紅錐樹干節(jié)疤分布及修枝對生長的影響

徐 放，楊曉慧，潘 文，廖煥琴，楊會肖，張衛(wèi)華，朱報著，陳新宇，徐 斌，王裕霞

(廣東省森林培育與保護(hù)利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 廣東省林業(yè)科學(xué)研究院，廣東 廣州 510520)

紅錐(Castanopsishystrix)為殼斗科(Fagaceae) 錐屬常綠喬木，是我國華南地區(qū)重要的鄉(xiāng)土珍貴樹種，具有重要的經(jīng)濟(jì)和生態(tài)價值[1-2]。目前高品質(zhì)的大徑級無節(jié)良材的市場需求逐年增加[3]，紅錐木材密度高、硬度大、生長速度快，適合培育優(yōu)質(zhì)無節(jié)良材[4]，經(jīng)過科學(xué)精細(xì)化管理生產(chǎn)的紅錐良材可填補(bǔ)珍貴硬木的市場需求。但紅錐自然整枝能力較差，基部枝條相對粗壯，枝條死亡后繼續(xù)附著在主干上，基部木材形成大量節(jié)疤，顯著影響了其木材品質(zhì)，嚴(yán)重降低了其出材率和經(jīng)濟(jì)價值[5-6]，因此需要采取有效措施減少紅錐節(jié)疤的形成，促進(jìn)紅錐木材質(zhì)量的提升。

目前，修枝可作為減少節(jié)疤的主要經(jīng)營方式，在國內(nèi)外多樹種中均取得了較好的效果[7-12]。陳森錕等[13]對歐美楊研究的結(jié)果顯示修枝可以顯著改變生物量的分配和樹干的尖削度，有利于形成優(yōu)質(zhì)木材。肖祥希[14]對福建柏的研究顯示修枝顯著提升了單株生物量和木材圓滿度，降低了尖削度，減少了節(jié)疤的形成。李楊濤等[15]研究表明適當(dāng)?shù)男拗Υ胧┛梢燥@著促進(jìn)云南松幼林的生長。但是，對紅錐修枝的研究卻鮮見報道，修枝成本及對后續(xù)林木生長的影響機(jī)制尚待解析，本研究對30年生未經(jīng)人工干預(yù)的紅錐單株開展了節(jié)疤分布調(diào)查，并在此基礎(chǔ)上以6年生紅錐林為研究對象開展修枝試驗(yàn)，旨在促進(jìn)紅錐單株生長并減少節(jié)疤的形成，為培育優(yōu)質(zhì)大徑級無節(jié)材奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 研究材料

選擇廣東省龍眼洞林場(113°46′27″～113°49′10″E，23°29′7″～23°32′17″N)于1988年種植的紅錐純林中的6株平均木，林地坡度20°，西北向，年均氣溫22 ℃，年降雨量1 720 mm，海拔114 m，林地初始種植密度1 335株/hm2，種植后前3年進(jìn)行5次撫育，每次撫育清理林下全部雜草，造林后第2年和第3年春季結(jié)合撫育對各單株施用農(nóng)家肥500 g，無修枝和間伐處理，隨機(jī)選擇0.53 hm2林地進(jìn)行胸徑調(diào)查，共有活立木304株，平均胸徑30.2 cm。林地整體保存率42.6%，6株平均木胸徑29.6 ～31.2 cm，株高21.4 ～23.6 m，枝下高8.5～10.6 m，于2018年12月采伐，用于紅錐節(jié)疤分布調(diào)查。

2019年7月選取廣東省陽江林場(112°6′37″～113°9′16″E，21°56′21″～21°38′10″N)6年生紅錐純林開展修枝試驗(yàn)，林地坡度15°，東南向，年平均氣溫23.9 ℃，年降雨量2 290 mm，林地初始種植密度1 335株/hm2，種植后前3年進(jìn)行5次撫育，每次撫育清理林下全部雜草，造林后第2年和第3年春結(jié)合撫育對各單株施用氮磷鉀總質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于45%的復(fù)合肥300 g，3年后無經(jīng)營措施，林地整體保存率91.1%，試驗(yàn)林平均胸徑6.7 cm，平均株高8.5 m，平均冠長7.6 m，平均枝下高0.9 m，用于修枝研究。

