易冠明,李萬年,唐希遠(yuǎn),羅華龍,楊 梅

(1.廣西壯族自治區(qū)國有七坡林場,廣西 南寧 530031;2.廣西高校亞熱帶人工林培育與利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,廣西 南寧 530004;3.廣西大學(xué)林學(xué)院,廣西 南寧 530004)

桉樹是世界四大速生樹種之一,也是我國三大速生樹種之一.桉樹具有干形通直、材質(zhì)優(yōu)良且生長迅速的優(yōu)勢,能夠?qū)崿F(xiàn)當(dāng)年造林即成林[1].中國每年生產(chǎn)的桉樹木材約3 000萬m3,以低于全國10%的人工林面積生產(chǎn)了高于全國1/4的木材年產(chǎn)量[2].廣西地處亞熱帶地區(qū),氣候條件優(yōu)越,是我國南方速生豐產(chǎn)林和工業(yè)原料林基地建設(shè)的重要地區(qū).該地區(qū)人工種植桉樹歷史悠久,產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益十分可觀,已成為帶動(dòng)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展的重要產(chǎn)業(yè).

巨尾桉(Eucalyptusgrandis×E.urophylla)是通過Eucalyptusgrandis和Eucalyptusurophylla雜交而來的優(yōu)良樹種,相比親本,具有生長更快、出材量更大、輪伐期短的特點(diǎn),非常適合在廣西大規(guī)模造林[3-4].但普遍存在的過度密植和連代萌芽栽培容易浪費(fèi)珍貴的種苗和肥料資源,導(dǎo)致造林和管理成本增加,降低了投入產(chǎn)出比,而且常常超過林地環(huán)境容納量,徒耗林地土壤養(yǎng)分,造成物種多樣性下降等一系列環(huán)境問題.此外,過度疏植也會(huì)產(chǎn)生山地裸露,存在林分光溫失調(diào)、水分過度蒸發(fā)、土地干旱等弊端[5-6].然而,巨尾桉人工林在廣西的發(fā)展過程中尚未總結(jié)出林分密度和林分起源間的最佳搭配模式,在一定程度上限制了林地生產(chǎn)力的進(jìn)一步提高.

目前,針對巨尾桉人工林生長和生產(chǎn)力的研究主要集中在林分因子與林齡關(guān)系[3],混交林生物量分布特征,樹高和胸徑的生長關(guān)系[7-8],生物量動(dòng)態(tài)[9],出材率、根徑、胸徑和樹高模型[10-12]等;關(guān)于巨尾桉人工林林分密度的研究主要集中在密度對生長指標(biāo)的影響[13-14]、大徑材培育下的密度調(diào)控[15]、密度效應(yīng)模型[16]、經(jīng)濟(jì)效益對比[17]等;有關(guān)林分起源的研究主要集中在萌芽林定株高度[18],萌芽更新培育技術(shù)[19-20],植苗林和萌芽林的生長因子關(guān)系模型[21],生長效益、植物群落變化和水土流失規(guī)律[22-24]等.綜上可見,將密度和起源對巨尾桉人工林生產(chǎn)力的影響結(jié)合起來進(jìn)行研究還鮮有報(bào)道,對巨尾桉人工林生長進(jìn)行連年監(jiān)測,并結(jié)合林分密度和林分起源,研究連續(xù)林齡下這兩個(gè)因素間的交互作用對林分生長和蓄積影響也十分缺乏.因此,本研究探討胸徑、樹高、材積和蓄積隨林齡、密度和起源的變化規(guī)律,旨在分析巨尾桉人工林生長在一個(gè)輪伐期內(nèi)不同林齡下的密度和起源效應(yīng),揭示密度和起源對不同發(fā)育階段林木生長特性的動(dòng)態(tài)影響規(guī)律及其交互作用對林分生產(chǎn)力的影響,可為進(jìn)一步開展桉樹人工林可持續(xù)經(jīng)營研究提供科學(xué)依據(jù).

