刘建中 曾素平 王书韧 臧毅明 郭利娜 王 辉 朱亚军徐夏云 谢小艇 姜春前*

（1青阳县林业局，安徽青阳 247100；2中国林业科学研究院林业研究所，北京 100091；3中国林业科学研究院亚热带林业实验中心，江西新余 336600）

杉木[Cunninghamia lanceolate（Lamb.）Hook.]是我国亚热带地区种植范围广泛的速生用材树种，位居人工林面积首位，种植面积达1.24×107hm2，约占全国造林总面积的25%[1-3]，杉木木材总产量约占全国市场商品材的20%[4]。自1970 年以来，杉木人工纯林面积不断扩大，当前杉木人工林普遍进入第2～3 代经营阶段，长期的短周期集约化经营造成了杉木林地营养严重缺乏，导致林地生产力下降，林分生长缓慢，从而限制了林业产业的进一步发展[5-6]。因此，亟需探索有效的营林措施提升杉木人工林质量，维持其群落稳定和生态平衡。

森林经营最常见的方式是调控林分密度，主要通过调节林分内水分和光热资源分配规律，直接影响林下植被群落的组成、生态功能以及林地生产力等[7-9]。对人工林来说，林分密度不仅影响林分自生的生长发育、冠层结构和林内环境，而且对林下植被的生长分布和群落组成等均有着显著影响[10]。当前，抚育间伐是林分密度调控的主要方式，间伐有利于快速改善林分空间结构[11]。间伐后林下套种是将多年生林木与其他栽培植物组合在同一空间内进行经营管理的模式，有助于充分利用林地资源，增强人工林群落稳定性[12]。实践证明，对人工纯林进行抚育间伐后套种阔叶树种，形成针阔混交林，是人工干预森林生长的有效措施[13-14]。相关学者关于人工林密度调控的研究主要集中在探究不同间伐强度和时间下人工林生长发育的变化规律[15-16]、林分生产力[17]、林下植被生长状况[18]、土壤理化性质和微生物特征[19]等方面。现有研究普遍认为，间伐有利于促进林分及林下植被生长，且基本随间伐强度增大效果越显著[20-23]。比如，王立超等[20]通过对白蜡（Fraxinus chinensis）、旱柳（Salix matsudanaKoidz）、白榆（Ulmus pumilaL.）3 种人工林不同林分密度生长情况分析发现，降低林分密度能促进各林分的生长，其中白榆人工林在密度调控后效果最佳，显著优于调控前。商添雄等[24]研究指出，间伐可促进华北落叶松（Larix principis-rupprechtiiMayr）人工林单株林木胸径和冠幅生长，增大林木单株冠径比与生产力。杨育林等[25]通过对川中丘陵区柏木（Cupressus funebrisEndl.）人工林抚育间伐发现，间伐可改变林内光热环境，继而促进林下植物的生长更新，其中以高强度间伐作用最为显著。魏阿荣[26]通过分析不同间伐强度对杉木人工林下套种楠木（Phoebe zhennanS. K. Lee & F. N.Wei）的生长发现，高强度间伐后楠木生长最佳，此时楠木的地径、树高均显著高于其他间伐处理。林木及林下植被生长变化与间伐后林分密度具有较大相关性，探究不同密度调控处理后一定时期内乔木林及林下套种植物生长发育动态变化趋势，有利于深入了解营林措施对人工林植被生长和生态系统稳定性的影响，对人工林的产业发展与生产起着关键的作用。

为此，本研究以安徽省青阳县窑西林场内杉木人工林为研究对象，通过观测疏伐4 年内不同密度林分内杉木及套种阔叶树地径/胸径和树高数据，探究林木在同一时期不同密度林分内或同一密度林分内不同时期的动态生长趋势及显著性差异，揭示林分密度调控对杉木人工林及林下套种阔叶树生长发育的影响，以期筛选适合当地杉木人工林的最佳采伐强度，旨在改善杉木纯林地力衰退的现状，为今后调控人工林林分结构、提高生态功能以及科学经营提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

研究区位于安徽省青阳县窑西林场（117°40'～118°05'E，30°19'～30°50'N），属于北亚热带湿润季风气候，气候温和，雨量充沛，光照充足，雨量充沛，年平均气温16.1 ℃，年平均降雨量1 500 mm，年平均日照时数2 066 h，无霜期218 d；地形以山地丘陵为主，海拔高度介于50～1 000 m。成土母质为页岩，林地土壤类型为黄红壤，土层深厚肥沃。区域内植物种类分布多样，包括常绿针叶林、针阔混交林、常绿-落叶阔叶混交林、竹林、落叶灌丛等多种植被类型，乔木树种主要为杉木、马尾松（Pinus massonianaLamb.）、青冈（Quercus glaucaThunb.）等[27]。

