楊樹軍，尤國(guó)春，劉敏，肖巍，周麗麗

（1.遼寧省固沙造林研究所，遼寧 阜新 123000；2.昌圖縣付家林場(chǎng)，遼寧 鐵嶺 112517）

樟子松（Pinussylvestrisvar.mongolica）原產(chǎn)于我國(guó)大興安嶺和呼倫貝爾沙地，具有耐旱、耐寒、耐瘠薄、適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)。自20世紀(jì)50年代在遼寧省章古臺(tái)人工引種用于固沙造林試驗(yàn)成功以來，人工造林發(fā)展很快。據(jù)國(guó)家森林資源清查資料，到1993年年底，三北地區(qū)除天津以外的12 個(gè)?。ㄊ小^(qū)）都開展了樟子松引種推廣工作，推廣面積已達(dá)63萬hm2。目前，樟子松已發(fā)展成為我國(guó)三北地區(qū)特別是風(fēng)沙區(qū)營(yíng)造防風(fēng)固沙林、農(nóng)田、牧場(chǎng)防護(hù)林和用材林的主要樹種之一。

造林密度是影響沙地樟子松人工林能否成活和健康生長(zhǎng)的關(guān)鍵因素之一，不同密度的沙地樟子松人工林群體與沙地環(huán)境之間、林分中個(gè)體之間的相互作用規(guī)律不同［1，2］。造林密度過大，導(dǎo)致幼林提早郁閉，個(gè)體間因?yàn)楦?jìng)爭(zhēng)作用而過早發(fā)生分化和自然稀疏現(xiàn)象。反之，造林密度過小，造成林分郁閉時(shí)間延遲，防風(fēng)固沙功能減弱。因此，造林密度的選擇對(duì)林分在不同時(shí)期的林木種群數(shù)量有決定性的作用，其大小直接影響到林木的生長(zhǎng)、發(fā)育、產(chǎn)量和質(zhì)量，進(jìn)而影響到人工林生產(chǎn)力的提高和功能的最大發(fā)揮［1－3］。在沙地引種樟子松造林的早期，為了保證造林成活率和保存率，盡快發(fā)揮防風(fēng)固沙的作用，初始造林密度［4，5］通常在6 000～10 000株·hm－2。隨著造林技術(shù)的逐漸成熟，到20世紀(jì)七八十年代，生產(chǎn)上的初始造林密度大多為3 000～5 000株·hm－2。進(jìn)入2000年以來，由于在最早引種樟子松造林的章古臺(tái)地區(qū)出現(xiàn)大面積樟子松枯枝死亡的不穩(wěn)定現(xiàn)象（樟子松衰退?。?］，造林密度過大就是導(dǎo)致林分衰退的起因之一。之后的生產(chǎn)造林中，逐漸開始降低造林密度。有關(guān)適宜造林密度的研究也受到科研工作者的重視，曾德慧等［7］從水量平衡角度出發(fā)，在分析可供沙地樟子松人工林利用的有效水量和估算不同年齡單株樟子松的年蒸騰需水量的基礎(chǔ)上，提出造林的初始密度在3 333株·hm－2左右較為合理。張秋良、劉朝霞等［2，8］利用灰色系統(tǒng)理論中灰關(guān)聯(lián)和灰預(yù)測(cè)方法，對(duì)毛烏素沙地試區(qū)樟子松人工林初植密度和中齡林的適宜密度調(diào)控進(jìn)行了評(píng)價(jià)與預(yù)測(cè)，表明沙地樟子松適宜的初植株行距為2m×2m（2 500株·hm－2），進(jìn)入中齡期后適宜的株行距為3 m×4 m（833 株·hm－2）。趙曉彬等［9，10］在毛烏素沙地榆林沙區(qū)的試驗(yàn)研究中認(rèn)為，樟子松栽植密度為3m×4m（833株·hm－2）時(shí)，土壤水分狀況較好，保肥、保水能力有所提高，土壤養(yǎng)分含量高，是樟子松造林的最佳栽植密度。顯然，上述研究的結(jié)論差別較大，而且張秋良、趙曉彬的研究對(duì)象均在幼齡階段（14、17齡），也有一定的局限性。遼寧省固沙造林研究所于1980年在章古臺(tái)沙地營(yíng)建了多梯度的樟子松密度試驗(yàn)林。本文根據(jù)多年的觀測(cè)資料，分析了造林密度對(duì)不同林齡階段的林分生長(zhǎng)、材種出材量及經(jīng)濟(jì)效益等的影響，在綜合考慮樟子松人工林能否穩(wěn)定、可持續(xù)地發(fā)揮防風(fēng)固沙功能的前提下，確定了沙地樟子松人工林的適宜造林密度。

