修枝对云南松林分结构及生长影响的分析

李杨涛 李莲芳 杨文君 凌莉芳 马 敬 吴柏良 叶桂荣 吴俊多沈 松 杨历雨 李卫冲 龚建斌 郑树宏

(1. 西南林业大学林学院，云南 昆明 650224；2. 宜良禄丰村林场，云南 昆明 652211)

云南松 (Pinusyunnanensis) 别名飞松、青松、铁甲松，松科 (Pinaceae) 常绿针叶乔木[1]，是西南山区特有树种，也是云南省主要的造林树种之一[2]，具有生长迅速、适应性强、耐干旱瘠薄、木材用途广泛等特点，常作为分布区内荒山造林的先锋树种[3-4]，其在云南经济、社会和环境的可持续发展中具不可替代的重要作用。

林分结构是森林经营的理论基础，树种组成、林分密度、林龄及林木直径 (含径阶结构)、断面积、树高、蓄积等指标都可反映林分结构[4]。在樟子松 (P.sylvestrisvar.mongolica)、侧柏 (Platycladusorientalis) 和天然更新云南松的直径结构研究中，径阶呈现正态分布，认为其属稳定生长的林分[5-10]；云南松中龄人工林研究指出适宜林分密度控制有利于林分结构的稳定，促进林分生长[11-13]。通过修枝人为的去除枯枝或部分活枝，可改善林木生长，是森林培育的重要措施之一[4]。对我国主要造林树种红松 (P.koraiensis)、油松 (P.tabuliformis)、华北落叶松 (Larix-principisrupprechtii)、南方红豆杉 (Taxuschinensisvar.mairei)、秃杉 (Taiwaniaflousiana)、杉木 (Cunninghamialanceolata)、杨树 (Populusspp.)、白桦 (Betulaplatyphylla) 等进行修枝的研究结果表明，适宜的修枝促进林木生长和提高林木质量，是构成优质丰产人工林培育的重要技术环节之一[14-27]。云南松幼龄林修枝方式和强度的文献未查及。本研究对宜良禄丰村林场尖山林区1 m × 2 m × 5 m非均匀密度控制造林的云南松人工幼龄林采用L4(23) 正交设计 (增加不修枝和重度修枝的2个对照) 开展修枝方式和强度的试验，并于修枝前后对林分进行调查，分析修枝对人工林的幼林结构及林木生长的影响，探究云南松幼林抚育的方法，为云南松生产实践提供依据。

1 试验地概况

研究地位于昆明市宜良县禄丰村林场尖山林区，属滇中地区典型的亚热带季风气候，年均气温17.5 ℃，绝对最高温31.5 ℃，绝对最低温-5 ℃，年均降雨量995.3 mm，年相对湿度68%左右[25]。调查林分位于东经103°09′54.7″，北纬24°33′70.7″之间，海拔约1 970 m，土壤类型为红壤，林地坡度10°～15°。调查林分为弥渡第1代无性系种子园种子2年生实生苗造林，容器规格底 × 高为12 cm × 15 cm；采用1 m × 2 m × 5 m (2 865株/hm2) 的非均匀密度控制造林，调查林分的林地总面积约0.318 hm2，每一处理组合分别为0.048、0.051、0.059、0.067、0.058和0.036。2015年首次进行每木检尺调查后修枝 (林龄为10 a)，于2017年修枝2 a后第2次调查 (林龄为12 a)。

2 材料与方法

修枝前后胸径采用2 cm划分径阶，根据径阶划分结果，计算各径阶的株数频率、树高、胸高断面积等。首次调查后开展修枝试验，试验因素包括修枝方式 (A) 和保留侧枝轮数 (即从顶梢往下数保留的侧枝轮数，B)，每个因素包括2个水平，即修枝方法为砍刀修枝 (A1) 和手锯修枝 (A2)，保留枝轮数为3轮 (B1) 和4轮 (B2) (表1)，采用L4(23) 正交设计进行试验实施。

