黃榮林，王仁杰，劉雄盛，唐連德，蔣 琳，鄧玉華，蔣 燚

（1.廣西壯族自治區(qū)林業(yè)科學(xué)研究院 廣西優(yōu)良用材林資源培育重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 國(guó)家林業(yè)和草原局中南速生材繁育重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西南寧 530002；2.廣西國(guó)有黃冕林場(chǎng)，廣西鹿寨 545600）

造林密度是影響人工林郁閉時(shí)間、森林防護(hù)效益以及木材產(chǎn)量和質(zhì)量的重要因素。造林密度關(guān)系到群體結(jié)構(gòu)，只有合理的群體結(jié)構(gòu)才能達(dá)到造林目的。掌握生長(zhǎng)與密度的數(shù)量關(guān)系，是培育目的材種的重要條件[1]。合理施肥是定向培育短輪伐期工業(yè)用材林并提高其經(jīng)濟(jì)效益的重要技術(shù)措施[2]。

黑荊（Acacia mearnsii）又名澳洲金合歡、黑兒茶[3]，為含羞草科（Mimosaceae）相思樹(shù)屬常綠喬木[4]，原產(chǎn)澳大利亞的塔斯馬尼亞、維多利亞、昆士蘭和新南威爾士。黑荊既是著名的速生、高產(chǎn)和優(yōu)質(zhì)的鞣料樹(shù)種，也是重要的經(jīng)濟(jì)、用材、薪柴和生態(tài)樹(shù)種，被稱(chēng)為“林業(yè)黑色金子”[5]。其樹(shù)皮單寧含量46%，純度可達(dá)82%[3]。目前我國(guó)栲膠原料短缺，栲膠產(chǎn)品市場(chǎng)前景好，大力發(fā)展黑荊人工林，對(duì)促進(jìn)我國(guó)栲膠加工業(yè)的發(fā)展具有重要意義[6]。研究發(fā)現(xiàn)黑荊樹(shù)皮除能提取單寧外，還富含原花色素。原花色素是迄今發(fā)現(xiàn)的為數(shù)不多的幾種能防止大腦和神經(jīng)組織氧化的抗氧化劑之一，且已有研究表明黑荊原花色素粗提物對(duì)體外癌細(xì)胞有一定抑制作用[7]。

近年來(lái)，我國(guó)對(duì)黑荊的研究集中在種群特性[8]、育苗技術(shù)[9-12]、家系選優(yōu)[13]、施肥效應(yīng)[14]、栽培技術(shù)[15]、愈傷組織誘導(dǎo)、增殖及分化[16]、原花色素提取工藝的探索[17]等方面，對(duì)其造林模式及推廣研究較少，針對(duì)廣西氣候及立地條件的黑荊人工林造林相關(guān)研究尚未見(jiàn)報(bào)道。本研究對(duì)不同密度和不同施肥量的組合對(duì)黑荊人工林胸徑、樹(shù)高、材積、單寧含量、原花色素含量及木材產(chǎn)量的影響進(jìn)行分析，篩選出最佳經(jīng)營(yíng)組合，可為提高黑荊人工林的產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地設(shè)在廣西國(guó)有黃冕林場(chǎng)波寨分場(chǎng)瞭望臺(tái)附近的4 林班1 至4 小班（109°53'E，24°45'N）；為丘陵地帶，海拔250 ～350 m。該地屬中亞熱帶氣候，光照充足，夏冬干濕明顯，溫暖多雨，雨熱同季，年均氣溫19.0 ℃左右，最低氣溫-2.8 ℃，年均降水量1 750 mm 左右，年均蒸發(fā)量1 426 mm，降水多集中在4—8月，且愈北愈豐。冬季多東北風(fēng)，林木偶遭雪壓。土壤類(lèi)型為紅壤，腐殖質(zhì)層20 ～25 cm，土層厚50 ～70 cm，pH 值5.8，全氮、全磷和全鉀含量分別為1.67、0.75 和22.5 g/kg。試驗(yàn)林為杉木（Cunninghamia lanceolata）人工林采伐跡地。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

