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(shù)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(chǎng)，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(shù)種，也是云南省主要的造林樹(shù)種之一[2]，具有生長(zhǎng)迅速、適應(yīng)性強(qiáng)、耐干旱瘠薄、木材用途廣泛等特點(diǎn)，常作為分布區(qū)內(nèi)荒山造林的先鋒樹(shù)種[3-4]，其在云南經(jīng)濟(jì)、社會(huì)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(yíng)的理論基礎(chǔ)，樹(shù)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(shù)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(zhǎng)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(jìn)林分生長(zhǎng)[11-13]。通過(guò)修枝人為的去除枯枝或部分活枝，可改善林木生長(zhǎng)，是森林培育的重要措施之一[4]。對(duì)我國(guó)主要造林樹(shù)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(shù) (Populusspp.)、白樺 (Betulaplatyphylla) 等進(jìn)行修枝的研究結(jié)果表明，適宜的修枝促進(jìn)林木生長(zhǎng)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(qiáng)度的文獻(xiàn)未查及。本研究對(duì)宜良祿豐村林場(chǎng)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(jì) (增加不修枝和重度修枝的2個(gè)對(duì)照) 開(kāi)展修枝方式和強(qiáng)度的試驗(yàn)，并于修枝前后對(duì)林分進(jìn)行調(diào)查，分析修枝對(duì)人工林的幼林結(jié)構(gòu)及林木生長(zhǎng)的影響，探究云南松幼林撫育的方法，為云南松生產(chǎn)實(shí)踐提供依據(jù)。

1 試驗(yàn)地概況

研究地位于昆明市宜良縣祿豐村林場(chǎng)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(duì)最高溫31.5 ℃，絕對(duì)最低溫-5 ℃，年均降雨量995.3 mm，年相對(duì)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(wú)性系種子園種子2年生實(shí)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(jìn)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(jì)算各徑階的株數(shù)頻率、樹(shù)高、胸高斷面積等。首次調(diào)查后開(kāi)展修枝試驗(yàn)，試驗(yàn)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(gè)因素包括2個(gè)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(jì)進(jìn)行試驗(yàn)實(shí)施。

表1 試驗(yàn)因素水平Table 1 Factors and levels of the experiment

試驗(yàn)包括4個(gè)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(gè)對(duì)照，共6個(gè)處理組合，每個(gè)處理組合包括2個(gè)雙行，不設(shè)重復(fù)，采用樣本代重復(fù)的方法進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

采用Excel 2003和SPSS 19.0軟件對(duì)測(cè)定的數(shù)據(jù)進(jìn)行各項(xiàng)指標(biāo)的分析。

胸高斷面積的計(jì)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(jì)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(shù)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(shuō)明林分屬正常生長(zhǎng)的林分類型。

3.1.2修枝前后不同徑階樹(shù)高

修枝前后林分平均樹(shù)高分別為4.5 m和5.8 m，2 a間樹(shù)高平均增長(zhǎng)1.3 m，增長(zhǎng)率28.9%，修枝前后樹(shù)高均隨胸徑的增大而增高 (圖2)，且修枝前后各徑階樹(shù)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(shù)高相同且極顯著高于其余徑階，樹(shù)高隨徑階的增大而趨于分化降低 (樹(shù)高變異系數(shù)隨徑階增大而減小，圖2)，即優(yōu)勢(shì)木樹(shù)高生長(zhǎng)不受胸徑變化的影響；修枝后，14 cm和16 cm徑階的平均樹(shù)高無(wú)顯著差異，16 cm徑階的樹(shù)高極顯著高于徑階 ≤ 12 cm的 (圖2)，林木樹(shù)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(shù)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(duì)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(zhǎng)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(shí)，修枝后斷面積及其比例也向大徑階方向移動(dòng)。

3.2 修枝對(duì)林木生長(zhǎng)的影響

3.2.1胸徑生長(zhǎng)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(zhǎng)2.0 cm，增長(zhǎng)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(zhǎng)率低于不修枝的，手鋸修枝的胸徑增長(zhǎng)率大于砍刀修枝的，留3輪側(cè)枝的胸徑增長(zhǎng)率大于留4輪的，增長(zhǎng)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(zhǎng)呈現(xiàn)極顯著差異 (P≈0.003 < 0.01；修枝前無(wú)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(shuō)明修枝方式和修枝強(qiáng)度的不同組合對(duì)云南松人工林胸徑生長(zhǎng)都具有顯著的差異影響，重度修枝則抑制胸徑生長(zhǎng)。

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(duì)照僅指不修枝部分的。

表3 處理組合的生長(zhǎng)量統(tǒng)計(jì)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(zhǎng)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(shí)際結(jié)果相同；修枝2 a后，修枝方式的2個(gè)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(shù)高生長(zhǎng)量

修枝前后平均樹(shù)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(shù)高增長(zhǎng)率均低于留側(cè)枝3輪和4輪的，且手鋸修枝的樹(shù)高增長(zhǎng)率大于砍刀修枝的，留3輪側(cè)枝的大于留4輪的，樹(shù)高增長(zhǎng)率最大的處理組合與胸徑的一致；不修枝對(duì)照的林木平均樹(shù)高呈現(xiàn)生長(zhǎng)參差不齊的現(xiàn)象 (修枝后變異系數(shù)對(duì)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(shù)高生長(zhǎng)均呈現(xiàn)極顯著差異，處理組合2～4的平均樹(shù)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(shù)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(zhǎng)；修枝后樹(shù)高增長(zhǎng)率較胸徑的高 (樹(shù)高 比胸徑為21.4%～34.2%比20.3%～28.7%，表3)，說(shuō)明修枝方式和修枝強(qiáng)度的不同組合對(duì)云南松人工林的樹(shù)高生長(zhǎng)具有極顯著促進(jìn)或抑制的作用。

