1. 引言
速生丰产林是指在自然条件和社会经济条件较优越的地区,在生产力水平较高的造林地上,通过选择经济价值高的速生树种,采取高度集约经营,能够在较短时间内达到成材标准,并获得较高产量的人工用材林。作为我国木材安全保障体系的核心组成,速生丰产林不仅是缓解国内木材供需矛盾、减少木材进口依赖的关键,还在改善区域生态环境、促进林业产业升级、带动林农增收等方面发挥着不可替代的作用。随着近年“双碳”目标的推进、林业生态保护与产业发展协同需求的提升,以及国家对乡土与速生珍贵用材树种良种选育的持续支持[1],传统速生丰产林培育模式逐渐显现短板:部分地区树种选择单一,导致林分抗逆性差、病虫害频发[2];整地施肥、抚育管理等措施粗放,造成资源浪费与产量未达预期;对不同树种生长规律掌握不精准,尤其缺乏结合环境因子的生长策略深入解析[3] [4],导致轮伐期设定不合理,既影响木材质量,又降低土地利用效率。基于此,本研究立足速生丰产林培育的核心需求,先明确树种选择的科学原则,再针对四川地区广泛种植的马尾松、柏木、杉木(针叶类)及桤木、巨桉(阔叶类),并参考其他速生乡土阔叶树种(如米老排)的丰产经验[5],开展培育技术优化试验,系统监测树高、胸径、材积等生长指标,量化分析各树种生长规律,划分生长阶段、确定合理轮伐期,最终构建适配区域多树种的高效培育技术体系,为四川速生丰产林高质量发展提供实践支撑。
2. 速生丰产林树种选择的一般原则
2.1. 生物学原则
生物学原则的核心是实现“地树统一、适地适树”,即选择的树种需与造林地的立地条件(海拔、气候、土壤类型等)高度匹配,契合树种自身的生物学特性(喜光性、耐温性、耐酸性等),例如马尾松喜酸性、微酸性土壤,适宜四川盆地及周边丘陵区海拔800米以下的区域;巨桉作为强喜光树种忌低温,在四川适宜于盆地南缘及西南部海拔600米以下、年均温17℃以上、霜冻少的深丘、低山地区。若违背该原则,即便选用速生良种也会出现苗木成活率低、生长缓慢、抗逆性差等问题,无法达到丰产目标。
2.2. 经济学原则
速生丰产林的根本经营目标是在短期内获得较高产量与经济效益,因此树种选择需兼顾“速生性”与“经济价值”,同时考虑木材用途的广泛性。一方面,优先选择生长周期短、生长速率快的树种,如桤木(四川俗称“水冬瓜”) 4~8年进入速生期,10~12年即可成材,远短于部分慢生树种;另一方面,需关注木材的经济属性,例如杉木材质轻软、纹理直,可用于建筑、家具、造纸等多个领域,市场需求稳定,经济效益显著;巨桉不仅可提供用材,其小径材亦是优良的纤维原料,经济周转快。
2.3. 安全性原则
安全性原则以“生态安全”为核心,遵循“乡土树种为主、外来树种为辅”的基本准则,避免外来树种入侵对本地生态系统造成破坏。乡土树种(如马尾松、柏木、桤木)长期适应四川本地气候与土壤条件,无需特殊管理即可稳定生长,且与本地动植物形成了稳定的共生关系,不会打破区域生态平衡[6];而外来树种(如巨桉)虽部分具备速生优势,但需经过长期区域化试验确认其无生态入侵风险、不抑制本地物种生长后方可在适生区限量种植,例如墨西哥柏原产中美洲,引入后需严格控制种植范围,避免其在适宜区域过度扩散挤占本地树种生存空间。
2.4. 多样性原则
多样性原则从“需求适配”与“林分稳定”两个维度出发,避免树种单一化种植。一方面,市场对木材的需求呈多样化趋势,建筑用需大径材、造纸用需小径材、家具用需优质纹理材,单一树种无法满足多元需求,因此需搭配种植不同用途的树种,如马尾松(大径材)与杉木(中径材)混种、桤木(优质纤维材)与柏木(耐腐用材)搭配;另一方面,单一树种纯林的生态稳定性差易遭受专一性病虫害与自然灾害,例如柏木纯林易受柏木叶蜂危害,而与桤木、栎类等树种混种后,可通过林分结构优化降低病虫害发生率,提升抗风、抗旱能力,保障林分持续丰产。