表1 试验因素水平Table 1 Factors and levels of the experiment

试验包括4个处理组合，处理组合1～4分别为A1B1(砍刀修枝保留3轮)、A1B2(砍刀修枝保留4轮)、A2B1(手锯修枝保留3轮)、A2B2(手锯修枝保留4轮)，分别增加不修枝 (处理组合5) 和重度修枝 (处理组合6：保留2轮侧枝) 2个对照，共6个处理组合，每个处理组合包括2个双行，不设重复，采用样本代重复的方法进行数据分析。

采用Excel 2003和SPSS 19.0软件对测定的数据进行各项指标的分析。

胸高断面积的计算公式：

G=1/4πD2

(1)

式中：G为胸高断面积，cm2；D为胸径，cm；π取3.14。

云南松人工林单株立木材积计算公式：

V=0.000 087 151 050 0D1.954 479 3H0.755 839 5

(2)

式中：V为单株立木材积，m3；D为胸径，cm；H为树高，m。

3 结果与分析

3.1 修枝前后林分结构

3.1.1修枝前后不同径阶株数分布

修枝前，10年生云南松人工林胸径为2.0～14.7 cm (平均为8.3 cm；包括2～14 cm径阶)，集中分布于5.0～10.9 cm，此胸径范围的株数占总株数的83.7%，大于和小于此范围的分别占10.7%和5.6%。修枝2 a后胸径为2.5～16.6 cm (平均为10.3 cm；包括2～16 cm径阶)，集中分布于7.0～12.9 cm，此胸径范围的株数占总株数的76.7% (图1)。

图1修枝前后云南松人工林径阶分布
Fig.1 Diameter grade (DG) distribution ofP.yunnanensis
plantation before and after pruning

修枝前，8 cm和10 cm径阶的林木是构成林分的主要成分，修枝2 a后构成林分的主要成分的是10 cm和12 cm径阶的；各径阶连续分布，修枝前后林分的株数在胸径尺度上均呈正态分布，极大和极小胸径的株数均较少，说明林分属正常生长的林分类型。

3.1.2修枝前后不同径阶树高

修枝前后林分平均树高分别为4.5 m和5.8 m，2 a间树高平均增长1.3 m，增长率28.9%，修枝前后树高均随胸径的增大而增高 (图2)，且修枝前后各径阶树高均呈现极显著差异 (P≈0.000 < 0.01)。修枝前，12 cm和14 cm径阶的平均树高相同且极显著高于其余径阶，树高随径阶的增大而趋于分化降低 (树高变异系数随径阶增大而减小，图2)，即优势木树高生长不受胸径变化的影响；修枝后，14 cm和16 cm径阶的平均树高无显著差异，16 cm径阶的树高极显著高于径阶 ≤ 12 cm的 (图2)，林木树高分化结果与修枝前类似。

大写字母不同表示差异极显著；小写字母不同表示差异显著。

图2修枝前后各径阶树高分布
Fig.2 The distribution of tree heights (THs) for different DGs before and after pruning

3.1.3修枝前后不同径阶断面积分布

修枝前各径阶胸高断面积为3.10～17 770.65 cm2，林分总断面积46 609.08 cm2，8 cm和10 cm径阶的胸高断面积占总断面积的67.56%，是构成林分的主要成分；修枝2 a后，修枝和对照的各径阶胸高断面积分别为6.60～21 909.30 cm2和4.91～3 865.46 cm2，林分总断面积分别为61 061.66 cm2和10 321.40 cm2，修枝的平均单株断面积较不修枝的大 (分别为89.01、80.64 cm2/株)；林分总断面积较修枝前增长53.15%，10 cm和12 cm径阶的占胸高断面积64.18%；8 cm径阶的胸高断面积从修枝前的29.43%下降至修枝2 a后的9.73% (表2)。

