不同修枝強度對紅皮云杉生長的影響

許艷紅，劉 瑩，郭忠玲，任飛燕，郭夢媛

(1.北華大學(xué)林學(xué)院，吉林 吉林 132013；2.北華大學(xué)繼續(xù)教育與培訓(xùn)學(xué)院，吉林 吉林 132013)

紅皮云杉(Piceakoraiensis)又稱虎尾松，是松科杉屬常綠喬木.作為用材樹種，紅皮云杉具有很大生產(chǎn)潛力.影響紅皮云杉人工林生產(chǎn)力的因素有很多，主要是立地條件和經(jīng)營措施兩個方面.對紅皮云杉采取合理的經(jīng)營措施，可以有效提高紅皮云杉人工林生產(chǎn)力，培育大徑材人工林，達(dá)到速生豐產(chǎn)的目的[1-2].修枝是為了生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)木而人為去除林冠下多余樹枝的重要經(jīng)營措施[3]，自Mayer Wegelin在20世紀(jì)30年代提出后，在林木生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用[4-5].研究[6-7]顯示，修枝對紅皮云杉生長的影響在短時間內(nèi)的表現(xiàn)較弱.本文以吉林省敦化市的紅皮云杉人工林為對象，研究紅皮云杉徑向生長特征以及徑生長和高生長對修枝強度的響應(yīng).本次研究中的修枝強度指修枝高度與樹高之比，分為強度修枝(修枝高度占樹高的1/2)、中度修枝(修枝高度占樹高的1/3)和弱度修枝(修枝高度占樹高的1/4).

1 研究地概況

研究地位于吉林省敦化市，地處吉林省東部，長白山腹地.受季風(fēng)氣候影響，春遲秋早，四季交替明顯，晝夜溫差大.平均海拔756 m，年平均氣溫2.9 ℃，年平均降雨量550～630 mm.有效積溫2 400～2 500 ℃，無霜期110～120 d.主要樹種有紅皮云杉、紅松(Pinuskoraiensis)、紫椴(Tiliaamurensis)、白樺(Betulaplatyphylla)、色木槭(Acermono)、山楊(Populusdavidiana)等.研究地為大石頭林場和大蒲柴河林場，其中，大石頭林場經(jīng)營總面積2.63×105hm2，林地面積2.39×105hm2，活立木總蓄積2.96×107m2，森林覆蓋率92.70%；大蒲柴河林場林地面積1.56×105hm2，森林覆蓋率為94.00%.

①、②、③、④分別表示樣方1、2、3、4.圖1 樣地設(shè)置Fig.1Plot setting

2 研究方法

2.1 樣地設(shè)置

為保證樣地條件的一致性，盡量選擇立地條件、林齡、氣候條件相似的林分.根據(jù)研究要求，在大石頭林場和大蒲柴河林場共設(shè)置6塊樣地，面積均為600 m2.樣地設(shè)置方法見圖1.在大石頭林場紅皮云杉人工林內(nèi)布設(shè)樣地2塊，林內(nèi)紅皮云杉為1985年種植，2018年修枝.在大蒲柴河林場紅皮云杉人工林內(nèi)布設(shè)修枝樣地3塊，林內(nèi)紅皮云杉為1984年種植，2014年修枝；布設(shè)未修枝對照樣地1塊.調(diào)查樣方內(nèi)喬木樹種胸徑、樹高，結(jié)果見表1.

表1 樣地基本信息Tab.1 Basic information of sample plots

圖2 修枝處理的紅皮云杉年輪條采集Fig.2Pruning treatment of Picea koraiensis annual ring collection

2.2 年輪條采集

采用均勻布點的方法選取調(diào)查林木，在各樣地內(nèi)選取生長狀況良好、不同徑級的紅皮云杉林木進(jìn)行年輪條取樣.每株樹木按照標(biāo)準(zhǔn)取樣原則，利用生長錐在修枝處鉆取修枝處理后的紅皮云杉年輪條.鉆取方向垂直于被修掉枝條的伸展方向，未進(jìn)行修枝處理的紅皮云杉年輪條在測量胸徑位置處鉆取.修枝處理的紅皮云杉年輪條鉆取方法見圖2.

將取出的年輪條裝入塑料吸管中，兩端不封閉，防止因水分無法蒸發(fā)造成年輪條發(fā)霉.在每個吸管上貼好標(biāo)簽紙，記錄樣地基本信息、樹號、樹高、胸徑等.

將采集的年輪條帶回實驗室，置于通風(fēng)處，待樹芯自然風(fēng)干后，用白乳膠固定在定制的木槽內(nèi)，用中性筆標(biāo)注樣芯的樣地、樹號、樹高、胸徑等信息.依次用粗(180～220號)、細(xì)(500～600號)不同粒度砂紙打磨，使其變光、變滑，直至樹木的年輪界限變得清晰.測定前進(jìn)行樣芯標(biāo)年，每10 a做一次標(biāo)注，以便后續(xù)精確測量.利用LinTab5年輪測量儀精確測量樹輪寬度(精確度為0.01 mm)，測量時按照從樹皮向髓心的方向逐年測量.

