修枝對云南松林分結(jié)構(gòu)及生長影響的分析

李楊濤 李蓮芳 楊文君 凌莉芳 馬 敬 吳柏良 葉桂榮 吳俊多沈 松 楊歷雨 李衛(wèi)沖 龔建斌 鄭樹宏

(1. 西南林業(yè)大學(xué)林學(xué)院，云南 昆明 650224；2. 宜良祿豐村林場，云南 昆明 652211)

云南松 (Pinusyunnanensis) 別名飛松、青松、鐵甲松，松科 (Pinaceae) 常綠針葉喬木[1]，是西南山區(qū)特有樹種，也是云南省主要的造林樹種之一[2]，具有生長迅速、適應(yīng)性強、耐干旱瘠薄、木材用途廣泛等特點，常作為分布區(qū)內(nèi)荒山造林的先鋒樹種[3-4]，其在云南經(jīng)濟、社會和環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展中具不可替代的重要作用。

林分結(jié)構(gòu)是森林經(jīng)營的理論基礎(chǔ)，樹種組成、林分密度、林齡及林木直徑 (含徑階結(jié)構(gòu))、斷面積、樹高、蓄積等指標(biāo)都可反映林分結(jié)構(gòu)[4]。在樟子松 (P.sylvestrisvar.mongolica)、側(cè)柏 (Platycladusorientalis) 和天然更新云南松的直徑結(jié)構(gòu)研究中，徑階呈現(xiàn)正態(tài)分布，認(rèn)為其屬穩(wěn)定生長的林分[5-10]；云南松中齡人工林研究指出適宜林分密度控制有利于林分結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，促進林分生長[11-13]。通過修枝人為的去除枯枝或部分活枝，可改善林木生長，是森林培育的重要措施之一[4]。對我國主要造林樹種紅松 (P.koraiensis)、油松 (P.tabuliformis)、華北落葉松 (Larix-principisrupprechtii)、南方紅豆杉 (Taxuschinensisvar.mairei)、禿杉 (Taiwaniaflousiana)、杉木 (Cunninghamialanceolata)、楊樹 (Populusspp.)、白樺 (Betulaplatyphylla) 等進行修枝的研究結(jié)果表明，適宜的修枝促進林木生長和提高林木質(zhì)量，是構(gòu)成優(yōu)質(zhì)豐產(chǎn)人工林培育的重要技術(shù)環(huán)節(jié)之一[14-27]。云南松幼齡林修枝方式和強度的文獻未查及。本研究對宜良祿豐村林場尖山林區(qū)1 m × 2 m × 5 m非均勻密度控制造林的云南松人工幼齡林采用L4(23) 正交設(shè)計 (增加不修枝和重度修枝的2個對照) 開展修枝方式和強度的試驗，并于修枝前后對林分進行調(diào)查，分析修枝對人工林的幼林結(jié)構(gòu)及林木生長的影響，探究云南松幼林撫育的方法，為云南松生產(chǎn)實踐提供依據(jù)。

1 試驗地概況

研究地位于昆明市宜良縣祿豐村林場尖山林區(qū)，屬滇中地區(qū)典型的亞熱帶季風(fēng)氣候，年均氣溫17.5 ℃，絕對最高溫31.5 ℃，絕對最低溫-5 ℃，年均降雨量995.3 mm，年相對濕度68%左右[25]。調(diào)查林分位于東經(jīng)103°09′54.7″，北緯24°33′70.7″之間，海拔約1 970 m，土壤類型為紅壤，林地坡度10°～15°。調(diào)查林分為彌渡第1代無性系種子園種子2年生實生苗造林，容器規(guī)格底 × 高為12 cm × 15 cm；采用1 m × 2 m × 5 m (2 865株/hm2) 的非均勻密度控制造林，調(diào)查林分的林地總面積約0.318 hm2，每一處理組合分別為0.048、0.051、0.059、0.067、0.058和0.036。2015年首次進行每木檢尺調(diào)查后修枝 (林齡為10 a)，于2017年修枝2 a后第2次調(diào)查 (林齡為12 a)。

2 材料與方法

修枝前后胸徑采用2 cm劃分徑階，根據(jù)徑階劃分結(jié)果，計算各徑階的株數(shù)頻率、樹高、胸高斷面積等。首次調(diào)查后開展修枝試驗，試驗因素包括修枝方式 (A) 和保留側(cè)枝輪數(shù) (即從頂梢往下數(shù)保留的側(cè)枝輪數(shù)，B)，每個因素包括2個水平，即修枝方法為砍刀修枝 (A1) 和手鋸修枝 (A2)，保留枝輪數(shù)為3輪 (B1) 和4輪 (B2) (表1)，采用L4(23) 正交設(shè)計進行試驗實施。

