林草资源研究投稿格式参考范文：格木人工林生长分化阶段特征与经营策略分析

　　森林发育过程中，资源和空间竞争必然引起林木分化，林分分化的过程和强度与树种的生物学和生态学特性､林分密度､立地条件等因素有关 [1-4]｡在掌握树种的生长特点､竞争响应 [4-5]､林分分化过程基础上 [6-8], 合理进行林分管理 [9-10], 可以调控林分空间结构､个体资源分配，降低林分竞争消耗 [4-5], 保障林分健康发育和实现培育目标 [11]｡

　　近年来，南方传统速生用材树种人工林面临病虫害威胁､市场供需变化等挑战 [12], 对珍贵树种木材的需求也逐渐增加，为适应这些变化，部分林地正转型经营以珍贵树种为主的多功能森林 [13]｡格木 (Erythrophleum fordii) 是豆科 (Fabaceae) 格木属常绿乔木树种，是国家二级重点保护野生植物和珍贵用材树种 [14-15], 因其木材价值高，立地适应性强 [16-19]､耐阴性较强 [20-22], 而成为华南和西南地区用材林培育和林分改造中应用较广的乡土珍贵树种之一 [11,13]｡珍贵树种的培育目标和培育技术与传统用材树种存在显著差异，格木利用多以心材为主 [23-26], 主要培育大径级无节材 [13]｡受分枝特点和蛀梢害虫的影响 [27-28], 格木的顶端优势不明显，分枝多､枝下高低，分枝上部没有明显主干 [26-27], 其干形和出材区段与闽楠 (Phoebe bournei)[6,9]､西南桦 (Betula alnoides)[7]､观光木 (Michelia odora)[8] 等主干明显的珍贵用材树种存在明显差异｡格木主要出材区段短，出材率低且节子多，严重影响木材产量和质量 [26-29], 其林分管理措施有别于主干明显的树种｡当前，格木人工林管理多关注格木的适应性 [17-19]､生长规律 [25,27]､心材形成 [23-25]､目标树培育 [26,29]､虫害等方面;相关研究多基于林分生长过程和目标树培育提出间伐和修枝方面的建议 [26-29], 而格木大径材培育的管理策略仍不完善 [11,13]｡

　　本研究以广西壮族自治区凭祥市的格木中龄林为研究对象，在开展林分调查和分化等级划分的基础上，分析不同等级林木的生长性状变化特征，采用树干解析方法分析林木生长动态和分化过程，并结合树种的生物学和生态学特性，探讨其林分各发育阶段的特征和抚育技术措施，以期为合理制定以大径级目标树培育为目标的格木林分管理策略提供理论和技术支撑｡

　　1 数据与方法

　　1.1 研究区概况

　　研究区位于广西壮族自治区凭祥市中国林业科学研究院热带林业实验中心 (22°03'-07'N,106°48'-56'E), 该区域属于南亚热带季风气候区，年均气温 22℃, 年均降水量 1550mm, 土壤为花岗岩发育成的山地红壤，土层厚度在 100cm 以上 [26-27]｡

　　1.2 研究方法

　　1.2.1 样地调查

　　研究对象为林龄在 32~35a 且处于同一龄级的格木人工林，现存密度 400~570 株 /hm², 平均约 500 株 /hm²｡在立地条件相对一致的林地内布设 10 个 20m×30m 样地，测量样地内格木的树高､枝下高､胸径和冠幅等指标，以胸径为主，结合个体在林冠层位置､偏冠程度等将林木划分优势木､平均木､被压木 3 个等级 [30]｡在每个样地每个等级分别选择 1~2 株标准木，共计 40 株进行树干解析｡在树干高度 0､0.3､1.3､2m 处 (2m 以上按照每 2m 分一段) 各取 5cm 厚度的圆盘，打磨后测量东南西北四个方向的年轮宽度 [23]｡