設(shè)置造林密度和施肥量?jī)蓚€(gè)因素。造林密度設(shè)3 個(gè)水平，分別為2 500 株/hm2（株行距2 m × 2 m）、1 667 株/hm2（株行距2 m × 3 m）和1 250 株/hm2（株行距2 m×4 m）。施肥采用復(fù)合肥，肥料配比為N∶P∶K = 14∶8∶8，由柳州鹿縣化肥廠生產(chǎn)。每個(gè)密度下設(shè)3 種施肥量，分別為不施肥、施肥0.5 kg/株和施肥1 kg/株，共9 個(gè)處理（表1）。3 次重復(fù)，由于地形的變化，每個(gè)重復(fù)的面積不等（1～2 hm2）。

2013年6月?tīng)I(yíng)建不同密度試驗(yàn)林，2014年4月進(jìn)行1次施肥。沿樹(shù)冠邊緣開(kāi)深10～20 cm、長(zhǎng)20～30 cm的溝進(jìn)行施肥，施肥后覆土。

表1 黑荊人工林不同造林密度和施肥處理Tab.1 Treatments of different planting densities and fertilization in A.mearnsii plantation

1.3 研究方法

1.3.1 樣地設(shè)置與林木生長(zhǎng)測(cè)定

在試驗(yàn)林中設(shè)置面積為400 m2（20 m×20 m）的標(biāo)準(zhǔn)地，共27 個(gè)。2014年12月—2019年12月，每年用測(cè)徑尺測(cè)定胸徑（精確至0.1 cm），用測(cè)高桿測(cè)定樹(shù)高（精確至0.01 m），用鋼卷尺測(cè)定樹(shù)冠東-西和南-北方向的直徑（精確至0.01 m）。采用2019年12月測(cè)定的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

1.3.2 樹(shù)皮取樣

選取平均木，在樹(shù)干離地1 m 處取一塊長(zhǎng)10 cm、寬2 cm 左右的樹(shù)皮。用游標(biāo)卡尺實(shí)地測(cè)量樹(shù)皮厚度（精確至0.1 mm）。將取回的樹(shù)皮置于室內(nèi)通風(fēng)處自然風(fēng)干，用于測(cè)定單寧含量及原花色素含量。

1.3.3 單寧和原花色素的分析與測(cè)定

單寧的分析與測(cè)定采用GB 2615-81 栲膠原料與產(chǎn)品的檢驗(yàn)方法（皮粉法）[18]。

取一定量樹(shù)皮粉碎至0.25～0.60 mm，以50%乙醇為溶劑，設(shè)置料液比1∶11（g∶mL），采用超聲波輔助提取，提取溫度55 ℃，超聲波頻率70 Hz，提取時(shí)間30 min，提取2次，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)濃縮提取液。將濃縮后的提取液采用濕法裝入經(jīng)過(guò)預(yù)處理的AB-8 型大孔吸附樹(shù)脂柱中，當(dāng)樹(shù)脂吸附飽和后，先用水洗，棄去水洗脫液，再以40%乙醇水溶液洗脫至洗脫液無(wú)色，合并洗脫液，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)蒸干溶劑，冷凍干燥制得精制原花色素[19]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

