柚木人工林伐樁萌芽更新規(guī)律研究

楊保國，曾 莉，黃旭光，韓雪蓉，郝 建，莫世宇，鄒海龍，陳建全

（1.中國林業(yè)科學(xué)研究院熱帶林業(yè)實(shí)驗(yàn)中心，廣西憑祥 532600；2.廣西壯族自治區(qū)國有高峰林場，廣西南寧 530001；3.廣西壯族自治區(qū)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心，廣西南寧 530028）

伐樁作為木材生產(chǎn)的剩余物，具有一定的經(jīng)濟(jì)和生態(tài)價(jià)值[1]。伐樁的萌芽更新對于種子更新十分困難、萌芽更新能力強(qiáng)的樹種的繁殖十分有效，可提高樹種的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和生態(tài)價(jià)值。目前，萌芽更新在桉樹（Eucalyptusspp.）[2-3]、杉木（Cunninghamia lan?ceolata）[4-5]、楊樹（Populus simonii）[6-7]和栓皮櫟（Quercus variabilis）[8-9]等樹種的林木生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用，對間伐和皆伐跡地的森林恢復(fù)、苗木培育、森林生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)以及人工林經(jīng)營中具有指導(dǎo)作用[10-11]。

柚木（Tectona grandis）是一種名貴的熱帶硬木用材樹種，紋理美觀、耐腐性強(qiáng)，心材呈黃褐色或暗褐色，具有很高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，可用于制作高級(jí)家具、裝飾材料、樂器及車船等[12-13]。柚木的輪伐期為50 ～60年[14]，但Bhat 等[15]認(rèn)為輪伐期縮短至20～30年可能會(huì)更適合柚木市場；非洲一些地區(qū)的輪伐期更短（約6年），得到的小徑材可用于建筑或其他用途[16-17]。研究表明，萌芽更新可使柚木在前期快速生長，并加快心材形成，可提高木材的性能和價(jià)值，使小徑材有更廣闊的用途[18-19]。

我國柚木人工林種植面積達(dá)3.5 萬hm2[20]，林分間伐或皆伐后，可利用伐樁的萌芽更新快速高效生產(chǎn)柚木小徑材。本研究以桂西南地區(qū)10年生柚木人工林間伐后伐樁萌條為研究對象，研究伐樁基徑和高度對萌芽更新（萌條基徑、高度和數(shù)量）的影響，以期為柚木小徑材快速培育及人工林更新提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于中國林業(yè)科學(xué)研究院熱帶林業(yè)實(shí)驗(yàn)中心（106°41′ ～ 106°59′E，21°57′ ～ 22°16′N)，屬南亞熱帶濕潤、半濕潤季風(fēng)氣候，海拔130～680 m，年均氣溫21.6 ℃，年均降水量1 200～ 1 500 mm，年均蒸發(fā)量1 261 ～ 1 388 mm，年均相對濕度80% ～84%。土壤由石灰?guī)r、頁巖、砂巖和中酸性火山巖發(fā)育而成，土層厚度≥60 cm，pH 值4.5 ～ 7.5，腐殖質(zhì)層厚5～10 cm。

研究對象是2008年種植的柚木人工林，面積約3.3 hm2。2017年12月，根據(jù)林分狀況進(jìn)行不同強(qiáng)度的間伐，平均間伐強(qiáng)度為35%，間伐前林分平均胸徑為17.95 cm，平均樹高為15.9 m，林分平均密度為680 株/hm2；間伐后林分平均胸徑為19.36 cm，平均樹高為17.1 m，平均保留密度約410株/hm2。伐樁的高度和直徑差別較大。

1.2 研究方法

2018年6月，設(shè)置立地條件基本一致的4 塊20 m × 30 m 的標(biāo)準(zhǔn)樣地，對萌芽的伐樁進(jìn)行編號(hào)，共162 個(gè)。伐樁直徑和高度采用鋼卷尺測量（精確至0.01 cm），伐樁直徑為5～ 30 cm，伐樁高度為0～25 cm；記錄伐樁的萌芽數(shù)量，每條萌芽的高度采用鋼卷尺（精確至0.01 cm）測量，基徑采用游標(biāo)卡尺（精確至0.01 mm）測量。

根據(jù)伐樁在各徑級(jí)的數(shù)量分布，以5 cm 為區(qū)分單位，劃分為5 cm ≤D1<10 cm、10 cm ≤D2<15 cm、15 cm ≤D3<20 cm、20 cm ≤D4<25 cm和25 cm ≤D5<30 cm 5個(gè)等級(jí)[21]，各徑級(jí)伐樁數(shù)量基本一致。分別統(tǒng)計(jì)不同徑級(jí)等級(jí)伐樁上的萌條數(shù)量，測量基徑和高度，計(jì)算平均值，分析伐樁直徑與萌條生長的關(guān)系。

