修枝對(duì)杉木生長、林下光照及植被的影響

何善情

(會(huì)同縣林業(yè)局，湖南 會(huì)同 418300)

杉木CunninghamiaLanceolata(Lamb) Hook是湖南人工速生豐產(chǎn)林排第一位的樹種，適應(yīng)環(huán)境能力強(qiáng)，沒有災(zāi)難性的病蟲危害，已有兩千多年的栽培歷史，深受廣大人民群眾喜愛。杉木本身的生物學(xué)特性決定了其自然整枝能力差，枯枝長時(shí)間保留在樹干上，樹體生長過程中將枯枝包裹其中形成死節(jié)疤，導(dǎo)致木材的空洞嚴(yán)重影響木材的力學(xué)性能[1-2]，修枝是生產(chǎn)杉木無節(jié)良材的最佳營林方法。修枝除對(duì)木材質(zhì)量產(chǎn)生影響外，還對(duì)其本身生長、林下光照強(qiáng)度及林下植被恢復(fù)等產(chǎn)生重大影響。目前對(duì)福建柏人工林修枝、白樺天然林修枝、桉樹修枝對(duì)林分生長速度的影響研究報(bào)導(dǎo)較多[3-7]，對(duì)杉木修枝效果報(bào)導(dǎo)相對(duì)較少。本文研究不同強(qiáng)度的杉木修枝對(duì)其生長速度、林下光照強(qiáng)度和植被所產(chǎn)生的影響，為林農(nóng)生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)杉木良材提供科學(xué)的技術(shù)支撐。

1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)區(qū)位于湖南省懷化市會(huì)同縣地靈村，境內(nèi)群山延綿起伏，地形復(fù)雜。其地理位置為109°36′27 ″E，26°41′50 ″N，地處中亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候區(qū)，該區(qū)氣候溫和，雨量充沛，光熱充足，植物生長期長。常年平均氣溫17.2 ℃，最冷月(1月)平均氣溫2.5 ℃，年均10 ℃以上的活動(dòng)積溫5 488 ℃，年均日照1 480 h，年均降雨量1 450 mm，年均相對(duì)濕度81.0%，無霜期292 d。試驗(yàn)區(qū)圍繞水庫周邊，海拔高度280～510 m，坡度15～30°，以板頁巖為主發(fā)育而成的山地紅黃壤，土壤深厚達(dá)70 cm，有機(jī)質(zhì)含量2.2%，pH值6.2～6.9，杉木為區(qū)域內(nèi)主要人工造林樹種。

2 試驗(yàn)材料與方法

2.1 試驗(yàn)材料

修枝林為杉木人工速生豐產(chǎn)林，立地條件16地位指數(shù)級(jí)。于2003年3月采用初級(jí)種子園混和種造林,初植密度2 500株·hm-2。

2.2 試驗(yàn)方法

2.2.1 修枝設(shè)計(jì) 各修枝強(qiáng)度處理采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，設(shè)置4種不同的修枝強(qiáng)度，重復(fù)3次，每小區(qū)50株，3個(gè)修枝處理共計(jì)修枝450株，對(duì)照150株不進(jìn)行修枝。試驗(yàn)的4個(gè)處理設(shè)計(jì)見表1。

表1 修枝強(qiáng)度設(shè)計(jì)Tab.1 The design of pruning intensity in trial修枝強(qiáng)度修枝高度/m5年生時(shí)第一次修枝8年生時(shí)第二次修枝11年生時(shí)第三次修枝A3.04.56.0B2.03.55.0C1.02.54.0D(CK)不修枝不修枝不修枝

2.2.2 修枝方式 本試驗(yàn)采用緊貼樹干的平切方式，其優(yōu)點(diǎn)是創(chuàng)傷口面積小，傷口愈合時(shí)間較短，不會(huì)形成樹瘤并能很好地生產(chǎn)無節(jié)疤杉木優(yōu)質(zhì)良材。操作中注意鋸子必須緊貼樹干，枝落時(shí)不撕裂樹皮，隨后用快刀將傷口削平。

2.2.3 修枝工具 經(jīng)試驗(yàn)國產(chǎn)小手鋸和勾刀效果均不理想，傷口粗糙、人工費(fèi)力大且速度慢，本試驗(yàn)修枝工具采用鋒利的德國沃施萊格公司生產(chǎn)的修枝手鋸，效果十分理想。