表1 試驗因素水平Table 1 Factors and levels of the experiment

試驗包括4個處理組合，處理組合1～4分別為A1B1(砍刀修枝保留3輪)、A1B2(砍刀修枝保留4輪)、A2B1(手鋸修枝保留3輪)、A2B2(手鋸修枝保留4輪)，分別增加不修枝 (處理組合5) 和重度修枝 (處理組合6：保留2輪側(cè)枝) 2個對照，共6個處理組合，每個處理組合包括2個雙行，不設(shè)重復(fù)，采用樣本代重復(fù)的方法進行數(shù)據(jù)分析。

采用Excel 2003和SPSS 19.0軟件對測定的數(shù)據(jù)進行各項指標(biāo)的分析。

胸高斷面積的計算公式：

G=1/4πD2

(1)

式中：G為胸高斷面積，cm2；D為胸徑，cm；π取3.14。

云南松人工林單株立木材積計算公式：

V=0.000 087 151 050 0D1.954 479 3H0.755 839 5

(2)

式中：V為單株立木材積，m3；D為胸徑，cm；H為樹高，m。

3 結(jié)果與分析

3.1 修枝前后林分結(jié)構(gòu)

3.1.1修枝前后不同徑階株數(shù)分布

修枝前，10年生云南松人工林胸徑為2.0～14.7 cm (平均為8.3 cm；包括2～14 cm徑階)，集中分布于5.0～10.9 cm，此胸徑范圍的株數(shù)占總株數(shù)的83.7%，大于和小于此范圍的分別占10.7%和5.6%。修枝2 a后胸徑為2.5～16.6 cm (平均為10.3 cm；包括2～16 cm徑階)，集中分布于7.0～12.9 cm，此胸徑范圍的株數(shù)占總株數(shù)的76.7% (圖1)。

圖1修枝前后云南松人工林徑階分布
Fig.1 Diameter grade (DG) distribution ofP.yunnanensis
plantation before and after pruning

修枝前，8 cm和10 cm徑階的林木是構(gòu)成林分的主要成分，修枝2 a后構(gòu)成林分的主要成分的是10 cm和12 cm徑階的；各徑階連續(xù)分布，修枝前后林分的株數(shù)在胸徑尺度上均呈正態(tài)分布，極大和極小胸徑的株數(shù)均較少，說明林分屬正常生長的林分類型。

3.1.2修枝前后不同徑階樹高

修枝前后林分平均樹高分別為4.5 m和5.8 m，2 a間樹高平均增長1.3 m，增長率28.9%，修枝前后樹高均隨胸徑的增大而增高 (圖2)，且修枝前后各徑階樹高均呈現(xiàn)極顯著差異 (P≈0.000 < 0.01)。修枝前，12 cm和14 cm徑階的平均樹高相同且極顯著高于其余徑階，樹高隨徑階的增大而趨于分化降低 (樹高變異系數(shù)隨徑階增大而減小，圖2)，即優(yōu)勢木樹高生長不受胸徑變化的影響；修枝后，14 cm和16 cm徑階的平均樹高無顯著差異，16 cm徑階的樹高極顯著高于徑階 ≤ 12 cm的 (圖2)，林木樹高分化結(jié)果與修枝前類似。

大寫字母不同表示差異極顯著；小寫字母不同表示差異顯著。

圖2修枝前后各徑階樹高分布
Fig.2 The distribution of tree heights (THs) for different DGs before and after pruning

3.1.3修枝前后不同徑階斷面積分布

修枝前各徑階胸高斷面積為3.10～17 770.65 cm2，林分總斷面積46 609.08 cm2，8 cm和10 cm徑階的胸高斷面積占總斷面積的67.56%，是構(gòu)成林分的主要成分；修枝2 a后，修枝和對照的各徑階胸高斷面積分別為6.60～21 909.30 cm2和4.91～3 865.46 cm2，林分總斷面積分別為61 061.66 cm2和10 321.40 cm2，修枝的平均單株斷面積較不修枝的大 (分別為89.01、80.64 cm2/株)；林分總斷面積較修枝前增長53.15%，10 cm和12 cm徑階的占胸高斷面積64.18%；8 cm徑階的胸高斷面積從修枝前的29.43%下降至修枝2 a后的9.73% (表2)。

