劉春鵬 ，劉澤勇 ，李向軍 ，劉四圍 ，支恩波 ，李新利

（1.河北省林業(yè)科學(xué)研究院，河北 石家莊 050061；2.河北省林木良種工程技術(shù)研究中心，河北石家莊 050061；3.文安縣林業(yè)局，河北 文安 065800）

楊屬Populus植物一直以來都是世界中緯度平原地區(qū)栽培面積最大的速生用材樹種之一[1-2]，也是我國平原地區(qū)最主要的用材林造林樹種，是我國木材加工業(yè)最主要的原材料[3-5]。因此，有關(guān)楊樹方面的研究一直是國內(nèi)外廣大林業(yè)工作者關(guān)注的熱點(diǎn)[6-10]。然而，縱觀我國的楊樹生產(chǎn)，普遍存在著經(jīng)營效益偏低的現(xiàn)實問題。造成這一現(xiàn)實問題的主要原因，就是林農(nóng)在從事楊樹經(jīng)營生產(chǎn)過程中僅憑主觀經(jīng)驗盲目地進(jìn)行生產(chǎn)，缺乏行之有效的高效栽培技術(shù)指導(dǎo)。尤其是近年來，由于木材價格的低廉，導(dǎo)致林農(nóng)在經(jīng)營管理上更加隨意，進(jìn)而致使楊樹生產(chǎn)種植密度千差萬別、管理水平粗放低下、采伐時間隨意混亂，這些都大大限制了我國楊樹產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

在楊樹人工林的生產(chǎn)經(jīng)營過程中，林分密度是制約整個林分生長發(fā)育過程的關(guān)鍵因素，是使得林分獲得最高生產(chǎn)量的有力保障[3]。而采伐時間是衡量經(jīng)營水平高低和經(jīng)濟(jì)效益增減的關(guān)鍵問題，過早或者過晚采伐都會造成不必要的經(jīng)濟(jì)損失[11]。目前，對林木最佳采伐時間的研究不少，馬永春等[12]及代順民等[13]通過樹干解析，建立生長模型的方法，分別對馬尾松和榿木的最佳采伐年齡進(jìn)行了研究，黃慶豐等[14]及秦光華等[15]以同樣的方法，探討了楊樹的最佳采伐時間，但在其研究過程中均忽略了林分密度對采伐期的影響，僅有李保華等[16]通過長期實際測量法，針對3個不同的林分密度，對泗陽地區(qū)南方型楊樹適宜采伐期進(jìn)行了深入的研究。戴麗莉等[6]指出，“輪伐周期與密度密切相關(guān)，不能單獨(dú)考慮”。因此，探討楊樹人工林的最佳采伐期，必須結(jié)合其造林密度。在實際生產(chǎn)中，采伐期的確定一般重點(diǎn)考慮林木的數(shù)量成熟、工藝成熟和經(jīng)濟(jì)成熟，數(shù)量成熟為林木或林分的材積生長量達(dá)到最大時的狀態(tài)；工藝成熟為林木或者林分的目的材種平均生長量達(dá)到最大的狀態(tài)；經(jīng)濟(jì)成熟為林木或林分生長達(dá)到經(jīng)濟(jì)收入最高時的狀態(tài)[11,15-16]。

本研究以華北平原主要的楊樹品種歐美107楊Populus×euramericana人工林為研究對象，以培育中小徑材為目標(biāo)，針對不同的林分密度，在對其現(xiàn)有生長情況分析的基礎(chǔ)上，從林木的數(shù)量成熟、工藝成熟和經(jīng)濟(jì)成熟三個方面入手，對林木單株材積連年生長量和年均生長量以及林分的經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行了統(tǒng)計分析，探討了不同密度林分最佳的采伐時間，以期為河北省平原地區(qū)楊樹經(jīng)營生產(chǎn)提供技術(shù)支持。

1 研究地概況

試驗地位于河北省廊坊市文安縣（116°12′～116°45′E， 38°43′～ 39°03′N）小扣皂村（116°30′E，38°55′N），該地區(qū)屬于河流堆積地貌，處于華北平原相對低下部位，屬亞濕潤大陸性季風(fēng)氣候。年均氣溫為12.4 ℃。其中，7月份最熱，平均氣溫為26.7 ℃；1月份最冷，平均-4.3 ℃。年均降水量為556.3 mm，主要集中在夏季，其夏季平均降水量為409.6 mm，占全年總量的70%以上。日照年均2 765.3 h，季風(fēng)氣候明顯，冬季多偏北風(fēng)，夏季多偏南風(fēng)，年均風(fēng)速為2.5 m·s-1。無霜期184 d，土壤為潮土，質(zhì)地為輕壤土。

