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修枝是促进木材生长、提高木材质量的主要人工林经营措施之一。下层枯枝、病枝、消耗枝等的修剪,可以改变各器官营养物质运输分配过程,从而影响林木的质量[1]。之前已有关于修枝对林木生长影响的研究,但研究结果并不一致。陈森锟等[2]发现随修枝强度的增加,短期内杨树胸径生长率降低,也有研究认为,修枝增加了林木的生长并降低了削尖度[3-5]。修枝对林木生长的作用可能因林分类型、修枝强度以及修枝时间而有所差异[6]。因此,有必要探讨不同强度修枝对林木生长的长期影响,以提高林木的生产价值。
修枝是减少活枝和死枝数量、改变节子状态的直接有效手段。枝条的生长与分布决定着节子的大小与分布,而节子的存在会影响木材纹理的连续性和平整性[7]。已有的研究发现,人工修枝有助于杉木生产无节材,减少节子对木材质量的影响[8]。未经人为干扰培育的树木存在较多的节子,木材质量相对较差,对木材利用造成不利影响[9]。通常,节子在树干的2~8 m之间分布最多,而该部分正是木材利用的核心部位[10]。由于节子分布在树干内部,很难直接观察测量,目前主要是通过外部分支数据估计内部节的特征[11],这在一定程度上限制了对节子大小和分布以及木材质量的准确评估。
木材材性是木材加工利用的关键指标。修枝措施会通过影响节子数量、大小以及分布等,对木材材性产生影响。目前修枝对木材材性影响的结果并不一致。Lee[12]研究认为,减少枝条能够提高云杉的密度和抗压强度。沙子舟等[13]研究发现,重度修枝可以收获高品质无节材,而轻度修枝可以增加木材产量。也有研究认为,一定强度的修枝对木材材性没有显著影响,而过度修枝会降低木材质量[14-15]。因此,深入了解修枝、节子大小和分布、木材材性三者的关系是培育无节良材、提高林木利用价值的关键。
杉木是一种常绿速生针叶树种,居我国人工林面积首位,具有生长迅速、产量高的特点,具有重要的生态和经济价值[16]。然而,近年来,部分地区杉木人工纯林出现生产力低下、质量偏低等问题[17]。因此,本研究以中国科学院会同森林生态实验站2004年种植的杉木人工林为研究对象,于2012年随机进行轻度修枝(保留冠长的75%)和重度修枝(保留冠长的50%)处理,并以未修枝作为对照,分析不同强度修枝对林木生长状况和木材材性的影响,从而为杉木人工林无节材的生产及其可持续经营提供理论指导。
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本研究样地位于湖南省会同森林生态实验站杉木人工林(26° 50′ N,109° 36′ E),海拔300~500 m。该地区属于中亚热带季风性湿润气候,年均温度为16.4 °C,年均降水量为1 200 mm。样地土壤类型为典型的山地红黄壤,质地粘重[18]。
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2004年选择生长良好,基径、树高一致的1年生杉木幼苗,以2 m × 2 m的间隔种植。2012年采用完全随机试验设计,在杉木人工林设置3个处理,分别为对照(未修枝,CK)、轻度修枝(保留冠长的75%,LP)和重度修枝(保留冠长的50%,HP),每个处理6个重复。共设置18个小区,每个小区面积10 m × 10 m。杉木人工林0~10 cm土层的基本理化性质分别为:土壤有机碳含量为19.08 g·kg−1,全氮含量为1.83 g·kg−1,土壤pH(H2O)值为4.32,无机氮含量为19.11 mg·kg−1,有效磷含量为2.24 mg·kg−1[19]。
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2022年7月在18个小区内各选取1株可以代表林分状态的标准木,测量其胸径并在树干上标明南北方向。伐倒后测量并记录每株标准木的树高和根部至树干上每个枝条的高度、状态(死枝或活枝),统计活枝和死枝的数量。随后将树干枝丫打掉,在全树上标明南北方向。自树干基部向上截取4个1 m长的木段并做好标记,分别为0.2~1.2 、2.0~3.0 、4.0~5.0 和6.0~7.0 m。在每株标准木的0.2、1.3 、3.6、5.6 、7.6 、9.6 、11.6 和13.6 m处分别收集5 cm厚的圆盘并在非工作面(上方)标记北方位、断面高度以及树号。