修枝前后各徑階總斷面積及其比例呈現(xiàn)正態(tài)分布，與徑階分布的結(jié)果一致，同時，修枝后斷面積及其比例也向大徑階方向移動。

3.2 修枝對林木生長的影響

3.2.1胸徑生長量

修枝前后平均胸徑分別為8.0～8.7 cm和9.7～10.9 cm，最大都是砍刀修枝留枝4輪 (處理組合2)的，修枝2 a后平均增長2.0 cm，增長率24.5%；各處理組合的平均胸徑均大于不修枝 (9.7 cm) 和重度修枝 (10.0 cm) 的，且重度修枝的增長率低于不修枝的，手鋸修枝的胸徑增長率大于砍刀修枝的，留3輪側(cè)枝的胸徑增長率大于留4輪的，增長率最大的是手鋸修枝留枝3輪枝 (處理組合3；28.65%) 的 (表3)。修枝2 a后各處理組合間平均胸徑生長呈現(xiàn)極顯著差異 (P≈0.003 < 0.01；修枝前無顯著差異，即P≈0.054 > 0.05)，處理組合2的平均胸徑極顯著的大于處理3～6的，說明修枝方式和修枝強度的不同組合對云南松人工林胸徑生長都具有顯著的差異影響，重度修枝則抑制胸徑生長。

表2 修枝前后不同徑階斷面積分布Table 2 Sectional area distribution of different diameter grades before and after pruning

注：對照僅指不修枝部分的。

表3 處理組合的生長量統(tǒng)計Table 3 Growth statistics of different treatment combinations (TCs)

注：大寫字母不同表示差異極顯著；小寫字母不同表示差異顯著。

影響胸徑生長的主導(dǎo)因子是修枝方式，理論優(yōu)水平組合為砍刀修枝留4輪側(cè)枝 (A1B2)，與實際結(jié)果相同；修枝2 a后，修枝方式的2個水平呈現(xiàn)顯著的差異，砍刀修枝的胸徑優(yōu)于手鋸的 (表4)。

表4 因素水平的極差分析Table 4 Range analysis of factorial levels

注：大寫字母不同表示差異極顯著；小寫字母不同表示差異顯著。

3.2.2樹高生長量

修枝前后平均樹高分別為4.3～4.8 m和5.5～5.9 m，修枝2 a后，不修枝和重度修枝的樹高增長率均低于留側(cè)枝3輪和4輪的，且手鋸修枝的樹高增長率大于砍刀修枝的，留3輪側(cè)枝的大于留4輪的，樹高增長率最大的處理組合與胸徑的一致；不修枝對照的林木平均樹高呈現(xiàn)生長參差不齊的現(xiàn)象 (修枝后變異系數(shù)對照比修枝的分別為18.5%比12.6%～16.7%，表3)。修枝前 (P≈ 0.000 < 0.01) 和修枝2 a后 (P≈ 0.005 < 0.01) 各處理組合間平均樹高生長均呈現(xiàn)極顯著差異，處理組合2～4的平均樹高相同且極顯著高于其余處理組合的，處理組合6的平均樹高在修枝前雖極顯著高于其余處理組合的 (處理組合6與其他為4.8 m比4.3～4.6 m)；由于重度修枝 (修枝后，處理組合6比其他為5.8 m比5.5～5.9 m)反而不利于林木生長；修枝后樹高增長率較胸徑的高 (樹高 比胸徑為21.4%～34.2%比20.3%～28.7%，表3)，說明修枝方式和修枝強度的不同組合對云南松人工林的樹高生長具有極顯著促進或抑制的作用。

影響樹高生長的主導(dǎo)因子是修枝方式，樹高的理論優(yōu)水平組合為手鋸修枝保留4輪側(cè)枝的 (A2B2)，處理組合2～4的平均樹高相同，因此修枝2 a后，理論優(yōu)水平組合與實際結(jié)果一致 (表4)，表明試驗結(jié)果的可靠性。

3.2.3材積生長量

修枝前后平均單株材積分別為0.017 0～0.020 2和0.030 7～0.037 6 m3，2 a間材積平均增長0.015 4 m3/株，增長率達82.8%；修枝方式和強度組合中，處理組合3 (手鋸修枝與保留3輪側(cè)枝的組合) 材積增長率最高 (100.3%)，其胸徑和樹高的增長率也最高，與砍刀修枝的此3個指標(biāo)增長率最高相一致；處理組合1～4的平均單株材積及其增長率均大于不修枝和重度修枝的；修枝2 a后，各處理組合間平均單株材積具有顯著的差異 (P≈ 0.025 < 0.05)，其中，處理組合2的顯著大于不修枝和重度修枝的，其余處理組合無顯著的差異 (表3)，即適宜的修枝方式和強度組合全面促進云南松林木生長。影響材積生長及其理論優(yōu)水平組合與胸徑和樹高的一致 (表4)。