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)樣地概況

試驗(yàn)樣地位于廣西壯族自治區(qū)西南部的七坡國有林場,22°28′～22°46′N,107°59′～108°18′E,屬大明山系南向西支的延伸,地形西南高東北低,海拔200 m左右,坡度在20°～30°,地貌以丘陵為主.土壤類型為赤紅壤,土壤酸度高,表土pH小于4.5,有機(jī)質(zhì)含量大多小于2%,氮、磷、鉀含量為中等水平.林場地處北回歸線以南,氣候?qū)倌蟻啛釒夂?緯度低,日照時(shí)間長,熱量豐富,雨量充沛.全年平均氣溫22 ℃左右,極端高溫38.4 ℃,極端低溫-2.6 ℃.全年降雨量1 200～1 300 mm,相對濕度79%左右.群落主要由桃金娘(Rhodomyrtustomentosa)、崗松(Baeckeafrutescens)、華南毛柃(Euryaciliata)、白背葉(Mallotusapelta)等植物組成,草本層有鐵芒箕(Dicranopterisdichotoma)、五節(jié)芒(Miscanthusfloridulus)、金茅(Eulaliaspeciosa)、畫眉草(Eragrostispilosa)、鷓鴣草(Eriachnepallescens)等.

巨尾桉人工林植苗林所用苗木均為優(yōu)良無性系DH32-29(營養(yǎng)杯),苗高20～30 cm,造林時(shí)施放基肥(鈣鎂磷肥)0.5 kg/株;萌芽林由第1代巨尾桉植苗人工林采伐后的伐樁上培育萌芽條成林.一個(gè)輪伐期內(nèi)連續(xù)追肥4 a,前3 a于每年9月前追施1次復(fù)混肥(N、P、K 質(zhì)量比為 15∶6∶9),施肥量為0.5 kg/株(1 a生苗木施肥量為0.25 kg/株);第4年追施1次有機(jī)肥,施肥量為2.0 kg/株(1 a生施肥量為1 kg/株).

1.2 試驗(yàn)地設(shè)置

本試驗(yàn)采用兩因素隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì),因素1設(shè)6種林分密度處理,分別為1 050、1 200、1 350、1 500、1 650、1 800株/hm2,株行距分別為2.5 m×4.0 m、2.0 m×4.0 m、2.5 m×3.0 m、2.5 m×2.5 m、2.0 m×3.0 m和2.0 m×2.5 m;因素2設(shè)2種林分起源處理,分別為植苗林和萌芽林,共12個(gè)處理,每個(gè)處理設(shè)10個(gè)重復(fù)樣地,每個(gè)重復(fù)樣地小區(qū)面積為0.04 hm2(20 m×20 m).由于巨尾桉的最佳經(jīng)濟(jì)輪伐期為7 a[3,25],所以本試驗(yàn)于2012年皆伐后保留伐樁萌芽或者重新植苗造林,從2013年開始至2019年,每年9—12月測定1次胸徑和樹高,共觀測7 a.測定時(shí),避開林緣行和林緣株,對中間剩余樹木進(jìn)行每木檢尺,調(diào)查的樣木株數(shù)不少于30株.

1.3 林分生產(chǎn)力計(jì)算

單株材積由每木檢尺的數(shù)據(jù)通過巨尾桉二元材積方程邁耶式計(jì)算[26]:

V=-0.022 603+0.007 246D-0.000 59D2+0.000 003DH+0.000 047D2H

,

(1)

式中:V為單株材積(m2);D為胸徑(cm);H為樹高(m).樣地蓄積量為樣地所有林木材積的累加值,每hm2蓄積由樣地蓄積量按照面積和株數(shù)換算[27].平均生長量在數(shù)值上等于總生長量除以年齡,連年生長量在數(shù)值上等于林木生長進(jìn)程中各年度的當(dāng)年生長量.

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

使用Microsoft Excel 2013進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)整理及表格制作,采用IBM SPSS Statistics 25中的t檢驗(yàn)、單因素方差分析(One-way ANOVA)和Origin 2023軟件中的雙因素方差分析(Two-way ANOVA)檢驗(yàn)不同林分密度和林分起源下的林分生長差異和交互作用,并制圖.數(shù)據(jù)采用平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示,采用P<0.05評價(jià)各處理間的差異顯著性.