2.2.4 修枝時(shí)間 2007年12月，樹齡5年生時(shí)進(jìn)行第一次修枝，此時(shí)平均樹高6.2 m；2010年12月，樹齡8年生時(shí)進(jìn)行第二次修枝，此時(shí)平均樹高9.8 m，并按1 950株·hm-2均勻保留分布進(jìn)行間伐[8-9]；2013年12月，樹齡11年生時(shí)進(jìn)行第三次修枝，此時(shí)平均樹高12.2 m。

2.3 數(shù)據(jù)采集及分析

(1) 5年生第一次修枝時(shí)對(duì)12個(gè)試驗(yàn)小區(qū)每木測量樹高(m)、胸徑(cm)作為基數(shù)，16年生時(shí)再測量作為終結(jié)數(shù)。樹高采用標(biāo)桿尺度量,胸徑采用圍徑尺度量，以公式(1)計(jì)算單株材積。

V=0.000 058 770 42D1.969 831H0.896 461 57

(1)

式中:D為胸高1.3 m處直徑，H為樹高。

(2)第一次(5 年生)、第二次(8年生)、第三次(11年生)修枝后均測定各處理林下及林外光照強(qiáng)度(lx)，儀器采用上海學(xué)聯(lián)儀表廠生產(chǎn)的JD-1A型號(hào)照度計(jì)，嚴(yán)格要求同一組數(shù)據(jù)必須林冠下測定與林外空曠地測定同步進(jìn)行，林冠下測定照度計(jì)統(tǒng)一從東、南、西、北4個(gè)距樹干30 cm，距地30 cm位點(diǎn)測定，林外照度計(jì)距地30 cm，無光線遮擋。以公式(2)計(jì)算光照率。

(2)

(3)5年生第一次修枝前對(duì)12個(gè)試驗(yàn)小區(qū)測量林下植物種類和鮮重作為基數(shù)，8、11、16年生時(shí)再測量作為過度數(shù)和終結(jié)數(shù)。每小區(qū)采用對(duì)角線分布設(shè)定5個(gè)1.0 m×1.0 m樣方,測量林下植物種類和地上部分植被鮮重。

試驗(yàn)測得的各指標(biāo)原始數(shù)據(jù)，采用Excel 2010 和SPSS 10.0進(jìn)行處理、作圖和分析。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同修枝強(qiáng)度杉木生長量比較

3.1.1 樹高生長比較 各處理修枝時(shí)(5年生)樹高基數(shù)及修枝11年后(16年生)終期測定樹高數(shù)據(jù)，其平均值列表2，由表2數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析列表3。

表2 不同修枝處理樹高比較Tab.2 The comparison of tree height with different pruning treatments修枝處理5年生基數(shù)/m16年生終測數(shù)/m相對(duì)增值/%ⅠⅡⅢ平均ⅠⅡⅢ平均ⅠⅡⅢ平均A6.06.15.65.9011.812.111.111.6796.6798.3698.2197.75B5.65.55.45.5011.110.910.710.9098.2198.1898.1598.18C6.46.25.86.1312.712.311.512.1798.4498.3998.2898.37D(CK)5.85.65.55.6311.611.110.911.20100.0098.2198.1898.80

表3 不同修枝處理樹高方差分析Tab.3 Variance analysis of tree height with different pruning treatments變異來源離差平方和自由度均方F值Sig值修枝強(qiáng)度間0.14030.0470.708-0.577本底基數(shù)間1.15311.15317.521-0.004誤差0.46170.066校正的總計(jì)4.37711 注:??代表差異極顯著,?代表差異顯著,-代表差異極不顯著,下同。

由表2可知：不同處理樹高基數(shù)和終值的排序一致，均是C>A>D>B，處理A、B、C、D相對(duì)基數(shù)增值分別為97.75%、98.18%、98.37%和98.80%，體現(xiàn)為11年期間樹高增長十分接近；3種修枝處理A、 B、C與不修枝比，樹高增益分別為-1.05、-0.62、-0.43個(gè)百分點(diǎn)，說明修枝對(duì)樹高生長略有負(fù)面影響，且隨著修枝強(qiáng)度的增強(qiáng)，呈負(fù)面影響加大的趨勢(shì)[10]。從表3樹高的進(jìn)一步方差分析得知，修枝處理間FH=0.708，Sig=0.577，不同修枝強(qiáng)度處理之間樹高生長沒有顯著性差異，修枝對(duì)樹高生長的負(fù)面影響極小，1.05個(gè)百分點(diǎn)以內(nèi)的降低可以忽略不計(jì)。

