第五章林分结构的设计

第五章林分结构的设计
本章着重说明有关人工林结构的设计问题，在主要造林树种确定以后，人工林结构主要决定于密度、配置、组成等因素。

林木群体结构――指林木群体的各组成成分的空间和时间分布格式。

下面逐项介绍林分结构设计的主要项目：林分密度、种植点配置、树种组成
第一节林分密度
一、概念和意义
林分密度――指单位面积林地上的林木的数量。

林分密度是所能控制的主要因子，也是形成一定林分水平结构的数量基础，对林产品的质量、数量和林分的稳定性都有深刻的影响，探索合理密度是森林培育研究及生产的中心课题之一。

由于密度在森林一生中不断变化，就冠以不同名称来称之。

将森林起源时形成的密度称之“初始密度”，它是森林生长发育各个时期的密度变化的基础，而将其它时期的密度称为“经营密度”。

人工林的初始密度称为造林密度
――是指单位面积造林地上栽植株数或（穴）数。

如：杉100~300株/亩；油茶3~5粒/穴；油桐2~3粒/穴，70~80穴/亩。

二、造林密度的作用规律
造林密度以及由它发展成的后期林分密度在人工林整个成林成材过程中起着巨大的作用，了解和掌握这些作用规律，将有助于确定合理的造林密度。

密度对林木的作用，从幼林接近郁闭时开始出现，
一直延续到成熟收获期，尤以在干材林阶段及中龄
阶段最为突出。

（根据密度作用规律，说明密度与树冠、胸径、树
高的关系，并说明其原因）
1. 密度与树冠的关系
随密度增加，树冠减小，密度与树冠呈反比。

说明密度大小明显影响树冠的发育即冠幅CW、冠长、树冠表面积或体积。

原因：随着密度增加，林分郁闭提前，树冠之间的矛盾就来得早，相互之间抑制也早，因此，冠幅就越小。

2. 密度与直径生长的关系
密度对直径生长具有明显的限制作用，即密度越大，直径生长越小，密度与直径呈反比关系。

密度倒数式：
D－1＝A＋BN
（密度效应曲线）
原因：随着密度增加，树冠减小，叶面积指数减小，
制造的光合产物减少。

对一个树种来说，一定的胸
径与一定的密度相对应，而与年龄和立地无关。

密度
对直径生长的作用还表现在直径分布上，直径分布是
研究林木及其树种结构的基础，在林分生长量、产量
测定工作中起着重要的作用。

一般密度对直径分布作
用总的规律是密度加大使小径阶林木的数量增大，而
大中径阶的数量减少。

3. 密度与树高生长的关系――比较复杂
在不同的地区条件下，对不同树种处在不同的年龄阶段和不同的密度范围内得出不同的结论。

但综合起来可得出较为统一的认识。

1）对于大多数树种，在相当宽的中等密度范围内，密度对树高生长没有明显的影响。

原因：树木的高生长主要由树种的遗传特性、林分所处的立地条件来决定，这也是为什么把树高生长作为评价立地条件质量生长指标（立地指数）的基本道理。

2）
郁闭初期，以密促高作用，
到中、后期随着密度提高，
树高反而减少。

原因：郁闭初期，林木都需要阳光，
为了得到阳光，树高相互之间有促进
作用。

对强阳性树种表现明显，杨、落叶松
由于密度比较大，竞争激烈个体生长
受到抑制，也包括抑制高生长在内。

较耐荫的树种以及侧枝粗壮，顶端优势
不旺的树种才有可能在一定范围内，以密促高。

4. 密度与根系的关系
随着密度的提高，根系数量减少，密度与根系呈反比。

原因：根系与地上部分即树冠的关系，枝叶多，促进根系生长，反之。

地下空间：随密度增大，个体间根系矛盾激烈，争夺地下营养空间激烈。

在密林中不但林木根系的水平分布范围小，垂直分布较浅。

在全林中总根量也较少，而且同种林木根系易连生，加强了个体间的竞争和分化。