1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)地位于科爾沁沙地南緣的章古臺(tái)地區(qū)，地處42°43′N，122°22′E，海拔226.5m。屬暖溫帶亞濕潤(rùn)干旱氣候區(qū)。主要?dú)夂蛱攸c(diǎn)是干旱多風(fēng)，年降水量500mm 左右，且多集中于6—8月，年平均蒸發(fā)量1 553.2mm，約為降水量的3倍，空氣相對(duì)濕度60.4%。年均氣溫6.1 ℃，平均無霜期154d。年均風(fēng)速3.0～3.7m·s－1。土壤類型以風(fēng)沙土為主。植物區(qū)系屬于蒙古區(qū)系西遼河小區(qū)，主要代表性植物有沙蓬、豬毛蒿、拂子茅、隱子草、小黃柳、鼠李、榆樹等。

2 研究方法

該研究在遼寧省固沙造林研究所1980年春季營(yíng)造的樟子松密度試驗(yàn)區(qū)進(jìn)行。試驗(yàn)設(shè)計(jì)按照株距0.5～4m、行距1～4m、穴植1～3株，設(shè)置栽植625～10 000株·hm－2共25個(gè)造林密度水平，每個(gè)小區(qū)面積0.64hm2。造林選用樟子松2年生Ⅰ、Ⅱ級(jí)裸根苗，撫育管理按常規(guī)方法進(jìn)行（每年撫育2～3次，連續(xù)3年）。為了改善林地衛(wèi)生狀況，在不影響試驗(yàn)結(jié)果的情況下，對(duì)觀測(cè)標(biāo)準(zhǔn)地外的保護(hù)性林木，1992年進(jìn)行了透光撫育，1997年、2002年開展了生長(zhǎng)撫育。觀測(cè)標(biāo)準(zhǔn)地內(nèi)始終沒有進(jìn)行過間伐等人為降低密度的措施。

在每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)內(nèi)設(shè)置觀測(cè)標(biāo)準(zhǔn)地，面積0.06～0.1hm2。造林當(dāng)年調(diào)查成活率均為85%以上，造林5年調(diào)查保存率均為80%以上。1992年、2002年、2011年分別進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)地調(diào)查，測(cè)定內(nèi)容包括胸徑、樹高、冠幅、枝下高等。材積和蓄積利用樟子松人工林二元立木材積表計(jì)算。根據(jù)試驗(yàn)地樟子松生長(zhǎng)狀況和研究需要，本文選擇8種造林密度進(jìn)行比較分析（表1）。

表1 不同造林密度樣地基本情況

3 結(jié)果與分析

3.1 造林密度對(duì)胸徑生長(zhǎng)的影響

很多研究表明，胸徑生長(zhǎng)與密度密切相關(guān)，多呈負(fù)相關(guān)關(guān)系［11－13］。從表2可以看出：同一林齡，平均胸徑呈現(xiàn)隨密度的增大而減小的趨勢(shì)。方差分析結(jié)果表明：在林齡13年時(shí)，樣地1～4（1 111～2 500株·hm－2）相互間差異不顯著，與樣地5～8（3 333～10 000株·hm－2）差異顯著。到21、32年生時(shí)，各樣地胸徑生長(zhǎng)的差異更加顯著，造林密度較小的樣地胸徑生長(zhǎng)較快，造林密度較大的樣地胸徑生長(zhǎng)較慢。因此，從胸徑生長(zhǎng)角度分析，造林密度應(yīng)控制在3 333株·hm－2以下。