3.1.2 胸徑生長比較 各處理修枝前胸徑基數(shù)及修枝11年后胸徑終值列表4，由表4數(shù)據(jù)所作方差分析結(jié)果列表5。

表4 不同修枝處理胸徑比較Tab.4 The comparison of tree DBH with different pruning treatments修枝處理5年生基數(shù)/cm16年生終測數(shù)/cm相對(duì)增值/%ⅠⅡⅢ平均ⅠⅡⅢ平均ⅠⅡⅢ平均A8.78.88.18.5317.017.416.016.7995.3397.6797.3196.77B8.18.07.87.9716.015.815.415.7597.8397.6697.5097.66C9.08.98.48.7717.817.716.617.3698.1198.3397.6798.04D(CK)8.48.38.18.2716.716.416.016.3598.6697.5097.3097.82

表5 不同修枝處理胸徑方差分析Tab.5 Variance analysis of tree DBH with different prun-ing treatments變異來源離差平方和自由度均方F值Sig值修枝強(qiáng)度間0.02130.0071.170-0.387本底基數(shù)間2.32012.320406.78-0.000誤差0.04270.006校正的總計(jì)6.64711

由表4數(shù)據(jù)可知,不同處理胸徑終值相比基數(shù)的相對(duì)增值比例基本接近，處理A、 B 、C、 D 分別增長96.77%、97.66%、98.04%和97.82%；不同修枝強(qiáng)度與對(duì)照(CK)比較，A、B、C處理胸徑增益分別為-1.05、-0.16、0.22個(gè)百分點(diǎn)，修枝對(duì)胸徑生長有輕微影響，修枝強(qiáng)度大胸徑有1.05個(gè)百分點(diǎn)的減少，修枝強(qiáng)度小胸徑反而有0.22個(gè)百分點(diǎn)的增大[11]。將胸徑數(shù)據(jù)進(jìn)一步方差分析(表5)可見，修枝處理間FD=1.170，Sig=0.387，證實(shí)了不同修枝強(qiáng)度處理之間胸徑大小沒有顯著性差異，修枝對(duì)胸徑生長的影響甚微，最大降幅在1.05個(gè)百分點(diǎn)以內(nèi)可以忽略不計(jì)。

3.1.3 材積生長比較 以公式(1)(D為胸徑，H為樹高)計(jì)算每木材積，再統(tǒng)計(jì)4處理3重復(fù)12塊修枝標(biāo)準(zhǔn)地杉木材積基數(shù)及修枝11年后終數(shù)平均值列表6，由表6數(shù)據(jù)所作方差分析結(jié)果列表7。

由表6可知,不同處理5年生至16年生期間，材積增長均相當(dāng)迅速，且不同處理相比基數(shù)的相對(duì)增值比例較接近，處理A、 B、C、 D 分別增長608.5%、609.4%、612.4%和611.0%；3種修枝強(qiáng)度A、B、C與對(duì)照(CK)比較，材積增益分別為-2.5、-1.6、1.4個(gè)百分點(diǎn)，存在3.9個(gè)百分點(diǎn)的波動(dòng)；重度修枝材積有2.5個(gè)百分點(diǎn)的減產(chǎn)，輕度修枝材積反而有1.4個(gè)百分點(diǎn)的增產(chǎn)，其原因是杉木枯枝、衰老枝主要集中在底部0～3 m范圍內(nèi)，葉片葉綠素含量低，光照強(qiáng)度弱、時(shí)間短，物質(zhì)積累抵不上付出，輕度修枝主體是這部分枝條，有利于材積生長，重度修枝去除了相當(dāng)部分的營養(yǎng)積累枝，從而導(dǎo)致材積量有所降低[12]。將材積數(shù)據(jù)進(jìn)一步方差分析(表7)可見，修枝處理間FV=2.385，Sig=0.155，證實(shí)了不同修枝強(qiáng)度處理之間立木材積沒有顯著性差異，修枝對(duì)立木材積的影響甚微，最大降幅2.5個(gè)百分點(diǎn)是在可承受范圍之內(nèi)。