2 結(jié)果與分析

2.1 林分密度對巨尾桉人工林平均樹高和胸徑生長的影響

巨尾桉人工林林分平均樹高總生長量、平均生長量和連年生長量在不同林分密度間的差異性見表1,相應(yīng)生長過程見圖1.由表1可知:1 a生林分的樹高總生長量和平均生長量、連年生長量在不同密度間差異均不顯著;2～7 a生在1 050或1 200株/hm2顯著最高(P<0.05),但4 a生和6 a生除外,其中,6 a生的總生長量和4 a生的總生長量、平均生長量和連年生長量均在1 800株/hm2顯著最高;而在適宜輪伐期的5～7 a生時(shí),總生長量、平均生長量和連年生長量均在1 350株/hm2顯著最低(P<0.05).由圖1可見:樹高總生長量在7 a生1 050株/hm2密度下達(dá)到最高,而平均生長量整體高于連年生長量,且均呈現(xiàn)隨林齡增加而下降的趨勢.

表1 林分密度對連續(xù)林齡樹高生長的影響Tab.1 Effect of stand density on high growth of continuous forest age

不同大寫字母表示同一林齡下不同林分密度間差異顯著,P<0.05.圖1 不同林分密度下樹高的生長特征Fig.1 Growth characteristics of tree height at different stand densities

林分密度對連續(xù)林齡胸徑生長的影響見表2,胸徑的生長特征見圖2.由表2可知:1 a生林分胸徑總生長量和平均生長量、連年生長量在1 800株/hm2(P<0.05)顯著最高;2～7 a生在1 050或1 200株/hm2顯著最高,但3 a生除外,3 a生的連年生長量在1 500株/hm2顯著最高.由圖2可見:胸徑總生長量隨著林齡增加而升高,且在每個(gè)林齡下隨著密度的增加呈先上升后下降的變化趨勢,7 a生時(shí),1 050株/hm2密度達(dá)到最高;平均生長量整體高于連年生長量,均隨林齡增加呈下降趨勢.平均生長量和連年生長量在6 a生不同密度間差異更加明顯.

表2 林分密度對連續(xù)林齡胸徑生長的影響Tab.2 Effect of stand density on DBH growth in continuous forest age

不同大寫字母表示同一林齡下不同林分密度間差異顯著,P<0.05.圖2 不同林分密度下胸徑的生長特征Fig.2 Growth characteristics of DBH at different stand densities

2.2 林分密度對巨尾桉人工林單株材積和每hm2蓄積的影響

巨尾桉人工林林分平均單株材積的總生長量、平均生長量和連年生長量在不同林分密度間的差異性見表3,積累特征見圖3.由表3可知:1 a生林分的單株材積總生長量和平均生長量、連年生長量在1 350株/hm2顯著最高(P<0.05);2 a生時(shí)在1 200株/hm2顯著最高;3～7 a生均在1 050株/hm2顯著最高,但4 a生除外,4 a生的連年生長量在1 800株/hm2顯著最高.由圖3可見:單株材積總生長量隨林齡增加而增加,7 a生1 050株/hm2達(dá)到最高;平均生長量整體低于連年生長量,前3 a整體呈上升趨勢,隨后平穩(wěn)變化;連年生長量隨林齡增加呈緩慢上升趨勢,6 a生1 050株/hm2達(dá)到最高;平均生長量和連年生長量在4 a生時(shí)曲線相交,達(dá)到數(shù)量成熟.此外,總生長量、平均生長量和連年生長量均于6 a生在不同密度間差異更加明顯.

表3 林分密度對連續(xù)林齡單株材積的影響Tab.3 Effects of stand density on individual volume of continuous forest age

不同大寫字母表示同一林齡下不同林分密度間差異顯著,P<0.05.圖3 不同林分密度下單株材積的積累特征Fig.3 Characteristics of individual stock product accumulation at different stand densities

林分密度對連續(xù)林齡每hm2蓄積的影響見表4,積累特征見圖4.由表4可知:除2 a生的總生長量和平均生長量在1 200株/hm2下顯著(P<0.05)最高,以及3 a生時(shí)連年生長量在1 500株/hm2下顯著最高外,其余1～7 a生林分的每hm2蓄積總生長量和平均生長量、連年生長量均在1 800株/hm2下顯著最高.由圖4可見:每hm2蓄積總生長量隨林齡增加而明顯增加,在6 a生1 800株/hm2達(dá)到最高,且在每個(gè)林齡下整體均呈隨密度增加而增加的趨勢,增幅在6 a生時(shí)達(dá)到最高;平均生長量整體低于連年生長量,且隨林齡變化不大;連年生長量在前3 a逐漸增加,之后隨林齡變化不明顯,但隨密度波動(dòng)較大,一般在1 500或1 800株/hm2達(dá)到最高.總生長量、平均生長量和連年生長量于6 a生時(shí)在不同密度間變幅更大、差異更加明顯.

