不同修枝方法對楊樹人工林生長、光合葉面積和主干飽滿度的影響

馬永春,佘誠棋, 方升佐

(1.安徽林業(yè)職業(yè)技術(shù)學院, 安徽 合肥 230088; 2.安徽省林業(yè)科技推廣總站, 安徽 合肥 230088; 3.南京林業(yè)大學林學院, 江蘇 南京 210037)

楊樹是世界中緯度平原地區(qū)栽培面積最大的樹種之一，具有速生、優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)和適應(yīng)性強等特點，特別是美洲黑楊(Populusdeltoides)從20世紀70年代引種以來，我國通過雜交育種自主選育了一批適應(yīng)長江中下游流域立地條件的南方型楊樹品種[1-2]。修枝是培育楊樹人工林通直、飽滿、無節(jié)良材的重要技術(shù)措施之一。目前國內(nèi)外對楊樹修枝的研究，主要是選擇現(xiàn)有單一密度的楊樹人工林，設(shè)置不同的修枝起始年齡、季節(jié)、強度等，分析不同處理對楊樹生長量、主干尖削度的影響，得出的結(jié)論不盡相同[3-4]。有學者從光響應(yīng)曲線、光合特性的日變化等角度來探討不同冠層光合作用的生理生態(tài)過程，以估算不同冠層的光合能力，為研制楊樹修枝技術(shù)提供了科學的參考依據(jù)[5]。然而，如何根據(jù)不同楊樹人工林的冠層光合特性來制定科學的修枝方式并實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)豐產(chǎn)仍然是生產(chǎn)實踐中需要解決的問題。本研究以兩種密度I-69楊人工林為研究對象，設(shè)計4種修枝處理，分析不同處理對不同密度楊樹人工林胸徑年均生長量、樹高年均生長量、枝下高、單株材積年均生長量、不同高度主干分段飽滿度的影響，并對不同處理的修枝成效進行綜合評價，初步確定出最適宜的修枝處理方案，為制定科學的楊樹修枝技術(shù)體系提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地設(shè)在安徽省沿江平原區(qū)銅陵巿(117°47′E,30°57′N),屬亞熱帶濕潤季風氣候，年日照時間2 123 h，年均氣溫16.2 ℃，年降水量1 217 mm，無霜期為241 d；土壤為沙壤土，全氮含量為0.934 g/kg、全磷含量為0.421 g/kg、全鉀含量為0.559 g/kg。

1.2 供試材料及試驗設(shè)計

選擇已栽植3年的兩種株行距配置(3 m×6 m和6 m×6 m)I-69楊(Populusdeltoidescv. I-69/55)人工林為研究對象，3 m×6 m的I-69楊胸徑、樹高、枝下高均值依次為12.9 cm、9.7 m、2.5 m，6 m×6 m的I-69 楊胸徑、樹高、枝下高均值依次為13.1 cm、9.8 m、2.5 m。對每種株行距I-69楊人工林分別進行以下4種修枝處理(不同冠層示意見圖1)，每個處理20～25株，設(shè)3個重復(fù)。修枝處理歷時3 a。

圖1 5年生I-69楊不同冠層枝條的分布示意

處理1(T1)：第1年4月上旬修除冠層Ⅰ的枝條(即林木主干頂端在造林第1年所生的枝條，枝齡3 a)；第2年3月下旬修除冠層Ⅱ的枝條(即林木主干頂端在造林第2年所生的枝條，枝齡3 a)；第3年3月下旬修除冠層Ⅲ的枝條(即林木主干頂端在造林第3年所生的枝條，枝齡3 a)。

