完成单位：中国林业科学研究院林业研究所; 江西省林业科学研究院; 湖南省林业科学研究院; 福建林学院杉木研究中心; 中国林业科学研究院亚热带林业实验中心; 四川省纳溪县林业局; 福建省邵武卫闽林场; 中国林业科学研究院热带林业实验中心
　　完成人：张建国; 盛炜彤; 音书振; 惠刚盈; 吴克选; 何智英; 许忠坤; 熊有强; 罗云武; 黄均衡; 赵世荣; 谌红辉
　　研制时间：1996.1～2000.12
　　2000年 组织鉴定。
　　1.成果内容概述 杉木大中径材培育技术研究属国家“九五”攻关专题《杉木建筑材树种遗传改良及大中径材培育技术研究》的部分内容。该专题紧紧围绕大中径材综合培育技术研究的同时，还注重探索地力维护(包括植被管理和林木施肥)的研究和杉木利用新途径(中小径材加工和纸浆造纸)的研究，整个研究具有相当的配套性。此外专题研究内容的设置还充分考虑了成果如何体现区域代表性问题，研究成果覆盖了南岭山地、雪峰山地和武夷山地3个重要杉木产区，攻关内容抓住目前生产上急需要解决的问题，如杉木大中径材栽培的密度控制、立地控制及维护林地长久生产力等，充分反映了研究成果转化与经济建设紧密结合的特点。 2.成果关键技术、主要技术经济指标与国内外同类技术的比较 (一)杉木大中径材培育的立地、密度控制技术 (1)杉木大中径材林分划分标准 影响材种形成的主要因素有立地、密度、轮伐期和遗传4个因素。在相同立地上，最主要的因素是密度的差异所导致的不同林分材种的差异。研究材种结构的变化规律，需要林分直径结构的变化数据。该项研究根据杉木原条大、中、小径材国家标准，具体计算了1000余块样地的材种组成，建立了林分平均直径与林分材种组成的关系，这样可方便地根据林分直径的观测数据来推算林分材种的组成。 由于规格材材种出材量最能准确地反映林分的经济价值，所以林分不同材种的出材率将成为判断不同立地林分培育目标和确定最佳轮伐期的依据。根据以上林分平均直径与材种出材率的关系，提出如下划分大、中径材林分的标准; ①当林分大径材出材量占总规格材出材量的80%以上时，则林分为大径材林分。 ②当林分大径材出材量≥中径材出材量，且林分大径材出材量占总规格材出材量的50%～80%，则林分为大中径材林分。 ③当林分大径材出材量＜中径材出材量，且中径材出材量＞小径材出材量，则林分为中大径材林分。 ④当林分中径材出材量＞小径材出材量＞大径材出材量，且中径材出材量占总规格材出材量的50%～80%，则林分为中小径材林分。 (2)杉木中齿林密度效应 ①林分平均高随密度的增加而下降，随年龄的增加密度间差异加大。相比较而言，立地对林分平均高的影响要显著大于密度。 ②密度对胸径的影响是非常显著的。在高密度的情况下，密度对胸径的影响极为显著，随着密度的减小，密度对胸径的影响逐渐减少，因此，密度的控制是杉木大中径材培育的关键技术之一。 ③密度与整枝高度的关系是随着密度的增加，枝下高随之增加。但地位指数对自然整枝高也有一定的影响，在林龄6～10年内，整枝高度主要决定于密度，10年以后，除了密度以外，立地对整枝高度的影响越来越明显。地位指数对整枝高度影响的主要原因是好立地林木生长快，林木对营养空间的竞争加剧所致。 ④冠幅随密度的增加而下降，反映了营养空间的变化。但不同密度，冠幅变化规律并不完全相同，其主要原因是由于不同密度林分由于营养空间的不同导致的林木自然整枝的不同节律所造成的。 ⑤密度对单株材积的影响是非常显著的，密度越低，单株材积越大。同样，立地对单株材积的影响也非常显著。