王潤輝 鄭會全 韋如萍 晏 姝 胡德活 黃小平 張慶華 陳建軍

（1.廣東省森林培育與保護(hù)利用重點實驗室/廣東省林業(yè)科學(xué)研究院，廣東 廣州 510520；2.韶關(guān)市國有河口林場，廣東 韶關(guān) 512532)

隨著人們對木材需求的不斷增加，培育人工林日益受到重視，定向培育高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、穩(wěn)定的人工林已成為世界人工用材林發(fā)展的總趨勢[1]。杉木Cunninghamia lanceolate是中國特色鄉(xiāng)土針葉常綠樹種，也是中國亞熱帶地區(qū)最為重要的商品用材與生態(tài)造林樹種之一，據(jù)第8 次全國森林資源清查結(jié)果[2]顯示，我國杉木人工林面積已達(dá)到895×105hm2，蓄 積 量 達(dá)6.25×109m3，分 別占到全國人工喬木林主要優(yōu)勢樹種的19.01%和25.18%，已成為我國最重要的人工用材樹種。在我國所有造林樹種營造的人工林中，其栽培面積和蓄積量均居首位。杉木人工林經(jīng)營質(zhì)量的高低，關(guān)系到木材的安全，還關(guān)系到生態(tài)的安全，并影響到中國生態(tài)文明的建設(shè)進(jìn)程[3]。傳統(tǒng)杉木培育研究主要集中在豐產(chǎn)栽培、生理生態(tài)、良種選育以及材性等方面，近年來杉木優(yōu)化栽培模式的研究及其涉及內(nèi)容得到廣泛深入開展，這為杉木材種的定向培育研究奠定了良好的基礎(chǔ)[4-5]。

大徑材是林木材種定向培育的重要方向，但由于杉木大徑材培育過程中存在培育目標(biāo)不明確、經(jīng)營效益不高、定向培育技術(shù)不配套等問題[6]。在定向培育技術(shù)配套方面，如何協(xié)同遺傳控制、種植密度及施肥因子以實現(xiàn)大徑材的高效培育成為當(dāng)前研究的熱點。為此，本研究以“十三五”國家重點研發(fā)計劃“杉木高效培育技術(shù)研究”項目為契機(jī)，重點針對南嶺山區(qū)杉木徑材培育過程中有關(guān)遺傳控制、種植密度和精準(zhǔn)施肥等因子的耦合效應(yīng)的早期結(jié)果進(jìn)行系統(tǒng)分析，以杉木新造林試驗地早期生長性狀為目標(biāo)，從豐產(chǎn)性來衡量杉木大徑材培育效果，選取樹高、胸徑、單株材積和單位面積蓄積量等指標(biāo)，對比不同試驗措施在大徑材培育的效果，以期為南嶺山區(qū)杉木大徑材培育技術(shù)體系的構(gòu)建提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗區(qū)位于廣東省韶關(guān)市始興縣河口林場（113°08′E，24°55′N），海拔200 m，土層厚度1 m以上，年均氣溫19～22 ℃，年平均降水量約1 600～2 000 mm，相對濕度80%，年日照時數(shù)約1 544.9 h。試驗地立地指數(shù)18、坡度5°～15°，土壤pH 4.48，有機(jī)質(zhì)含量16.34 g·kg-1，全氮含量0.63 g·kg-1，全磷含量0.16 g·kg-1，全鉀含量16.70 g·kg-1，堿解氮含量69.66 mg·kg-1，有效磷含量0.23 mg·kg-1，速效鉀含量53.91 mg·kg-1[7]。

1.2 試驗方法

開展了3個類型的試驗，分別為遺傳控制試驗、密度控制試驗及施肥（追肥）試驗。試驗地采用“不煉山+帶墾+雜枝護(hù)”整地模式[8]，植穴50 cm×50 cm×40 cm（長×寬×深），每穴施250 g鈣鎂磷肥（即田師傅土壤調(diào)理劑，含P2O510%）作基肥，施基肥后回填表土。2017年3月中旬造林，不同試驗間及小區(qū)間植1行木荷Schima superba或紅錐Castanopsis hystrix間隔。

