修枝对杉木生长、林下光照及植被的影响

何善情

(会同县林业局，湖南 会同 418300)

杉木CunninghamiaLanceolata(Lamb) Hook是湖南人工速生丰产林排第一位的树种，适应环境能力强，没有灾难性的病虫危害，已有两千多年的栽培历史，深受广大人民群众喜爱。杉木本身的生物学特性决定了其自然整枝能力差，枯枝长时间保留在树干上，树体生长过程中将枯枝包裹其中形成死节疤，导致木材的空洞严重影响木材的力学性能[1-2]，修枝是生产杉木无节良材的最佳营林方法。修枝除对木材质量产生影响外，还对其本身生长、林下光照强度及林下植被恢复等产生重大影响。目前对福建柏人工林修枝、白桦天然林修枝、桉树修枝对林分生长速度的影响研究报导较多[3-7]，对杉木修枝效果报导相对较少。本文研究不同强度的杉木修枝对其生长速度、林下光照强度和植被所产生的影响，为林农生产优质杉木良材提供科学的技术支撑。

1 试验区概况

试验区位于湖南省怀化市会同县地灵村，境内群山延绵起伏，地形复杂。其地理位置为109°36′27 ″E，26°41′50 ″N，地处中亚热带湿润季风气候区，该区气候温和，雨量充沛，光热充足，植物生长期长。常年平均气温17.2 ℃，最冷月(1月)平均气温2.5 ℃，年均10 ℃以上的活动积温5 488 ℃，年均日照1 480 h，年均降雨量1 450 mm，年均相对湿度81.0%，无霜期292 d。试验区围绕水库周边，海拔高度280～510 m，坡度15～30°，以板页岩为主发育而成的山地红黄壤，土壤深厚达70 cm，有机质含量2.2%，pH值6.2～6.9，杉木为区域内主要人工造林树种。

2 试验材料与方法

2.1 试验材料

修枝林为杉木人工速生丰产林，立地条件16地位指数级。于2003年3月采用初级种子园混和种造林,初植密度2 500株·hm-2。

2.2 试验方法

2.2.1 修枝设计 各修枝强度处理采用随机区组设计，设置4种不同的修枝强度，重复3次，每小区50株，3个修枝处理共计修枝450株，对照150株不进行修枝。试验的4个处理设计见表1。

表1 修枝强度设计Tab.1 The design of pruning intensity in trial修枝强度修枝高度/m5年生时第一次修枝8年生时第二次修枝11年生时第三次修枝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 本试验采用紧贴树干的平切方式，其优点是创伤口面积小，伤口愈合时间较短，不会形成树瘤并能很好地生产无节疤杉木优质良材。操作中注意锯子必须紧贴树干，枝落时不撕裂树皮，随后用快刀将伤口削平。

2.2.3 修枝工具 经试验国产小手锯和勾刀效果均不理想，伤口粗糙、人工费力大且速度慢，本试验修枝工具采用锋利的德国沃施莱格公司生产的修枝手锯，效果十分理想。

2.2.4 修枝时间 2007年12月，树龄5年生时进行第一次修枝，此时平均树高6.2 m；2010年12月，树龄8年生时进行第二次修枝，此时平均树高9.8 m，并按1 950株·hm-2均匀保留分布进行间伐[8-9]；2013年12月，树龄11年生时进行第三次修枝，此时平均树高12.2 m。

2.3 数据采集及分析

(1) 5年生第一次修枝时对12个试验小区每木测量树高(m)、胸径(cm)作为基数，16年生时再测量作为终结数。树高采用标杆尺度量,胸径采用围径尺度量，以公式(1)计算单株材积。

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

(1)

式中:D为胸高1.3 m处直径，H为树高。

(2)第一次(5 年生)、第二次(8年生)、第三次(11年生)修枝后均测定各处理林下及林外光照强度(lx)，仪器采用上海学联仪表厂生产的JD-1A型号照度计，严格要求同一组数据必须林冠下测定与林外空旷地测定同步进行，林冠下测定照度计统一从东、南、西、北4个距树干30 cm，距地30 cm位点测定，林外照度计距地30 cm，无光线遮挡。以公式(2)计算光照率。

(2)

(3)5年生第一次修枝前对12个试验小区测量林下植物种类和鲜重作为基数，8、11、16年生时再测量作为过度数和终结数。每小区采用对角线分布设定5个1.0 m×1.0 m样方,测量林下植物种类和地上部分植被鲜重。