影響樹(shù)高生長(zhǎng)的主導(dǎo)因子是修枝方式，樹(shù)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(shù)高相同，因此修枝2 a后，理論優(yōu)水平組合與實(shí)際結(jié)果一致 (表4)，表明試驗(yàn)結(jié)果的可靠性。

3.2.3材積生長(zhǎng)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(zhǎng)0.015 4 m3/株，增長(zhǎng)率達(dá)82.8%；修枝方式和強(qiáng)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(zhǎng)率最高 (100.3%)，其胸徑和樹(shù)高的增長(zhǎng)率也最高，與砍刀修枝的此3個(gè)指標(biāo)增長(zhǎng)率最高相一致；處理組合1～4的平均單株材積及其增長(zhǎng)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(wú)顯著的差異 (表3)，即適宜的修枝方式和強(qiáng)度組合全面促進(jìn)云南松林木生長(zhǎng)。影響材積生長(zhǎng)及其理論優(yōu)水平組合與胸徑和樹(shù)高的一致 (表4)。

4 結(jié)論與討論

祿豐村林場(chǎng)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(shù)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(duì)該林分進(jìn)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(shù)高分別為2.5～16.6 cm和2.1～8.3 m，林分平均胸徑、平均樹(shù)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(yàn)中，修枝2 a后，不同處理組合間胸徑、樹(shù)高具有極顯著的差異 (P胸徑≈ 0.003 < 0.01，P樹(shù)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(shù)高和單株材積增長(zhǎng)率均大于不修枝和重度修枝的，此3個(gè)指標(biāo)增長(zhǎng)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(qiáng)度可極顯著地促進(jìn)云南松幼林的生長(zhǎng)，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(zhǎng)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(guò)修枝可延長(zhǎng)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(guò)人為清除林木中下部枯枝或無(wú)功能的枝葉，促進(jìn)林木生長(zhǎng)[4]，對(duì)10 a云南松修枝結(jié)果，與該論點(diǎn)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(jìn)樹(shù)高生長(zhǎng)的處理組合卻不一致，也許修枝1 a后對(duì)樹(shù)高生長(zhǎng)的促進(jìn)作用未完全體現(xiàn)。邢尚軍等[30]指出林木具有特定促進(jìn)其生長(zhǎng)的冠長(zhǎng)，修枝后保留此冠長(zhǎng)可極顯著地促進(jìn)林分生長(zhǎng)，本研究中保留4輪側(cè)枝極顯著地促進(jìn)云南松生長(zhǎng)的結(jié)果，可支持以上論點(diǎn)。修枝強(qiáng)度可通過(guò)如冠長(zhǎng)、冠高比等作為劃分，但都以不修枝為對(duì)照[14-19]，本研究采用保留側(cè)枝輪數(shù)作進(jìn)行修枝強(qiáng)度指標(biāo)，也可換算為冠長(zhǎng)、冠高比，而且修枝的生長(zhǎng)率高于對(duì)照的，與已有研究相一致；本文重度修枝抑制林木正常生長(zhǎng)也與已有研究結(jié)果相一致[18]。樹(shù)高的平均增長(zhǎng)率大于胸徑的，此結(jié)果支持前人的林木修枝后存在補(bǔ)償機(jī)制的學(xué)說(shuō)，即林木修枝后同化物質(zhì)在通過(guò)樹(shù)皮切口時(shí)，只能沿切口之間的狹窄區(qū)域向下運(yùn)輸，強(qiáng)度修枝使切口較多，從而影響同化物質(zhì)向下運(yùn)輸?shù)乃俾?，造成切口上部同化物質(zhì)積累，出現(xiàn)樹(shù)高增長(zhǎng)大于胸徑的現(xiàn)象[31-32]。本試驗(yàn)中，重度修枝抑制林木生長(zhǎng)，一方面針葉樹(shù)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(jī)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(shù)干迅速生長(zhǎng)的需求；另一方面，與林木修枝后的補(bǔ)償機(jī)制有關(guān)，即較多的修枝切口，其需要物質(zhì)和能量進(jìn)行愈傷補(bǔ)償，光合產(chǎn)物需要更多地分配至切口進(jìn)行愈傷，降低了生長(zhǎng)的比例構(gòu)成?；谝陨显?，重度修枝抑制林木生長(zhǎng)具有其理論依據(jù)。

修枝2 a后理論優(yōu)水平組合和實(shí)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(zhǎng)最優(yōu)，但手鋸修枝保留3輪側(cè)枝的林木胸徑、樹(shù)高和材積的增長(zhǎng)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(lái)源于處理組合總體，有待進(jìn)一步試驗(yàn)研究，因此，建議此類研究進(jìn)行逐株標(biāo)記，一一對(duì)應(yīng)進(jìn)行觀測(cè)分析。

修枝方式的不同對(duì)樹(shù)體傷害也不一致，枝條直徑不同，切口愈合時(shí)間也不同。本文中，影響胸徑、樹(shù)高、材積生長(zhǎng)的主導(dǎo)因子都是修枝方式，而砍刀修枝因?qū)?shù)體震動(dòng)較大而較手鋸修枝的對(duì)樹(shù)體傷害更大，試驗(yàn)結(jié)果則是二者無(wú)顯著差異[29]，是否與觀測(cè)的時(shí)間較短有關(guān)，有待繼續(xù)觀測(cè)。

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