1.2.1 遺傳控制試驗 參試品系5個，包括杉木優(yōu)良無性系（T-c04號、T-c07號）、廣東杉木第二代改良種子園混合種（2.5代）、優(yōu)良家系（GX10004）及當(dāng)?shù)仄胀ㄉ寄驹炝址N苗（即江西贛州信豐杉木1.5代種子園種為對照，CK）。每個品系1小區(qū)，每小區(qū)面積400 m2（20 m×20 m），采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計，3個區(qū)組，試驗共有15塊試驗小區(qū)。

1.2.2 密度控制試驗 選用2.5代種所育1年生苗木造林。設(shè)計了5個種植密度，分別為1.4 m×1.5 m、2 m×1.5 m、2 m×2 m、2 m×3 m、4 m×3 m（此密度間種了珍貴樹種閩楠Phoebe bournei）。試驗采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計，每種密度1小區(qū)，每小區(qū)面積（15.5～23）m×（20～24）m，3個區(qū)組，試驗共有15塊試驗小區(qū)。

1.2.3 施肥（追肥）試驗 選用2.5代種所育1年生苗木造林。追肥組合處理采用“3414”不完全設(shè)計聯(lián)用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計方案[9-10]，在造林翌年及第三年的7月雨季進(jìn)行追肥試驗處理，在每株樹冠邊緣下的坡上方開挖弧形溝，施肥后覆土。氮肥（含N 46.0%）設(shè)置60、120、180 g·株-13個水平；過磷酸鈣（含P2O512.0%）設(shè)置100、350、600 g·株-13個水平；鑒于南方紅壤含鉀豐富，因此外施鉀肥不設(shè)置水平，每株保留木均施60 g氯化鉀（含K2O 60.0%）。施肥試驗有10個處理組合，每種處理1小區(qū)，每小區(qū)面積400 m2（20 m×20 m），按隨機(jī)區(qū)組設(shè)計排列，3個區(qū)組，試驗共有30塊試驗小區(qū)。

1.3 數(shù)據(jù)分析

2019年12月中旬對各試驗林（約3年生）進(jìn)行每木樹高、胸徑測量。單株材積公式V=0.058 777 042 ×D1.9699831×H0.89646157，D為胸徑，H為樹高，閩楠單株材積計算參照文獻(xiàn)[11]。統(tǒng)計分析在Excel、SAS和SPSS等軟件上進(jìn)行。方差分析使用混合模型（Mixed model）[12-13]，品系或處理為固定效應(yīng)，重復(fù)為隨機(jī)效應(yīng)。多重比較采用Duncan方法進(jìn)行?！?414”施肥試驗分析按文獻(xiàn)[9-10]介紹方法，在R語言進(jìn)行回歸分析，在獲得回歸方程后，開展后續(xù)最優(yōu)施肥量推導(dǎo)與計算。

2 結(jié)果與分析

2.1 遺傳效應(yīng)分析

對3年生林分的保存率及生長量進(jìn)行測定分析發(fā)現(xiàn)，參試品系保存率均在90%以上（90.49%～97.72%），但樹高、胸徑、單株材積及單位面積蓄積方面存在較大的差異。其中，平均 樹 高、胸 徑 分 別 為3.82 ～4.67 m、4.53 ～6.33 cm，樹高生長表現(xiàn)為T-c07 ＞ 2.5代＞ CK ＞ T-c04＞ GX10004；胸 徑 生 長 表 現(xiàn) 為T-c07 ＞ 2.5代＞GX10004＞ CK＞ T-c04。值得注意的是，各系號在平均單株材積和單位面積蓄積指標(biāo)方面差異更大，最大值與最小值差異倍數(shù)分別達(dá)到了2.07、2.55倍。就平均單株材積而言，表現(xiàn)為T-c07 ＞ 2.5代＞ GX10004＞ CK ＞ T-c04，依據(jù)單位面積蓄積表現(xiàn)為T-c07 ＞ 2.5代＞ CK＞ GX10004 ＞ T-c04。

