楊柳生物質(zhì)能源林輪伐萌條性狀與其生物量相關(guān)性研究

蘇雪輝 ，胡建軍

(1．焦作市農(nóng)林科學(xué)研究院，河南 焦作 454000；2．中國林業(yè)科學(xué)研究院林業(yè)研究所，北京 100091)

生物質(zhì)能源林中，楊、柳因其具有生長快、成材早、產(chǎn)量高、易于更新的特點(diǎn)，已成為最適生物質(zhì)能源林經(jīng)營樹種[1]。生物質(zhì)能源林中萌條是生物量的重要組成部分，萌條的多寡及其生長量都會(huì)直接影響能源林生物量的產(chǎn)出。而目前生物能源林萌條性狀與生物量的相關(guān)性研究還處于空白狀態(tài)。探究不同超短輪伐期(1～3 a)[1-2]的生物質(zhì)能源林生物量與萌條數(shù)量、萌條各生長量指標(biāo)的關(guān)系，有助于生物質(zhì)能源林不同采伐年份中密度的科學(xué)設(shè)置，提高生物質(zhì)能源林單位面積、單位時(shí)間的有效生物產(chǎn)量。

2006-2012年在河南焦作分別開展了楊樹、柳樹生物質(zhì)能源林試驗(yàn)研究，在研究樹種、品種以及栽植密度和生長年限對能源林生物量影響的同時(shí)，對萌條各性狀包括萌條數(shù)量、萌條的平均樹高生長量、萌條的地徑平均生長量、主干萌條樹高生長量、主干萌條地徑生長量與生物量的相關(guān)性進(jìn)行分析研究。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)林概況

試驗(yàn)地位于河南省焦作市武陟縣三陽鄉(xiāng)大李村，地處35°8′N，113°17′E；屬溫帶氣候，年平均溫度為15.2 ℃，年均降水量為625.4 mm，相對濕度61%，無霜期224 d，年平均日照時(shí)數(shù)2 434 h，地下水位9 m，土壤pH值為7.2，屬沙壤土。試驗(yàn)林于2006年3月營造，總占地面積0.8 hm2。

1.2 試驗(yàn)材料

柳樹參試品種分別為蘇柳795、蘇柳172、蘇柳799、杞柳，均引自江蘇省林科院，除杞柳是灌木柳，其他3個(gè)品種均為喬木柳[3]。楊樹參試品種分別為313楊、2001楊、110楊、50號(hào)楊、239楊，其中239楊為美洲黑楊種內(nèi)雜交無性系，50號(hào)楊為引進(jìn)美洲黑楊品種[4-5]，110楊是美洲黑楊×馬氏楊派間雜種[5]，2001楊和313楊是2個(gè)歐美楊無性系。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

楊、柳生物質(zhì)能源林均采用1年生插穗扦插造林。柳樹試驗(yàn)林設(shè)置3個(gè)密度：30 000株·hm-2，15 000株·hm-2，10 000株·hm-2。每個(gè)密度又設(shè)3個(gè)采伐年限：1年采伐，2年采伐，3年采伐。每個(gè)小區(qū)為8列×8行的設(shè)計(jì)；楊樹生物能源僅設(shè)置10 000株·hm-2密度，3個(gè)采伐年限同上，小區(qū)為6列×6行的設(shè)計(jì)；除去2個(gè)邊行保護(hù)行，中間的6×6或4×4區(qū)域?yàn)椴煞y試區(qū)；每種密度每個(gè)采伐年限分別設(shè)置3次重復(fù)，各品種隨機(jī)排列。

采用常規(guī)管理，不做任何修枝、抹芽，休眠期采伐。扦插當(dāng)年冬全部平茬[6]，茬頭留5 cm[7]，以抵消插穗質(zhì)量不均而產(chǎn)生的人為差別。第2年冬，只采伐3個(gè)密度中一年一采伐的3次重復(fù)，以后依此類推。為充分利用土地資源，縮短試驗(yàn)周期，待一年一采伐試驗(yàn)3次采伐完成后，原址上不同品種、各密度試驗(yàn)連續(xù)生長3年再采伐，作為3年一采伐的第3次重復(fù)。

1.4 試驗(yàn)調(diào)查及處理

調(diào)查數(shù)據(jù)包括不同密度、不同品種、不同采伐年限濕材生物量、含水量的測定和干質(zhì)量生物量的計(jì)算以及萌條數(shù)量及萌條生長量。濕材生物量是隨采隨稱，按照實(shí)際株數(shù)計(jì)算出每一次重復(fù)的單株生物量，從而計(jì)算出3次重復(fù)單位面積濕材生物量；含水量的測量取樣按不同品種分密度、采伐年限分別重復(fù)3次，將樣材放入烘箱，85 ℃烘至恒質(zhì)量，計(jì)算出不同樣本的含水量；根據(jù)含水量計(jì)算出單位面積干質(zhì)量生物量；萌條數(shù)量和萌條生長量是每年年末采伐前，在不同密度每一次重復(fù)內(nèi)選擇10株代表植株數(shù)出萌條數(shù)，并實(shí)測每一萌條的高度和地徑，依數(shù)據(jù)選擇出主干萌條。