试验测得的各指标原始数据，采用Excel 2010 和SPSS 10.0进行处理、作图和分析。

3 结果与分析

3.1 不同修枝强度杉木生长量比较

3.1.1 树高生长比较 各处理修枝时(5年生)树高基数及修枝11年后(16年生)终期测定树高数据，其平均值列表2，由表2数据进行方差分析列表3。

表2 不同修枝处理树高比较Tab.2 The comparison of tree height with different pruning treatments修枝处理5年生基数/m16年生终测数/m相对增值/%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 不同修枝处理树高方差分析Tab.3 Variance analysis of tree height with different pruning treatments变异来源离差平方和自由度均方F值Sig值修枝强度间0.14030.0470.708-0.577本底基数间1.15311.15317.521-0.004误差0.46170.066校正的总计4.37711 注:∗∗代表差异极显著,∗代表差异显著,-代表差异极不显著,下同。

由表2可知：不同处理树高基数和终值的排序一致，均是C>A>D>B，处理A、B、C、D相对基数增值分别为97.75%、98.18%、98.37%和98.80%，体现为11年期间树高增长十分接近；3种修枝处理A、 B、C与不修枝比，树高增益分别为-1.05、-0.62、-0.43个百分点，说明修枝对树高生长略有负面影响，且随着修枝强度的增强，呈负面影响加大的趋势[10]。从表3树高的进一步方差分析得知，修枝处理间FH=0.708，Sig=0.577，不同修枝强度处理之间树高生长没有显著性差异，修枝对树高生长的负面影响极小，1.05个百分点以内的降低可以忽略不计。

3.1.2 胸径生长比较 各处理修枝前胸径基数及修枝11年后胸径终值列表4，由表4数据所作方差分析结果列表5。

表4 不同修枝处理胸径比较Tab.4 The comparison of tree DBH with different pruning treatments修枝处理5年生基数/cm16年生终测数/cm相对增值/%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 不同修枝处理胸径方差分析Tab.5 Variance analysis of tree DBH with different prun-ing treatments变异来源离差平方和自由度均方F值Sig值修枝强度间0.02130.0071.170-0.387本底基数间2.32012.320406.78-0.000误差0.04270.006校正的总计6.64711

由表4数据可知,不同处理胸径终值相比基数的相对增值比例基本接近，处理A、 B 、C、 D 分别增长96.77%、97.66%、98.04%和97.82%；不同修枝强度与对照(CK)比较，A、B、C处理胸径增益分别为-1.05、-0.16、0.22个百分点，修枝对胸径生长有轻微影响，修枝强度大胸径有1.05个百分点的减少，修枝强度小胸径反而有0.22个百分点的增大[11]。将胸径数据进一步方差分析(表5)可见，修枝处理间FD=1.170，Sig=0.387，证实了不同修枝强度处理之间胸径大小没有显著性差异，修枝对胸径生长的影响甚微，最大降幅在1.05个百分点以内可以忽略不计。

3.1.3 材积生长比较 以公式(1)(D为胸径，H为树高)计算每木材积，再统计4处理3重复12块修枝标准地杉木材积基数及修枝11年后终数平均值列表6，由表6数据所作方差分析结果列表7。

由表6可知,不同处理5年生至16年生期间，材积增长均相当迅速，且不同处理相比基数的相对增值比例较接近，处理A、 B、C、 D 分别增长608.5%、609.4%、612.4%和611.0%；3种修枝强度A、B、C与对照(CK)比较，材积增益分别为-2.5、-1.6、1.4个百分点，存在3.9个百分点的波动；重度修枝材积有2.5个百分点的减产，轻度修枝材积反而有1.4个百分点的增产，其原因是杉木枯枝、衰老枝主要集中在底部0～3 m范围内，叶片叶绿素含量低，光照强度弱、时间短，物质积累抵不上付出，轻度修枝主体是这部分枝条，有利于材积生长，重度修枝去除了相当部分的营养积累枝，从而导致材积量有所降低[12]。将材积数据进一步方差分析(表7)可见，修枝处理间FV=2.385，Sig=0.155，证实了不同修枝强度处理之间立木材积没有显著性差异，修枝对立木材积的影响甚微，最大降幅2.5个百分点是在可承受范围之内。

表6 不同修枝处理材积比较Tab.6 The comparison of tree individual volume with different pruning treatments修枝处理5年生基数/(m3·株-1)16年生终测数/(m3·株-1)相对增值/%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 不同修枝处理材积方差分析Tab.7 Variance analysis of tree individual volume with different pruning treatments变异来源离差平方和自由度均方F值Sig值修枝强度间0.007 1430.002 382.385-0.155本底基数间0.009 110.009 110.063误差0.00770.001校正的总计0.017 111