修枝前后各径阶总断面积及其比例呈现正态分布，与径阶分布的结果一致，同时，修枝后断面积及其比例也向大径阶方向移动。

3.2 修枝对林木生长的影响

3.2.1胸径生长量

修枝前后平均胸径分别为8.0～8.7 cm和9.7～10.9 cm，最大都是砍刀修枝留枝4轮 (处理组合2)的，修枝2 a后平均增长2.0 cm，增长率24.5%；各处理组合的平均胸径均大于不修枝 (9.7 cm) 和重度修枝 (10.0 cm) 的，且重度修枝的增长率低于不修枝的，手锯修枝的胸径增长率大于砍刀修枝的，留3轮侧枝的胸径增长率大于留4轮的，增长率最大的是手锯修枝留枝3轮枝 (处理组合3；28.65%) 的 (表3)。修枝2 a后各处理组合间平均胸径生长呈现极显著差异 (P≈0.003 < 0.01；修枝前无显著差异，即P≈0.054 > 0.05)，处理组合2的平均胸径极显著的大于处理3～6的，说明修枝方式和修枝强度的不同组合对云南松人工林胸径生长都具有显著的差异影响，重度修枝则抑制胸径生长。

表2 修枝前后不同径阶断面积分布Table 2 Sectional area distribution of different diameter grades before and after pruning

注：对照仅指不修枝部分的。

表3 处理组合的生长量统计Table 3 Growth statistics of different treatment combinations (TCs)

注：大写字母不同表示差异极显著；小写字母不同表示差异显著。

影响胸径生长的主导因子是修枝方式，理论优水平组合为砍刀修枝留4轮侧枝 (A1B2)，与实际结果相同；修枝2 a后，修枝方式的2个水平呈现显著的差异，砍刀修枝的胸径优于手锯的 (表4)。

表4 因素水平的极差分析Table 4 Range analysis of factorial levels

注：大写字母不同表示差异极显著；小写字母不同表示差异显著。

3.2.2树高生长量

修枝前后平均树高分别为4.3～4.8 m和5.5～5.9 m，修枝2 a后，不修枝和重度修枝的树高增长率均低于留侧枝3轮和4轮的，且手锯修枝的树高增长率大于砍刀修枝的，留3轮侧枝的大于留4轮的，树高增长率最大的处理组合与胸径的一致；不修枝对照的林木平均树高呈现生长参差不齐的现象 (修枝后变异系数对照比修枝的分别为18.5%比12.6%～16.7%，表3)。修枝前 (P≈ 0.000 < 0.01) 和修枝2 a后 (P≈ 0.005 < 0.01) 各处理组合间平均树高生长均呈现极显著差异，处理组合2～4的平均树高相同且极显著高于其余处理组合的，处理组合6的平均树高在修枝前虽极显著高于其余处理组合的 (处理组合6与其他为4.8 m比4.3～4.6 m)；由于重度修枝 (修枝后，处理组合6比其他为5.8 m比5.5～5.9 m)反而不利于林木生长；修枝后树高增长率较胸径的高 (树高 比胸径为21.4%～34.2%比20.3%～28.7%，表3)，说明修枝方式和修枝强度的不同组合对云南松人工林的树高生长具有极显著促进或抑制的作用。

影响树高生长的主导因子是修枝方式，树高的理论优水平组合为手锯修枝保留4轮侧枝的 (A2B2)，处理组合2～4的平均树高相同，因此修枝2 a后，理论优水平组合与实际结果一致 (表4)，表明试验结果的可靠性。

3.2.3材积生长量

修枝前后平均单株材积分别为0.017 0～0.020 2和0.030 7～0.037 6 m3，2 a间材积平均增长0.015 4 m3/株，增长率达82.8%；修枝方式和强度组合中，处理组合3 (手锯修枝与保留3轮侧枝的组合) 材积增长率最高 (100.3%)，其胸径和树高的增长率也最高，与砍刀修枝的此3个指标增长率最高相一致；处理组合1～4的平均单株材积及其增长率均大于不修枝和重度修枝的；修枝2 a后，各处理组合间平均单株材积具有显著的差异 (P≈ 0.025 < 0.05)，其中，处理组合2的显著大于不修枝和重度修枝的，其余处理组合无显著的差异 (表3)，即适宜的修枝方式和强度组合全面促进云南松林木生长。影响材积生长及其理论优水平组合与胸径和树高的一致 (表4)。