以樣方為統(tǒng)計(jì)單元，計(jì)算各樣方的平均樹(shù)高（H，m）和胸徑（D，cm）。

式中，Hi為第i株的樹(shù)高，N為統(tǒng)計(jì)單元內(nèi)胸徑的株數(shù)。

冠幅（W，m2）的計(jì)算公式為：

式中，ra為東西方向樹(shù)冠的半徑，rb為南北方向樹(shù)冠的半徑。

采用以下公式計(jì)算單株材積（V單，m3）[20]：

采用以下公式計(jì)算單株樹(shù)皮鮮重（W，kg）[5]：

將鮮重扣除相對(duì)含水量54.3 %，得樹(shù)皮干重，再將樹(shù)皮干重乘以1.15，得樹(shù)皮絕對(duì)含水量15%的氣干重量。

林木相對(duì)直徑（Ri）的計(jì)算公式為：

式中，di為林木直徑，Dg為林分平均直徑。

采用Excel 2007對(duì)調(diào)查數(shù)據(jù)進(jìn)行整理并計(jì)算；采用SPSS 19.0對(duì)各指標(biāo)進(jìn)行方差分析和多重比較（鄧肯氏新復(fù)極差法）；對(duì)林分密度和施肥水平與各指標(biāo)進(jìn)行Pearson相關(guān)分析；采用Sigmplot 14.0作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 造林密度和施肥量對(duì)黑荊人工林林分直徑結(jié)構(gòu)的影響

林分直徑結(jié)構(gòu)是最重要且最基本的林分結(jié)構(gòu)，林分內(nèi)不同直徑樹(shù)木的分配直接影響樹(shù)木的樹(shù)高、干形、材積、材種及樹(shù)冠等因子。不同處理黑荊人工林株數(shù)隨徑級(jí)的分布為正態(tài)分布（表2）。D2W3、D3W2和D3W3處理的大規(guī)格材率較高，D1W3、D2W2和D3W1處理次之，D1W1、D1W2和D2W1處理較低。林分密度的減小和施肥量的增加能增加黑荊大規(guī)格材率，低密度和高施肥量處理最適宜黑荊大規(guī)格材率的產(chǎn)出。

表2 造林密度和施肥對(duì)黑荊人工林樹(shù)木徑級(jí)分布的影響Tab.2 Effects of planting density and fertilization on diameter distribution of A.mearnsii plantation

2.2 造林密度和施肥量對(duì)黑荊人工林胸徑、樹(shù)高和冠幅的影響

平均胸徑表現(xiàn)為D3W3＞D3W2＞D2W3＞D3W1＞D2W2＞D1W3＞D2W1＞D1W2＞D1W1；平均樹(shù)高表現(xiàn)為D3W3＞D3W2＞D2W3＞D2W2＞D3W1＞D1W3＞D2W1＞D1W2＞D1W1；D3W1、D2W2和D1W3處理間以及D2W1和D1W2處理間差異不顯著，其他處理間差異顯著（P＜0.05）（圖1a ～b）。平均冠幅表現(xiàn)為D2W3＞D3W2＞D3W3＞D3W1＞D2W2＞D1W3＞D1W1＞D2W1＞D1W2；D2W3、D3W2、D3W3、D3W1和D2W2處理間差異不顯著，但顯著高于其他4個(gè)處理（P＜0.05）；其他4個(gè)處理間差異不顯著（圖1c）。

圖1 不同處理對(duì)平均胸徑、樹(shù)高和冠幅的影響Fig.1 Effects of different treatments on average DBH,tree height and crown width

2.3 造林密度和施肥量對(duì)黑荊人工林單株材積和單位面積蓄積量的影響

單株材積表現(xiàn)為D3W3＞D3W2＞D2W3＞D2W2＞D3W1＞D1W3＞D2W1＞D1W2＞D1W1；D2W1與D1W2處理以及D3W1、D1W3和D2W1處理間差異不顯著，其他處理間差異顯著（P＜0.05）（圖2a）。單位面積蓄積量表現(xiàn)為D1W3＞D2W3＞D3W3＞D1W2＞D3W2＞D2W2＞D1W1＞D2W1＞D3W1；D1W2與D3W2處理、D3W2與D2W2處理以及D2W1與D3W1處理差異不顯著，其他處理間差異顯著（P＜0.05）（圖2b）。

圖2 不同處理對(duì)單株材積和單位面積蓄積量的影響Fig.2 Effects of different treatments on individual volume and accumulation unit area