1.2 研究方法

1.2.1 紅錐30年生單株節(jié)疤分布調(diào)查

將采伐的6個單株木材自下而上每隔1 m截斷，共選擇8段即距地面0～8 m的木材進(jìn)行分析，其中3株進(jìn)行橫向解鋸，橫向解鋸木片厚度2.0 cm；另外3株進(jìn)行縱向解鋸，縱向解鋸木片厚度為1.5 cm。對解鋸獲得的木片進(jìn)行編號，統(tǒng)計不同位置節(jié)疤分布情況和節(jié)疤大小。所有結(jié)疤分為活節(jié)和死節(jié)進(jìn)行統(tǒng)計，其中活節(jié)標(biāo)準(zhǔn)為木材形成出現(xiàn)肉眼可見改變，但未出現(xiàn)壞死組織；死節(jié)為出現(xiàn)壞死組織、影響木材機(jī)械性能的節(jié)疤，按照大小劃分為大節(jié)疤(最寬處>7 cm)、中節(jié)疤(最寬處≥3～7 cm)和小節(jié)疤(最寬處<3 cm)3個類型。

1.2.2 紅錐修枝強(qiáng)度對生長量的影響

在6年生紅錐林地中隨機(jī)選擇12塊25 m×25 m的樣地，進(jìn)行樣地內(nèi)單株標(biāo)記和每木檢尺，測定原始株高、胸徑和枝下高。設(shè)置4個修枝處理，分別為：a.對照(不修枝)；b.輕度修枝(修去冠長1/4)；c.中度修枝(修去冠長3/8)；d.重度修枝(修去冠長1/2)，共計3次重復(fù)。修枝18個月后，再次進(jìn)行每木檢尺，分析不同處理的生長差異。

1.2.3 修枝切口保護(hù)及愈合

選取同一坡面上的480株紅錐，用鋒利的鋸子緊貼主干修去距地面4 m以下所有枝條，用保護(hù)劑涂抹至完全覆蓋鋸口。保護(hù)劑設(shè)置4個處理：a.對照(不使用保護(hù)劑)；b.油性漆；c.水性外墻漆；d.罐裝噴霧油性漆。各種油漆均在當(dāng)?shù)亟ú氖袌鲑徺I，其中油性漆10.00元/L, 水性漆12.22元/L，罐裝噴漆17.50元/L。每種保護(hù)劑處理120株，持續(xù)觀測節(jié)疤形成過程。修枝18個月后，統(tǒng)計不同單株中不同直徑節(jié)疤的愈合率；每個處理采伐5株，分別選取修枝位點(diǎn)正中和修枝位點(diǎn)下緣下方1 cm處進(jìn)行橫切觀察，調(diào)查修枝處理后木質(zhì)部壞死情況和枝條著生部分下方徑向生長情況的變化。

1.3 數(shù)據(jù)分析處理

木材切面使用翻拍臺進(jìn)行拍照，利用Digimizer軟件對圖片中的長度和面積等指標(biāo)進(jìn)行測定；生長量數(shù)據(jù)分析使用Excel 2016和R語言進(jìn)行統(tǒng)計分析，其中多重比較使用“agricolae”程序包進(jìn)行。

2 結(jié)果與分析

2.1 紅錐30年生單株節(jié)疤分布情況

對6株紅錐30年生單株解鋸后木材進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)在生長14～15 a后可形成紅色心材；平均每株有節(jié)疤147.3個(圖1A)，其中單株平均活節(jié)數(shù)量為13.0個(占比8.8%)，大、中、小節(jié)疤數(shù)量分別為45.1、35.2和54.0個，占比分別為30.6%、23.8%和36.7%。其中大節(jié)疤分布最多的位置為距地面2～3 m處，中節(jié)疤最多的位置為距地面1～2 m處，小節(jié)疤最多的位置為5～6 m處。根據(jù)節(jié)疤調(diào)查結(jié)果，繪制了節(jié)疤分布的熱圖(圖1B)，可見0～8 m處均有節(jié)疤分布，其總體趨勢為心材處節(jié)疤分布較為集中，數(shù)量高于邊材，2～4 m處和5～7 m處的心材節(jié)疤分布最為密集。

圖1 紅錐30年生單株不同規(guī)格節(jié)疤分布(A)及節(jié)疤密度熱圖(B)Fig.1 Distributions of knots in the trunk of 30 year-old Castanopsis hystrix trees (A) and the heatmap of knots (B)