4 结论与讨论

禄丰村林场尖山林区采用1 m × 2 m × 5 m非均匀密度控制造林的云南松，10 a生人工林径阶分布于2～14 cm，8和10 cm径阶是构成林分的主要成分；其胸径、树高和胸径断面积分别为2.0～14.7 cm、1.5～6.5 m、3.10～17 770.65 cm2。对该林分进行修枝，修枝2 a后，径阶分布于2～16 cm，林分主要由10和12 cm径阶的林木构成，胸径和树高分别为2.5～16.6 cm和2.1～8.3 m，林分平均胸径、平均树高较修枝前分别增加2.0 cm和1.3 m；修枝与不修枝的平均胸径断面积分别为89.01和80.64 cm2/株。修枝方式和保留侧枝轮数的试验中，修枝2 a后，不同处理组合间胸径、树高具有极显著的差异 (P胸径≈ 0.003 < 0.01，P树高≈ 0.005 < 0.01)，材积呈现显著的差异 (P≈ 0.025 < 0.05)；正交的处理组合1～4中，胸径、树高和单株材积增长率均大于不修枝和重度修枝的，此3个指标增长率最高的是手锯修枝留3轮侧枝的。适宜的修枝方式和强度可极显著地促进云南松幼林的生长，林木向更大径阶方向发展。

林分胸径分布可反映其组成结构[4-13]，稳定生长的10 a生云南松人工林径阶株数频率及其胸高断面积和重要值均呈正态分布[28]，修枝2 a后，林分结构与修枝前一致，即通过修枝可延长中幼林结构的稳定发展而降低小径阶林木的比例。

林木修枝通过人为清除林木中下部枯枝或无功能的枝叶，促进林木生长[4]，对10 a云南松修枝结果，与该论点一致。该林分在修枝1 a后出现16 cm径阶[29]，且平均胸径和材积最优的处理组合与修枝2 a后的一致，促进树高生长的处理组合却不一致，也许修枝1 a后对树高生长的促进作用未完全体现。邢尚军等[30]指出林木具有特定促进其生长的冠长，修枝后保留此冠长可极显著地促进林分生长，本研究中保留4轮侧枝极显著地促进云南松生长的结果，可支持以上论点。修枝强度可通过如冠长、冠高比等作为划分，但都以不修枝为对照[14-19]，本研究采用保留侧枝轮数作进行修枝强度指标，也可换算为冠长、冠高比，而且修枝的生长率高于对照的，与已有研究相一致；本文重度修枝抑制林木正常生长也与已有研究结果相一致[18]。树高的平均增长率大于胸径的，此结果支持前人的林木修枝后存在补偿机制的学说，即林木修枝后同化物质在通过树皮切口时，只能沿切口之间的狭窄区域向下运输，强度修枝使切口较多，从而影响同化物质向下运输的速率，造成切口上部同化物质积累，出现树高增长大于胸径的现象[31-32]。本试验中，重度修枝抑制林木生长，一方面针叶树种的针叶多由侧枝部分构成，针叶是光合作用合成有机物质的器官，保留侧枝轮数较少，针叶随之减少，其光合作用产物不能满足此阶段云南松树干迅速生长的需求；另一方面，与林木修枝后的补偿机制有关，即较多的修枝切口，其需要物质和能量进行愈伤补偿，光合产物需要更多地分配至切口进行愈伤，降低了生长的比例构成。基于以上原由，重度修枝抑制林木生长具有其理论依据。

修枝2 a后理论优水平组合和实际结果一致，都是砍刀修枝保留侧枝4轮侧枝组合的林木生长最优，但手锯修枝保留3轮侧枝的林木胸径、树高和材积的增长率最大，此二者的不一致，是否因前者修枝前差异导致，而后者来源于处理组合总体，有待进一步试验研究，因此，建议此类研究进行逐株标记，一一对应进行观测分析。

修枝方式的不同对树体伤害也不一致，枝条直径不同，切口愈合时间也不同。本文中，影响胸径、树高、材积生长的主导因子都是修枝方式，而砍刀修枝因对树体震动较大而较手锯修枝的对树体伤害更大，试验结果则是二者无显著差异[29]，是否与观测的时间较短有关，有待继续观测。

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