在密林中生长物质的分配似乎更偏向于供应地上部分生长。

地上部分生长纤细，根系发育受阻，树木易遭风倒、雪圧及病虫侵袭的危害，林分处于不稳定状态。

5. 密度与材积（蓄积量）生长的关系
1）密度越大，平均单株材积越小，且较平均胸径降低的幅度要大得多，密度与单株材积呈反比。

原因：单株材积决定于树高H、胸高断面积G1.3和树干形数f等3个因子。

N--------->H、G1.3、f
其中：N----->H、f 关系较弱
D----->N 关系大，而G1.3 ∝D2
∴G1.3就成为不同密度下单株材积的决定性因子，密度对单株材积生长的作用规律与对直径生长的相同。

这个作用主要表现在干材林及中龄林阶段。

实质上是个体对生活资源的竞争。

密度与单株材积生长的效益，可以用一定的数学公式来表示，即
密度竞争效应幂乘式：V＝KN－a
当N趋于最大密度时，a接近于1.5，则V＝KN－3/2，称之为3/2幂法则
2）密度对林分干材产量的关系
蓄积量W＝V×N，V与N是两个互为消长因子，其乘积值取决于哪个因子居于支配地位。

最终产量恒定法则――在较稀的密度范围内，密度本身起主要作用，林分蓄积量随密度的增大而增大，但当密度增大到一定程度时，密度的竞争效应增强，两个因素的交互作用达到平衡，蓄积量就保持在一定水平上，不再随密度增大而增大，这个水平的高低取决于树种、立地及栽培、集约度等非密度因素。

蓄积量同时决定于单株材积和密度本身两因素，而这两因素之间的关系是互为消
长的关系，其中取决于哪个因素占支配地位。

{
幼林期：N主导，M随N 而。

达到一定N，M稳定在一定水平上再N，则M。

林分后期：V主导，较稀的林分总蓄积量反而逐渐赶上或超过较密林分。

{阳性树种：N所起作用时间短；
阴性树种：…………………长；
中性偏阳的树种如杉木仍以较密林分）300株/亩产量高。

6. 与材质的关系
{
密植林分，树干较易通直（主要对阔叶树种而言），形饱满（尖削度小），分枝细小，有利于自然整枝及减少木材中节疤数量及大小。

稀植林分则相反。

当然，林分过密，干材过于纤细，树冠过于狭窄，也不符合用材和健康要求。

总之，在人工林生长发育的全过程中，造林密度的作用是多方面的，客观上，对各个树种来说，在一定的立地条件及一定的阶段都存在一个最适密度范围，过密过疏都不好。

探索密度作用规律的主要任务就是要把这个最适密度范围确定下来。

三．确定造林密度的原则
密度不是一个常数，林木生长的各个时期密度随各种因素的变化而变化，它有一个数量范围。

初始密度是形成林分各个时期的基础，为此我们主要以初始密度来讨论原则。

经营目的，造林树种，立地条件，经营条件，造林技术
1. 经营目的
主要反映在林种和材种上。

要考虑到结构和功能的统一。

eg: 用材林中培育大径材（锯材、枕材、胶合板材），密度小
中小径材（矿柱材、杆材、造纸材），密度大；
防护林――水土保持林要求林分迅速覆盖地面，发挥生态效益，较大密度；但水分不稳定区，可利用其原有植被，适当减少乔木树种的造林密度，形成乔灌草林分结构。

经济林，密度稀。

主要是在培育过程中不需疏伐。

超短轮伐期的能源林是以高度密植为其特征的。

2 造林树种
喜光、速生的树种宜稀，如杨树、马褂木
耐荫而初期生长缓慢的宜密，如侧柏、闽楠
干形通直而自然整枝性能较好的宜稀，如杉、檫
干形易弯且自然整枝较差的宜密，如马、栎
见《林业工作站基础知识》P31――江西省主要树种造林密度参考表
3 立地条件
立地的好坏是林木生长快慢的最基本的条件。

