火炬松无性系与自由授粉基因型20年生长期生长表现及经济回报对比研究——基于美国路易斯安那州的实证分析

《Trees, Forests and People》：Growth and Economic Performance Comparison of Twenty-Year-Old Open-Pollinated vs. Clonal Loblolly Pine ( Pinus taeda L.) Genotypes in Louisiana, USA

本研究针对西墨西哥湾沿岸平原地区缺乏火炬松改良基因型长期生长与经济效益数据的问题，通过分析20年实地观测数据，并利用森林植被模拟器(FVS)模拟30年轮伐期。研究发现，尽管无性系品种(V9, V93)在锯材原木体积积累上具有优势，但开放授粉家系OP 7-56在土壤期望值(SEV)上表现最优，尤其在较高折现率下显示出卓越的财务稳定性。该研究为林地所有者在选择造林基因型时平衡产量与经济效益提供了关键决策依据。

　　

在美国南部广袤的林地上，火炬松（Pinus taeda L.）扮演着至关重要的角色，它是当地木材产业和许多林地所有者生计的支柱。然而，面对日益增长的可持续木材需求，林业从业者面临着一个核心挑战：如何选择最合适的树种基因型？是选择价格相对低廉但遗传增益可能有限的老品种，还是投资于价格更高、据说生长更快、木材质量更好的新一代改良基因型？这个选择不仅关乎未来的木材产量，更直接影响到长期的经济回报。尤其是在西墨西哥湾沿岸平原（WGCP）地区，针对较新改良基因型的长期生长和经济效益数据非常缺乏，这使得林地所有者和林业顾问在做出决策时往往缺乏可靠的依据。

为了填补这一知识空白，研究人员在美国路易斯安那州开展了一项长达20年的长期对比试验。这项研究发表在《Trees, Forests and People》期刊上，旨在精确评估两种火炬松无性系品种（V9和V93）与三种开放授粉（OP）家系（包括两个来自物种分布区东部的OP 7-56和OP 8-103，以及一个本地家系OP LA）的生长表现、产量潜力和经济可行性。这项研究尤为珍贵，因为其试验林分建立于2005年，是迄今为止美国东南部地区针对新一代火炬松种植材料最古老的试验之一，提供了近乎二十年的实际生长数据。

为了系统回答这些问题，研究人员综合运用了长期野外监测与模型模拟相结合的方法。研究的关键技术方法主要包括：1） 基于美国路易斯安那州Homer地区20年长期定位观测站的实地生长数据（胸径、树高）收集；2） 利用森林植被模拟器（FVS）的南部变体（FVS-Sn）进行林分生长动态和产量预测，并通过GROWTH、FIXDG、FIXHTG等关键词进行模型校准；3） 设定统一的间伐（12年时进行，剩余断面积18.4 m²/ha）和主伐（30年轮伐期）情景模拟不同产品（纸浆材、削片锯材用材、锯材原木）的产量；4） 采用土壤期望值（SEV）作为核心经济评价指标，并进行了折现率（4%-8%）和轮伐年龄（15-30年）的敏感性分析，以评估基因型在不同财务风险下的经济表现。

3.1. 基因型间的生长趋势

对2006年至2024年收集的林木生长数据进行分析发现，五个基因型的胸径和树高生长趋势总体相似，但也存在显著差异。具体而言，OP 7-56在早期（2011-2015年）的胸径生长显著优于其他基因型，尽管这种差异在后期（2018-2024年）逐渐缩小。在树高方面，无性系品种V9和V93从2015年开始表现出显著优势，其中V93在2024年时达到最高平均树高（23.80米）。而本地家系OP LA在所有年份的树高测量中均为最低。这些结果表明，不同的基因型在生长特性上各有侧重，开放授粉家系OP 7-56在直径生长上领先，而无性系品种则在高度生长上更胜一筹。