林分蓄积量主要受单株材积与单位面积株数的制约，特别是幼、中龄林时期，单位面积株数的影响林分蓄积的主要因子。研究表明，在6年生时，不同密度单位面积的材积差异比较小，随着林龄的增长，不同密度单位面积的材积差异越来越大。在相同立地上，林分材积的变化规律是随密度的增大而增大。此外，立地对林分材积也有相当的影响。 ⑥密度与林分自然稀疏的关系。研究表明，杉木林分在密度3300株/hm2以下，林龄18年时仍看不出明显的自然稀疏。当林分密度超过4950株/hm2，不同密度林分均发生自然稀疏，密度越大，自然稀疏越明显，自然稀疏发生的时间也越早。密度为9900株/hm2、6600株/hm2和4950株/hm2、，则自然稀疏开始发生的时间分别为10年、12年和14年，并且密度为9900株/hm2的林分由于竞争激烈，林分株数几乎直线下降。 目前，我国杉木造林初植密度一般在1500～3000株/hm2，从杉木林分稀疏规律可以看出，密度为1500～3000株/hm2的林分很难以靠自然稀疏来调整密度的。从培育大中径材的角度分析，通过间伐或降低造林初植密度是必然的选择。当然，从另一个角度分析，如果仅考虑林分的蓄积量问题，特别是经营目的是短轮伐期时，杉木是适合的树种，密度越大林分材积也越大。因此，杉木也是适宜作为纸浆材培育的树种。 (3)杉木密度间伐效应 ①杉木林密度间伐试验历经18年的定位试验研究，结果表明，同一地位指数级，不同初植密度的林分，当某一密度的林分经间伐后同另外一个密度未间伐的林分株数基本相同时，两者优势高、平均高无明显差异，反映了立地质量不受间伐影响的规律;两者胸径差异明显，即间伐的林分大于未间伐的林分;两者立木蓄积，间伐的低于未间伐的;间伐林分总蓄积量(立木蓄积+间伐蓄积)高于未间伐的蓄积;初植密度不同的林分，间伐后与未间伐林分的总蓄积量百分比，初植密度大的大于初植密度小的;间伐林分的枝下高一般高于未间伐林分的枝下高，16年前影响明显;间伐林分的冠幅一般大于未间伐林分的冠幅，11～16年时差异明显。 ②地位指数级不同，初植密度基本相同的林分，间伐与未间伐林分的总蓄积量百分比，高指灵敏级的比值大于低指数级的比值。 (4)杉木大中径材形成机理研究 ①密度和立地质量对林分材种出材量的影响非常显著，表明要培育大中径材材种，首先必须从立地和密度2个方面进行控制和优化。 ②在相同密度条件下，立地对材种结构的影响是非常显著的。地位指数越高，林分生长越快，小径木消失的时间也越早，中径材、大径材出现的时间也越早，并且随林龄增加的幅度也越大。 ③14地位指数林分，密度高于3300株/hm2，只能培育小径材，要培育中径材密度需控制在1 500株/hm2以内;16地位指数林分，密度高于1500株/hm2，只能培育中径材或中小径材，要培育中大径材，林分密度需控制在1 500株/hm2以内;18地位指数林分，密度高于1 500株/hm2，只能培育中径材或中小径材，要培育中径材，林分密度需控制在1 500株/hm2左右，年龄为20～22年，要培育大径材，需要进一步控制密度和延长轮伐期。 ④相同立地林分大、中、小规格材出材率随林分平均直径变化的规律是一致的，即随着林分平均直径的增大小径材出材率随之下降，中、大径材出材率随之上升，但不同的是中径材上升到一定值后便开始大幅度下降，而大径材却一直处于上升的状态。中径材出材率最高值出现的林分平均直径在20cm，而这一值并不随立地的变化而变化。但是立地不同，具有相同平均直径的林分其规格材出材率并不完全一致。 ⑤根据判别标准，培育大中径材林分其平均直径必须达到24cm。18地位指数立地林分，要培育大中径材林分，需要40年;20地位指数立地需要35年;22地位指数立地则需要30年。大中径材培育，林分密度需要控制在50～100株/亩为宜。18、20、22三个地位指数级年均生长量为13.125m3/hm2，17.143m3/hm2，22.5m3/hm2。 ⑥南岭山地，20地位指数级的立地培育杉木大径材，保留密度525株/hm2，轮伐期25年，比一般林分缩短7年，立木蓄积10.5h3/hm2，内部收益率达17%;18地位指数立地培育大径材，保留密度420株/hm2，轮伐期27～28年，比一般林分缩短7～8年，立木蓄积7.03h3/hm2，内部收益率15%。 (二)经营措施对杉木人工林林分生长影响的规律 (1)整地对林分生长的影响取决于立地质量的好坏。14地位指数以上立地，整地对立地土壤肥力系统的影响比较轻，难以使立地质量发生明显改变，对林木生长的效应不明显，或效应主要表现幼林期，具有时效性。14地位指数以下立地整地效应非常明显，其原因主要是整地使立地质量发生了明显改变，尤其是高规格的撩壕整地方式; (2)16地位指数立地抚育对林木生长无显著影响，因此强度抚育方式没有必要。高强度的抚育方式不仅用工量大，而且对林地植被的破坏作用大，导致植被盖度、生物多样性和生物量下降、增加了土壤流失，对防止地力衰退，维护地力是不利的; (3)幼林施肥P素肥效最大，其次为K素，N素无效或具有负效应;施肥肥效的有效地位指数区间为10～18，并且肥效随地位指数的提高而下降。幼林施肥效应主要表现在早期，随着林分的生长肥效随之消失，因此施肥具有时效性。 (4)与幼林施肥不同，18地位指数以下立地近熟林施肥以N素肥效最大，其次为P素;营养诊断表明，林分进入中龄林后，林地土壤N素开始发生亏缺。 (5)14、16地位指数立地上，密度对施肥林分3年的材积净增量影响最大，其次是N素和P素，这一结果表明密度的调控作用远大于施肥。相比而言，14地位指数立地20年生近熟林施肥，N素和P素的效应相近;但在相同密度情况下，16地位指数林分施肥N素和P素的效果却不同，N素的作用大于P素。 (6)16指数立地林分，施肥最佳方案为;密度80株/亩+尿素500g/株+钙镁磷肥500g/株(N2P2D3)，施肥林分比未施肥林分3年净增加材积11.792 8m3/hm2，增加量达19.38%(N2P2D3)，经济效益十分显著，投资回收快。 (7)间伐对胸径、树高和单株材积均有不同程度的促进作用，但间伐增加的产量低于株数减少而引起的产量下降，因此间伐最终不能提高产量。但是间伐可明显提高大中径材的出材量(16地位指数以上立地)，经济效益显著。要培育大中径材，立地必须控制在16地位指数级以上，同时要对林分密度进行调控，适宜的密度有助于提高大中径材的出材量。14地位指灵敏以下立地可考虑适当密植，以不间伐为宜。 (三)植被管理技术 (1)林下植被变化规律 ①在江西分宜县对9年生杉木纯林间伐抚育后的林下植被种类动态，进行了连续7年的观测，研究结果表明，在样地地位指数为14和16的植被种类都十分丰富，前者达44种植物，后者达48种植物。但地位指数对植物种类有一定的影响。在14地位指数的样地中有16种植物在16地位指数的样地中没有发现，其中有些植物如盐肤木、■木、刺楸等是耐干旱瘠薄的指示植物。