表2 不同造林密度對(duì)胸徑的影響 cm

胸徑變異系數(shù)是反映林分分化與離散程度的重要指標(biāo)［13］。從表3的數(shù)據(jù)可以看出，同齡時(shí)胸徑變異系數(shù)有隨密度增大而增大的趨勢(shì)，同一造林密度的胸徑變異系數(shù)隨林齡的增大而減小，說明同齡的林分隨造林密度增大，個(gè)體間競(jìng)爭(zhēng)分化加??；同一密度級(jí)林分隨林齡增大個(gè)體間競(jìng)爭(zhēng)、分化趨于穩(wěn)定。樣地1～4（1 111～2 500株·hm－2）的胸徑變異系數(shù)相對(duì)較小，也說明適宜造林密度應(yīng)控制在3 333株·hm－2以下。

表3 不同造林密度的胸徑變異系數(shù) %

3.2 造林密度對(duì)樹高生長(zhǎng)的影響

密度對(duì)林分平均高的影響比較復(fù)雜，結(jié)論也不一。有些研究表明密度對(duì)樹高生長(zhǎng)有影響，但影響較弱，在相當(dāng)寬的一個(gè)中等密度范圍內(nèi)無顯著影響［1］。樟子松人工林密度對(duì)樹高生長(zhǎng)的影響，在林齡和立地條件一致的情況下，在幼齡階段樹高生長(zhǎng)量有隨密度增加而增大的趨勢(shì)；隨林齡增加，密度大，對(duì)樹高生長(zhǎng)有一定的抑制作用［11］。從本試驗(yàn)數(shù)據(jù)看（見表4）：林齡13年時(shí)，造林密度對(duì)樹高生長(zhǎng)有一定影響，但影響較弱。林齡21、32年時(shí)，樣地3～5（1 667～3 333株·hm－2）與其他密度較大和較小樣地表現(xiàn)較大差異。說明保持一定的密度，維持樹木個(gè)體間適度的競(jìng)爭(zhēng)，可以促進(jìn)樹高生長(zhǎng)。因此，從樹高生長(zhǎng)角度分析，造林密度應(yīng)選擇在1 667～3 333株·hm－2。

表4 不同造林密度對(duì)樹高的影響 m

3.3 造林密度對(duì)林分蓄積生長(zhǎng)的影響

林分蓄積量受單株材積和密度的雙重制約。從表5可以看出，造林密度對(duì)單株材積的影響，表現(xiàn)隨造林密度的增大而減小的趨勢(shì)。但在林齡13年時(shí)影響較弱，隨著林齡的增長(zhǎng)，影響愈加顯著。

表5 不同造林密度對(duì)平均單株材積的影響 m3

造林密度對(duì)單位面積蓄積量有顯著影響（表6）。林齡13年時(shí)，蓄積量呈現(xiàn)隨造林密度的增大而增大趨勢(shì)。其后造林密度較小的樣地蓄積增長(zhǎng)較快，造林密度較大的樣地蓄積增長(zhǎng)較慢，到林齡21、32年時(shí)，樣地3～7（1 667～6 667株·hm－2）的蓄積量較大，蓄積量隨造林密度的增大呈近似正態(tài)分布。因此，從蓄積生長(zhǎng)角度分析，造林密度應(yīng)選擇在1 667～6 667株·hm－2。

表6 不同造林密度對(duì)林分蓄積量的影響m3·hm－2

3.4 造林密度對(duì)林分自然稀疏的影響

林分發(fā)育到一定年齡階段會(huì)出現(xiàn)個(gè)體間空間與資源的競(jìng)爭(zhēng)，通過淘汰生長(zhǎng)勢(shì)下降的個(gè)體來實(shí)現(xiàn)自然稀疏［14］。從表7可以看出，自然枯損率有隨造林密度的增大而增大的趨勢(shì)。林齡13年時(shí)，不同密度林分均有一定程度的自然枯損，樣地7、8（6 667、10 000株·hm－2）自然稀疏強(qiáng)烈，枯損率達(dá)30.1%、47.3%。林齡21年時(shí)，枯損率略有增加，但變化不大。林齡32年時(shí)，樣地5～8（3 333～10 000株·hm－2）枯損率急劇增大，達(dá)34.9%～68.5%。樣地1～4（1 111～2 500株·hm－2）枯損率變化不大，在11%～19%。據(jù)此分析，造林密度應(yīng)選擇在2 500株·hm－2以下。