4 結(jié)論與討論

祿豐村林場尖山林區(qū)采用1 m × 2 m × 5 m非均勻密度控制造林的云南松，10 a生人工林徑階分布于2～14 cm，8和10 cm徑階是構(gòu)成林分的主要成分；其胸徑、樹高和胸徑斷面積分別為2.0～14.7 cm、1.5～6.5 m、3.10～17 770.65 cm2。對該林分進行修枝，修枝2 a后，徑階分布于2～16 cm，林分主要由10和12 cm徑階的林木構(gòu)成，胸徑和樹高分別為2.5～16.6 cm和2.1～8.3 m，林分平均胸徑、平均樹高較修枝前分別增加2.0 cm和1.3 m；修枝與不修枝的平均胸徑斷面積分別為89.01和80.64 cm2/株。修枝方式和保留側(cè)枝輪數(shù)的試驗中，修枝2 a后，不同處理組合間胸徑、樹高具有極顯著的差異 (P胸徑≈ 0.003 < 0.01，P樹高≈ 0.005 < 0.01)，材積呈現(xiàn)顯著的差異 (P≈ 0.025 < 0.05)；正交的處理組合1～4中，胸徑、樹高和單株材積增長率均大于不修枝和重度修枝的，此3個指標(biāo)增長率最高的是手鋸修枝留3輪側(cè)枝的。適宜的修枝方式和強度可極顯著地促進云南松幼林的生長，林木向更大徑階方向發(fā)展。

林分胸徑分布可反映其組成結(jié)構(gòu)[4-13]，穩(wěn)定生長的10 a生云南松人工林徑階株數(shù)頻率及其胸高斷面積和重要值均呈正態(tài)分布[28]，修枝2 a后，林分結(jié)構(gòu)與修枝前一致，即通過修枝可延長中幼林結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定發(fā)展而降低小徑階林木的比例。

林木修枝通過人為清除林木中下部枯枝或無功能的枝葉，促進林木生長[4]，對10 a云南松修枝結(jié)果，與該論點一致。該林分在修枝1 a后出現(xiàn)16 cm徑階[29]，且平均胸徑和材積最優(yōu)的處理組合與修枝2 a后的一致，促進樹高生長的處理組合卻不一致，也許修枝1 a后對樹高生長的促進作用未完全體現(xiàn)。邢尚軍等[30]指出林木具有特定促進其生長的冠長，修枝后保留此冠長可極顯著地促進林分生長，本研究中保留4輪側(cè)枝極顯著地促進云南松生長的結(jié)果，可支持以上論點。修枝強度可通過如冠長、冠高比等作為劃分，但都以不修枝為對照[14-19]，本研究采用保留側(cè)枝輪數(shù)作進行修枝強度指標(biāo)，也可換算為冠長、冠高比，而且修枝的生長率高于對照的，與已有研究相一致；本文重度修枝抑制林木正常生長也與已有研究結(jié)果相一致[18]。樹高的平均增長率大于胸徑的，此結(jié)果支持前人的林木修枝后存在補償機制的學(xué)說，即林木修枝后同化物質(zhì)在通過樹皮切口時，只能沿切口之間的狹窄區(qū)域向下運輸，強度修枝使切口較多，從而影響同化物質(zhì)向下運輸?shù)乃俾剩斐汕锌谏喜客镔|(zhì)積累，出現(xiàn)樹高增長大于胸徑的現(xiàn)象[31-32]。本試驗中，重度修枝抑制林木生長，一方面針葉樹種的針葉多由側(cè)枝部分構(gòu)成，針葉是光合作用合成有機物質(zhì)的器官，保留側(cè)枝輪數(shù)較少，針葉隨之減少，其光合作用產(chǎn)物不能滿足此階段云南松樹干迅速生長的需求；另一方面，與林木修枝后的補償機制有關(guān)，即較多的修枝切口，其需要物質(zhì)和能量進行愈傷補償，光合產(chǎn)物需要更多地分配至切口進行愈傷，降低了生長的比例構(gòu)成。基于以上原由，重度修枝抑制林木生長具有其理論依據(jù)。

修枝2 a后理論優(yōu)水平組合和實際結(jié)果一致，都是砍刀修枝保留側(cè)枝4輪側(cè)枝組合的林木生長最優(yōu)，但手鋸修枝保留3輪側(cè)枝的林木胸徑、樹高和材積的增長率最大，此二者的不一致，是否因前者修枝前差異導(dǎo)致，而后者來源于處理組合總體，有待進一步試驗研究，因此，建議此類研究進行逐株標(biāo)記，一一對應(yīng)進行觀測分析。

修枝方式的不同對樹體傷害也不一致，枝條直徑不同，切口愈合時間也不同。本文中，影響胸徑、樹高、材積生長的主導(dǎo)因子都是修枝方式，而砍刀修枝因?qū)潴w震動較大而較手鋸修枝的對樹體傷害更大，試驗結(jié)果則是二者無顯著差異[29]，是否與觀測的時間較短有關(guān)，有待繼續(xù)觀測。

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