这个关系比较复杂，从单位面积上能够容纳一定大小的株数来看，立地条件好的地方能够容纳多些，立地条件差的地方少些。

但从经营条件来看，
立地条件好的地方适于培育大径材，应适当稀植；（原因在于林木生长快，郁闭分化也早）
立地条件差的地方能育中小径材的宜密（以求及时郁闭，随后通过疏伐，使之保持适当密度。

）
俗语：肥山稀、瘦山密
缓坡稀，陡坡密
山顶山腰密度大
山洼山足密度小。

但在西部地区大部分地分处于干旱或半干旱状态，水分环境承载力（水分环境容量）是主要限制因子。

上述理论不适宜，故应该以降水资源环境容量来确定密度。

降水资源环境容量――指在无灌溉条件下及无地下水补充土壤水分的干旱半干旱地区，在维持区域生态平衡及水量平衡的前提下，一定的降水资源所能容纳的
树木种类及其数量，这个数量体现在林分结构上就是某一树种在不同发育阶段的最大林分密度或单位面积林地上所能容纳的最大林木株数。

现有研究表明，半干旱地区树种的经营密度比现在常规的造林密度要少得多（见教材P73表3－2）。

四、确定造林密度的方法
从上面5个方面进行综合分析，即应采用的合理的造林密度，具体的方法如下：
1 经验
需足够的理论知识及生产经验，从过去人工林采用的不同密度获得不同效果进行判断分析，加以调整，从而确定。

2 试验
通过造林试验来确定。

不足：时间长
花较大精力和财力
但主要树种的造林密度确定可通过小范围试验来进行确定。

3 调查
调查现有林分的不同密度，得出密度效应规律。

用得较广
4 查图表
从密度管理图中获取，如杉木、落叶松、油松、欧美杨、毛白杨第二节种植点的配置
人工林种植点配置――是播种点或栽植点在造林地上的间距及其排列方式。

每一种造林密度必须以某种配置方式来体现，如造林密度相同配置不同，则由于植株的受光、营养空间分配状况不同及植株间的关系不同，具有不同的生物学及经济的效果。

一、行状配置――单株（穴）分期有序排列的一种方式。

1. 正方形
株行距相等，成正方形，即a=b
a
苗木配置均匀，有利于树冠均匀发育
适于用材林和经济林
2. 长方形
行距大于株距成长方形，即b>a
虽不如正方形配置植株分布均匀，却有利于行内株间提前郁闭和行间进行机械化中耕除草及间作。

在林区还有利于行间更新或保留天然阔叶林，实现栽针保阔。

用材林常用
3. 三角形
品字形：要求相邻行的种植点彼此错开，成品字形排列。

等腰三角形（图1）
正三角形：相邻株种植点排列呈正三角形排列，见图2
正三角形配置最均匀，且单位面积上株数可以增加15%，用于平地经济林培育。

因山地定点困难，一般不采用。

＝＝＝＝＝＝＝＝＝
3×3667/9=74 三角形
如长方形，3×4，则为55株/亩
如正三角形，3×3×sin 60°则为85株/亩
二．群状配置
植株在造林地上呈不均匀的群丛状水分布，群内植株密集，群间距离很大。

特点：群内能很早达到郁闭，有利于抵御外界不良环境因子的危害，可提高造林的成活率。

适应恶劣环境有显著优点，以适用于较差的立地条件及幼年生长缓慢的树种。

随着年龄增长，群内幼树间矛盾逐渐突出，株间竞争加剧，分化明显，应该人为地选株，留优去劣。

方法：大穴密播、簇播。

块状密植等，群的大小要从环境需要出发，从3~5株到十几株。

第三节人工林的树种组成
人工林组成——指构成林分的树种林分极其所占比例
纯林——由一种树种组成的人工林
混交林——由两种或两种以上的树种组成的人工林
造林时：树种组成=各树种（包括灌木）株数/全林株数×100%
（以株数表示）
成林时：树种组成=各乔木树种的胸高断面积/全林总胸高断面积×株数
（以 G3表示）
一树种组成的特点
同龄纯林只能形成结构简单的单层林
混交林可形成较为复杂的单层林或复层林
总体上说，当前提倡混交林，但步骤上要稳定。