處理2(T2)：第1年4月上旬不修枝；第2年3月下旬修除冠層Ⅰ的枝條(枝齡4年)；第3年3月下旬修除冠層Ⅱ的枝條(枝齡4 a)。

處理3(T3)：第1年4月上旬、第2年3月下旬、第3年3月下旬，分別修除樹高1/3以下的枝條。

處理4(T4)：各處理時間均不修枝。

1.3 指標測定

1)生長量測定。每年底采用直徑卷尺測量4個處理內(nèi)楊樹的胸徑；在此基礎(chǔ)上，根據(jù)《南方型楊樹一元材積表》[6]推算出I-69楊單株材積。

按照標準木原則，每年底對每個處理各選10株I-69楊，用Nikon Forestry 550測高測距儀測量樹高，用伸縮式測高桿測量枝下高，用搭梯方式和直徑卷尺測量主干下部不同高度處(距地面0.02、2.0、4.0 m處)的主干直徑。

2)葉面積測定。于修枝處理后第3年9月，從4個處理內(nèi)各選擇3株I-69楊標準木伐倒。在每株標準木上隨機取30片樹葉，用便攜式葉面積儀測量單葉面積，并稱量這30片樹葉的鮮質(zhì)量，3次重復(fù)。各區(qū)分段葉面積為該區(qū)分段葉片鮮質(zhì)量與30片樹葉鮮質(zhì)量的比值乘以該標準木30片樹葉總面積；單株葉面積為各區(qū)分段葉面積之和。

1.4 數(shù)據(jù)分析

1) 主干分段飽滿度(Tr)。對干形質(zhì)量的評定指標一般用尖削度，但尖削度有多種含義，在使用中容易產(chǎn)生歧義。本研究提出了主干分段飽滿度的概念，即樹木一定長度的某段主干的上端直徑占下端直徑的百分比，飽滿度越大，加工出材率越高，經(jīng)濟價值也越高。

式中：DT為某段主干上端直徑，DB為該段主干的下端直徑，一般以2 m為區(qū)分段長度。

2)葉面積指數(shù)(LAI，式中記為ILAI)。葉面積指數(shù)是指單位林地面積上植物葉片總面積占該單位林地面積的倍數(shù)。ILAI=葉片總面積/林地面積。

3)綜合評價。采用改進層次分析法的綜合評價模型[7]來評價楊樹不同修枝處理效果，具體步驟為：

①建立各評價指標的隸屬度矩陣。根據(jù)在一定范圍內(nèi)評價指標的關(guān)系函數(shù)，即隸屬度函數(shù)，計算各個評價指標的隸屬度值。隸屬度函數(shù)為：f(x)=0.9(x-xmin)/(xmax-xmin)+0.1。式中，xmin和xmax分別為評價指標的最小值和最大值。

②各評價指標權(quán)重的確定。采用各評價指標的樣本標準差，構(gòu)建判斷矩陣，根據(jù)矩陣求出最大特征根所對應(yīng)的特征向量，所求特征向量即為各評價因素重要性排序，即權(quán)數(shù)分配。

③判斷矩陣的一致性檢驗。利用公式CR=CI/RI來檢驗判斷矩陣的一致性，其中CI=(λmax-n)/(n-1)，RI為平均隨機一致性指標，取值決定于矩陣的階數(shù)(1～11階判斷矩陣的RI值依次為0,0,0.58,0.90,1.12,1.24,1.32,1.41,1.45,1.49,1.52)；CR為一致性指標，如果CR<0.10，表明滿足判斷矩陣的一致性要求[7]。

④綜合評價模型。從隸屬度函數(shù)得到各個指標在不同采樣點的標準化轉(zhuǎn)換值，并結(jié)合權(quán)重，即可建立楊樹不同修枝處理成效的綜合評價模型。

用SPSS 13.0和Excel程序?qū)Ω髦笜诉M行方差分析、Duncan多重比較和綜合評價。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同修枝處理對林分生長量的影響

2.1.1 胸徑年均生長量

對株行距為3 m×6 m的I-69楊林分來說，T1、T2、T3與T4的胸徑年均生長量(圖2)達到顯著差異，3種修枝處理的胸徑生長量都高于T4，增幅分別為13.2%、18.4%、10.5%。修枝處理對株行距6 m×6 m的I-69楊林分胸徑年均生長量無顯著影響，但T1、T3的胸徑生長量年均值低于T4，而T2則略高于T4。

不同小寫字母表示同一密度不同修枝處理間顯著差異(P<0.05)。下同。Different lowercase letters in the same planting spacing indicate significant differences among pruning treatments (P<0.05). The same below.