根據(jù)伐樁在各高度上的數(shù)量分布，以5 cm 為區(qū)分單位，由于高度>15 cm 的伐樁較少，因此劃分為0 ≤H1< 5 cm、5 cm ≤H2< 10 cm、10 cm ≤H3< 15 cm、15 cm ≤H4≤25 cm 4 個(gè)等級(jí)，各高度等級(jí)伐樁數(shù)量基本一致。分別統(tǒng)計(jì)不同高度等級(jí)伐樁上萌條數(shù)量，測量基徑和高度，計(jì)算平均值，分析伐樁高度與萌條的關(guān)系。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 和SPSS 20.0 軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，采用單因素方差分析和Duncan 多重比較進(jìn)行差異性分析；采用Sigmaplot 10.0軟件繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 伐樁徑級(jí)對萌條生長的影響

D1徑級(jí)的萌條平均基徑和平均高度均顯著低于其他徑級(jí)（P<0.05）（圖1a～b）。萌條平均基徑表現(xiàn)為D5（18.46 mm）> D3（18.26 mm）> D4（17.91 mm）>D2（17.32 mm）> D1（13.83 mm），D5徑級(jí)的萌條平均基徑分別比D3、D4、D2和D1徑級(jí)高出1.10%、3.07%、6.58%和33.48%；萌條平均高度表現(xiàn)為D5（1.56 m）>D4（1.51 m）>D3（1.48 m）>D2（1.40 m）>D1（1.19 m），D5徑級(jí)的萌條平均高度分別比D4、D3、D2和D1徑級(jí)高出3.31%、5.41%、11.43%和31.09%。兩者均隨伐樁徑級(jí)增大呈增大趨勢。

圖1 不同伐樁徑級(jí)對萌條生長的影響Fig.1 Effects of different stump diameter classes on sprout growth

不同伐樁徑級(jí)的萌條數(shù)量差異極顯著（P<0.01）（圖1c）。萌條數(shù)量隨伐樁徑級(jí)的增大而增加，表現(xiàn)為D5（8.73 條）> D4（7.96 條）> D3（6.26 條）> D2（4.80 條）> D1（4.00 條），D5徑級(jí)的萌條數(shù)量分別比D4、D3、D2和D1徑級(jí)高出9.67%、39.46%、81.88%和118.25%。

不同伐樁徑級(jí)間萌條的最大基徑和最大高度均差異極顯著（P<0.01）（圖1a～b），均隨伐樁徑級(jí)的增大而增大，萌條在D5徑級(jí)的伐樁生長最佳，最大基徑和最大高度分別為27.67 mm和2.07 m。

2.2 伐樁高度等級(jí)對萌條生長的影響

萌條平均基徑和平均高度在不同伐樁高度等級(jí)上差異不顯著（圖2a～b）。萌條平均基徑表現(xiàn)為H3（18.94 mm）> H2（17.86 mm）> H1（17.29 mm）> H4（14.93 mm），H3高度等級(jí)的萌芽平均基徑分別比H2、H1和H4高出6.05%、9.54%和26.86%；萌條平均高度表現(xiàn)為H3（1.58 m）> H2（1.48 m）> H1（1.38 m）>H4（1.27 m），H3高度等級(jí)的萌芽平均高度分別比H2、H1和H4高出6.76%、14.49%和24.41%。兩者均表現(xiàn)為隨伐樁高度增加先增加后減少。

萌條數(shù)量在各伐樁高度等級(jí)上差異顯著（P<0.05）（圖2c）。萌條數(shù)量隨伐樁高度增加呈減少趨勢，表現(xiàn)為H1（9.20 條）>H3（8.16 條）>H2（6.52 條）>H4（5.29 條），H1高度等級(jí)上的萌條數(shù)量分別比H3、H2和H4多出12.75%、41.10%和73.91%。

不同伐樁高度等級(jí)間萌條最大基徑和最大高度均差異不顯著（圖2a ～ b），H3高度等級(jí)的萌條最大基徑和最大高度分別為27.44 mm和2.04 m。

圖2 不同伐樁高度等級(jí)對萌條生長的影響Fig.1 Effects of different stump height classes on sprout growth

2.3 萌條基徑、數(shù)量和高度的相關(guān)性

同一伐樁上萌條數(shù)量、基徑和高度的相關(guān)分析表明，萌條數(shù)量與基徑（R=-0.237，P<0.01）呈負(fù)相關(guān)，但相關(guān)性較弱，與高度（R= 0.022，P> 0.05）無相關(guān)性（圖3a～b）。萌條基徑與萌條高度呈極顯著正相關(guān)（R= 0.793，P< 0.001），說明萌條基徑越大，萌條高度越高（圖3c）。

圖3 萌條基徑、數(shù)量和高度的相關(guān)分析Fig.3 Correlation analysis among sprout base diameter,number and height