通过试验积累经验，逐步推广，但在相当一段时间内营造纯林仍是主要任务
二营造混交林的技术
与营造纯林相比，营造混交林的突出特点：调节好树种间的相互关系。

混交林树种间的相互关系是一种生态关系
即：生物有机体与其外界环境条件之间的关系
1 树种间的表现形式：有机体：生物环境相互有利互助促进
非生物环境相互有害竞争抑制
如：加杨×刺槐——双方有利：生态习性悬殊或生态要求不严
生态适应幅度较宽树种混交
加杨×榆——双方有害：生态习性相似或生态要求严格
生态幅度较窄树种混交
加杨×黄栌——对杨有利，对黄有害
有利、有害关系随时间，环境和其它条件的改变而相互变化
2 树种种间关系的作用方式
——是指生长在一起的不同树种之间，通过怎样的途径产生影响的
① 机械作用方式：物理性伤害，撞击，摩擦，缠绕，绞杀
② 生物作用方式：杂交授粉，根系连生，寄生
③ 生物物理方式：生物场（磁场，热场，辐射场）
④ 生物化学方式：分泌或挥发化学物质——乙醇，乙醛，乙烯，赤
霉素
⑤ 生理生态方式：通过土壤钾肥和气候变化（生长迅速的树种，可较快形成稠密的冠层使林内光量降低，光质异变，对适应此蔽荫条件的树种生长有利，而对不适应低水平光照条件的阳性树种不利
生理生态方式是不同树种间相互作用的主要方式，也是当前营造混交林及选择混交方法、比例的重要依据
技术措施
（一）混交树种的选配
为既定的造林树种选配合适的混交树种是一项关键
1 主要树种：——人们栽培的目的树种
经济价值高防护效能好，林分中数量最多是优势树种，一般为高大乔木，林分生长中后期居于林冠上层，有1个或2，3个
2 伴生树种——次要树种，在一定时期与主树种相伴而生并为其生长创造有利条件的乔木树种
经济价值较低，在林内数量上不占优势
多为中心乔木，林分生长中后期占居第二层
作用：辅佐，护土和改良土壤作用
辅佐：给主要树种造成侧方遮荫，使树干长的通直，自然整枝较好
护土：以自身树冠，根系，遮蔽地表，固持土壤，减少水分蒸发，
防止杂草丛生
改土：见森林枯落物回归土壤，或利用某些树种的生物固氮能力，提高土壤肥力，改善理化性质。

3 灌木树种——次要树种，在一定时期内与主树种生长，并为其生长创造有利条件的灌木树种
经济价值不高，在林内数量依立地条件不同不占优势或稍占优势林分生长中后期往往自行消失或处于林冠最低层
作用：护土改土
分枝多，树冠大，叶量丰富根系密集耐干旱瘠薄，因而覆盖地表，抑制杂草丛生，增加土壤有机质和固氮含量，分散径流，防止土壤侵蚀
(二) 树种的混交类型
——将主树种，伴树种和灌木人为搭配而成的不同组合
1 主树种与主树种混交——乔木混交类型——反映两种，或两种以上的目的树种混交时的种间关系
可充分利用地力，同时获得多种木材并发挥其他有益效能
1）针阔混交
针叶树种：材质好、含脂高、酸性物质高容易形成粗地被物，酸性腐殖质
土壤理化性质恶化，地力衰退
阔叶树种：落叶量大灰分元素多，可改善理化性质提高林地肥力
油松×栎类马×木荷杉木×楠木
2）常绿与落叶混交
红松×水曲柳油松×栓皮栎主主混交时，二者为阳性，构成单层林，种间矛盾早日尖锐
主主混交，为阳×阴，形成复层林，种间有利关系持续时间长，矛盾迟缓
2 主与伴混交——主伴混交类型，阴阳性混交类型
林分的生产率高。