表4 林分密度對連續(xù)林齡每hm2蓄積的影響Tab.4 Effect of stand density on accumulation of continuous forest hectares

不同大寫字母表示同一林齡下不同林分密度間差異顯著,P<0.05.圖4 不同林分密度下每hm2蓄積的積累特征Fig.4 Accumulation characteristics of hectare accumulation at different stand densities

2.3 林分起源對巨尾桉人工林生長和蓄積的影響

綜合1～7 a生所有林分分析不同林分密度下不同起源間的生長和蓄積差異,結(jié)果見圖5.由圖5可見:林分平均樹高、胸徑、單株材積和每hm2蓄積的總生長量除了在1 500株/hm2下的2個(gè)林分起源間差異不顯著外,其余密度下的植苗林和萌芽林間均存在顯著差異(P<0.05),在1 200株/hm2密度下起源間的差幅最大,分別達(dá)到了3.58 m、1.76 cm、0.05 m3和54.84株/hm2.低林分密度(1 050和1 200株/hm2)下的樹高、胸徑和單株材積,以及高密度(1 800株/hm2)下的每hm2蓄積均為植苗林顯著高于萌芽林.

不同小寫字母表示各林分密度下不同起源間差異顯著,P<0.05.圖5 1～7 a生林分總生長量在不同林分起源間的差異性Fig.5 Differential analysis of total growth of stands from 1 to 7 years between the different origins

本研究中,7 a生巨尾桉人工林樹高、胸徑、單株材積和每hm2蓄積的平均生長量和連年生長量均表現(xiàn)為植苗林顯著高于萌芽林(P<0.05).其中,樹高的平均生長量和連年生長量在林分起源間的差異隨著密度增加而減小,在密度為1 350株/hm2時(shí)植苗林和萌芽林的樹高、胸徑、單株材積和每hm2蓄積的增長量比較接近,在1 800株/hm2時(shí),不同起源間的生長量趨于一致.此外,樹高、胸徑、單株材積隨著林分密度的增加整體呈先下降后上升的趨勢,而每hm2蓄積則隨密度增加持續(xù)增加.7 a生林分平均生長量與連年生長量在不同林分起源下的差異特征見圖6.

不同大寫字母表示不同起源間差異顯著,P<0.05.圖6 7 a生林分平均生長量與連年生長量在不同林分起源下的差異特征Fig.6 Differences of 7 a forest average growth and annual growth under the different origins

對1～7 a生巨尾桉林分生長和蓄積的總生長量、平均生長量和連年生長量進(jìn)行雙因素方差分析,結(jié)果見表5.由表5可知:除樹高連年生長量和每hm2蓄積連年生長量在林分密度和林分起源間存在顯著(P<0.05)的交互作用外,其余生長量指標(biāo)在密度和起源間存在極顯著(P<0.000 1)的交互作用.

表5 巨尾桉人工林的生長蓄積在不同密度和起源間的雙因素方差分析Tab.5 Two-way ANOVA of growth and accumulation of Eucalyptus grandis × E.urophylla plantation at different densities and origins

3 討 論

3.1 林分密度對巨尾桉人工林樹高和胸徑生長的影響

在桉樹人工林培育中,林分密度是林分結(jié)構(gòu)的數(shù)量基礎(chǔ),決定著林分內(nèi)個(gè)體發(fā)育過程和林分群體生長特性、競爭關(guān)系[28].本研究中,巨尾桉植苗林和萌芽林樹高和胸徑的總生長量隨著林齡的增大而顯著增加,在不同林齡間存在差異,這與黃平升等[21]對巨尾桉的研究結(jié)果一致,他們發(fā)現(xiàn),廣西南寧巨尾桉的樹高和胸徑與造林年限之間存在密切關(guān)系.梁理勇等[29]研究表明,巨尾桉人工林的樹高與胸徑呈現(xiàn)正相關(guān)且隨林分密度增加而降低,這與本研究的林分樹高和胸徑在前3 a隨密度的變化趨勢一致.許宇星等[30]研究發(fā)現(xiàn),1 a生巨尾桉的平均樹高、胸徑在9種不同密度間差異顯著,而本研究表明,1 a生巨尾桉的樹高在不同林分密度間差異不顯著,可能是因?yàn)楸狙芯恐辛址置芏瓤缍容^小.