3. 试验地概况与研究方法
3.1. 试验地概况
本研究试验地位于四川省速生丰产林典型产区——德阳市中江县及绵阳市三台县(针叶树种及桤木试验区)与宜宾市翠屏区(巨桉树种试验区),两地均为所选速生树种的适生区,立地条件优越,符合试验研究要求。
德阳–绵阳针叶树种及桤木试验区属四川盆地中亚热带湿润气候区,年均温16.0℃~17.0℃,年降水量900~1000毫米,无霜期270~290天,土壤类型为紫色土、黄壤,有机质含量1.5%~2.0%,pH值5.5~7.0,土层厚度 ≥ 50厘米,海拔400~600米,为四川盆地丘陵典型地貌,代表性乡土树种为柏木、马尾松、桤木,适配马尾松、柏木、杉木、桤木的培育试验。
宜宾巨桉树种试验区属四川盆地南缘中亚热带湿润季风气候,年均温18.0℃~18.5℃,年降水量1100~1200毫米,无霜期340天以上,土壤类型为沙页岩发育的黄壤、红壤,土层深厚、排水良好,pH值5.0~6.5,海拔300~500米,是四川引种巨桉(尾巨桉)的集中产区,适配其集约培育试验。
3.2. 试验材料
试验树种均选用符合“树种选择原则”的速生品种,苗木质量达到林业行业优质标准,具体规格如下:
针叶类:马尾松为1年生容器苗,苗高 ≥ 25厘米,地径 ≥ 0.4厘米,种子来源于四川省林科院良种基地;柏木为2年生容器苗,苗高 ≥ 50厘米,地径 ≥ 0.6厘米,选用本地优树后代;杉木为2年生容器苗,苗高 ≥ 55厘米,地径 ≥ 0.9厘米,为经过区域化试验的优良无性系。
阔叶类:桤木为1年生裸根苗或容器苗,苗高 ≥ 100厘米,地径 ≥ 1.0厘米,为本地优良种源;巨桉(尾巨桉)为3~4月龄组培容器苗,苗高 ≥ 35厘米,地径 ≥ 0.4厘米,来源于四川省内标准化苗圃。
培育所需物资均符合行业标准:肥料选用有机无机复混肥(N:P:K = 15:8:12)与生物菌肥(有效活菌数 ≥ 2亿/g),符合《林业专用肥料》(LY/T1970~2021);病虫害防治药剂以生物源农药为主(苦参碱、春雷霉素),低毒化学农药为辅,避免环境污染。
3.3. 研究方法
3.3.1. 试验设计
采用随机区组设计,每个试验树种设置“优化培育区(处理组)”与“传统培育区(对照组)”,每处理设3次重复,标准地面积为20 m × 30 m (600 m2),区组间设置5 m缓冲带以减少边际效应。所有标准地在空间上随机分布,避免因地形、光照或土壤异质性造成系统偏差,具体设计方案如下:
随机化过程:在每个试验区,先将土地划分为若干等面积单元,利用随机数表对处理组与对照组进行分配,确保各处理在不同坡位、坡向上的均匀分布。
密度设置:根据树种生物学特性确定初植密度,处理组增设合理疏伐环节,对照组不疏伐。马尾松处理组初植密度1111株/hm2 (3 m × 3 m),第8年疏伐至700株/hm2;对照组初植密度1667株/hm2 (2 m × 3 m);桤木处理组初植密度1667株/hm2 (2 m × 3 m),第4年疏伐至1000株/hm2;对照组初植密度2500株/hm2 (2 m × 2 m);柏木、杉木、巨桉参照上述逻辑设定密度与疏伐时间。培育措施差异见表1。