防护效能较好，稳定性较强，林相为复层林，主树种居第一林层
伴生树种位于其下为第二林层。

第二林层能调节气温、增加大气湿度，创造对光合作用有利的水-空气状况，林分稳定性高、防护也好。

主与伴的矛盾比较缓和，因为伴大多为较耐荫的中、小乔木主要适用于立地条件较好的用材林，水源涵养林营造。

3 主与灌混交——乔灌混交类型
树种种间关系缓和，林分稳定
混交初期，灌木可给主树种的生长创造各种有利的条件
郁闭后，林冠下光照不足灌木渐渐衰老、死亡
郁闭后林冠重新疏开，灌木又会在林内出现继续发挥作用。

灌木×刺槐（杨、松类）
主要用于立地条件较差的地方，且条件越差越应适当增加灌木比重
4 主、伴和灌木的混交——综合性混交类型
兼有上述三种混交类型的特点，形成多层次结构林分
杉木×三年桐×山苍子橡胶×金鸡纳×茶叶×草本药用植物
较适用与农田防护林、水土保持林的营造
不管何种类型都要求主、伴树种之间在生物学特性方面有合理搭配，种间有利关系多、斗争不突出或较易调节。

（三）混交比例
——混交林中各树种所占的百分比，简称混交比例。

它是营造混交林，调节种间关系的主要技术环节，也是决定混交效果和人工林产量的关键之一。

例一：杉檫混交林成败的关键在于控制好檫树的比例。

1 木材的蓄积量取决于林分的树种比例
在四川的调查结果 2700株/ha 9年生杉木、香樟混交林
2行杉木与1行香樟混交，蓄积量122.6622立方米
7行杉木与1行香樟混交，蓄积量101.6275立方米
匈牙利研究阔叶树混交：栎、鹅耳栎混交
栎 75% 鹅耳栎 25% 蓄积量 160立方米/ha
80% 20% 280立方米/ha
90% 10% 360立方米/ha
2 通过调节混交比例，可防止竞争力强的树种排挤其它树种，使竞争力弱的树种保持一定数量以利于形成稳定的混交林分。

3 保证主要树种占优势，到采伐利用之前要发展成为以它为主的（7成以上）的林分主要树种混交比例要大些
4 其它混交树种依起的作用（混交类型）树种特性、立地条件而异
竞争能力强的树种比例不应过大，以免压抑主树种
主伴混交型，伴生树种一般不宜超过50%
综合混交中其混交树种所占比例较大，可达60-70%，立地条件优越，比例宜小，其中伴生树种应多于灌木；立地条件恶劣，增加灌木的比重减少或不用伴生树种
（四）混交方法：（混交方式）
——各树种的栽植位置在林地上的排列格式
混交方法不同，各树种间的相互位置不同，种间关系也发生变化，因此它是调节种间关系，决定混交林混交效果的又一关键技术环节 1 株间混交（行内混交）
——在同一种植行内隔株种植不同树种。

种间位置十分接近，有利于发挥种间互助作用，种间相互影响也较早发生，如种间搭配得当，主树种直接为伴生树种包围，能较快起辅助作用，种间关系以有利为主。

如：油松与侧柏。

如搭配不当种间矛盾容易激化，调节比较费工，多用与乔灌混交类型，如马、灌混交。

2 行间混交（隔行混交）
——是一行一个树种与另一行其它树种依次配置的方法。

树种间相互有利或有害关系出现较迟，一般多在郁闭后才明显出现；种间矛盾比株间混交易调节，施工也较方便是较常用的一种混交方式。

适用于针阔，阴阳，乔灌混交。

3 带状混交
——一个树种连续三行或三行以上构成一带与另一树种的带依次混交配置。

种间关系较为缓和，由于带的隔离作用，出现矛盾也易于调节；带状混交的种间关系因植株所处的位置不同而异，最先出现在相邻两带的边行，带内各行则较迟出现，如果种间关系尖锐，则带内各行可避免另一行树种所压抑，故可在后期产生良好效果。