2.1.2 樹高年均生長量

同一株行距的I-69楊樹高年均生長量在不同處理間差異均未達到顯著水平(圖2)。4種處理下株行距3 m×6 m的I-69楊其樹高年均生長量分別為2.45、2.30、2.15、2.15 m，T1、T2的樹高生長量大于T4，增幅分別為14.0%、7.0%，T3與T4持平，表明I-69楊在較高密度條件下及時修除下部枝條，有利于樹高的生長。4種處理株行距6 m×6 m 下的I-69楊樹高年均生長量分別為1.50、1.35、1.45、1.55 m，3種修枝處理的樹高生長量都小于未修枝處理，其中T2下降最多(12.9%)，表明I-69楊在較低密度條件下較早進行修枝可能不利于樹高的生長。

2.1.3 單株材積年均生長量

株行距3 m×6 m的I-69楊林分中4種處理的單株材積年均生長量未達到顯著差異(圖2)，3種修枝處理的單株材積年均生長量略高于未修枝處理，增幅分別為19.9%、28.3%、17.5%，其中以T2效果最好。株行距6 m×6 m的I-69楊4種處理的單株材積年均生長量分別為0.044 3、0.051 9、0.046 5、0.051 8 m3，T1、T3的單株材積生長量分別比T4低14.5%、10.2%，而T2與T4持平，表明在較低密度情況下、枝齡3 a時開始連年修枝，不利于單株材積的生長，而在枝齡4 a時修除第1輪枝條，對單株材積的生長基本沒有影響。

2.2 不同修枝處理對林分枝下高和葉面積的影響

I-69楊枝下高的變化主要受修枝方法與強度的控制，株行距3 m×6 m的I-69經(jīng)楊T1、T2、T3、T4處理下枝下高分別達到7.1、6.3、5.2、2.5 m，株行距6 m×6 m的I-69楊T1、T2、T3、T4的枝下高分別達到6.9、6.3、4.5、2.5 m，兩種株行距的I-69楊枝下高均達到顯著差異(圖2)。

I-69楊葉面積指數(shù)存在差異(表1)。I-69楊葉面積指數(shù)隨著密度的增大而增大，修枝后降低了葉面積指數(shù)，但其降幅因不同修枝處理而存在差異，株行距3 m×6 m和6 m×6 m的I-69楊葉面積指數(shù)最大降幅分別為1.03、0.30。

表1 不同修枝處理下各株行距I-69的楊葉面積指數(shù)

2.3 不同修枝處理對林分主干飽滿度的影響

不同修枝處理對林分主干飽滿度的影響見圖3。

圖3 不同修枝處理I-69楊主干0～2、≥2～4及0～4 m段飽滿度

由圖3可以看出，在株行距為3 m×6 m的林分中，不同修枝處理對主干飽滿度影響不顯著，如0～2 m段主干的飽滿度分別為T1的82.2%、T2的80.8%、T3的82.1%、T4的81.1%，表明T1、T3更有利于提高I-69楊0～2 m段主干的飽滿度。但在株行距6 m×6 m的I-69楊林分中除0～2 m段主干的飽滿度差異不顯著外，不同修枝處理顯著影響0～4 m段主干飽滿度。如0～4 m段主干的飽滿度分別為T1的62.0%、T2的68.1%、T3的64.4%、T4的64.2%，表明T1不利于提高I-69楊0～4 m段主干的飽滿度，而T2有利于提高I-69楊0～4 m段主干的飽滿度。

