科学地集约经营人工用材林,通过合理营林措施,有效地控制木材形成,提高人工林木材产品质量,实现高产优质的森林培育目标是当前林业生产及森林培育学科发展的方向。本项研究以我国南方造林面积最大的杉木人工林为研究对象,以培育高品质的杉木无节大径材为研究目标,研究密度控制和人工修枝等营林措施对杉木人工林木材质量的影响,探讨提高杉木木材质量和加工利用率的森林培育方法。在福建省洋口国有林场1996年营造的杉木人工纯林进行试验,按3种林分密度:900株?hm-2、1 200株?hm-2、1 800株?hm-2和4级修枝强度:6 cm、8 cm、10 cm、12 cm(修枝处的最小直径)对杉木进行密度和修枝处理,以不修枝杉木为对照。系统地研究人工修枝对杉木生长和生产力、木材的物理力学性质和主要缺陷,以及林下植被和林地土壤等林分环境的影响作用。最后综合木材生产的数量、质量和利用等多项指标,确定了对提高杉木木材质量有利的合理林分密度和适合采取的修枝强度,以及人工修枝的起始时间、修枝次数和时间间隔,林地土壤管理等具体森林栽培措施,为杉木无节大径材培育提供科学依据。试验结果表明,人工修枝对杉木优质材培育具有积极作用。在合理密度下,人工修枝对杉木生长有一定促进作用,杉木的胸径生长提高20%,树高生长和林分蓄积提高4%,缩短杉木数量成熟的时间,生产力提高50%以上。人工修枝还能有效地控制木材中节子的长度,提高杉木无节材比例,同时减小尖削度,提高枝下高,使杉木干形更趋近于通直圆满。杉木修枝10年后,无节材比例可达20%~25%,比不修枝的杉木提高了近5倍。修枝后杉木人工林的林下植被盖度、种类丰富度和多样性大大提高,人工修枝对提高杉木人工林的林分稳定性和物种优势种的更迭起到一定作用。在木材性质方面,人工修枝还可以降低幼龄材比例,从而提高杉木木材的尺寸稳定性。木材幼龄材比例下降了近一倍。然而,人工修枝也带来一些不利影响。在密度较大的林分内进行修枝,会抑制杉木的树高、胸径和材积生长,延缓杉木的数量成熟时间。此外,人工修枝还会降低杉木木材密度和冲击韧性等木材物理力学性能,且修枝强度越大,对木材物理力学性能的影响越大。林地土壤肥力消耗加大,应加强人工抚育措施,维持地力保证以获得最大材积生长量。采用工业CT扫描获取杉木木材内部结构信息,有效地解决了传统解剖方法无法确定无节材内部缺陷的难题,为工业CT扫描技术在木材利用科学上的应用研究做了有益的尝试。单位长度范围内,杉木木材的节子轮数为4~5轮,平均间距为0.22 m,节子数量20个左右。杉木每一轮枝上的节子数量约为4~5个,呈均匀对称分布。随着在树干上着生位置的上移,节子的数量逐渐减少,节子尺寸则是长度逐渐缩短而直径增大。而利用植物生长模型对杉木分枝结构的模拟,直观地表达了杉木无节材的内部缺陷结构与分布,为木材加工利用提供有效信息,大大提高木材利用率。试验证明,杉木无节大径材的培育方案为在林分密度1 200株?hm-2条件下,采用修枝强度为10 cm对5年生的杉木进行人工修枝最为合适。采用树干直径作为修枝强度的度量值,能够有效地控制木材缺陷的范围,不受林木生长状况影响,同时与树高控制法相比,还具有操作性强的优势。修枝10年后,杉木树高接近15 m,胸径可达22 cm以上,平均材积0.24 m3。4~10年为杉木速生期,7~9年时杉木生长速度最快。15年生时,杉木还未达到数量成熟年龄。杉木木材的含水率为8%,气干密度0.34 g?cm-3,抗弯弹性模量11.9 MPa,抗弯强度65.8 MPa,冲击韧性15.58 kJ?m-2。林下植被主要有五节芒、渐尖毛蕨、芒萁等草本和粗叶榕、杜茎山、苦竹等灌木,还有三叶青、大头艾纳香、玉叶金花等藤本植物。林下植被的盖度达40%以上,而未修枝杉木林下植被盖度仅为2%。