馬永春,佘誠棋, 方升佐

(1.安徽林業(yè)職業(yè)技術學院, 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，得出的結論不盡相同[3-4]。有學者從光響應曲線、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體系提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地設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3個重復。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。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各評價指標權重的確定。采用各評價指標的樣本標準差，構建判斷矩陣，根據(jù)矩陣求出最大特征根所對應的特征向量，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，并結合權重，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個評價指標的權重值，對應的指標依次為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年的研究結果表明，兩種株行距的I-69楊林分對4種修枝方法的響應存在差異?？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)良材的預期目標。

關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系。結果表明，毛白楊不同粗度的側(cè)枝與主干直徑的關系顯著(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，減少了根的非結構性碳水化合物總量。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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