3 討論與結(jié)論

3.1 伐樁徑級(jí)對萌條生長的影響

研究表明，伐樁徑級(jí)對萌條平均基徑、平均高度和數(shù)量的影響顯著或極顯著。萌芽平均基徑和平均高度均隨伐樁徑級(jí)的增加而增加，這可能與被砍伐前個(gè)體的生長狀況及伐樁積累的營養(yǎng)物質(zhì)有關(guān)[22-23]。伐樁直徑小，其伐前個(gè)體較小，根系發(fā)育不完全，能夠提供的養(yǎng)分和水分有限；伐樁直徑大，其伐前個(gè)體較大，積累給萌條生長利用的營養(yǎng)物多；McPherson 等[24]研究表明伐樁中的營養(yǎng)物質(zhì)在萌芽更新時(shí)不斷被消耗，也證實(shí)了這一可能性，與黃世能[25]的研究結(jié)果一致，而荊濤等[26]和王冉等[7]的研究結(jié)果表明萌條平均基徑和平均高度與伐樁直徑無關(guān)，也有研究表明杉木的萌條平均基徑和平均高度隨伐樁徑級(jí)的增大先減小后增大[9]，這可能與樹種特性有關(guān)。萌條生長主要是依靠伐樁中的營養(yǎng)物質(zhì)，不同樹種貯存的營養(yǎng)物質(zhì)不同，其伐樁萌條生長情況不同[21,27]。

萌條數(shù)量隨伐樁徑級(jí)的增大而增多，這是因?yàn)榉稄郊?jí)大，貯存的營養(yǎng)物質(zhì)多，萌條休眠時(shí)獲得較多營養(yǎng)，有利于萌條數(shù)量增加，這與Kwame 等[28]和荊濤等[26]的研究結(jié)果相同；但與栓皮櫟和歐洲白樺（Betula pendula）等樹種的研究結(jié)果不同[9,22]。Lockhart 等[29]認(rèn)為伐樁徑級(jí)越大，樹皮越堅(jiān)硬，休眠芽沖破樹皮的阻力也越大，萌條數(shù)量越少。本研究的伐樁直徑為5～30 cm，在更大徑級(jí)的伐樁中萌條數(shù)量可能會(huì)減少，這需要進(jìn)一步研究。

3.2 伐樁高度等級(jí)對萌條生長的影響

本研究表明伐樁高度對萌條平均基徑和平均高度的影響不顯著，均表現(xiàn)為隨伐樁高度增加先增加后減少。這與薛瑤芹等[9]發(fā)現(xiàn)栓皮櫟萌條基徑和高度隨伐樁高度增加而增加，陳夢俅等[5]發(fā)現(xiàn)伐樁高度對杉木萌條基徑和高度有顯著影響的研究結(jié)果不同，可能與樹種生長特性[21,27]等因素有關(guān)。本研究中高度≥15 cm的伐樁數(shù)量較少，更高伐樁的萌條生長是否更優(yōu)，仍需進(jìn)一步研究。

萌條數(shù)量隨伐樁高度的增加呈減少趨勢，這與Kwame 等[28]、荊濤等[26]和李景文等[21]的研究結(jié)果一致，但也有研究表明伐樁高度對萌條數(shù)量的影響不顯著[9,30-31]。這可能與樹種生長特性[21,27]、收獲季節(jié)和年齡[32]、伐樁周圍環(huán)境及鄰體競爭[8,33-34]等多因素綜合作用有關(guān)。

3.3 萌條基徑、數(shù)量和高度的相關(guān)性

Midgley[35]認(rèn)為萌條生長需要消耗大量資源，產(chǎn)生較多萌條雖能提高更新成功率，但也可能影響萌條的高生長。趙睿等[36]和薛瑤芹等[9]的研究表明，萌條高度隨著萌條數(shù)量的增加而增加，本研究中萌條高度與數(shù)量無相關(guān)性，可能是由不同物種的生長特性差異導(dǎo)致[36]。本研究中，萌條基徑與數(shù)量呈負(fù)相關(guān)，呈隨萌條數(shù)量增加而減小的趨勢，這與薛瑤芹等[9]的研究結(jié)果類似。但隨著萌條生長時(shí)間的增加，這種關(guān)系是否會(huì)變化，還需進(jìn)一步研究。

伐樁基徑為25～ 30 cm 時(shí)，10年生柚木伐樁萌條的基徑、高度和數(shù)量表現(xiàn)最優(yōu)；伐樁高度為10 ～15 cm 時(shí)，伐樁萌條的基徑和高度表現(xiàn)最優(yōu)；伐樁高度為0 ～ 5 cm 時(shí)，萌條數(shù)量最多。在快速培育高價(jià)值小徑材時(shí)，應(yīng)盡量使用較大基徑、高度為10 ～15 cm 的伐樁，同時(shí)加強(qiáng)管理，每個(gè)伐樁應(yīng)保留少量生長優(yōu)質(zhì)和旺盛的萌條，以減少競爭，形成資源的再分配，從而實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)目標(biāo)。