本研究中,隨著林齡增加,巨尾桉樹高和胸徑的總生長量、平均生長量和連年生長量在不同密度間的差異不斷增大,在6 a生或7 a生時(shí)差異最大,說明造林后期密度對樹木個(gè)體生長的影響比前期更大.有研究[31]表明,在林分密度為840～2 505株/hm2時(shí),隨著密度的增加,巨尾桉胸徑速生期有縮短的趨勢.本研究中,巨尾桉樹高和胸徑的總生長量在1～4 a的增幅比5～7 a大,而平均生長量和連年生長量均隨林齡增加而下降,說明不論在何種密度下,巨尾桉人工林前4 a的樹高和胸徑生長速度較快,到6、7 a時(shí)長勢會(huì)減緩,速生期也會(huì)縮短.有學(xué)者[17]認(rèn)為,由于巨尾桉生長快、樹冠大,其林分應(yīng)適當(dāng)疏植.本研究顯示,綜合各林齡看,當(dāng)林分密度為1 050和1 200株/hm2時(shí),樹高和胸徑的總生長量顯著更高,可見,合理疏植對于巨尾桉人工林的樹高和胸徑生長具有促進(jìn)作用.

3.2 林分密度對巨尾桉人工林材積和蓄積的影響

密度控制也是林分提質(zhì)增產(chǎn)的重要營林措施,對林地生產(chǎn)力的發(fā)揮也有顯著影響[32].本研究中,巨尾桉植苗林和萌芽林的單株材積和每hm2蓄積的總生長量均隨林齡增加明顯上升,其中,單株材積從第2年也開始呈階梯式大幅增長,但增幅均在第7年有所減緩,這印證了另一項(xiàng)研究結(jié)果:1～7 a生巨尾桉的單株材積生長速生期在第2～6年[33].楊衛(wèi)星等[34]發(fā)現(xiàn),到4 a時(shí),巨尾桉人工林材積的連年生長量和平均生長量尚未相交,說明4 a生林分還沒有達(dá)到數(shù)量成熟,而本研究中的巨尾桉在4 a時(shí)已經(jīng)達(dá)到了數(shù)量成熟,原因可能是經(jīng)營措施和氣候不同.此外,本研究還發(fā)現(xiàn),單株材積和每hm2蓄積的平均生長量與連年生長量在前3 a明顯增加,之后穩(wěn)定地上下波動(dòng),在4 a時(shí)曲線相交,達(dá)到數(shù)量成熟,且均在6 a時(shí)生產(chǎn)力的增量達(dá)到最大值,但在7 a時(shí)每hm2蓄積增長明顯減緩.因此,建議在造林4 a后可以根據(jù)培育目標(biāo)開始采伐,從而可以較快地獲得更大的木材產(chǎn)量.該地區(qū)的巨尾桉植苗林和萌芽林生產(chǎn)高效的適宜輪伐期應(yīng)為4～6 a,這與多數(shù)巨尾桉輪伐期研究的結(jié)果一致[20,31,33].有研究[35]發(fā)現(xiàn),尾巨桉(Eucalyptusurophylla×E.grandis)人工林蓄積于6.3 a前在不同林分密度間差異極顯著,這與本研究中每hm2蓄積在前7 a不同密度間差異顯著的結(jié)果一致.