表7 不同造林密度對(duì)林分自然稀疏的影響

3.5 造林密度對(duì)林分徑階株數(shù)分布的影響

直徑分布是研究林木及其樹種結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，因密度影響林分的胸徑生長(zhǎng)，自然會(huì)影響林分的胸徑結(jié)構(gòu)規(guī)律［15］。將32年生時(shí)不同造林密度株數(shù)按徑階分布率繪成圖1，從圖1可以看出，曲線峰值隨造林密度的增大而左移。樣地1～3（1 111～1 666株·hm－2）株數(shù)最大分布率處在16、18徑階，16徑階以上株數(shù)分別占78.4%、78.2%、73.2%，樣地4、5（2 500、3 333 株·hm－2）株數(shù)最大分布率處在14徑階，16徑階以上株數(shù)分別占49.2%、35.0%。樣地6～8（5 000～10 000株·hm－2）株數(shù)最大分布率處在12、10徑階，16徑階以上株數(shù)僅占22.2%、9.4%、4.2%?？梢娫炝置芏葘?duì)林分胸徑結(jié)構(gòu)及材種規(guī)格的影響很大。據(jù)此分析，造林密度應(yīng)選擇在1 667株·hm－2以下。

圖1 不同造林密度林分徑級(jí)株數(shù)分布率（32a）

3.6 造林密度對(duì)材種出材量及經(jīng)濟(jì)效益的影響

出材量的計(jì)算用生產(chǎn)上普遍采用的材種規(guī)格要求作為造材標(biāo)準(zhǔn)（表8）。材種售價(jià)按近5年市場(chǎng)均價(jià)計(jì)算，非規(guī)格材150 元·m－3、小徑材350 元·m－3、中徑材600元·m－3。

表8 材種造材標(biāo)準(zhǔn)

利用塞罕壩機(jī)械林場(chǎng)編制的樟子松人工林二元材種出材率表（潘湘海，1998）分徑階求出林分各徑級(jí)規(guī)格材種出材量，再把各徑階徑級(jí)規(guī)格相同的材積相加，得林分各徑級(jí)規(guī)格材的材積，再把所有材種材積相加，得林分總出材量（見表9）。從表9可以看出，隨著造林密度的逐漸增大，非規(guī)格材和小徑材出材量逐漸增加，中徑材出材量逐漸減?。怀霾穆孰S著造林密度的增大逐漸減小，但差別不大；木材產(chǎn)值呈近似正態(tài)分布，樣地3～5（1 667～3 333 株·hm－2）木材產(chǎn)值最大，為3.2 萬～3.5 萬元。盡管樣地1～2（1 111～1 250株·hm－2）的總出材量蓄積量較小，但是由于其中徑材出材量占比較大，木材產(chǎn)值也較大，為2.84萬～2.91萬元。據(jù)此分析，造林密度應(yīng)選擇在2 500株·hm－2以下。

表9 不同造林密度林分材種出材量及產(chǎn)值

3.7 沙地樟子松人工林適宜造林密度及最佳株行距配置的確定

3.7.1 適宜造林密度的確定 確定沙地樟子松人工林的適宜造林密度，在分析造林密度對(duì)林分生長(zhǎng)、林分結(jié)構(gòu)、蓄積量、出材量及經(jīng)濟(jì)效益影響的同時(shí)，還要綜合考慮培育目的、立地條件、經(jīng)營(yíng)條件等因素加以調(diào)整。樟子松作為三北地區(qū)防護(hù)林工程和治沙工程的主要造林樹種，確定造林密度時(shí)，必須充分考慮其能否穩(wěn)定、可持續(xù)地發(fā)揮防風(fēng)固沙的生態(tài)功能。