2 試驗設(shè)計與方法

2.1 試驗設(shè)計與調(diào)查

于2009年春季進(jìn)行不同密度的歐美107楊造林試驗，設(shè)置7個不同造林密度（分別為:4 m×6 m、4 m×5 m、3 m×5 m、3 m×4 m、3 m×3 m、2 m×3 m、2 m×2 m），設(shè)置0.1 hm2為一小區(qū)，3次重復(fù)。所有處理處于同一塊試驗地中，而且每小區(qū)均按照完全隨機(jī)試驗設(shè)計進(jìn)行配置，因此，各小區(qū)間立地條件基本一致。選擇胸徑、樹高相差不大（苗木規(guī)格為胸徑:2.3±0.3 cm；樹高:3.4±0.4 m）的苗木嚴(yán)格按照試驗設(shè)計進(jìn)行造林，并于造林后每年年底進(jìn)行連續(xù)8年（2009—2016年）的每木檢尺，調(diào)查其胸徑、樹高等指標(biāo)。其中，胸徑采用胸徑尺測量，樹高采用DQW-2 型望遠(yuǎn)測樹儀進(jìn)行測量。

2.2 數(shù)據(jù)處理

匯總調(diào)查所取得的胸徑、樹高數(shù)據(jù)，計算單株材積、單位面積蓄積以及經(jīng)濟(jì)效益各指標(biāo)。其中單株材積按照劉勝芳等[17]編制的歐美107楊立木材積表進(jìn)行計算，計算公式為V單=0.000 036D1.65127H1.28216，其中D為胸徑，H為樹高；單位面積蓄積依據(jù)V蓄積=V單×N計算，其中N為單位面積株數(shù)。

經(jīng)濟(jì)效益分析:對各密度林分每一年的經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行分析，計算其每一年的凈收益以及平均收益等指標(biāo)。其中，由于不同胸徑的林木其出材率不同[15-17]，當(dāng)?shù)馗鶕?jù)林木的胸徑范圍制定了收購價格（如表1），其中胸徑小于8 cm林木小徑材的要求[18-19]（小頭去皮直徑≥6 cm，長度≥2 m），只能作為“大柴”出售，但其價格很低（0.4元·kg-1），且需要大量人工，其所得凈收益極低，因此可忽略不計。投資成本如下:苗木及種植費(fèi)（6元·株-1）、肥料及施肥用工（1.6元·株-1a-1）、澆水費(fèi)（1 350元·hm-2a-1）、除草費(fèi)用為450元·hm-2a-1（只是前3 a需要除草，3 a后林分郁閉，無需除草）、除蟲費(fèi)用225元·hm-2a-1。

表1 木材價格表(元)Table 1 The list of timber price (yuan)

對所取得的數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析，并采用LSD法對其進(jìn)行多重比較。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同密度林分的生長現(xiàn)狀

將2016年12月測得的胸徑、樹高，以及由二者計算所得的單株材積和單位面積蓄積進(jìn)行統(tǒng)計分析，作圖1A-D。如圖1所示，各密度林分胸徑、樹高、單株材積間差異均極顯著，均表現(xiàn)出隨著林分密度的增大而減小規(guī)律，其中株距×行距為4 m×6 m和4 m×5 m的林分胸徑、樹高和單株材積均最大，分別為22.0±0.6 cm，16.4±0.3 m， 0.21±0.1 m3和 21.6±0.5 cm，16.1±0.3 m，0.20±0.1 m3。而各密度林分單位面積蓄積間差異雖然顯著，但并沒有表現(xiàn)出明顯的規(guī)律，其中株距×行距為2 m×3 m、3 m×3 m和3 m×4 m的林分最大，其最大值分別 為 116.08±10.41 m3·hm-2，113.84±4.46 m3·hm-2和 107.36±6.00 m3·hm-2。

圖1 不同密度林分的胸徑、樹高、單株材積和單位面積蓄積Fig.1 The DHB, stand height, individual volume and stock volume per unit area with different densities

3.2 不同密度林分單株材積的連年生長量和年均生長量

林木材積的連年生長量和年均生長量分別是考量林木數(shù)量和工藝成熟的重要指標(biāo)[10-11,16]。對于每一個密度林分，單位面積株數(shù)是固定不變的，其單株材積生長量的變化就能夠反應(yīng)出整個林分蓄積生長量的變化。因此，本研究對林木單株材積的連年生長量和年均生長量進(jìn)行了分析。如圖2A所示，各密度林分單株材積連年生長量基本表現(xiàn)出先升高后降低的趨勢（其中造林后第5年有所下降，主要是由于除蟲不及時遭受蟲害造成的），造林后3～6 a達(dá)到生長速生期，造林后第7年開始明顯下降。對于4 m×6 m、4 m×5 m、3 m×5 m和3 m×4 m林分造林后第4年達(dá)到生長最大值，而3 m×3 m、2 m×3 m和2 m×2 m林分造林后第3年達(dá)到生長最大值。就林木年均生長量而言（如圖2B），各密度林分均表現(xiàn)出先升高后降低的趨勢。其中，4 m×6 m、4 m×5 m、3 m×4 m和2 m×3 m林分造林后第6年達(dá)到最大值，3 m×5 m林分造林后第5年達(dá)到最大值，3 m× 3 m和2 m×2 m林分造林后第4年達(dá)到最大值。綜上所述，各密度數(shù)量成熟齡和工藝成熟齡如表2。