相反，在16地位指数的样地中也有22种植物在地位指数为14的样地中没有发现，其中有木荷、柿树等，它们是在肥沃土壤中生长的指示植物，所以由于地位指数的不同，二者植物种类存在差异。 ②林分密度对林下植被种类有明显的影响。凡林分密度高、郁闭度大的林下植被种类少，林分密度低、郁闭度小的林下植被种类多，其中尤以草本植物种类的差别最大，其次为木本和藤本，蕨类的差别最小。 ③不论地位指数或林分密度如何，林下植被种类数通常每年是不同的，这不仅表现在各样地之间的种类数有差异，而且表现在同一样地之内每年的种类数也是不同的。但林下植被种类数的年变化又有一定的规律，即一般在间伐抚育后的头3年，林下植被种类数是逐年增加的，但在其后，由于林分郁闭度的提高，林下植被种类数基本上又呈逐渐减少的趋势，所以林分密度和郁闭度是林下植被种类数年变化的主导因子。但草本、藤木、木本和蕨类4类植物种类数的年变化程度是不同的，按变异数的大小，其顺序为;草本＞藤本＞木本＞蕨类。 (2)杉木植被管理技术 ①栽植后至林分郁闭前属杉木成活生长阶段，植被的管理主要包括植被种类、植被生长高度和植被生长数量的控制，但强度抚育方式没有必要。高强度的抚育方式不仅用工量大，而且对林地植被的破坏作用大，导致植被盖度、生物多样性和生物量下降，增加了土壤流失，对防治地力衰退，维护地力是不利的。 ②间伐后，由于林分密度降低，郁闭度减少，透光度增加，林下植被恢复生长。这些恢复的植被，大多数是应该保护的，但也有一些种类应该除掉，如葛藤、五节芒、枯竹等。 (四)杉木人工林广义干形模型研究 (1)用Brink函数修正式建立杉木人工林广义干曲线方程是完全可行的，可以很好地模拟不同立地、不同密度、不同年龄的林木树干任意高度直径随树干高度的变化进程。 (2)广义干曲线方程参数i与胸径相关，随胸径的增大而增加。参数q与树高相关，随树高的增加而减小，验证了Gadow等人的研究结论。参数p与树高、胸径均无关，证实了Steingass的研究。另外，参数p与密度呈负向弱相关，随密度的增加而略有减小。参数q则相反，与密度呈正向弱相关，随密度的增加而略有增大。参数q还与立地有关，地位指数高时，参数q也大。参数i、p、q与年龄的关系不密切且在立寺之间没有差异。 (3)在模拟干形时，带皮广义干曲线模型与去皮广义干曲线模型需要分别模拟，不适合相互替代，即带皮广义干曲线模型拟带皮干形，去皮广义干曲线模型模拟去皮干形。 (五)杉木中小径材加工利用 (1)杉木制浆性能研究 通过化学法、化学机械法及热磨机械法制浆，探讨杉木作为制浆原料的可行性。用碱量为17%，所制得的纸浆性能优良，浆料可用于抄造各种工业用纸;采用典型的APMP对杉木进行制浆，H2O2用量为5%时所制得的杉木APMP浆物理性能与南方杨木APMP浆相近，光学性能较差，可作为文化用纸及包装纸的配浆;杉木TMP制浆作芯、底层抄造箱板纸，纸板质量指标可望达到国家A级产品标准。 (2)中小径材加工开发 ①加工开发产品包括企口地板、护墙板、脂接地板、细木工板。 ②由于税费过高，中小径材加工产品利润空间小(5%～10%)，缺乏市场竞争能力。
　　推广情况：1.成果的适用范围、应用的必备条件 该成果适用于整个南方杉木产区，特别适宜在杉木中心产区推广，如福建、湖南、江西、贵州、浙江等地。 2.由于杉木大径材与小径材的市场价格差异比较在，所以生产单位和林业对杉木大径材培育技术有很大需求。该成果目前已在福建、湖南、江西、贵州、浙江等地进行推广应用。江西从1996年开始推广杉木大中径材培育技术，推广的县共18个县，总面积达2.1万hm2，增加纯利3.15亿元。