在試驗(yàn)林8個(gè)造林密度中，樣地5、6、7、8（5 000～10 000株·hm－2）造林密度過大，自然枯損率大，容易遭受病蟲為害，穩(wěn)定性差，可持續(xù)發(fā)揮林分的防護(hù)功能低。同時(shí)，其小徑材比重大，經(jīng)濟(jì)效益低，生產(chǎn)上沒有實(shí)用價(jià)值。樣地1～2（1 111～1 250株·hm－2）造林密度較小，幼齡期成林較慢，發(fā)揮防風(fēng)固沙功能效果慢；而且在干旱、風(fēng)蝕沙化等惡劣環(huán)境下，造林成活率、保存率難以保證。因此，這2種密度只適宜在立地條件較好、風(fēng)沙危害較輕的地段培育大徑材人工林。樣地3～4（1 667～2 500 株·hm－2）造林密度適中，胸徑、樹高、蓄積生長(zhǎng)在3個(gè)年齡期均較大，自然枯損率較小，能始終保持著旺盛的生長(zhǎng)力；材種出材量和木材產(chǎn)值也較大，符合生產(chǎn)上的需要。所以，沙地樟子松人工林的適宜造林密度應(yīng)確定在1 667～2 500株·hm－2。

3.7.2 最佳株行距配置的確定 在確定沙地樟子松人工林的適宜造林密度應(yīng)為1 667～2 500株·hm－2的基礎(chǔ)上。針對(duì)這2個(gè)密度級(jí)，分別選擇2種種植點(diǎn)配置方式進(jìn)行生長(zhǎng)量、材種出材量和木材產(chǎn)值的對(duì)比分析（表10），結(jié)果表明：胸徑生長(zhǎng)為2m×3m、1.5m×4m 的較大；樹高生長(zhǎng)差別不大；蓄積生長(zhǎng)為2m×2m、1m×4m 的較大；材種出材量為2m×2 m、1 m×4 m 的較大，但其中徑材占比較??；木材產(chǎn)值為2m×3m 的最高。綜合評(píng)定，沙地樟子松人工林的最佳株行距配置方式為2m×3m。

表10 不同造林密度、不同株行距配置林分生長(zhǎng)指標(biāo)（32a）

4 結(jié)論

4.1 造林密度對(duì)沙地樟子松人工林生長(zhǎng)的影響顯著。胸徑、單株材積的生長(zhǎng)隨著造林密度增大而減小，表現(xiàn)出與造林密度間的負(fù)相關(guān)；樹高生長(zhǎng)在林齡13年時(shí)受造林密度的影響較弱，林齡21、32年時(shí)，造林密度在1 667～3 333株·hm－2的林分樹高生長(zhǎng)較大；蓄積量在林齡13年時(shí)，呈現(xiàn)隨造林密度的增大而增大趨勢(shì)。到林齡21、32年時(shí)，隨造林密度的增大呈近似正態(tài)分布。

4.2 造林密度對(duì)沙地樟子松林分結(jié)構(gòu)及材種出材量有顯著影響。自然枯損率隨造林密度的增大而增大；小徑階株數(shù)、非規(guī)格材和小徑材出材量隨著造林密度增大所占比重逐漸增加，大徑階株數(shù)、中徑材出材量隨著造林密度增大逐漸減少；造林密度在1 667～3 333株·hm－2的林分木材產(chǎn)值最大，為3.2萬～3.5萬元。

4.3 在充分考慮樟子松人工林能否穩(wěn)定、可持續(xù)地發(fā)揮防風(fēng)固沙功能的前提下，綜合分析不同造林密度對(duì)林分生長(zhǎng)、林分結(jié)構(gòu)、蓄積量、出材量及經(jīng)濟(jì)效益影響，確定沙地樟子松人工林的適宜造林密度為1 667～2 500株·hm－2，最佳株行距配置方式為2 m×3m。

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