圖2 不同密度林分單株材積的連年生長量和年均生長量Fig. 2 The annual volume growth and mean volume growth with different densities

表2 不同密度林分?jǐn)?shù)量成熟齡和工藝成熟齡Table 2 The age of quantitative mature and technicalmature with different densities

3.3 不同初植密度林分經(jīng)濟(jì)效益分析

對各密度林分造林后8 a的總經(jīng)濟(jì)效益及每年年均凈收益進(jìn)行統(tǒng)計分析，如表3和4。表3是依據(jù)2016年12月所取得的數(shù)據(jù)，對各密度林分造林后8 a總毛收益和總凈收益進(jìn)行的統(tǒng)計分析。如表3所示，各密度林分總毛收益以及總凈收益均存在極顯著性差異（F＞F(7,13)(α=0.01)，P＜0.01）。經(jīng)過數(shù)據(jù)統(tǒng)計，林分凈收益大小順序為:4 m×5 m ＞ 4 m×6 m ＞ 3 m×5 m＞3 m×4 m＞ 3 m×3 m＞2 m×3 m＞2 m×2 m。其中，初植密度為4 m×5 m的林分凈收益最大，為71 480±6 036元·hm-2；而2 m×2 m林分最小，為負(fù)盈利。就各密度林分年均凈收益而言（如表4），各密度林分均表現(xiàn)出隨著時間的推移，年均凈收益先升高后降低的趨勢。除2 m×2 m密度林分外，各密度林分年均凈收益出現(xiàn)在造林后6～7 a，其中年均凈收益最大值出現(xiàn)在4 m×5 m密度林分造林后的第7年，為9 505±990元·hm-2a-1。而2 m×2 m密度林分年均凈收益一直為負(fù)數(shù)，說明2 m×2 m密度林分一直虧損，在實際生產(chǎn)中應(yīng)予以摒除。通過對各密度林分年均凈收益的分析，得出各密度林分經(jīng)濟(jì)成熟齡，如表5。

表3 不同初植密度林分的經(jīng)濟(jì)效益Table 3 The economic benefit with different densities元·hm-2

4 討 論

林分胸徑、樹高和單株材積與林分密度密切相關(guān)[1,3,18]。本研究顯示，造林后8 a林分胸徑、樹高、單株材積均與林分密度成負(fù)相關(guān)，這與田新輝等[3]及黃絹等[10]的研究結(jié)果一致。他們認(rèn)為，林分胸徑和樹高主要受其生長的空間影響，而其生長的空間直接由林分密度決定的。林分密度越大，平均到每株的空間就小，其生長所需光照、水分、養(yǎng)分等資源就少，加之通風(fēng)透光性大大降低，進(jìn)而導(dǎo)致其胸徑和樹高生長緩慢。而單株材積又與林分胸徑和樹高正相關(guān)[5]，因此三者均表現(xiàn)出隨著林分密度的增大而減小的趨勢。而李孝良等[1]對樹高的研究結(jié)果稍有不同，認(rèn)為樹高生長隨著造林密度的增大而增大。這與本研究前期對樹高的分析結(jié)果相似（參閱劉春鵬等[19]），筆者認(rèn)為，在造林后短時間內(nèi)，在密度大的林分中，林木由于受到空間限制，其橫向生長（胸徑生長）首先受到抑制，在林木自身生長需求的驅(qū)使下，其垂直生長（樹高生長）得到促進(jìn)，這就出現(xiàn)了密度越大樹越高的現(xiàn)象。隨著時間的推移，由于林木胸徑生長與樹高生長存在一定的平衡關(guān)系，樹高生長受到自身狹小胸徑的限制，最終導(dǎo)致密度越大、樹越矮小。

表4 不同初植密度造林后各年份年均凈收益Table 4 The mean net benefit with different densities 元·hm-2a-1

表5 不同密度林分經(jīng)濟(jì)成熟齡Table 5 The age of economic mature with different densities