3.2. 林分水平生长预测与FVS模型验证

研究人员利用森林植被模拟器（FVS）对林分发展进行了预测，并对比了使用生长修饰因子（GM）和未使用修饰因子（NM）两种情景下的预测精度。结果显示，经过校准的GM模拟普遍高估了林分材积，而NM模拟则 consistently 低估了生长。基因型对模型校准的响应也不同，例如OP 8-103和OP LA在NM情景下与基线值吻合较好，而无性系品种V9和V93在应用修饰因子后模拟效果更佳。模型验证指标（均方根误差RMSE和偏差Bias）表明，对于样本量较小的基因型（如OP LA，仅有3个重复），FVS的“树木三重效应”会放大预测误差，提示在使用生长模型时需要针对特定基因型进行校准，并考虑样本量带来的不确定性。

3.3. 间伐处理后的模拟材积产量

模拟结果显示，在12年间伐后，所有基因型的林分继续生长，到30年轮伐期末（2035年），其基部断面积均趋于稳定在约51.1 m²/ha。在材积产量方面，无性系品种表现出色，V9和V93在最终采伐时获得了最高的总商品材积，分别达到585.0 m³/ha和581.6 m³/ha。这表明无性系品种在长期木材生产量上具有遗传优势。

3.4. 不同产品等级的木材产量预测

研究还分析了不同基因型在木材产品分配上的差异。在12年间的间伐中，V93生产了最多的纸浆材（75.9吨/公顷），而OP 7-56则生产了最多的削片锯材用材（74.1吨/公顷）。到了30年主伐时，所有基因型的削片锯材用材产量降为零，纸浆材产量也大幅减少，而锯材原木成为主导产品。其中，V9的锯材原木产量最高（623.3吨/公顷）。这反映了随着林分成熟，木材产品结构从低价值产品向高价值产品转变的过程，且不同基因型的转变速度和最终产品构成存在差异。

3.5. 财务预测：SEV与敏感性评估

经济分析是本研究的核心。通过计算土壤期望值（SEV），研究人员发现，尽管无性系品种（V9, V93）在物理产量上领先，但开放授粉家系OP 7-56在大多数财务场景下提供了最高的经济回报。在不同折现率（4%-8%）和轮伐年龄（15-30年）的敏感性分析中，OP 7-56相对于基线家系OP LA始终表现出正的SEV增益（+7.2% 至 +10.4%），尤其在较高折现率（8%）和较长轮伐期（30年）下优势更加明显，显示出卓越的财务稳健性。相反，无性系品种V93的经济表现最差，其SEV相对于OP LA的亏损在-15.9%至-27.1%之间，表明其对资本成本（折现率）的变化非常敏感。这一发现揭示了一个关键点：最高的木材产量并不自动转化为最高的经济价值，种子成本、管理成本和收益的时间安排共同决定了最终的盈利能力。

本研究通过长达20年的实地观测与30年的模型模拟，清晰地揭示了不同火炬松基因型在生长、产量和经济回报上的权衡。主要结论指出，开放授粉家系OP 7-56在本研究设定的管理和市场条件下，提供了最佳的经济效益，其优势在资本成本较高或追求长期回报的情况下尤为突出。而无性系品种虽然在绝对木材产量上潜力巨大，但其高昂的建植成本削弱了其财务吸引力，除非能够通过调整经营措施（如降低初植密度、优化间伐策略）来更有效地生产高价值锯材。

这项研究的意义重大。它首次提供了美国西墨西哥湾沿岸平原地区新一代火炬松基因型长达20年的综合性能数据，为林地所有者、林业经理和育种专家提供了宝贵的决策支持。研究结果强调，在选择造林基因型时，必须将生物量生产潜力与详细的经济分析结合起来，充分考虑土地所有者的财务目标、风险承受能力和当地的市场条件。最终，这项研究促进了基于实证的、可持续的森林管理实践，有助于在提高生产力和盈利能力的同时，实现森林资源的长期健康发展。