2.4 不同修枝處理成效的綜合評價

以胸徑年均生長量(ΔD)、樹高年均生長量(ΔH)、材積年均生長量(ΔV)、枝下高(Z)、主干0～2 m段飽滿度(Tr1)、主干≥2～4 m段飽滿度(Tr2)、主干0～4 m段飽滿度(Tr0)、葉面積指數(shù)(ILAI)為評價指標，采用改進層次分析法對I-69楊不同修枝處理成效進行綜合評價。

首先利用各評價指標的標準差，構(gòu)建出判斷矩陣，如下：

B8×8=

Tr2Tr0ZTr1ILAIΔHΔDΔV1.0001.9512.6173.9935.8087.4737.5559.0000.5131.0001.6663.0434.8576.5236.6058.0490.3820.6001.0002.3774.1915.8565.9397.3830.2500.3290.4211.0002.8154.4804.5626.0070.1720.2060.2390.3551.0002.6652.7474.1920.1340.1530.1710.2230.3751.0001.0822.5270.1320.1510.1680.2190.3640.9241.0002.4450.1110.1240.1350.1660.2390.3960.4091.000

根據(jù)矩陣B8×8，求出最大特征根所對應(yīng)的特征向量，W=(0.325，0.234，0.182，0.112，0.061，0.034，0.033，0.020)。再利用公式CR=CI/RI來檢驗判斷矩陣B的一致性，經(jīng)計算得到CI為0.048，查表得RI為1.41，進一步計算得到CR為0.034<0.10，滿足判斷矩陣的一致性要求。因此，得到的特征向量可作為這8個評價指標的權(quán)重值，對應(yīng)的指標依次為Tr2、Tr0、Z、Tr1、ILAI、ΔH、ΔD、ΔV。

根據(jù)公式和評價指標的權(quán)重值，計算I-69楊不同修枝處理成效質(zhì)量指數(shù)(QI)。從表2可知，4種處理對株行距3 m×6 m的I-69楊修枝成效從優(yōu)到劣依次為T2、T1、T3、T4；而對株行距6 m×6 m的I-69楊修枝成效從優(yōu)到劣依次為T2、T3、T4、T1。因此，建議采用T2的修枝方案對I-69楊進行修枝，以達到預(yù)期的培育目標。

表2 各株行距I-69楊不同修枝處理成效質(zhì)量指數(shù)(QI)

3 討 論

3年的研究結(jié)果表明，兩種株行距的I-69楊林分對4種修枝方法的響應(yīng)存在差異?？傮w看，修枝T1和T2有利于株行距為3 m×6 m林分的胸徑、樹高和單株材積的生長；而對株行距為6 m×6 m林分而言，不同修枝方法對林分生長的影響差異不顯著。與對照(T4)相比，修枝顯著提高了林木枝下高，并降低楊樹單株葉面積和林分葉面積指數(shù)。修枝對I-69楊主干不同高度區(qū)分段飽滿度影響不顯著，但修枝T2有利于提高兩種密度林分主干的飽滿度。采用改進層次分析法對I-69楊不同修枝處理的成效進行綜合評價后表明，各處理修枝成效略有差異，其中采用T2的修枝方案對I-69楊進行修枝的效果最好，更有利于達到培育通直、飽滿、無節(jié)良材的預(yù)期目標。