2.2 修枝對6年生紅錐生長量的影響

修枝18個月后，對12個樣方內(nèi)所有單株的胸徑和樹高進(jìn)行測定，結(jié)果見圖2。由圖2可知，胸徑生長量和胸徑生長率最高的處理為輕度修枝，平均生長量為1.35 cm(較對照提升26.1%)，中度和重度修枝胸徑平均生長量分別為1.28和1.27 cm，以上3個處理的胸徑平均生長量間無顯著差異，但均顯著高于對照組胸徑平均生長量1.07 cm(P<0.05)。輕度、中度和重度胸徑平均生長率分別為22.4%、19.7%和19.8%，3組處理間無顯著差異，但均顯著高于對照(15.7%)。由圖2可見，輕度修枝的胸徑生長量和胸徑生長率的中位數(shù)均較其他處理更高，生長數(shù)據(jù)分布也更加均勻。輕、中、重度修枝和對照的平均株高生長量分別為0.93、0.91、0.97 和0.89 m，各處理間株高生長無顯著差異。

圖2 不同修枝處理對胸徑生長量和生長率的影響小提琴圖Fig.2 Violin plot for the effect of different pruning intensities on the growth and growth rate of DBH

2.3 鋸口保護(hù)劑效用及鋸口愈合情況

以鋸口被新生的組織完全覆蓋作為愈合的標(biāo)準(zhǔn)，對不同的鋸口保護(hù)劑處理效應(yīng)進(jìn)行統(tǒng)計，將鋸口直徑按大小分為<1.0 cm、≥1.0～2.5 cm、≥2.5～3.5 cm和≥3.5 cm。調(diào)查結(jié)果(圖3A)發(fā)現(xiàn)，隨著鋸口直徑的增加，鋸口愈合率顯著降低，但鋸口保護(hù)劑可以顯著提升鋸口愈合的比率。2.5 cm以下的中小鋸口，不同保護(hù)劑下的愈合率無顯著差異，均可達(dá)95%以上；但至直徑在2.5 cm以上的無保護(hù)劑的鋸口愈合率顯著下降，僅為79.3%(≥2.5～3.5 cm)和63.5%(≥3.5 cm以上)。而油性漆和水性漆保護(hù)的直徑2.5 cm以上鋸口的愈合率均顯著高于對照，愈合比率為81.2%～94.9%。

另外，對緊貼主干和保留枝樁修枝的愈合情況進(jìn)行統(tǒng)計，緊貼主干鋸除的枝條鋸口愈合狀況較好(圖3B)，保留2 cm枝樁的均未愈合(圖3C)，分生組織僅對枝樁部產(chǎn)生部分包裹，枝樁頂部大多出現(xiàn)霉?fàn)€、開裂的現(xiàn)象；且直徑超過0.6 cm的枝樁均無法自然脫落，后續(xù)生長中預(yù)計會被周邊組織包埋后形成死節(jié)。

A圖中不同小寫字母表示不同鋸口愈合率間差異顯著(P<0.01)。Different lowercase characters indicate significant differences between incision healing rates in Fig.3A.圖3 不同保護(hù)劑處理鋸口愈合率(A)、鋸口愈合(B)和鋸口未愈合(C)情況Fig.3 The incision healing rates with different protections (A), healed incision (B) and non-healed incision (C)

A、B.油性漆保護(hù)，鋸口直徑2.5 cm oil-based paint protection, incision diameter 2.5 cm;C、D.油性漆保護(hù)，鋸口直徑4.9 cm oil-based paint protection, incision diameter 4.9 cm；E、F.無保護(hù)，鋸口直徑3.7 cm unprotected, diameter 3.7 cm; G、H. 無保護(hù)，保留枝樁，鋸口直徑1.4 cm unprotected, retaining branch pile, diameter 1.4 cm; I. 枝條著生處主干徑向生長受抑制情況，箭頭處為明顯凹陷部位radial growth inhibition site in the trunk; J. 枝條著生部位下方1 cm處徑向生長量變化情況radial growth changes after pruning， 其中紅色部分為2020年生長量，藍(lán)色部分為2019年生長量，紫色部分為2018年生長量。The red, blue and purple bars indicate growth in 2020, 2019 and 2018, respectively.圖4 修枝鋸口內(nèi)部木材壞死及修枝后木材徑向生長變化情況Fig.4 The necrosis of wood inside incision and the change of the radial growth after pruning

對不同處理采伐后單株的166個節(jié)疤處進(jìn)行切割后拍照，直徑小于2.5 cm且使用油性漆保護(hù)劑的鋸口僅出現(xiàn)一層約0.5 mm厚的死細(xì)胞(圖4A、4B)；隨著鋸口直徑的增加，損傷木質(zhì)部逐漸加深(圖4C、4D)。有保護(hù)劑處理的直徑3.5 cm以上的鋸口木質(zhì)部損傷深度為0.20～0.99 cm，無保護(hù)劑處理的直徑3.5 cm以上鋸口木質(zhì)部損傷的平均深度為1.64 cm，無保護(hù)劑處理的鋸口木質(zhì)部損傷顯著高于各保護(hù)劑處理(圖 4E、4F，表1)。另外，保留枝樁的修枝方式，觀察可見枝樁部分均無生活力(圖4G、4H)。