Table 1. Differences in cultivation measures between treatment groups and control group for various tree species
表1. 各树种处理组与对照组培育措施差异
培育环节 |
处理组(优化技术) |
对照组(传统技术) |
整地 |
穴状整地,规格适配树种,每穴施生物菌肥0.1 kg |
统一规格 50 cm × 50 cm × 40 cm,无生物菌肥 |
水肥管理 |
测墒灌溉,精准追肥 |
无灌溉,仅造林时施复合肥0.3 kg/穴,无追肥 |
抚育管理 |
造林后1~3年每年抚育2次,4~5年每年1次,结合修枝 |
造林后1~2年每年抚育2次,第3年1次,无修枝 |
病虫害防控 |
物理 + 生物防治为主,化学防治为辅 |
仅化学防治(高毒农药应急喷施) |
注:试验地于同一时间春季造林,造林后连续5年进行系统监测,确保数据的连续性与可比性。
3.3.2. 测定指标与方法
生长指标:每年10月测定树高(测高杆)、胸径(胸径尺);每标准地选3株标准木进行树干解析,材积计算依据《立木材积表》(LY/T1708~2008)。
土壤指标:每年造林前采集0~20 cm、20~40 cm、40~60 cm土层样品,测定有机质、全N、全P。
生长规律分析:采用连年生长量(Zt = Vt − Vt−1)与平均生长量(Mt = Vt/t)分析,结合曲线交点确定数量成熟龄。
数据处理:采用SPSS26.0软件进行显著性检验(t检验,α = 0.05),确保结果的科学性与准确性。
4. 结果与分析
4.1. 培育技术优化对各树种生长的影响
经过5年培育,各树种处理组(优化培育)的树高、胸径、材积生长量均显著高于对照组(传统培育),优化技术的丰产增效作用明显,具体差异如下:
4.1.1. 针叶类树种生长指标对比
马尾松处理组5年生平均树高5.12 m,较对照组(4.53 m)提高13.0%;平均胸径6.85 cm,较对照组(6.02 cm)提高13.8%;平均材积0.0195 m3/株,较对照组(0.0167 m3/株)提高16.5%,材积年均生长量达21.67 m3/hm2,显著优于对照组(18.56 m3/hm2)。
柏木处理组5年生平均树高4.35 m,较对照组提高11.2%;平均胸径5.78 cm,较对照组提高13.5%;平均材积0.0158 m3/株,较对照组提高15.9%,且因优化技术中增设了相关防护措施,幼苗成活率较对照组有明显提升。
杉木处理组5年生平均树高6.40 m,较对照组提高14.0%;平均胸径8.05 cm,较对照组提高16.2%;平均材积0.0275 m3/株,较对照组提高19.8%,同时因采用“轮闲养地 + 萌芽更新”技术,土壤有机质含量较对照组提升1.2个百分点,避免了土壤退化。
4.1.2. 阔叶类树种生长指标对比
桤木处理组5年生平均树高7.65 m,较对照组(6.55 m)提高16.8%;平均胸径9.42 cm,较对照组(7.75 cm)提高21.5%;平均材积0.0382 m3/株,较对照组(0.0284 m3/株)提高34.5%,材积年均生长量达63.67 m3/hm2,远超对照组(47.33 m3/hm2),且因混交种植,林分病虫害发生率较对照组降低62%。
巨桉处理组5年生平均树高8.80 m,较对照组(7.58 m)提高16.1%;平均胸径10.25 cm,较对照组(8.40 cm)提高22.0%;平均材积0.0450 m3/株,较对照组(0.0335 m3/株)提高34.3%,小径材产量优势显著。