表6 不同修枝處理材積比較Tab.6 The comparison of tree individual volume with different pruning treatments修枝處理5年生基數(shù)/(m3·株-1)16年生終測數(shù)/(m3·株-1)相對(duì)增值/%ⅠⅡⅢ平均ⅠⅡⅢ平均ⅠⅡⅢ平均A0.020 80.021 60.017 00.019 8 0.144 50.154 70.121 40.140 2594.7616.3614.4608.5 B0.017 00.016 30.015 20.016 20.120 50.115 70.107 90.114 7608.9609.6609.8609.4 C0.023 50.022 40.018 80.021 60.166 90.160 80.133 30.153 7610.4618.0608.8612.4 D(CK)0.018 80.017 80.016 70.017 80.135 50.125 70.117 90.126 4620.7606.4605.8611.0

表7 不同修枝處理材積方差分析Tab.7 Variance analysis of tree individual volume with different pruning treatments變異來源離差平方和自由度均方F值Sig值修枝強(qiáng)度間0.007 1430.002 382.385-0.155本底基數(shù)間0.009 110.009 110.063誤差0.00770.001校正的總計(jì)0.017 111

3.2 林下光照強(qiáng)度比較

第一次、第二次、第三次修枝后各處理林下、林外光照強(qiáng)度及其光照率數(shù)據(jù)列表8，各處理、各年份的光照率見圖1。

表8 不同修枝處理光照強(qiáng)度比較 Tab.8 The comparison of tree light intensity with different pruning treatments修枝處理5年生時(shí)第一次修枝后8年生時(shí)第二次修枝后11年生時(shí)第三次修枝后光照強(qiáng)度/lx林冠下林外光照率/%光照強(qiáng)度/lx林冠下林外光照率/%光照強(qiáng)度/lx林冠下林外光照率/%A94.3500.018.87156.8476.232.92207.9456.745.53B85.8553.315.5199.7487.320.45111.0433.325.62C57.5530.010.8572.8500.314.5585.3476.017.91D(CK)33.8580.05.8339.6550.77.1944.3526.78.40

由表8和圖1可知，不同修枝強(qiáng)度處理林冠下光照率明顯地隨著修枝強(qiáng)度的降低呈現(xiàn)出減少的趨勢(shì)，按處理平均，隨著A、B、C和對(duì)照修枝強(qiáng)度的降低，林冠下光照率逐漸減少，分別為32.44%、20.53%、14.44%、7.14%，從大到小的三個(gè)修枝強(qiáng)度，林冠下光照率分別比對(duì)照(不修枝)提高25.30、13.39和7.30個(gè)百分點(diǎn)，說明修枝在一定程度上提高了林下光照環(huán)境，且修枝越多效果越明顯。另外，隨著修枝次數(shù)的增加，林冠下光照率明顯呈現(xiàn)出逐漸增加的趨勢(shì)，按三次修枝時(shí)間平均，第一、第二、第三次修枝后的林冠下光照率逐漸增加，分別為15.08%、22.64%、29.69%，相比當(dāng)次對(duì)照分別提高9.25、15.45和21.29個(gè)百分點(diǎn)，說明修枝次數(shù)越多效果越明顯[13-14]。將表8數(shù)據(jù)進(jìn)一步方差分析結(jié)果表明：不同修枝強(qiáng)度間的林冠下光照率存在極顯著差異，F(xiàn)(3,6)=12.44，Sig=0.005<0.01；不同修枝次數(shù)后(3個(gè)年份間)的林冠下光照率差異接近顯著水平，F(xiàn)(2,6)=4.87，Sig=0.054>0.05,充分證實(shí)了修枝對(duì)提高林下光照環(huán)境的顯著影響。

3.3 林下植被種類、鮮重比較

空白(修枝前5年生時(shí))、第一次修枝后(8年生時(shí))、第二次修枝后(11年生時(shí))、終值(16年生時(shí))的林下植被種類和鮮重?cái)?shù)據(jù)列表9，各處理、各年份平均值見圖2。

