土壤有機(jī)質(zhì)中，與土壤有機(jī)質(zhì)相關(guān)性更密切，相關(guān)系數(shù)分別為9.07和0.87[31]，因此，土壤有機(jī)質(zhì)是與杉木大徑材成材密切相關(guān)的又一重要土壤指標(biāo)。

坡向、坡位、坡度、坡形等是形成林地微地形的主要因素，南嶺山區(qū)杉木大徑材成材各相關(guān)指標(biāo)隨著微地形指數(shù)的增加，均呈顯著增加的趨勢(shì)(P＜0.01)。不同坡向、坡位、坡度、坡形等微地形要素會(huì)形成不同的山區(qū)小氣候，東北坡向等陰坡接受太陽(yáng)直接輻射較少，主要以地面散射為主，日溫差較小、林分相對(duì)濕度高[32]；坡位和坡度對(duì)水土流失和集聚都有影響，坡形則與風(fēng)速和蒸騰強(qiáng)度有關(guān)[32]，都直接影響到土層的厚度和含水量，故微地形指數(shù)最大的東北坡向、下坡位、坡度低于35°凹坡的土層較深厚，排水良好，所形成的小氣候最有利于凈光合產(chǎn)物長(zhǎng)期積累。杉木是亞熱帶樹(shù)種，溫暖濕潤(rùn)、多霧靜風(fēng)的氣候環(huán)境以及深厚、排水良好的土壤條件有利于杉木生長(zhǎng)，而水濕條件對(duì)杉木徑向生長(zhǎng)的影響非常大，因此杉木大徑材的形成對(duì)小氣候的要求十分嚴(yán)格。南嶺山區(qū)屬于杉木產(chǎn)區(qū)分區(qū)中產(chǎn)力水平最高的中帶東區(qū)[16]，氣候溫暖而不炎熱，太陽(yáng)輻射和水濕條件等微地形因素對(duì)杉木大徑材形成是比溫度更重要的限制因子。

林分密度是通過(guò)影響林分直徑結(jié)構(gòu)進(jìn)而影響林分材種結(jié)構(gòu)的[33-34]，保持合理的林分密度也是杉木大徑材培育的關(guān)鍵。林分密度與林分直徑呈負(fù)相關(guān)關(guān)系已達(dá)成共識(shí)[35]，關(guān)于如何對(duì)林分密度進(jìn)行合理的調(diào)控，從而獲得較高大徑材出材量和出材率，并平衡單位面積整體木材產(chǎn)量，已有很多學(xué)者對(duì)此展開(kāi)了廣泛的研究。佟金權(quán)[24]、劉春燕等[36]認(rèn)為保留密度為1200～1300株·hm?2時(shí)，林分整體胸徑最大，較為適合杉木大徑材的培育；惠剛盈等[9]、涂育合等[4]根據(jù)不同立地指數(shù)提出了不同的保留密度范圍，認(rèn)為立地指數(shù)16～18、保留密度1 050～1 350 株·hm?2時(shí)適宜培育中大徑材，立地指數(shù)越大保留密度應(yīng)越低。本研究發(fā)現(xiàn)，大徑材蓄積量和大徑材出材量均隨保留密度的增加呈先緩慢上升后緩慢下降的平緩二次項(xiàng)曲線趨勢(shì)，相關(guān)性達(dá)顯著水平(P＜0.01)；大徑材株數(shù)比例和大徑材出材率隨保留密度的增加，先平緩下降，然后下降幅度逐漸增大，但相關(guān)性不顯著。南嶺山區(qū)18 以上立地指數(shù)，保留密度在1100～1 300株·hm?2范圍內(nèi)時(shí)，大徑材成材各指標(biāo)均達(dá)到較大值區(qū)間。

本研究以Schumacher 收獲模型為基礎(chǔ)，構(gòu)建杉木大徑材出材量(Ol)預(yù)測(cè)模型：Ol=(R=0.62，P＜0.01)，可利用該模型初步預(yù)測(cè)評(píng)估南嶺山區(qū)20～30年生杉木林分的大徑材收獲量，據(jù)此指導(dǎo)南嶺山區(qū)杉木大徑材培育和經(jīng)營(yíng)。