1.2 试验方法

2018年3月，选择海拔、坡度和坡向等生境条件和林分初始密度基本一致的14年生杉木人工林，按照随机区组设计，设置4种林分密度，分别为低密度（675 株/hm2，KL）、中密度（825 株/hm2，KM）、高密度（1 050 株/hm2，KH）和对照（1 740 株/hm2，CK），样地面积均为20 m×20 m，其中实验组样地均为3 个，对照样地为6 个，共15 个样地。密度调控前调查样地内林木胸径、树高、冠幅、林分结构、林下更新状况以及海拔、坡度、坡向等立地因子等，样地设置情况见表1。

表1 样地设置及林分概况

密度调控时，遵循砍小留大、砍劣留优且兼顾保留木均匀分布的原则对林分进行间伐作业。间伐后调查并记录乔木株数、胸径、树高等因子；适当清理砍伐剩余物，随机均匀套种树高、地径基本一致、生长健壮的1 年生浙江楠（Phoebe chekiangensis）和檫木（Sassafras tzumu）苗，密度均为225 株/hm2。2 种树种在每个样地是随机排列，尽量保证每个样地内各树种数量基本一致。以2018 年间伐后的每木调查数据分别测算林分处理后的林分初始生长情况，之后样地每隔2 年调查1 次，即分别于2020、2022 年对各个样地的杉木进行每木检尺，套种阔叶树则需测量地径和树高。调查时，单株胸径用围尺测量（精度0.1 cm），树高与枝下高使用激光测高仪测量，利用皮尺测量东西、南北冠幅。

1.3 生长指标计算

本研究通过4 年的连续监测，系统测算间伐套种阔叶树后杉木人工林林分树高、胸径、冠幅和立木材积等指标，以及套种阔叶树的树高、胸径等生长指标，单株材积计算公式如下：

V= 0.000 058 774 02 ×D1.9699831× H0.89646157

式中：D为单株胸径；H为单株树高；V为单株材积。

1.4 数据统计与分析

采用Excel 2010 和SPSS 23.0 软件进行统计与分析，对主要生长参数进行单因素方差分析和Fisher LSD 检验。图表中数据为平均值±标准差（P＜0.05）。

2 结果与分析

2.1 不同林分密度杉木人工林生长发育情况

如表1 所示，密度调控后同一时期，杉木林胸径、树高、单株材积均表现出随林分密度减小而增大的趋势，其中低密度林分生长最佳，CK 和高密度林分胸径、树高、材积与其他密度林分之间均存在显著差异（除间伐后0 年，P＜0.05）。密度调控后0 年时，不同密度杉木林平均胸径表现为低密度＞中密度＞高密度＞CK，低密度林分平均胸径显著大于其他密度，其杉木林胸径为CK的1.31倍；平均树高和单株材积在密度调控后均显著大于CK（P＜0.05），低密度林分平均树高和单株材积分别为CK 的1.20、1.89 倍。密度调控后2、4 年，杉木胸径、树高和单株材积也表现为低密度＞中密度＞高密度＞CK，且密度调控前后存在显著差异，高密度林分显著小于低密度和中密度林分（P＜0.05）。密度调控2 年后，低密度林分的胸径、单株材积分别为CK 的1.12、1.27 倍；密度调控4 年后，低密度林分与CK 之间的生长差异与密度调控2 年后基本一致。

杉木林密度调控后连续调查观测发现（表2），相同密度杉木林胸径、树高、单株材积变化趋势一致，均表现为随林龄的增大而增大。低密度杉木林胸径、单株材积仅在密度调控后4 年显著大于0 年，而平均树高在密度调控后2～4年与0年相比均显著增大。密度调控后2～4 年，中密度和高密度林分胸径、树高、单株材积均显著大于间伐0 年时林分；密度调控4 年后，高密度林分单株材积为0 年时的1.23 倍；中密度杉木林单株材积在密度调控后不同时间之间存在显著性差异，间伐后4 年是0 年的1.62倍（P＜0.05）。

表2 不同密度和间伐时间后杉木林生长情况

2.2 不同林分密度杉木人工林生长量的变化趋势

由图1 可知，适度的抚育间伐促进杉木胸径、树高和单株材积生长量的增加，但其增量存在差异。间伐后2～4 年，杉木胸径生长量随间伐强度增加均呈现先明显上升后下降的趋势，杉木胸径生长量均表现为中度间伐后显著高于其他间伐处理下的胸径增量。密度调控2 年和4 年后，杉木林胸径生长量基本大于CK；2 年和4 年时中密度林分胸径生长量分别为CK 的2.71、2.54 倍。杉木树高（图1b）和单株材积（图1c）生长量的变化趋势与胸径生长量的变化趋势一致，均表现为随林分密度的减小先增加后减少，中密度杉木林树高和单株材积生长量最大，随时间的推移杉木树高和单株材积生长量下降。