　　1.2.2 数据分析

　　根据林木的树高和胸径计算高径比 (m/cm), 根据冠幅和胸径计算冠径比 (m/cm)､以冠长和树高计算冠长比 (m/m)｡

　　采用优势度比较林木生长情况，采用 Hegyi 竞争指数 (Hegyi Competition Index I_C 分析个体竞争导致的分化程度 [5]｡

　　根据圆盘判读数据，采用 ForStat2.2 软件中 “林业模型” 模块中的 “树干解析” 功能，计算树干形数以及胸径､树高和材积的生长过程，包括总生长量､平均生长量､连年生长量等｡采用 SPSS13.0 软件进行方差分析和多重比较 (Duncan 法，P<0.05)。

　　2 结果与分析

　　2.1 不同竞争等级格木的生长差异与形态分化

　　林木分级是林木生长对林分竞争的响应｡格木优势木､平均木和被压木的平均占比分别为 38%､38% 和 24%｡格木的胸径､树高､枝下高､冠幅在 3 个等级间均差异显著 ((P<0.05)), 除枝下高随优势度下降而增加外，其余均呈下降趋势｡其中，胸径范围为 17.8~25.4cm, 树高为 14.5~16.8m､枝下高为 7.3~8.8m､冠幅为 5.1~6.5m, 变异系数分别为 18.8%､13.8%､29.2%､24.9%, 树高分化程度最低､胸径次之，枝下高和冠幅较高｡

　　除胸径和树高等直接生长指标外，其树体综合形态也因竞争产生不同的响应｡根据分级结果，随着优势度下降，竞争指数､树干形数､高径比均显著升高｡冠径比升高，优势木冠径比显著低于平均木和被压木｡随优势度下降，树高下降､而枝下高升高，导致冠长比下降｡相对于竞争指数和形数，高径比和冠长比可以较好地反映林木竞争响应，而且容易计算，可以作为竞争响应的实践应用指标｡优势木､平均木和被压木高径比分别为 0.67､0.76､0.83, 冠长比分别为 0.56､0.48､0.39｡

　　2.2 林木生长过程分化

　　根据胸径生长曲线分析，胸径生长在前 5a 属于缓慢生长期，6~25a 属于速生期，其后生长速度略有下降｡胸径的等级间分化在 7a 左右开始，从第 10a 开始，被压木与优势木和平均木的生长分化进一步增加，到 30a 左右平均木的胸径生长开始放缓，优势木仍维持较高的生长速度，平均木与优势木分化程度加大，被压木增长趋缓｡胸径连年生长量峰值出现在 11~13a 之间，优势木约为 1.06cm､平均木约为 0.85cm､被压木约为 0.61cm｡优势木平均生长量在 15a 后达到峰值，平均木和被压木约在 17a 达到峰值，其后逐渐缓慢下降，峰值分别为 0.74､0.62､0.45cm, 总体均在 25a 后有下降趋势，但仍维持高水平｡平均生长量和连年生长量交叉时间在 22~24a 间｡

　　树高的生长过程存在明显的阶段性特征，速生期维持到 15a 左右，然后进入缓慢生长期，到 25a 时生长速度再次提高，但低于速生期｡树高大约在第 3a 进入速生期，同时开始出现等级间分化，优势木明显高于平均木和被压木，从第 7a 开始平均木与被压木逐渐分化｡15~25a 期间，树高的生长明显放缓，优势木和平均木高度差异较小，但与被压木高度相比分化明显，其后优势木和平均木的树高生长开始缓慢增加，并开始第 2 次分化，被压木高度基本维持稳定｡树高存在一段生长缓慢期，导致其连年生长量出现明显下降，优势木尤其显著｡优势木､平均木､被压木树高的连年生长量峰值分别出现在第 6､8､10a, 其中优势木和平均木连年生长量峰值约为 1.3m, 被压木约为 1.1m｡与连年生长量相比，树高平均生长量在达到峰值后开始明显下降，均延后 2a 达到峰值，峰值分别为 0.97､0.85､0.71m, 平均生长量和连年生长量亦在此时间段交叉，约在 10~12a｡