樹高、胸徑、單株材積和單位面積蓄積4個生長性狀進(jìn)行方差和多重比較分析（表1），F(xiàn)值分別為2.98、10.16、7.75和2.81，達(dá)到顯著或極顯著水平，表明在幼林期參試品系間生長存在不同程度遺傳差異。多重比較結(jié)果顯示，樹高T-c07、2.5代均顯著高于CK，與CK比較分別提高18.71%和4.51%；胸徑T-c07、2.5代、GX10004均顯著高于CK，與CK比較分別提高32.44%、14.08%和6.55%；單株材積T-c07、2.5代、GX10004均顯著高于CK，與CK比較分別提高101.32%、31.38%和9.83%；單位面積蓄積T-c07顯著高于CK，與CK比較提高77.81%，表明在幼林期T-c07無性系生長表現(xiàn)最優(yōu)，2.5代種子園種苗居次（蓄積增益28.89%）。

表1 杉木不同參試品系3年生長情況Table 1 Growth of different tested strains of Cunninghamia lanceolata

2.2 密度效應(yīng)分析

由表2可知，保存率為92.18%～98.89%，平均樹高為3.91～4.32 m，平均胸徑為5.01～5.56 cm，平均單株材積為0.005 91～0.007 18 m3，單位面積蓄積為6.63～14.28 m3·hm-2，套種閩楠保存率為91.92%，平均樹高為2.78 m，平均胸徑為2.81 cm，平均單株材積為0.000 87 m3，單位面積蓄積為0.49 m3·hm-2。對目的樹種杉木而言，保存率、樹高、胸徑、單株材積生長差異明顯，密度效應(yīng)F值顯示不同種植密度樹高、胸徑、單株材積、單位面積蓄積均達(dá)顯著差異水平，樹高、胸徑、單株材積和單位面積蓄積與種植密度的二次回歸分析結(jié)果顯示，隨著株行距增大樹高和單位面積蓄積總體上逐漸減少，胸徑和單株材積逐漸增大，達(dá)到峰值后再逐漸減少（圖1）。

圖1 杉木不同性狀與種植密度的回歸分析Fig.1 Regression analysis of different characters and planting density

表2 杉木不同種植密度3年生長概況Table 2 Growth profiles of different planting densities

2.3 施肥（追肥）效應(yīng)分析

2.3.1 施肥處理方差分析與多重比較 由10種施肥（追肥）處理下的3年生杉木林分的保存率及生長量統(tǒng)計分析結(jié)果（表3）可知，保存率為89.12%～97.24%，處理4未達(dá)90%，相對較低；平均樹高為3.37～4.20 m，處理6＞5＞8＞3＞7＞10＞2＞4＞9＞1，其他處理比處理1高1.58%～24.76%；平均胸 徑 為4.35～5.35 cm，處 理6＞3＞5＞8＞2＞10＞7＞4＞9＞1，其他處理均比處理1大4.47%～22.98%；平均單株材積為0.004 17～0.006 67 m3，處理6＞3＞5＞8＞2＞10＞7＞4＞9＞1，其他處理比處理1高4.47%～22.98%；單位面積蓄積為6.38～12.20 m3·hm-2，處理6＞2＞7＞3＞8＞9＞4＞10＞5＞1，其中處理6比處理1高出91.22%。

不同處理的樹高、胸徑、單株材積和單位面積蓄積4個生長性狀方差分析的F值如表3所示，分別為11.124、3.359、4.484和0.461，結(jié)果表明施肥對幼林期林木生長具有促進(jìn)作用，不同處理有所不同。對樹高、胸徑、單株材積和單位面積蓄積進(jìn)一步作Duncan多重比較，處理6、5、8、3、7、10、2、4的3個性狀生長量均顯著高于處理1，各處理兩兩組合間也存在顯著差異情形，其中處理6綜合表現(xiàn)最優(yōu)，其樹高、胸徑、單株材積和單位面積蓄積均顯著高于其他處理。

表3 3年生杉木不同施肥（追肥）處理生長比較Table 3 Different fertilization treatment of growth

2.3.2 氮磷雙因素效應(yīng)擬合與最優(yōu)用量分析 根據(jù)表4中“3414”施肥試驗各處理的生長測定結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計分析，樹高與氮肥、磷肥的二元二次回歸擬合方程為：Yht=2.149 837+0.016 726 27X1+0.005 819 767X2-0.000 035 553 2X12- 0.000 004 502 036X22-0.000 023 307 13X1X2。 胸 徑 與 氮 肥、 磷肥的二元二次回歸擬合方程為：Ydbh=2.951 903+0.020 456 01X1+0.007 777 885X2-0.000 0374 310 9X12- 0.000 005 398 994X22-0.000 036 795 80X1X2。單株材積與氮肥、磷肥的二元二次回歸擬合方程為：Yvol=0.000 733 650 6+0.000 044 705 08X1+0.000 019 441 17X2-0.000 000 073 350 70X12- 0.000 000 017 095 48X22-0.000 000 074 509 16X1X2。單位面積蓄積與氮肥、磷肥的回歸擬合方程為：Yxj=4.105 619+0.053 385 32X1+0.027 104 52X2-0.000 200 379 7X12- 0.000 027 006 98X22-0.000 056 847 86X1X2。