2.4 造林密度和施肥量對(duì)黑荊人工林工業(yè)原料產(chǎn)量的影響

2.4.1 對(duì)單寧產(chǎn)量的影響

單株單寧產(chǎn)量表現(xiàn)為D3W3＞D3W2＞D2W3＞D3W1＞D2W2＞D1W3＞D1W2＞D2W1＞D1W1；D3W1、D2W2和D1W3處理間以及D1W2與D2W1處理差異不顯著，其他處理間差異顯著（P＜0.05）（圖3a）。單位面積單寧產(chǎn)量表現(xiàn)為D1W3＞D1W2＞D2W3＞D3W3＞D1W1＞D3W2＞D2W2＞D2W1＞D3W1，D1W1、D3W2和D2W2處理間、D1W2與D2W3處理以及D2W1與D3W1處理差異不顯著，其他處理間差異顯著（P＜0.05）（圖3b）。

圖3 不同處理對(duì)單株和單位面積單寧產(chǎn)量的影響Fig.3 Effects of different treatments on tannin yield per plant and unit area

2.4.2 對(duì)原花色素含量的影響

單株原花色素含量表現(xiàn)為D3W3＞D3W2＞D2W3＞D3W1＞D2W2＞D1W3＞D1W2＞D2W1＞D1W1；D3W1、D2W2和D1W3處理間以及D1W2與D2W1處理差異不顯著，其他處理間差異顯著（P＜0.05）（圖4a）。單位面積原花色素含量表現(xiàn)為D1W3＞D2W3＞D1W2＞D3W3＞D3W2＞D2W2＞D1W1＞D2W1＞D3W1；根據(jù)單位面積原花色素含量是否產(chǎn)生顯著性差異，由高到低分為4個(gè)水平，D1W3處理顯著大于其他處理（P＜0.05），D2W3、D1W2和D3W3處理次之，再次為D3W2、D2W2和D1W1處理，最低為D2W1和D3W1處理（圖4b）。

圖4 不同處理對(duì)單株和單位面積原花色素產(chǎn)量的影響Fig.4 Effects of different treatments on proanthocyanidin yield per plant and unit area

2.5 黑荊人工林經(jīng)濟(jì)效益分析及最優(yōu)模式篩選

2.5.1 投資成本核算

黑荊短周期工業(yè)原料林的輪伐期為6年，按照黑荊速生豐產(chǎn)林技術(shù)要求和特點(diǎn)，造林投資主要包括營(yíng)林費(fèi)用（林地清理、造林整地、定植、撫育施肥、森林保護(hù)及管護(hù)）、苗木費(fèi)、肥料費(fèi)、采運(yùn)成本和剝皮成本等費(fèi)用。根據(jù)目前廣西原材料價(jià)格和用工單價(jià)進(jìn)行計(jì)算，得出營(yíng)造1 hm2黑荊人工林成本核算表（表3）。各經(jīng)營(yíng)模式的造林成本表現(xiàn)為D1W3＞D1W2＞D2W3＞D1W1＞D3W3＞D2W2＞D3W2＞D2W1＞D3W1。營(yíng)林費(fèi)用占總投資的33.91 %～54.92 %，高密度經(jīng)營(yíng)模式的營(yíng)林費(fèi)用是低密度的1.69 倍；苗木費(fèi)占總投資的3.91 %～7.49 %，高密度經(jīng)營(yíng)模式的苗木費(fèi)是低密度的1.69 倍；肥料費(fèi)占總投資的3.78 %～20.72%，高密度施肥1 kg/株經(jīng)營(yíng)模式的肥料費(fèi)是低密度施肥1 kg/株經(jīng)營(yíng)的2 倍；采運(yùn)成本占總投資的25.86%～42.36%；以上因素的綜合影響使得各經(jīng)營(yíng)模式的造林成本存在較大的差異。

表3 各經(jīng)營(yíng)模式的造林成本Tab.3 Afforestation costs of different management models (yuan)

2.5.2 總收益核算

根據(jù)目前市場(chǎng)黑荊氣干樹(shù)皮2 000 元/t、纖維材400 元/m3的價(jià)格，計(jì)算各經(jīng)營(yíng)模式的總收入（表4）。木材收入為D3W3＞D1W3＞D2W3＞D3W2＞D2W2＞D1W2＞D1W1＞D3W1＞D2W1；樹(shù)皮收入為D1W3＞D1W2＞D2W3＞D3W3＞D1W1＞D3W2＞D2W2＞D2W1＞D3W1。