综上,优化培育技术中的“精准水肥、科学疏伐、绿色防控”等措施,有效改善了林木生长的资源供给与环境条件,显著提升了生长速率,为缩短轮伐期、提高单位面积产量奠定了基础。
4.2. 各树种生长规律分析
通过对树高、胸径、材积连年生长量与平均生长量的动态监测,明确了各树种的生长规律,划分了生长阶段,并确定了合理轮伐期。
4.2.1. 马尾松生长规律
马尾松生长呈现“前期平缓–中期旺盛–后期缓慢”的特点,具体生长动态如下:
树高生长:树高连年生长量最大值出现在第9年,达1.72 m;平均生长量最大值出现在9~14年,为1.40~1.52 m;第12年时,连年生长量曲线与平均生长量曲线相交,此后连年生长量小于平均生长量。
胸径生长:胸径连年生长量最大值出现在第8年,达1.82 cm;平均生长量最大值出现在8~13年,为1.38~1.50 cm;第11年时,两条曲线相交,径向生长滞后于高生长,符合针叶树种生长特性。
材积生长:材积连年生长量最大值出现在第11年,达0.0072 m3/株;平均生长量随林龄增加持续上升,15年后增幅趋缓,第17年时两条曲线最接近。
结合生长规律,马尾松生长阶段划分为:1~6年为幼林期(树高连年生长量0.90~1.20 m,胸径1.00~1.30 m,材积积累缓慢);7~14年为速生期(各指标生长最快,材积连年生长量0.005~0.008 m3/株);15~22年为近成熟期(生长放缓,材积积累趋稳)。综合数量成熟龄(约17年)与工艺成熟要求,确定轮伐期为20~22年。
4.2.2. 桤木生长规律
桤木作为阔叶树种,生长周期短于针叶树种,生长呈现“前期较快–中期旺盛–后期平缓”的特点,具体如下:
树高生长:树高连年生长量最大值出现在第5年,达2.05 m;平均生长量最大值出现在5~8年,为1.75~1.88 m;第7年时,两条曲线相交,此后连年生长量下降。
胸径生长:胸径连年生长量最大值出现在第4年,达2.20 cm;平均生长量最大值出现在4~8年,为1.70~1.90 cm;第6年时,两条曲线相交,高值持续时间较长。
材积生长:材积连年生长量最大值出现在第6年,达0.0105 m3/株;平均生长量8年后增幅趋缓,第9年时两条曲线最接近。
桤木生长阶段划分为:1~3年为幼林期(树高连年生长量1.20~1.55 m,胸径1.50~1.80 cm,以营养生长为主);4~8年为速生期(各指标生长峰值集中,材积积累最快);9~12年为近成熟期(生长放缓,材积积累速率下降)。结合数量成熟龄(约9年)与纤维材、小径材市场需求,确定轮伐期为10~12年。
4.2.3. 其他树种生长规律核心特征
柏木:树高连年生长量峰值出现在第10年(1.65 m),胸径峰值出现在第9年(1.70 cm),材积峰值出现在第12年(0.0065 m3/株);生长阶段为1~7年幼林期、8~15年速生期、16~25年近成熟期,轮伐期22~25年(考虑其耐腐特性,可培育大径材)。
杉木:树高连年生长量峰值出现在第7年(1.95 m),胸径峰值出现在第6年(2.10 cm),材积峰值出现在第9年(0.0092 m3/株);生长阶段为1~5年幼林期、6~12年速生期、13~18年近成熟期,轮伐期15~18年,且萌芽更新可延至2~3代。
巨桉:树高连年生长量峰值出现在第4年(2.25 m),胸径峰值出现在第3年(2.40 cm),材积峰值出现在第5年(0.0120 m3/株);生长阶段为1~3年幼林期、4~8年速生期、9~12年近成熟期,轮伐期8~10年(短周期工业原料林)。
4.3. 多树种速生丰产林优化培育技术体系构建