　　从材积生长过程来看，前 10a 的材积小､增速低，10~15a 属于缓慢生长期，第 15a 后进入速生期，各等级林木材积的分化逐渐加剧，优势木和平均木明显高于被压木｡材积的平均生长量和连年生长量在研究时间内未出现交叉，即仍未达到数量成熟期，但连年生长量已经达到峰值，其中优势木和平均木均约出现在第 28a, 分别为 0.022m³ 和 0.018m³, 被压木出现在第 31a, 约 0.010m³｡优势木､平均木､被压木的单株材积分别为 0.41､0.31､0.16m³｡进一步按照各等级单株材积和个体比例计算每公顷材积，第 35a 材积可达 155m³/hm², 而且在 25~35a 期间，各等级的比例基本稳定，优势木､平均木､被压木的占比分别为 50%､38% 和 12%｡

　　3 讨论

　　3.1 林分分化过程与形质培育

　　掌握树种的生长特点和林分生长分化过程是制定森林经营方案的重要基础 [1-4], 对于实现珍贵树种大径材培育具有重要理论和实践价值 [11,13]｡从树种生物特性来看，通常主干明显､通直的珍贵树种的出材率高 [6-9], 而格木培育的目标出材区段相对较短，平均在 7.3~8.8m [25-27], 这主要是因为格木属于假二叉分枝树种，主干分杈后，上部难以再形成明显主干 [26-28], 而格木的枝下高以下部分的主干是主要培育目标区段 (2~8m)[26,29], 加之其早期易受虫害影响，导致格木的枝下高较低，出材率相对较低｡研究发现，格木目标区段的节子分布数量高，严重影响木材质量 [29], 因此，通过根据树种生物学特点和林分发育特征优化林分管理提高目标区段的长度和控制节子数量，对格木的木材质量和产量培育具有重要作用｡

　　本研究发现，格木胸径速生期在 6~25a; 树高的速生期在 3~15a, 分化期亦早于胸径;即格木树高和胸径存在异速生长关系 [30], 早期树高生长快于胸径 [19,27]｡根据胸径和树高综合分析，研究林分第 7a 即可分化出优势木､平均木､被压木｡与胸径随年龄增大呈现持续增长趋势不同，树高生长存在阶段性特征｡速生期结束后，15~25a 树高进入生长缓慢期，其后又恢复生长｡唐继新等 [27] 的研究中，格木优势木和平均木树高的平均生长量与连年生长量曲线在 9~16a､8~21a 多次相交的现象可能与树高生长的阶段性特征有关｡

　　这种现象的产生首先与格木顶端优势不明显､树高生长受限有关，另外格木光饱和度和补偿点低 [20], 能以较低的光合面积维持生存，将资源更多分配到树高生长以提高光竞争 [30], 这也是格木中幼林可以保持较高密度经营的生理基础｡从生长过程来看，前 15a 是格木速生期，也是分枝形成的高峰期，本研究认为在造林后 10~15a 进行一次修枝，可以降低节子形成和提高木材质量 [29], 但根据节子分布高度和形成时间分析，仅此时进行修枝略显不足，幼林期即需根据生长和虫害发生情况进行适度的抹芽､修枝，以降低目标区段的分枝和节子形成，这与木材质量形成关系密切 [13]｡结合树种特点和发育过程分析，前 15a 的中幼林阶段囊括了格木树高和胸径的分化节点､树高速生期､胸径速生期的前半部分，同时还是主要分枝大量形成的时期，决定干形与节子数量等成材质量特征，因而是格木质量培育的关键时期｡

　　除了人工林修枝外，保持合适的林分密度和郁闭度，充分发挥林分自然整枝作用，不但有利于培育良好干形，而且可以抑制侧枝发育､提高枝下高和节子的形成 [31], 可以为后期木材产量和质量的培育提供良好基础 [13,27]｡一般生长速度快的树种，如红锥 (Castanopsis hystrix) 顶端优势明显，主干发育好，在林分郁闭后 1~2a (树龄 6~8a) 即可进行第一次间伐 [11]｡格木生长速度相对较慢，培育周期长，推测在 50~70a 以上 [30], 而且其主干分杈后难以再形成明显主干 [26-28], 因此需要适当延后间伐时间，通过林分竞争促进主干形成 [26-27]｡胸径进入速生期后林分竞争逐渐强烈，林分管理重点由前期的形质培育转为目标树产量培育为主，可根据生长指标和综合指标分析进行间伐管理｡综合来看，在树高和胸径的速生期末 (第 15a 和第 25a 左右) 各进行一次间伐，既可以降低竞争消耗，也有助于干形培育｡由于格木顶端优势不明显，为了调控干形可适当降低第一次间伐强度，可控制在 20% 左右，并对保留木修枝以进一步提高目标区段长度，25a 时林冠层的竞争强烈，且干形发育基本稳定，因此第二次间伐强度可提高到 40% 左右｡