綜合各林齡看,巨尾桉的單株材積總生長量在林分密度較小時(shí)(1 050和1 200株/hm2)高于其他密度,且林齡越大越顯著;而林分蓄積在最大林分密度(1 800株/hm2)時(shí)顯著最高.盧三妹等[36]對巨尾桉的研究表明,適當(dāng)提高林分密度對于提高林分蓄積有益;駱棟卿等[14]也發(fā)現(xiàn),營造桉樹密植林有利于蓄積量和生物量積累,適合發(fā)展為紙漿林和生物質(zhì)能源林,這與本研究結(jié)果一致.但單株材積總生長量在1 050株/hm2密度下顯著高于其他密度.其他學(xué)者[13]也發(fā)現(xiàn),當(dāng)林分密度為1 110株/hm2時(shí),單株材積達(dá)到最大,這說明若想獲得更高的單株產(chǎn)量,需要適量疏植.由此可見,巨尾桉人工林低密度造林適宜培育巨尾桉大徑材,而高密度造林可以保證更大的蓄積生產(chǎn)力.

3.3 起源對巨尾桉人工林生長和生產(chǎn)力的影響

由于桉樹根系發(fā)達(dá),伐樁的萌芽能力強(qiáng),因此,桉樹人工林的起源方式除了植苗造林外,萌芽造林技術(shù)也十分成熟,針對這兩種起源下的林分生長和生產(chǎn)力差異的研究也越來越多[34].湯建福[37]在分析桉樹植苗造林與萌芽造林的林分生長量及經(jīng)濟(jì)效益后發(fā)現(xiàn),3.5 a生植苗林的林分平均樹高、胸徑、材積和蓄積分別比萌芽林至少提高3.1%、1.7%、7.1%和15.9%,到6 a生其經(jīng)濟(jì)效益提高了44.3%;王勁松[23]也發(fā)現(xiàn),植苗林連年生長量及經(jīng)濟(jì)效益大于萌芽林,且植苗林年均利潤及凈現(xiàn)值逐漸趨于平穩(wěn)增長,而萌芽林生長后勁不足,這與本研究結(jié)果一致,可能是因?yàn)槊妊吭炝趾笤缙谏L較快,但衰老速度也快.本研究中,巨尾桉人工林的平均樹高、胸徑、單株材積和每hm2蓄積在低密度(1 050和1 200株/hm2)和高密度(1 800株/hm2)下植苗林都顯著高于萌芽林,且明顯高于其他林分密度.葉紹明等[38]的研究表明,相同密度下(1 097和2 119株/hm2),植苗造林的尾巨桉人工林生物量高于萌芽造林的人工林,這與本研究的林分密度范圍相似,與本研究結(jié)果也一致.由此可見,巨尾桉人工林在低密度或高密度造林時(shí),植苗林比萌芽林長勢更好,總生產(chǎn)力更高.

4 結(jié) 論

廣西國有七坡林場巨尾桉人工林1 a生時(shí)林分平均樹高在不同林分密度間差異不顯著,從2 a開始林分平均樹高、胸徑和單株材積的生長量表現(xiàn)為低林分密度>高林分密度的趨勢,樹高和胸徑的總生長量在1 050株/hm2的密度下顯著高于其他密度,且隨著林齡和林分密度的增加,平均生長量和連年生長量逐漸降低,最適宜巨尾桉林分內(nèi)個(gè)體發(fā)育的林分密度為1 050和1 200株/hm2.因此,適當(dāng)疏植有利于巨尾桉人工林樹高和胸徑的生長;而每hm2蓄積生長量則從3 a開始呈現(xiàn)高林分密度>低林分密度的趨勢,最適宜林分蓄積增長的林分密度為1 800株/hm2,在4 a生時(shí)達(dá)到數(shù)量成熟,4～6 a為最佳輪伐期.

從整個(gè)輪伐期內(nèi)的生長表現(xiàn)來看,在1 050、1 200和1 800株/hm2的林分密度下,巨尾桉人工林林分的平均樹高、胸徑、單株材積和每hm2蓄積都是植苗林顯著高于萌芽林,而在1 350和1 650株/hm2林分密度下,萌芽林的生長和林分生產(chǎn)力顯著高于植苗林;當(dāng)林分生長到7 a時(shí),植苗林在所有林分密度條件下均顯著高于萌芽林.低密度造林(1 050株/hm2)有利于巨尾桉植苗林的大徑材培育,而高密度造林(1 800株/hm2)有利于萌芽林的大徑材培育,植苗林和萌芽林在高林分密度下均能獲得最高的蓄積量.