表4 杉木“3414”施肥試驗各處理的生長比較Table 4 Growth of each treatment in “3414” fertilization test

依據(jù)以上4個二元二次效應(yīng)方程，按最大邊際效應(yīng)求取偏導(dǎo)函數(shù)，分別得到氮、磷兩個施肥試驗元素的最高施肥量（表5）。樹高對氮肥的需求量高于中等水平，對磷肥需求量低于中等水平；胸徑對氮肥的需求量處于中等水平左右，對磷肥需求量低于中等水平；單株材積對氮肥的需求量高于中等水平，對磷肥需求量高于最高試驗水平；單位面積蓄積對氮肥的需求量低于中等水平，對磷肥需求量高于中等水平?？傮w上看，新造林地杉木大徑材對氮肥需要處于中等偏下水平，而對于磷肥的需求處于中等偏上的水平。

表5 杉木不同性狀的氮、磷最高施肥量Table 5 The highest amount of N and P fertilizer was applied for different characters

2.3.3 氮、磷單因素效應(yīng)擬合與最優(yōu)用量分析選用處理2、3、6、8求在磷鉀固定用肥量下的氮肥單因素效應(yīng)擬合方程（圖2）。樹高與氮肥單因素效應(yīng)方程為：Yht=-0.000 03X2+0.007 6X+3.645 8；胸徑與氮肥單因素效應(yīng)方程為：Ydbh=-0.000 03X2+0.006 5X+5.023 8；單株材積與氮肥單因素效應(yīng)方程為：Yvol= -0.000 07X2+ 0.017 7X+ 5.453 9；單位面積蓄積與氮肥單因素效應(yīng)方程為：Yxj=-0.000 2X2+0.043 4X+10.179。根據(jù)一元二次方程最大值解法，當(dāng)?shù)史謩e為126.67、108.33、126.43和108.50時，樹高、胸徑、單株材積和單位面積蓄積取最大值。

圖2 氮肥單因素效應(yīng)擬合方程Fig.2 Fitting equation of single factor effect of nitrogen fertilizer

選用處理4、5、6、7求在氮鉀固定用肥量下的磷肥單因素效應(yīng)擬合方程（圖3）。樹高與磷肥單因素效應(yīng)方程為：Yht=-0.000 006X2+0.003 8X+3.620 7；胸徑與磷肥單因素效應(yīng)方程為：Ydbh=-0.000 006X2+0.003 6X+4.859；單 株 材積與磷肥單因素效應(yīng)方程為：Yvol=-0.000 02X2+0.011 2X+5.019 4；單位面積蓄積與磷肥單因素效應(yīng)方程為：Yxj=-0.000 04X2+0.031 5X+7.272 4。根據(jù)一元二次方程最大值解法，當(dāng)磷肥分別為316.67、300.00、280.00和393.75時，樹 高、胸徑、單株材積和單位面積蓄積取最大值。

圖3 磷肥單因素效應(yīng)擬合方程Fig.3 Fitting equation of single factor effect of phosphate fertilizer

3 結(jié)論與討論

涉及到杉木大徑材培育在遺傳控制方面的研究，在以往已有大量的報導(dǎo)，主要從種源和家系等多個水平上開展了眾多的研究工作[15]。有研究表明使用優(yōu)良種源培育大徑材比普通種源材積生長提高30%左右，而從優(yōu)良種源中選育出的優(yōu)良無性系培育的大徑材，在優(yōu)良種源的基礎(chǔ)上又提高 20%以上，且林分大徑材比例明顯增加[14]。在優(yōu)良家系影響杉木大徑材培育方面，有研究表明選用優(yōu)良家系可以縮短杉木大徑材培育年限。上述研究均表明杉木大徑材的定向培育亟需適宜的種源、家系或無性系[16]。本研究中，4個參試品系和江西信豐1.5代種子園種（對照）生長表現(xiàn)良好，但樹高、胸徑和單株材積在不同品系間存在較顯著或極顯著差異。據(jù)幼林試驗結(jié)果可知在南嶺山區(qū)培育杉木大徑材應(yīng)選擇T-c07無性系、廣東2.5代種子園種苗。