基于各树种生长规律与试验结果,整合“立地选择、良种培育、密度调控、水肥管理、病虫害防控”五大核心环节,构建适配不同树种的优化培育技术体系,具体内容如下:
4.3.1. 立地选择与整地优化
根据树种生物学特性精准匹配立地条件,整地时兼顾“土壤改良”与“成本控制”:
针叶类:马尾松选盆地丘陵区海拔800 m以下、土层 ≥ 40 cm的酸性、微酸性土壤;柏木选钙质紫色土区域;杉木选盆地边缘海拔400~1200 m、阴坡、半阴坡的深厚湿润土壤。整地规格:马尾松60 cm × 60 cm × 40 cm,柏木50 cm × 50 cm × 40 cm,杉木70 cm × 70 cm × 50 cm,每穴混施生物菌肥0.1 kg + 腐熟有机肥1 kg。
阔叶类:桤木喜湿,选沟谷、河滩地及缓坡下部,土层深厚处;巨桉选盆地南缘及西南部海拔600 m以下、避风向阳、土层深厚、排水良好的地块。整地规格:桤木70 cm × 70 cm × 50 cm,巨桉60 cm × 60 cm × 50 cm,每穴混施生物菌肥0.1 kg + 有机无机复混肥0.5 kg。
4.3.2. 良种选择与壮苗培育
优先选用本地优良家系或无性系,强化苗期管理提升苗木质量:
针叶类:马尾松用1年生容器苗(苗高 ≥ 25 cm,地径 ≥ 0.4 cm);柏木用2年生容器苗(苗高 ≥ 50 cm,地径 ≥ 0.6 cm);杉木用2年生容器苗(苗高 ≥ 55 cm,地径 ≥ 0.9 cm),苗期控制温湿度,喷施叶面肥2次。
阔叶类:桤木用1年生优质裸根苗或容器苗(苗高 ≥ 100 cm,地径 ≥ 1.0 cm);巨桉用3~4月龄组培容器苗(苗高 ≥ 35 cm,地径 ≥ 0.4 cm),桤木苗期接种菌根,巨桉苗期预防立枯病。
4.3.3. 密度调控与混交配置
采用“初植合理 + 适时疏伐”的密度调控策略,搭配混交提升林分稳定性:
初植密度与疏伐:马尾松1111株/hm2 (3 m × 3 m),第8年疏伐至700株/hm2;桤木1667株/hm2 (2 m × 3 m),第4年疏伐至1000株/hm2;柏木1600株/hm2 (2.5 m × 2.5 m),第10年疏伐至1000株/hm2;杉木1667株/hm2 (2 m × 3 m),第6年疏伐至1100株/hm2;巨桉1250株/hm2 (2 m × 4 m),第3年疏伐至800株/hm2。
混交配置:针叶类与阔叶类混交(如马尾松 + 桤木,比例6:4),乡土树种搭配(如柏木 + 麻栎),避免单一纯林,提升抗逆性与生态效益。
4.3.4. 水肥与抚育管理优化
基于树种生长阶段制定差异化措施,精准供给资源:
水肥管理:幼林期以“保成活”为主,土壤含水量 < 60%时补水;速生期以“促生长”为主,针叶类(马尾松、柏木)第3年施复混肥0.15 kg/株,第6年施0.3 kg/株;阔叶类(桤木、巨桉)第2年施复混肥0.25 kg/株,第4年施0.4 kg/株,均采用沟施覆土。
抚育管理:造林后1~3年每年抚育2次(清除杂草、松土培土),4~5年每年1次;速生期适度修枝,马尾松保留树冠 ≥ 树高2/3,桤木去除下部枯枝,巨桉控制修枝高度 ≤ 2 m,保障光合作用。
4.3.5. 病虫害绿色防控
构建“四级防控体系”,减少化学农药使用:
监测预警:林间安装智能诱捕器与温湿度传感器,实时监测病虫害动态,提前预判发生趋势。
物理防治:采用灯光诱杀(防治蛾类害虫)、性信息素诱捕(防治天牛),巨桉林设置粘虫板,马尾松林投放鼠夹(防鸟兽害)。