1.5 數(shù)據(jù)處理及分析

對楊、柳能源林不同密度、不同采伐年限的萌條數(shù)量、萌條高平均生長量、萌條地徑平均生長量、主干萌條高生長量、主干萌條地徑生長量5個(gè)性狀指示與生物量使用SPSS軟件進(jìn)行相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 萌條數(shù)與生物量的相關(guān)性

方升佐等認(rèn)為，能源林的生物質(zhì)產(chǎn)量與伐樁的萌條數(shù)量有一定的關(guān)系[8]。楊、柳生物質(zhì)能源林9個(gè)參試品種的不同采伐年限萌條數(shù)與生物量的相關(guān)性分析結(jié)果見表1。

表1 楊、柳各品種3種輪伐期萌條數(shù)與生物量相關(guān)性

注：*在0.05水平上相關(guān)顯著；**在0.01水平上相關(guān)顯著，以下各表同

由表1可清晰看出，楊、柳各品種萌條數(shù)與生物量的相關(guān)系數(shù)差別非常明顯。說明樹種的生長特性是萌條與生物量關(guān)系的重要決定因素之一。

表1中楊樹各品種不同輪伐期萌條數(shù)與生物量的相關(guān)性差別顯著：相同密度(10 000株·hm-2)1年和3年輪伐楊樹各品種萌條數(shù)與生物量均呈負(fù)相關(guān)，尤其是1年輪伐這種趨勢更為突出；2年輪伐則呈現(xiàn)出顯著的正相關(guān)。柳樹各品種在3種輪伐模式下萌條數(shù)與生物量的相關(guān)性大致趨勢正好與楊樹相反：1年和3年輪伐柳樹各品種不同密度萌條數(shù)與生物量多呈正相關(guān)，而2年輪伐則多呈負(fù)相關(guān)，相關(guān)性大多不顯著。

萌條數(shù)量受很多因素影響，如造林樹種的生長特性、密度、輪伐期長短、萌芽代數(shù)、伐樁粗度等[8]。在小密度種植模式下，伐樁在連年(一年一采伐)采伐的刺激下，會(huì)產(chǎn)生越來越多的萌條，而楊樹的高大喬本性[9]決定太多的萌條只會(huì)分散少數(shù)主干萌條生長的營養(yǎng)物質(zhì)，因此萌條越多，生物量也就越?。粌赡瓴煞Ψ兜拇碳は鄬^輕，萌條原生數(shù)量明顯降低，加之兩年的生長周期相對較短，雖仍以主干萌條生長為主，但其他輔生萌條也有一定的生長量，所以出現(xiàn)了顯著正相關(guān)；而3年采伐的生長周期相對較長，高大喬木的特性促使其主干萌條第1次采伐時(shí)多數(shù)已達(dá)10 cm左右，第2次達(dá)20 cm左右，一定范圍內(nèi)(25 cm以下)隨著伐樁直徑不斷增大，萌條數(shù)會(huì)逐漸增多，但多數(shù)萌條在連續(xù)3年的生長中受主干萌條抑制，耗費(fèi)營養(yǎng)物質(zhì)且生長量不佳甚至逐漸枯死，因此輪伐期為3年的能源林中有效生物量多來自少數(shù)的主干萌條，造成萌條數(shù)與生物量呈負(fù)相關(guān)態(tài)勢。而柳樹能源林采伐年限越短且密度越小時(shí)，灌木特性越強(qiáng)的品種萌條數(shù)與生物量的正相關(guān)性越明顯；同理，采伐年限越長，密度越大，伴隨著采伐刺激次數(shù)增加，具有喬、灌兩重性的柳樹品種的會(huì)越來越多地表現(xiàn)出其灌木性，萌條數(shù)與生物量的正相關(guān)性越來越顯著。

2.2 萌條高平均生長量與生物量的相關(guān)性

對楊、柳9個(gè)參試品種的不同采伐年限萌條高平均生長量與生物量的相關(guān)性進(jìn)行分析，結(jié)果見表2。

表2 楊、柳各品種3種輪伐期萌條高平均生長量與生物量相關(guān)性

由表2可看出，楊、柳各品種不同輪伐期萌條高平均生長量與生物量的相關(guān)性基本一致：1年和2年輪伐楊柳各品種的萌條高平均生長量與生物量呈正相關(guān)，即能源林的生物量隨萌條高平均生長量增加而增大；而3年輪伐期楊、柳部分品種出現(xiàn)負(fù)相關(guān)情形。

由于楊樹較柳樹的喬本性更強(qiáng)，因此其萌條高生長量在影響生物量各因素中的占比更大、相關(guān)性更明顯一些；2個(gè)美洲黑楊50號(hào)楊、239楊在具有一定生長空間且生長年限拉長后，其腋芽易萌生成側(cè)枝形成一定冠幅的特性就表現(xiàn)得更為突出，因此，高生長與生物量的正相關(guān)被打破。說明對于大型喬木樹種的能源林，較短輪伐期萌條平均高是生物量的決定因素之一。