關(guān)于杉木大徑材培育的密度控制試驗研究，童書振等[17]經(jīng)過18年的跟蹤研究，得出的幾個試驗結(jié)論如下，杉木可通過多種經(jīng)營模式進(jìn)行大徑材培育，當(dāng)市場上大徑材經(jīng)濟(jì)效益好, 宜采用低密度管理模式，對維護(hù)地力大有益處；當(dāng)市場上中小徑材銷路好, 宜采取高密度經(jīng)營；當(dāng)市場上需要大徑材, 又需要中小徑材,宜采取高密度造林,低密度管理的模式, 可獲得高生產(chǎn)力和較好的經(jīng)濟(jì)效益, 同時能夠維護(hù)地力。在密度控制方面，幼年階段樹高、胸徑、單株材積和單位面積蓄積與種植密度的回歸分析結(jié)果可知，隨著株行距增大樹高和單位面積蓄積總體上逐漸減少，胸徑和單株材積逐漸增大，但不同種植密度之間林分生長總體上不存在顯著差異。南嶺山區(qū)杉木大徑材培育宜采用株行距為2 m×2 m、2 m×3 m、4 m×3 m。

在精準(zhǔn)施肥試驗研究方面，比較各施肥處理對杉木幼林生長的影響，不同生長性狀呈現(xiàn)較為相似的規(guī)律。處理6對樹高、胸徑、單株材積、單位面積蓄積等所有生長性狀都是最好的；對照在所有生長性狀中都是最差的，反映出施肥對林分生長有促進(jìn)作用。本研究施肥試驗采用“3414”設(shè)計，該試驗方法在農(nóng)作物施肥試驗中大量使用， 如吳壽華等[8]采用“3414”肥料效應(yīng)田間試驗方案，探索福安市水稻施肥指標(biāo)體系，對“3414”肥料效應(yīng)試驗進(jìn)行分析，成功擬合了NPK三元二次方程，得最佳產(chǎn)量及對應(yīng)的施肥量。鑒于南方紅壤含鉀豐富，本次試驗施鉀肥不設(shè)置水平，分析氮磷雙因素和氮、磷單因素兩種類型的試驗數(shù)據(jù)，得出不同性狀最優(yōu)的氮磷最大施肥量有所不同，但本研究的大徑材培育新造林試驗地總體呈現(xiàn)出對氮肥需要處于中等偏下水平，而對于磷肥的需求處于中等偏上的水平。蔡維就等[8]的研究結(jié)果顯示，新造林大徑材培育試驗地的土壤理化測定結(jié)果中，全氮和堿解氮、全磷和有效磷均處于較低水平，處于四級到六級的水平。這與本次研究結(jié)論與土壤理化測定結(jié)論一致，施肥對于杉木大徑材培育是必須的，但施肥量要處于合理的水平，才能達(dá)到應(yīng)有的效果。龔益廣等[19]利用杉木混交造林技術(shù)，開展?fàn)I造杉木闊葉混交林探討林地土壤碳、氮、磷等養(yǎng)分保持的杉木闊葉混交林模式，這將為杉木大徑材培育和經(jīng)營提供有益的參考。

杉木大徑材培育除了通?？紤]的樹高、胸徑、單株材積和單位面積蓄積等生長量指標(biāo)以外，還有很多其他指標(biāo)如干型、冠型、分枝角、節(jié)疤大小、不同品系、密度、施肥處理下個體間的分化程度、郁閉度，等等，都與培育杉木大徑材密切相關(guān)。這些指標(biāo)在幼林期的表現(xiàn)如何影響大徑材培育的效果，和下一步進(jìn)行大徑材培育需要采取的疏伐、修枝等營林措施等等因素，限于試驗條件的影響，在本研究中均沒涉及，有待下一步深入開展。