表4 各經(jīng)營(yíng)模式的收入Tab.4 Incomes of different management models

續(xù)表4 Continued

2.5.3 各經(jīng)營(yíng)模式的凈利潤(rùn)

各經(jīng)營(yíng)模式的利潤(rùn)為D3W3＞D2W2＞D1W3＞D3W2＞D1W2＞D2W2＞D3W1＞D1W1＞D2W1；投資利潤(rùn)率為D3W3＞D3W2＞D3W1＞D2W3＞D2W2＞D1W3＞D2W1＞D1W2＞D1W1（表5）。D3W3為最優(yōu)模式。在黑荊人工林經(jīng)營(yíng)過(guò)程中，應(yīng)加強(qiáng)林分密度和施肥管理，使林分形成合理的結(jié)構(gòu)模式，促進(jìn)林分生長(zhǎng)，達(dá)到速生、豐產(chǎn)和優(yōu)質(zhì)的目的。

表5 各經(jīng)營(yíng)模式的利潤(rùn)及投資利潤(rùn)率Tab.5 Profits and earning powers of real assets of different management models (yuan/hm2)

3 結(jié)論與討論

林木胸徑的大小直接影響林木的樹(shù)高、干形、材積、材種及樹(shù)冠等因子[21]。林分徑級(jí)株數(shù)累積分布的變化表明林分密度的減小和施肥量的增加能使黑荊大規(guī)格材率增加，低密度和高施肥處理有利于黑荊大規(guī)格材率的產(chǎn)出。不同密度及施肥條件對(duì)林木平均胸徑和樹(shù)高的影響基本相似，均在D3W3處理（1 250 株/hm2，施肥1 kg/株）下達(dá)最大值；冠幅在D2W3處理（1 667 株/hm2，施肥1 kg/株）下達(dá)最大值；單株材積由平均樹(shù)高和胸徑共同決定，也在D3W3處理下達(dá)最大值；從單位面積蓄積量的變化可知，D1密度（2 500 株/hm2）更適合林分蓄積量的積累。

除了木材生長(zhǎng)量，黑荊的單寧產(chǎn)量和原花色素產(chǎn)量也是衡量林分主要經(jīng)濟(jì)價(jià)值的重要指標(biāo)。黑荊單株單寧產(chǎn)量和單株原花色素產(chǎn)量均隨著密度的減小和施肥的增加而增加，在D3W3處理下達(dá)最大值。各營(yíng)養(yǎng)器官的單位面積單寧產(chǎn)量和單位面積原花色素產(chǎn)量隨著密度的增大和施肥的增加而增加，在D1W3處理（2 500 株/hm2，施肥1 kg/株）下達(dá)最大值。綜合經(jīng)濟(jì)效益分析，在D3W3處理下，單株黑荊的各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)最大，同時(shí)成本比D1W3少，獲得的經(jīng)濟(jì)效益最大；成本的投入對(duì)最終的收益產(chǎn)生了重要影響，單位面積增加的收入大于現(xiàn)階段對(duì)應(yīng)投入的成本。

研究黑荊在不同處理下的各種生長(zhǎng)指標(biāo)，并對(duì)其經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)果表明在考慮成本的情況下，D3W3處理的經(jīng)濟(jì)效益最大，即采用1 250株/hm2、施肥1 kg/株的種植模式最適宜黑荊生長(zhǎng)并產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益。通過(guò)調(diào)節(jié)密度和施肥，可使黑荊生長(zhǎng)及蓄積量、單寧產(chǎn)量、原花色素產(chǎn)量達(dá)到相同水平；根據(jù)當(dāng)?shù)亓址置芏群屯寥婪柿Γ瑢?duì)林分進(jìn)行不同方式的間伐和撫育，可達(dá)到相同的經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)生產(chǎn)實(shí)踐有重要指導(dǎo)意義。