表3 楊、柳各品種3種輪伐期萌條地徑平均生長量與生物量相關(guān)性

2.3 萌條地徑平均生長量與生物量的相關(guān)性

對楊、柳9個(gè)參試品種的不同采伐年限萌條地徑平均生長量與生物量的相關(guān)性進(jìn)行分析，結(jié)果見表3。

由表3可得出，在生物質(zhì)能源林生物量的各影響因素中，楊樹萌條地徑平均生長量的影響力不及萌條平均高生長量；而在柳樹能源林中該指標(biāo)的影響卻有明顯提高，尤其是隨著密度增大萌條數(shù)減少時(shí)，萌條地徑生長量與生物量的正相關(guān)程度提高。說明楊樹各品種在不同輪伐期徑生長沒有高生長整齊度好，特別是隨萌條生長年限的拉長，各萌條徑粗差距拉大；而柳樹在各輪伐期萌條徑生長的整齊度相對較高。

2.4 主干萌條高生長量與生物量的相關(guān)性

對楊、柳參試品種的不同輪伐期能源林主干萌條高生長量與生物量的相關(guān)性進(jìn)行分析，結(jié)果見表4。

表4 楊、柳各品種3種輪伐期主干萌條高生長量與生物量相關(guān)性

從表2、表4可知：楊樹各品種3種輪伐期各相關(guān)程度極其相似，只是主干萌條高生長量與生物量的正相關(guān)性更為顯著；并且依然存在50號(hào)楊、239楊兩個(gè)美洲黑楊因其腋芽易萌生形成一定冠幅，從而在增加生物量的同時(shí)降低了主干萌條高度的生長量，使其呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)性。

柳樹各品種1年輪伐期主干萌條高生長量與生物量均呈正相關(guān)，且大多數(shù)達(dá)顯著或極顯著，說明1年輪伐期柳樹林分各品種不同密度生物量與主干萌條高生長量有較大關(guān)聯(lián)性；3年輪伐隨著密度加大主干萌條高生長量與生物量多呈負(fù)相關(guān)，說明密度越密導(dǎo)致萌條生長不均是其主要原因。

綜合表2、表4楊樹各品種相關(guān)性，對于大型喬木樹種的能源林，其較短的輪伐期萌條平均高以及主干萌條高均是生物量的重要決定因素；對于輪伐期較長的能源林，只有腋芽不易形成大型側(cè)枝的歐美楊[10]其生物量能以主干萌條高做參考依據(jù)。

2.5 主干萌條地徑生長量與生物量的相關(guān)性

對楊、柳9個(gè)參試品種的不同采伐年限能源林主干萌條地徑生長量與生物量的相關(guān)性進(jìn)行分析，結(jié)果見表5。

表5 楊、柳各品種3種輪伐期主干萌條地徑生長量與生物量相關(guān)性

從表5來看，楊、柳各品種絕大部分?jǐn)?shù)值都呈正相關(guān)，兩個(gè)負(fù)相關(guān)的例外也有其各自存在的原因：50號(hào)楊3年輪伐呈負(fù)相關(guān)原因同前，主要是由于其美洲黑楊腋芽易萌生成粗大側(cè)枝形成一定冠幅，極大降低主干萌條地徑生長量與生物量的正相關(guān)性；杞柳是一個(gè)典型的灌木柳品種，一般情況下其自然萌條多且生長量相對均勻，但在種植密度小時(shí)，各萌條生長量明顯拉開距離，主干萌條地徑與生物量都沒有強(qiáng)的相關(guān)性。同樣的現(xiàn)象也存在于主干萌條高生長量與生物量的相關(guān)性(表4)。輪伐期相對較長的3年采伐模式下，隨著密度增加至最密，各萌條的生長量也會(huì)出現(xiàn)一定的差距，但相對較小密度模式下差距小。對比各表不難發(fā)現(xiàn)，表2、表3中杞柳萌條平均生長量與生物量呈正相關(guān)，表4、表5中主干萌條的生長量與生物量依然正相關(guān)。這也是灌木柳生長特性的另一種表現(xiàn)形式。

3 結(jié)論

樹種的生長特性是萌條數(shù)與生物量關(guān)系的重要決定因素，同樣能源林的密度、輪伐期影響萌條數(shù)與生物量的相關(guān)性。

大型喬木樹種營造能源林時(shí)，較短輪伐期萌條平均高以及主干萌條高能夠做為生物量的重要決定因素；對于較長輪伐期，只有腋芽不易形成大型側(cè)枝的喬木品種其生物量能以主干萌條高做參考依據(jù)。

美洲黑楊營造生物質(zhì)能源林時(shí)，需要考慮其腋芽易萌發(fā)形成粗大側(cè)枝的生長特性采取科學(xué)的種植密度以獲得最大的生物量。

在萌條數(shù)量、萌條高平均生長量、萌條平均地徑生長量、主干萌條高生長量、主干萌條地徑生長量5個(gè)性狀指標(biāo)中，主干萌條地徑生長量與生物量正相關(guān)關(guān)系最為密切，其反映生物量的參考范圍最廣。