全林分林木材積的總和稱作蓄積量[4]，單位面積蓄積則取決于單株材積和單位面積株數(shù)的乘積，林分密度越大，單位面積株數(shù)就越多，但其單株材積就越小，二者乘積或大或小，因此沒有明顯規(guī)律，這與田新輝等[3]研究結(jié)果一致。林分的經(jīng)濟(jì)效益取決于木材價格、單位面積蓄積和投資成本，而這三者均與林分密度有關(guān)。林分密度過大，林木胸徑就小，其價格就低，而且投資成本又大[7]，然而其單位面積蓄積未必就大，因此，其經(jīng)濟(jì)效益與林分密度不存在明顯的相關(guān)關(guān)系。

確定合理的采伐年齡是楊樹工業(yè)用材林定向培育的一項重要內(nèi)容[15,20]。最佳采伐期的確定主要考慮林木的數(shù)量成熟、工藝成熟和經(jīng)濟(jì)成熟。其中數(shù)量成熟主要依據(jù)林木的連年生長量，而連年生長量是受林分密度影響的[11]，一般來說，林分密度越大，單株林木生長所需營養(yǎng)空間越小，其連年生長量達(dá)到最大值的時間越早，隨之進(jìn)入衰落的時間也就越早。工藝成熟是建立在數(shù)量成熟基礎(chǔ)上的，依據(jù)林木平均生長量，追求循環(huán)生產(chǎn)模式下最大的木材產(chǎn)出量，其一般出現(xiàn)于數(shù)量成熟后1～3 a。楊樹作為我國主要的用材樹種，其經(jīng)營生產(chǎn)是以獲得木材為目的的，而木材最終要轉(zhuǎn)化成經(jīng)濟(jì)效益，因此，林分的經(jīng)濟(jì)成熟是確定最佳采伐期最為重要的因素。經(jīng)濟(jì)成熟是指林木或林分生長達(dá)到經(jīng)濟(jì)收入最高時的狀態(tài)，其與木材價格和投資成本密切相關(guān)，木材價格和投資成本的改變有可能造成其經(jīng)濟(jì)成熟的變化，因此，確定林分最佳采伐期應(yīng)以工藝成熟為基礎(chǔ)，重點(diǎn)考慮經(jīng)濟(jì)成熟，適當(dāng)兼顧數(shù)量成熟[11,15-16]。

然而，最佳采伐期主要依據(jù)林木的生長情況確定，而林木的生長情況是受林木立地條件、林分密度以及經(jīng)營管理水平等因素影響的[1-2,5,15]。而本研究僅對不同林分密度下的最佳采伐期進(jìn)行了研究，對于不同立地條件和經(jīng)營管理水平下的林分最佳采伐期并沒有進(jìn)行探討。因此，這將是進(jìn)一步的研究方向。另外，本研究試驗地屬于華北平原，立地條件較好，且經(jīng)營管理水平較高，因此，所得結(jié)論適用于華北平原具有相似立地條件，且正常管理的林分，對于鹽堿、沙荒等立地條件較差，或者管理水平低下的林分不適用。

5 結(jié) 論

通過以上分析，本研究得到以下結(jié)論:

（1）造林后8 a，各密度林分胸徑、樹高、單株材積隨著林分密度的增大而減小，而單位面積蓄積沒有表現(xiàn)出明顯的規(guī)律。其中，以4 m×6 m林分的胸徑、樹高和單株材積最大，其最大值分別為22.0±0.6 cm、16.4±0.3 m和0.21±0.1 m3；2 m×3 m林分的單位面積蓄積最大，最大值為116.08±10.41 m3·hm-2。

（2）各密度林分?jǐn)?shù)量成熟齡一般為3～4 a，工藝成熟齡為4～6 a，經(jīng)濟(jì)成熟齡為6～7 a，按照以工藝成熟為基礎(chǔ)，重點(diǎn)考慮經(jīng)濟(jì)成熟，適當(dāng)兼顧數(shù)量成熟的原則，各密度林分最佳采伐期為 6～ 7 a。

（3）就經(jīng)濟(jì)效益而言，造林后8 a按林分總凈收益大小各密度順序為:4 m×5 m＞4 m×6 m＞ 3 m×5 m ＞ 3 m×4 m ＞ 3 m×3 m＞2 m×3 m ＞ 2 m×2 m。其中，4 m×5 m林分凈收益最大，為71 480±6 036元·hm-2；而1 m×2 m林分最小，為負(fù)盈利。另外，通過對各密度林分年均凈收益分析表明，4 m×5 m造林后第7年年均凈收益最大，為 9 505±990 元·hm-2a-1。

綜上所述，在河北省平原地區(qū)，在進(jìn)行以中小徑材為培育目標(biāo)的歐美107楊造林時，應(yīng)采用株行距為4 m×5 m的林分密度，并于造林7年后采伐。