2.3 數(shù)據(jù)處理與分析

以對照樣地的調(diào)查數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，采用胸徑變異系數(shù)VarD來描述林分分化情況，系數(shù)越大表示林木大小分化程度越高[9].林木分化計算公式：

VarD=σ/μ，

式中：σ為胸徑標(biāo)準(zhǔn)差；μ為胸徑平均值.

利用Excel 2019和SPSS 26.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析，利用SigmaPlot 10.0繪圖.

3 結(jié)果與分析

3.1 紅皮云杉人工林徑向生長特征

3.1.1 紅皮云杉徑級結(jié)構(gòu)

為研究紅皮云杉生長過程中徑向變化特征，以未受干擾的對照樣地6(CK)為對象，利用曾偉生[9]異齡林等級劃分方法，以2 cm為一個區(qū)分段，將樣地內(nèi)紅皮云杉劃分為10個徑級，結(jié)果見圖3.

由圖3可見：該樣地紅皮云杉徑級結(jié)構(gòu)呈正態(tài)分布，主要集中分布于中、小徑級.其中，8～10 cm徑級株數(shù)最多，其次是6～8 cm徑級，其他徑級分布相對較少，0～2 cm徑級未見個體.計算發(fā)現(xiàn)，該林分的胸徑變異系數(shù)為0.397，表明該樣地內(nèi)紅皮云杉的自然分化現(xiàn)象不嚴(yán)重.

3.1.2 紅皮云杉徑向生長變化特征

由于調(diào)查時樣地中大徑級的林木數(shù)量較少，因此在樣地中的112株林木中選取20株優(yōu)勢木，分析紅皮云杉隨林木年齡增加的徑向變化特征，結(jié)果見圖4.由圖4可見：紅皮云杉不同年齡階段徑向生長速率不同，表現(xiàn)為先緩慢上升，然后加速上升，最后趨于平緩的趨勢.具體為0～3 a胸徑生長較慢，3～20 a生長加速，20 a后徑向生長速率開始趨于平緩.

結(jié)合圖3、圖4可見：紅皮云杉胸徑生長到14 cm(28 a)后，林木下層側(cè)枝受光不足，導(dǎo)致林木生長減緩.因此，為培養(yǎng)優(yōu)質(zhì)木材，在胸徑達(dá)到14 cm后就可以修枝，14～18 cm時修枝效果較好.

圖3紅皮云杉徑級結(jié)構(gòu)Fig.3Diameter structure of Picea koraiensis圖4紅皮云杉逐年徑向變化Fig.4Radial change year by year of Picea koraiensis

3.2 不同修枝強度對紅皮云杉人工林徑級結(jié)構(gòu)的影響

在2014年修枝的紅皮云杉人工林中每個修枝強度各選取7株，在2018年修枝的紅皮云杉人工林中每個修枝強度各選取8株，分析修枝前1 a和修枝后2 a修枝位置徑向生長寬度，結(jié)果見圖5、圖6.

圖52014年修枝紅皮云杉徑向變化Fig.5Radial changes of Picea koraiensispruning in 2014 圖62018年修枝紅皮云杉徑向變化Fig.6Radial changes of Picea koraiensispruning in 2018

由圖5可見：由于林分分化、取樣高度差異，導(dǎo)致鉆取年輪條處直徑生長寬度的初始值不一致.2014年修枝的紅皮云杉修枝當(dāng)年3種不同修枝處理的徑生長量均比前一年下降，其中，1/4修枝強度處理的徑生長量在修枝1 a后出現(xiàn)上升趨勢，但在第2年出現(xiàn)下降趨勢；1/3修枝強度處理的徑生長量在修枝2 a內(nèi)一直呈明顯的上升趨勢；1/2修枝強度的徑生長量在修枝處理2 a內(nèi)開始出現(xiàn)明顯的下降趨勢；未進(jìn)行修枝的徑生長量在2013—2016年一直呈下降趨勢.

由圖6可見：2018年修枝的紅皮云杉在修枝前一年兩種不同修枝強度處理以及未進(jìn)行修枝的徑生長量都處于下降趨勢.2018年修枝后，1/4修枝強度處理的徑生長量在修枝1 a后出現(xiàn)上升趨勢，而在修枝2 a內(nèi)出現(xiàn)下降趨勢；1/3修枝強度處理后的徑生長量在2 a內(nèi)一直呈上升趨勢；未進(jìn)行修枝處理的徑生長量在2017—2020年一直呈下降趨勢.