關(guān)于修枝方法和修枝強度對林木生長量的影響，前人已做了相關(guān)研究。方升佐等[8]研究了不同修枝強度(修枝高度至主干高度的1/3、1/2，不修枝作為對照)對I-69楊人工林生長的影響，結(jié)果表明修枝處理4 a后，與對照相比，兩種修枝強度的平均胸徑和平均單株材積都略有下降。Desrochers等[9]對 4 個楊樹雜交無性系分別進行修枝 1 /3 冠幅、修枝 2 /3 冠幅、不修枝 3 種處理，結(jié)果發(fā)現(xiàn)修枝 2/3 冠幅的萌蘗枝生物量是修枝1/3冠幅的 2.1 倍；在1～2個生長季后，修枝1 /3 冠幅的樹高比未修枝小約2%，胸徑幾乎沒有變化; 修枝 2/3 冠幅的樹高比未修枝的小3%～5%、胸徑小 4%～8%。本研究采取年齡輪生枝法(修去達到一定年齡的枝條)對I-69楊進行修枝，結(jié)果表明：修枝有利于較高密度I-69楊的胸徑和單株材積的生長；而對較低密度I-69楊林分而言，連續(xù)2 a修除3年生枝條或樹高1/3以下枝條，不利于胸徑和單株材積的生長，修除4年生枝條對胸徑和單株材積生長影響較小。王天石[10]對I-72楊(4 m×4 m)采取年齡輪生枝法(連續(xù)4 a修除枝齡達到5 a的枝條)、冠高比法(連續(xù)4 a修枝至樹高的1/3)和不修枝(對照)3種修枝處理試驗，調(diào)查結(jié)果表明：年齡輪生枝法處理下4 a的胸徑凈生長量為7.39 cm、單株活立木蓄積凈生長量為0.16 m3，分別比冠高比法處理的提高20.4%和25.7%；比不修枝的提高89.5%和121.9%，二者都存在顯著差異(P﹤0.05)。由此可以推測，對不同密度的楊樹人工林采取不同的修枝方法、起始年齡與修枝強度，對胸徑和單株材積生長量的影響不一致，采用年齡輪生枝法修去枝齡達到4～5 a的枝條(冠層)比冠高比法修枝的效果更好。

邱貴福等[11]研究了側(cè)枝直徑粗度與主干直徑生長及圓滿度的關(guān)系。結(jié)果表明，毛白楊不同粗度的側(cè)枝與主干直徑的關(guān)系顯著(R=0.764)，即側(cè)枝越粗對主干抑制作用越大，尖削度越大，反之也成立；各輪側(cè)枝的個數(shù)對主干的影響極顯著(R=0.982)；在不同樹高的情況下，側(cè)枝與主干的關(guān)系表現(xiàn)出隨樹高的增長側(cè)枝對主干的抑制作用越大的趨勢。馬丙堯等[12]研究修枝對楊樹相對削度[指樹干上各個部位的直徑與某一固定部位直徑(通常為胸徑)之差與該固定部位直徑相比的百分數(shù)]的影響表明，修枝增大了林木相對削度增量，減小了木材的尖削度，使得樹干圓滿通直，明顯提高木材的出材率。由于樹干尖削度有不同的含義，在使用中容易產(chǎn)生歧義，并且由于無節(jié)膠合板材主要取自于主干下部，所以本研究中提出了主干分段飽滿度的概念。與未修枝處理相比，T2有利于提高I-69楊≥2～4 m、0～4 m段的主干飽滿度，其中對高密度林分影響不顯著，對低密度林分影響顯著。

Maurin等[13]對楊樹修枝時發(fā)現(xiàn)，修枝增加了剩余葉片的凈光合速率、葉片氮濃度，減少了根的非結(jié)構(gòu)性碳水化合物總量。與未修枝樹相比，修枝樹的碳同位素比值減少，說明修枝后樹木有更大的氣孔導度，可以提高其抗旱能力。馬丙堯等[12]也發(fā)現(xiàn)不同冠層楊樹葉片光合速率的差異達顯著水平，葉片光合速率自下而上有逐漸增加的趨勢，最下層葉片的光合速率為負值，說明該層次的葉片主要以消耗為主，楊樹主要靠上部葉片產(chǎn)生光合產(chǎn)物。本研究結(jié)果表明，修枝雖會降低楊樹單株葉面積和葉面積指數(shù)，但有利于培育通直、飽滿、無節(jié)的楊樹良材。

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