表9 不同修枝處理植被比較 Tab.9 The comparison of tree vegetation with different pruning treatments修枝處理空白(修枝前5年生時(shí))一次修枝后(8年生時(shí))二次修枝后(11年生時(shí))終值(16年生時(shí))物種/個(gè)鮮重/(g·m-2)物種/個(gè)鮮重/(g·m-2)物種/個(gè)鮮重/(g·m-2)物種/個(gè)鮮重/(g·m-2)A348123121445515548B348112771238814496C34892391034612457D(CK)348360472494

由表9和圖2可知，隨著修枝次數(shù)的推進(jìn)，植被種類和鮮重均逐漸增加[14-15]，林下植被種類由平均3個(gè)物種增加到11個(gè)物種，增幅267%，林下植被鮮重由48 g·m-2增加到399 g·m-2。不同處理對(duì)比，修枝前空白基數(shù)植被種類和鮮重一致，均是3個(gè)植被鮮重48 g·m-2；3種修枝強(qiáng)度處理后林下植被種類和鮮重相比對(duì)照均有提升，且明顯地隨著修枝強(qiáng)度的增強(qiáng)呈現(xiàn)出提升幅度越大的趨勢(shì)，以16年生調(diào)查結(jié)果看，處理A林下有鹽膚木、茶葉、杜鵑、金櫻子、葛藤、海金沙、野萄葡、鉤藤、飛蓬、大芒、苦菜花、蘭草、鐵芒箕、烏厥、苔蘚15種植物，其他處理也是其中的某些種，處理A、B、C的林下植被種類相比對(duì)照分別增多275%、250%、200%，林下植被鮮重分別增加483%、428%、386%。 表9數(shù)據(jù)進(jìn)一步方差分析結(jié)果表明：不同修枝強(qiáng)度間的林下植物種類存在極顯著差異，F(xiàn)(3,9)=10.29，Sig=0.003<0.01；不同修枝次數(shù)的林下植物種類也存在極顯著差異，F(xiàn)(3,9)=8.58，Sig=0.005<0.01；不同修枝強(qiáng)度間的林下植被鮮重存在極顯著差異，F(xiàn)(3,9)=11.13，Sig=0.002<0.01，不同修枝次數(shù)的林下植被鮮重也存在極顯著差異，F(xiàn)(3,9)=7.27，Sig=0.009<0.01，充分證實(shí)了修枝能極顯著提高林下植物種類和生物量。

4 結(jié)論與討論

(1) 設(shè)置分3個(gè)年度修枝高度至6、5、4 m和不修枝A、 B、C、D(對(duì)照)四個(gè)處理，結(jié)果表明修枝強(qiáng)度和次數(shù)對(duì)杉木生長的影響沒有達(dá)到顯著差異水平，相比對(duì)照A、 B、C處理材積增益分別為-2.5、-1.6、1.4個(gè)百分點(diǎn)，波動(dòng)范圍小。高強(qiáng)度修枝對(duì)杉木生長有輕微負(fù)面影響，低強(qiáng)度修枝有輕微正面影響，這與修去的杉枝提供營養(yǎng)能否滿足自身消耗有關(guān)。

(2) 不同修枝強(qiáng)度和次數(shù)的林冠下光照率均存在極顯著差異，A、 B、C處理比對(duì)照分別提高25.30、13.39、7.30個(gè)百分點(diǎn)，第一、第二、第三次修枝后相比試驗(yàn)前基數(shù)分別提高9.25、15.45、21.29個(gè)百分點(diǎn)，說明修枝對(duì)提高林下光照環(huán)境有顯著影響。

(3) 不同修枝強(qiáng)度和次數(shù)的林下植被種類和鮮重均存在極顯著差異，處理A、B、C的林下植被種類相比對(duì)照分別增多275%、250%、200%，林下植被鮮重分別增加483%、428%、386%；隨著修枝次數(shù)的推進(jìn)，林下植被種類由平均3個(gè)增加到11個(gè)，植被鮮重由48 g·m-2增加到399 g·m-2，說明修枝對(duì)提高林下生物多樣性和生物量有重大作用。

(4) 修枝是生產(chǎn)杉木無節(jié)、少節(jié)材的有效方法，對(duì)立木生長影響不大,建議生產(chǎn)單位根據(jù)本身需求分多年度開展適當(dāng)強(qiáng)度的修枝。