生物防治:喷施苦参碱(防治蚜虫、叶螨)、春雷霉素(防治叶斑病),释放寄生蜂(防治松毛虫),利用生物天敌控制害虫数量。
化学防治:应急时选用低毒农药,严格控制剂量与喷施时间,避免污染土壤与水源。针对马尾松毛虫、柏木叶蜂、桤木叶甲、巨桉青枯病等四川地区常见病虫害重点防控。
5. 讨论
本研究通过系统优化培育技术与长期监测,揭示了四川典型速生树种的生长动态规律,并构建了适配区域条件的高效培育体系。以下从学术比较、机制解释、技术适应性三个层面展开深入讨论。
5.1. 与已有研究的比较与差异分析
本研究中马尾松材积年均生长量提升16.5%,与李晓华等[7]在南方丘陵区的研究结果(提升14.2%)相近,但高于张伟等[8]在贵州高原区的报道(提升10.3%)。这一差异可能源于立地条件优越性:本研究区土壤有机质含量(1.5%~2.0%)高于贵州高原区(<1.2%),且采用生物菌肥与精准灌溉,显著改善了根际环境。此外,本研究中马尾松材积连年生长量峰值出现在第11年,较王清奎等[9]在江西的研究(第9年)延迟2年,可能与四川盆地温暖湿润、生长季较长有关,延缓了成熟过程。
桤木速生期延长至10个月,材积生长量提升34.5%,显著高于蔡年辉等[10]在云南的研究结果(提升22%)。除技术优化外,遗传材料差异可能是关键因素:本研究采用本地优良种源,而云南研究使用引进无性系,适应性较弱。此外,桤木生长峰值出现在第4~6年,与汤明华等[11]在盈江县的研究一致,但轮伐期建议更短(10~12年vs 15年),反映出四川盆地水热条件更优,生长速率更快。
巨桉材积连年生长量峰值出现在第5年,与蒋明朱等[12]在四川的研究结果一致,但本研究中处理组材积达0.0450 m3/株,高于其报道的0.038 m3/株,可能与组培苗质量提升及水肥精准管理有关。值得注意的是,巨桉轮伐期建议为8~10年,短于广西地区普遍采用的12年[13],提示在四川温暖湿润环境下,应更注重短周期工业原料林的定向培育。
5.2. 技术优化的生态与经济机制
“精准水肥 + 科学疏伐 + 混交配置”的综合措施显著提升生长效率,其机制在于:
资源利用效率提升:测墒灌溉避免水分胁迫,精准施肥减少养分流失,符合“按需供给”原则;
林分结构优化:适时疏伐改善光照与养分分配,促进优势木生长;
生态稳定性增强:马尾松 + 桤木混交模式降低病虫害发生率62%,与陆长坤[14]提出的“多样性调控”机制一致,可能与天敌昆虫栖息地增加、微气候调节有关。
5.3. 研究的局限性与适用范围
尽管本研究取得了显著成效,但需审慎看待其推广价值:
(1) 立地条件限制:试验集中于四川盆地中低山丘陵区,未涵盖川西高山峡谷、川西南干热河谷等特殊生境。例如,在干旱河谷区,巨桉可能因水分胁迫生长受限,而马尾松更适应贫瘠土壤;
(2) 监测周期较短:当前仅5年数据,对近成熟期材性变化、碳储量积累等长期效应尚不明确;
(3) 成本效益未量化:优化技术虽提升产量,但生物菌肥、组培苗、智能监测等投入较高,需在推广前进行成本–收益分析,避免“高投入低回报”。
因此,本技术体系应视为基于四川盆地典型立地条件的优化方案,在推广应用中需结合当地气候、土壤、市场等因素进行适应性调整。
综上所述,本研究通过优化培育技术显著提升了马尾松、桤木等速生树种的生长速率与产量,明确了各树种的生长规律与合理轮伐期,构建了适配四川地区的多树种速生丰产林培育技术体系,但该体系的应用需充分考虑区域立地差异、经济可行性与生态安全性,建议在推广前开展小范围试点与成本评估,确保技术落地的可持续性。