4 块状混交（团状混交）
——一个树种栽植成规则或不规则的块状与另一树种的块状依次配置或穿插的混交方式。

规则块状混交：块面积不能太大，原则上不小于成熟林单株林木占有的平均营养面积，一般为25-100平方米.(边长5-10米)
不规则块状混交：面积无严格规定，一般多主张以稍大为宜，但不能大到足以形成独立林分的程度。

地形变化明显，按地形起伏状况分别种植，按树种的生物学特性立地条件变化进行混交比较灵活。

块状混交比带状混交更能有效的利用种间和种内的有利关系，施工方便，生产上多采用。

幼林纯林改造成混交林或低价林改造。

5 植生组混交（簇状混交）
——在小块地上密集种植同一树种，与相邻小块地密集种植的另一树种相互混交。

种内较能适应和抗御不良环境条件；种间相互关系出现较迟，矛盾也易于调节。

适用于：治沙造林，林区人工更新，次生林改造。

6 星状混交（插花混交）
——一个树种以淡竹形式隔一定距离混交与另一树种之间，
采用这一混交形式一般是某一树种要求较大的营养空间而其比例较小
（五）混交图式
——即营造混交林时为一定立地条件下所设计的各项技术
措施的图面表示造林设计的主要成果的形式。

其内容包括：造林地立地条件；
混交类型；
树种组成；
混交比例；
混交方法；
株行距；
（六）混交林树种种间关系调节技术
关键：在于正确处理好不同树种的种间关系，使主树种多受益，少受害。

兴利避害
1、造林前：慎重选择主树种，合理搭配混交树种，确定合适的混交方法、混交比例及配置方式
2、造林时：控制造林时间、造林方法、苗木年龄和株行距，调节种间关系。

减小不同树种生长速度上的差异；错开造林年限，分期造林；或采用不同苗龄苗木造林；或采用播种造林而不用植苗造林方法。

如：喜光树种柠檬按先稀植，待形成林冠后能遮蔽地表时，再在林内栽植木荷等耐荫树种，使这些树种能得到庇荫，并居于林冠下层，发挥起混交效益。

3、林分生长过程中，种间关系愈发复杂。

主要表现在树种地上地下营养空间的争夺，为消除或避免，须及时认为干涉。

次生树种生长速度超过主树种，H、W过大，造成光照不足，采取：
1）平茬、修枝、抚育采伐
2）环剥、去顶、短根、化学药剂抑杀
环剥——削弱混交树种的生长势或使其立枯死亡的一种技术措施。

这一措施不会激烈改变林内环境，也不会伤害主树种
去顶——抑制次要树种高生长，促进灌幅增大，更好地发挥辅佐作用的一项技术措施。

环剥、去顶都可全年进行。

3）断根——截断次要树种部分根系，抑制其旺盛生长的一项技术措施。

断根只能在生长季进行
次要树种与主要树种对土壤养分、水分竞争激烈时：
施肥、灌溉、松土、间作。

不同程度满足树种的生态要求，推迟种间尖锐矛盾的发生时间，缓和矛盾的激烈程度。

这些方法有一定的局限性。

三、人工林的间作及轮作
（一）人工林的间作
间作和混交没有明显的界限
混交——指树种之间长期紧密的同地生长关系。

间作——树种与草本植物（农作物、瓜果类、药材等）短期内叫松散的同地生长关系。

林农间作本来只作为一种以耕代抚的行间利用形式看待，但此项工作近年来受到世界性的重视。

作为一个学科分支加以研究（Agroforestry 农用林业）农林复合经营。

桐农间作，枣农间作
实际与主要树种、混交树种之间关系是同一类性质问题
林农间作在我省许多林区有传统的栽培形式
间作物选择的原则是既要有利于林木的生长发育，又要具有农作物良好的生长条件
水分充足的林地可间作：蔬菜、小麦
干旱地：玉米、马铃薯、高粱肥力高的：药材、烟草等经济作物
土地贫瘠：最好是豆类或绿肥
砂土：花生、红薯
林农间作有很好的生物效益和经济效益是培育幼树的好措施。