綜上，1/4修枝強度和1/3修枝強度處理對紅皮云杉的徑向生長都有良好的促進(jìn)作用.

3.3 不同修枝強度對紅皮云杉人工林樹高結(jié)構(gòu)的影響

圖7 不同修枝強度處理的紅皮云杉樹高分布Fig.7Height distribution of Picea koraiensis treated with different pruning intensities

根據(jù)樹高將不同處理后的紅皮云杉劃分為5個樹高組，分別為0～5 m、5～10 m、10～15 m、15～20 m、20～25 m.在不同修枝強度中選出同等數(shù)量的紅皮云杉，根據(jù)樹高進(jìn)行統(tǒng)計分析.結(jié)果可知，經(jīng)過不同修枝強度處理后的紅皮云杉樹高組分布也不相同，具體差異見圖7.

由圖7可見：4種修枝強度處理的紅皮云杉樹高主要分布在5～10 m和10～15 m樹高組，且在5～10 m樹高組的分布最多.在15～20 m樹高組中，1/3修枝強度、1/2修枝強度和未修枝分布均較少，1/4修枝強度沒有分布；未修枝處理的紅皮云杉樹高呈以5～10 m樹高組為峰點的山狀曲線；1/4修枝強度在5～10 m和10～15 m樹高組分布最多，1/3修枝強度在10～15 m樹高組中最多.整體來看，1/4修枝強度和1/3修枝強度處理的紅皮云杉在較大的樹高組中分布較多，促進(jìn)了紅皮云杉樹高的生長.

4 結(jié)論和討論

4.1 紅皮云杉人工林徑向生長特征

紅皮云杉種群徑級結(jié)構(gòu)基本呈正態(tài)分布，屬衰退型種群.紅皮云杉逐年徑向生長量曲線整體呈“S”形，具體表現(xiàn)為先緩慢上升，然后加速上升，最后趨于平緩.胸徑生長到14 cm后，林分密度變大，由于自身的生長特性，再加上林木下層側(cè)枝受光不足，導(dǎo)致林木生長受到影響.因此，有必要對此林分進(jìn)行修枝處理，且14 cm后就可以修枝，14～18 cm修枝效果較好.

4.2 不同修枝強度對紅皮云杉人工林徑級結(jié)構(gòu)的影響

通過2014年修枝的紅皮云杉徑向生長變化可以看出，修枝后，1/4修枝強度處理的紅皮云杉在1 a后徑向生長呈上升趨勢，但在修枝后的第2年出現(xiàn)下降趨勢；1/3修枝強度處理的紅皮云杉在2 a內(nèi)一直呈上升趨勢；1/2修枝強度和未進(jìn)行修枝的紅皮云杉在2013—2016年一直呈下降趨勢.通過2018年修枝的紅皮云杉徑向生長變化可以看出，修枝后，1/4修枝強度和1/3修枝強度處理的紅皮云杉徑生長量都出現(xiàn)上升趨勢，但1/4修枝強度處理的紅皮云杉徑生長量在修枝第2年后開始呈下降趨勢，1/3修枝強度的紅皮云杉在修枝2 a內(nèi)一直呈上升趨勢；未修枝的紅皮云杉在2017—2020年一直呈下降趨勢.

綜上可見，1/4～1/3修枝強度為促進(jìn)紅皮云杉徑生長的最優(yōu)強度.紅皮云杉徑向生長對不同修枝強度的響應(yīng)不同，適當(dāng)修枝有利于樹木生長.王春勝[10]通過研究修枝對西南樺胸徑生長的影響認(rèn)為，宜對西南樺進(jìn)行多次修枝，且每次修枝強度均不宜過大.DESROCHERS等[11]對幾種雜交楊樹進(jìn)行不同強度的修枝研究也發(fā)現(xiàn)，1/3修枝強度處理的胸徑生長高于對照，而2/3修枝強度處理的胸徑顯著降低.

4.3 不同修枝強度對紅皮云杉人工林樹高結(jié)構(gòu)的影響

由樹高分布可以看出，1/4修枝強度處理后的紅皮云杉人工林樹高分布在5～10 m和10～15 m樹高組，1/3修枝強度處理的紅皮云杉在10～15 m樹高組中分布的株數(shù)最多.由此可知，1/4～1/3修枝強度促進(jìn)高生長的效果最好.鄧冬蓮[12]研究發(fā)現(xiàn)，修枝明顯促進(jìn)了紅錐的樹高生長；NEILSEN等[13]研究發(fā)現(xiàn)，修枝強度達(dá)到3/4樹高時輻射松的樹高受到抑制.多數(shù)研究均表明，適當(dāng)修枝能夠促進(jìn)樹木樹高生長，強度過大或過小均不會達(dá)到理想的效果，這與本文適當(dāng)修枝有利于樹木高生長的研究結(jié)果一致.