　　3.2 材积生长过程与产量管理

　　当前林分中优势木和平均木的树冠已经完全占据林冠层，导致林冠层的竞争强度大，后期被压木进入林冠层难度极大 [7]｡在树高生长差异较小的情况下，优势木和平均木的冠层竞争将是影响林分径生长和材积增长的主要因子｡格木材积的平均生长量和连年生长量在 35a 未交叉，即在研究时间内未达数量成熟期，但连年生长量已经达到峰值，其中优势木和平均木峰值约在 28a, 被压木在 31a, 与前人研究结果基本一致 [27]｡当前林分竞争较强，优势木､平均木､被压木的数量占比分别为 38%､38% 和 24%, 而材积占比分别为 50%､38% 和 12%, 优势木的材积占比较数量占比明显提高，被压木与之相反;在 25~35a 间，优势木､平均木､被压木的材积占比基本稳定，推测此阶段林分处于竞争消耗阶段 [5]｡

　　林分中处于竞争劣势的个体将资源更多分配在树高和冠幅的生长方面，以提高对光资源获取的空间竞争和利用能力，而长期的过度竞争不但导致这部分个体生长缓慢，也可导致目标树生长量的增速下降 [7-11], 因而此阶段需要进行疏伐，以减小竞争｡本研究中，优势木和平均木处于同一冠层，且冠径比小，表明树冠的竞争较强｡林分优势木的平均胸径和冠幅分别为 25cm 和 6.5m, 根据前期调查天然林中林木胸径和冠幅的关系推算，当前林龄的理论冠幅约为 9m, 约为 123 株 /hm², 本研究林分优势木的密度已经达到 190 株 hm², 林分竞争仍较强｡综合上述理论､林木分化组成与材积占比，以及当前阶段林木的干形已经稳定，可以进行目标树终选､被压木和干扰木的疏伐，从而释放目标树生长空间，这是当前林分经营管理的首要目标｡目标树宜选择枝下高较高､干形通直､冠幅大且完整不偏冠的个体;一般木的选择除需考虑与目标树的竞争关系外，还应考虑林木整体分布均匀性｡为了促进目标树的径生长､提高木材产量，结合下一个经营周期目标胸径 30~35cm 的需求，建议开展间伐强度约 60% 的高强度间伐｡

　　4 结论

　　格木的培育目标以大径级无节材为主，培育周期较长｡格木人工林受虫害影响严重，容易导致干形差､产量低，需要从质量培育和产量形成 2 个方面，分阶段优化林分管理措施，保障培育目标的实现｡结合格木个体和林分发育特征，前 15a 的中幼龄林期是格木干形和质量培育的关键阶段，林分郁闭前主要采取抹芽修枝等措施控制节子形成，培育无节材，同时提高目标区段长度｡可在 7a 林分完全分化时进行目标树初选，在 15a 左右格木树高速生期结束，进行第 1 次低强度间伐，间伐对象以被压木为主｡15a 后林木干形基本稳定，林分进入产量培育阶段，此时可以采取高强度间伐管理，以保障目标树发育空间｡在 25a 左右胸径速生期结束时可进行第 2 次间伐，对象为被压木和干扰树，对目标树进行修枝，进一步提高目标区段长度;35a 左右优势木的材积增长明显下降时可进行第 3 次间伐，间伐后林分基本确定终选目标树及其数量｡

赵志刚,李兆佳,刘尚博,张港隆,康巧玲,郝 建,广州市林业和园林科学研究院,中国林业科学研究院热带林业研究所,长江大学生命科学学院,中国林业科学研究院热带林业实验中心,202502