图1 间伐后杉木胸径、树高和单株材积生长量

2.3 不同林分密度杉木林下套种阔叶树种生长发育规律

由图2 可知，林下套种阔叶树地径和树高均随林分密度减小呈增大趋势。低密度杉木林下阔叶树平均地径显著大于其他密度林分（P＜0.05），分别为CK、高密度和中密度林分的1.35、1.25和1.22倍。林下套种阔叶树平均树高在密度调控后均显著大于CK，其中低密度林下阔叶树平均树高为CK 的1.26倍。

图2 不同林分密度杉木林下套种阔叶树生长发育情况

3 讨论与结论

3.1 林分密度对杉木林生长发育的影响

抚育间伐是人工林经营和培育中调控林分组成和密度的一种有效管理措施，能缓解单木竞争、促进林木生长、缩短轮伐期，在杉木人工林经营中已被广泛应用[28-29]。现有研究通过对杉木、红松（Pinus koraiensisSiebold & Zucc.）等人工纯林进行间伐处理后，林木的胸径、树高以及单株材积等指标均随间伐强度的增强而增大[21，30-31]。本研究发现，对杉木人工林进行密度调控（间伐）后，杉木胸径、树高和单株材积均随林分密度减小呈增大趋势，且密度调控后林分均显著大于未调控林分，表明间伐促进杉木生长，尤其是低密度杉木林生长最佳。郑鸣鸣等[32]研究发现，间伐能够促进杉木林分胸径和材积的生长，在强度间伐下最为显著，但间伐对树高则无显著影响与本研究结果不同，主要是因为林分的立地指数存在差异。王立超等[20]通过对相同立地条件下，不同林分密度白蜡、旱柳、白榆人工林生长情况分析发现，降低林分密度促进了各林分的平均胸径、树高、冠幅的生长，其中白榆人工林在密度调控后显著大于调控前，这与本研究结果一致。周钰淮等[21]研究发现，柳杉人工林的生长和生产力随间伐强度增大而增大，而这些作用随时间的推移而下降，这与本研究发现的胸径、树高和单株材积在密度调控后2～4年显著大于0 年，而2 年和4 年之间无显著差异一致，说明密度调控在短期内会显著促进林分生长，随时间延长作用则减弱。本研究发现间伐后杉木胸径、树高和单株材积生长量随林分密度减小先增大后减小，中密度林分生长量最大。魏阿荣[26]研究发现，随着抚育间伐强度的增加，杉木胸径、树高和单株材积等生长指标的生长量呈增大趋势，这与本研究结果不同，可能与林分密度、林间的光照或养分供应存在差异有关。周钰淮等[21]研究发现，柳杉人工林在间伐后前3 年和后3 年，胸径和单株材积年生长量均表现为随间伐强度增大呈增大趋势，且各处理间基本存在显著差异，这与本研究结果不同，主要因为物种及间伐强度存在一定差异。汪建新[22]研究认为，不同强度抚育间伐处理下的杉木林分胸径、树高和林分蓄积生长量均大于未抚育林分，这与本研究发现的密度调控后杉木胸径、树高、单株材积生长量基本大于未调控林分一致，说明林分可通过抚育间伐改善其生长和营养空间，促进林分生长。

3.2 林分密度对杉木林下套种阔叶树生长的影响

研究认为，杉木纯林经营中适度降低林分密度有利于林下植被生长、维持林地土壤肥力，实现可持续经营[33]。楠木和檫木等阔叶树适宜混交种植，可在阴湿环境中正常生长[26]，杉木人工林下套种阔叶树有利于维持林分稳定、改善土壤养分、促进林分健康生长[34]。谢家仪[23]通过在杉木林分内套种木荷（Schima superbaGardner & Champ.）发现，随林分间伐强度的增加，林内套种木荷的胸径、树高、冠幅呈上升趋势，这与本研究发现的杉木林内套种阔叶树地径和树高均随林分密度减小呈增大趋势结果一致；魏阿荣[26]研究发现，不同间伐强度对杉木人工林下套种楠木的地径、树高和保存率相关生长指标均具有显著的影响，高强度间伐处理后楠木的地径、树高显著高于其他处理，这与本研究发现的低密度杉木林下套种阔叶树的地径、树高最大或显著大于其他密度林分一致，说明间伐强度越大或林分密度越低，越有利于林下套种植物的生长，这是因为间伐等密度调控措施增大林分间隙，改变了林内光热环境，可在一定程度上增加植物所需的光照、水分和养分，促进林下植物的生长更新，现有研究发现强度间伐影响效果更为明显[25]。朱宏光等[35]通过在不同间伐强度马尾松林下套种米老排（Mytilaria laosensisLec.）、红锥（Castanopsis hystrixHook. f.）和润楠[Machilus nanmu（Oliver）Hemsley]发现，中度间伐（40%）可以促进林下套种树种的生长，这与本研究结果不同，主要是因为不同阔叶树种的生存会受多变的环境条件和树种本身特性差异的影响。