3.2 林下光照强度比较

第一次、第二次、第三次修枝后各处理林下、林外光照强度及其光照率数据列表8，各处理、各年份的光照率见图1。

表8 不同修枝处理光照强度比较 Tab.8 The comparison of tree light intensity with different pruning treatments修枝处理5年生时第一次修枝后8年生时第二次修枝后11年生时第三次修枝后光照强度/lx林冠下林外光照率/%光照强度/lx林冠下林外光照率/%光照强度/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和图1可知，不同修枝强度处理林冠下光照率明显地随着修枝强度的降低呈现出减少的趋势，按处理平均，随着A、B、C和对照修枝强度的降低，林冠下光照率逐渐减少，分别为32.44%、20.53%、14.44%、7.14%，从大到小的三个修枝强度，林冠下光照率分别比对照(不修枝)提高25.30、13.39和7.30个百分点，说明修枝在一定程度上提高了林下光照环境，且修枝越多效果越明显。另外，随着修枝次数的增加，林冠下光照率明显呈现出逐渐增加的趋势，按三次修枝时间平均，第一、第二、第三次修枝后的林冠下光照率逐渐增加，分别为15.08%、22.64%、29.69%，相比当次对照分别提高9.25、15.45和21.29个百分点，说明修枝次数越多效果越明显[13-14]。将表8数据进一步方差分析结果表明：不同修枝强度间的林冠下光照率存在极显著差异，F(3,6)=12.44，Sig=0.005<0.01；不同修枝次数后(3个年份间)的林冠下光照率差异接近显著水平，F(2,6)=4.87，Sig=0.054>0.05,充分证实了修枝对提高林下光照环境的显著影响。

3.3 林下植被种类、鲜重比较

空白(修枝前5年生时)、第一次修枝后(8年生时)、第二次修枝后(11年生时)、终值(16年生时)的林下植被种类和鲜重数据列表9，各处理、各年份平均值见图2。

表9 不同修枝处理植被比较 Tab.9 The comparison of tree vegetation with different pruning treatments修枝处理空白(修枝前5年生时)一次修枝后(8年生时)二次修枝后(11年生时)终值(16年生时)物种/个鲜重/(g·m-2)物种/个鲜重/(g·m-2)物种/个鲜重/(g·m-2)物种/个鲜重/(g·m-2)A348123121445515548B348112771238814496C34892391034612457D(CK)348360472494

由表9和图2可知，随着修枝次数的推进，植被种类和鲜重均逐渐增加[14-15]，林下植被种类由平均3个物种增加到11个物种，增幅267%，林下植被鲜重由48 g·m-2增加到399 g·m-2。不同处理对比，修枝前空白基数植被种类和鲜重一致，均是3个植被鲜重48 g·m-2；3种修枝强度处理后林下植被种类和鲜重相比对照均有提升，且明显地随着修枝强度的增强呈现出提升幅度越大的趋势，以16年生调查结果看，处理A林下有盐肤木、茶叶、杜鹃、金樱子、葛藤、海金沙、野萄葡、钩藤、飞蓬、大芒、苦菜花、兰草、铁芒箕、乌厥、苔藓15种植物，其他处理也是其中的某些种，处理A、B、C的林下植被种类相比对照分别增多275%、250%、200%，林下植被鲜重分别增加483%、428%、386%。 表9数据进一步方差分析结果表明：不同修枝强度间的林下植物种类存在极显著差异，F(3,9)=10.29，Sig=0.003<0.01；不同修枝次数的林下植物种类也存在极显著差异，F(3,9)=8.58，Sig=0.005<0.01；不同修枝强度间的林下植被鲜重存在极显著差异，F(3,9)=11.13，Sig=0.002<0.01，不同修枝次数的林下植被鲜重也存在极显著差异，F(3,9)=7.27，Sig=0.009<0.01，充分证实了修枝能极显著提高林下植物种类和生物量。

4 结论与讨论

(1) 设置分3个年度修枝高度至6、5、4 m和不修枝A、 B、C、D(对照)四个处理，结果表明修枝强度和次数对杉木生长的影响没有达到显著差异水平，相比对照A、 B、C处理材积增益分别为-2.5、-1.6、1.4个百分点，波动范围小。高强度修枝对杉木生长有轻微负面影响，低强度修枝有轻微正面影响，这与修去的杉枝提供营养能否满足自身消耗有关。

(2) 不同修枝强度和次数的林冠下光照率均存在极显著差异，A、 B、C处理比对照分别提高25.30、13.39、7.30个百分点，第一、第二、第三次修枝后相比试验前基数分别提高9.25、15.45、21.29个百分点，说明修枝对提高林下光照环境有显著影响。

(3) 不同修枝强度和次数的林下植被种类和鲜重均存在极显著差异，处理A、B、C的林下植被种类相比对照分别增多275%、250%、200%，林下植被鲜重分别增加483%、428%、386%；随着修枝次数的推进，林下植被种类由平均3个增加到11个，植被鲜重由48 g·m-2增加到399 g·m-2，说明修枝对提高林下生物多样性和生物量有重大作用。

(4) 修枝是生产杉木无节、少节材的有效方法，对立木生长影响不大,建议生产单位根据本身需求分多年度开展适当强度的修枝。