表1 修枝鋸口內(nèi)部木質(zhì)部損傷情況統(tǒng)計

2.4 修枝對紅錐主干圓滿度的影響

枝條著生處下方10～15 cm的主干部分徑向生長大多受到抑制，形成深1 cm以上的溝狀區(qū)域(圖4I)。對166個枝條鋸口下緣1 cm處橫切面測定發(fā)現(xiàn)，修枝前2年徑向生長量之和較無枝條位置低28%～50%，修枝后2020年全年生長量較前一年增加38%～301%(圖4J)。可見通過修枝，可以顯著改善枝條下方徑向生長受到抑制的情況，提升了木材的圓滿度。

3 討 論

目前林木栽培研究中，修枝作為可以有效提升林木生長和木材質(zhì)量的方式被廣泛應(yīng)用，但目前木材節(jié)疤相關(guān)研究大多集中于木材加工性能和檢測等方面[16-17]，而形成時間和節(jié)疤大小等研究報道較少。本研究首次在紅錐中開展成年單株木材節(jié)疤分布的研究，發(fā)現(xiàn)其節(jié)疤數(shù)量和大小均顯著高于火炬松等速生樹種[6]，采伐過程中木材大多被截斷為2 m長木材以便于后續(xù)的運(yùn)輸和加工，紅錐主干0～8 m木材存在的大量節(jié)疤顯著影響紅錐價值最高的4段木材的經(jīng)濟(jì)價值，紅錐30年生單株節(jié)疤主要存在于心材部位，因此可以通過生長早期修枝的方式，減少木材節(jié)疤的形成以提升其木材收益，對紅錐大徑級無節(jié)材培育具有重要的指導(dǎo)作用。

本研究發(fā)現(xiàn)合理的修枝可以顯著促進(jìn)林木的生長，與對福建柏(Fokieniahodginsii)[14]、桉樹(Eucalyptusrobusta)[18]、火炬松(Pinustaeda)[19]和南方紅豆杉(Taxuswallichinavar.mairei)[20]等研究結(jié)果類似，但與楊樹中的研究結(jié)果呈現(xiàn)相反趨勢[13]。馬永春等[21]發(fā)現(xiàn)樹木下方枝條的光合效率較上方枝條較慢，根據(jù)光合產(chǎn)物的“就近運(yùn)輸”原則，樹木基部側(cè)枝生長會消耗本身合成的養(yǎng)分并占用上方枝條向下輸送的營養(yǎng)，進(jìn)而限制了胸徑的生長。以往對切口保護(hù)劑的研究主要集中在嫁接[22-23]和果樹修剪[24-25]中，保護(hù)劑成本相對較高，難以在林木生產(chǎn)中使用，綜合考慮成本、操作簡易程度、獲得途徑和對鋸口的保護(hù)效果，本研究認(rèn)為使用油性漆保護(hù)劑對鋸口保護(hù)效果較好且操作簡便，用毛刷涂抹均勻即可，平均成本約180元/hm2，勞務(wù)費(fèi)900元/hm2(以試驗(yàn)地廣東省陽江市實(shí)時工價計算)，即單次修枝總成本為1 080元/hm2，可以整合到撫育措施中以提升木材質(zhì)量；水性墻面漆在雨后或切口較大時會出現(xiàn)淋溶和附著不牢現(xiàn)象，罐裝噴漆成本過高且操作過程中易被風(fēng)吹散造成浪費(fèi)，形成的漆面較薄，保護(hù)效果稍差。

通過對修枝后樹木生長和節(jié)疤愈合情況的調(diào)查，說明采用合理的修枝和保護(hù)措施對減少節(jié)疤的形成和改善樹干的圓滿度至關(guān)重要?；诒狙芯康慕Y(jié)果，初步總結(jié)出以下修枝方式：在造林4～5 a后，株高達(dá)到6～7 m、部分基部側(cè)枝直徑達(dá)到2 cm以上時，即可用鋒利的鋸子緊貼主干修去距地面3 m以下枝條;在3～4 a后使用高枝鋸再進(jìn)行1次修枝，修枝高度為距地面6 m，保證距地面6 m以下為高價值無節(jié)良材，而繼續(xù)提升修枝高度則會大幅度增加操作難度和修枝成本。修枝后，利用油性漆對鋸口進(jìn)行涂抹保護(hù)。