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待收集的所有圆盘稍加阴干,将圆盘工作面(下方)抛光后通过髓心画出东西、南北两条直径线,测量年轮宽度,获取胸径、树高、材积连年生长量以及饱满度等相关数据。其中,分段饱满度(Tr)为树木一定长度的某段主干上端直径与下端直径的比值[20],计算公式如下:
$ T_r=\left(D_{\mathrm{T}} / D_{\mathrm{B}}\right) \times 100 \%$
式中,DT为某段主干上端直径,DB为该段下端直径。
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采用旋切法进行节子特征研究[21]。将每株标准木上截取的4个1 m长的木段用无卡轴旋切机旋切,将旋切好的木板按顺序铺开并对每张单板中的同一节子进行标记。由内而外记录每个节子的状态、数量、相对高度和直径,计算每个节子的长度和体积。通过节子直径变化等特征确定修枝年份,定义从修枝年开始愈合的节子为修枝节,剩余不定期开始愈合的节子为自疏节。
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测定木材的气干密度和绝干密度。在每个标准木有节子和无节子处分别切取20 mm × 20 mm × 20 mm的木材试样,测定弦向、径向和顺纹方向尺寸,得出试样体积V1,并称量试样质量M1,随后将试样烘干至恒质量,立即测量3个方向的尺寸并称量此时的质量M2,得出体积V2。
气干密度计算公式如下:
$ \rho_{\mathrm{w}}=M_{\mathrm{l}} / V_{\mathrm{l}} $
绝干密度计算公式如下:
$ \rho=M_2 / V_2$
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在每个标准木有节子和无节子处分别切取300 mm × 20 mm × 20 mm和20 mm × 20 mm × 20 mm的试样,依据B/T 1928—2009《木材物理力学试样方法》测定木段抗弯强度和抗压强度[22]。
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采用重复测量方差分析和单因素方差分析检验修枝强度对胸径、树高和材积连年生长量影响的差异,采用单因素方差分析和多重比较(LSD)检验修枝对胸径、树高、材积、枝下高、枝条数量、节子数量、体积与长度影响的差异显著性。采用双因素方差分析和多重比较检验修枝和节子有无对木材密度、抗压强度和抗弯强度影响的差异显著性。检验的显著性水平设置为p < 0.05。所有数据分析使用SPSS软件,绘图使用Origin 2021软件。
不同强度修枝对杉木生长和无节材形成的影响
Effect of Pruning on Growth and Knot Free Timber Production of Cunninghamia lanceolata
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摘要:
目的 针对杉木人工林生产力和木材质量降低的问题,开展修枝试验,分析修枝强度对林分生长和无节材形成的影响,以期为杉木无节材培育提供理论依据。 方法 以8年生杉木人工林为研究对象,进行轻度修枝(保留冠长的75%,LP)、重度修枝(保留冠长的50%,HP)和对照(未修枝,CK)3种强度修枝处理, 10年后比较不同强度修枝下杉木胸径、树高、材积、木材物理性质的差异,利用旋切法测量节子数量与大小,探讨修枝对林分生长和无节材形成的影响。 结果 不同强度修枝对杉木胸径、树高、材积和饱满度均没有显著影响,也未影响杉木活枝的枝下高和活枝数量。修枝节的直径、长度和体积均显著低于自疏节,修枝处理也显著降低自疏节的数量。轻度修枝和重度修枝分别使单株节子总直径显著降低27.6%和40.8%,使单株节子总长度显著降低26.4%和32.6%,使单株节子总体积显著降低27.8%和45.0%。与有节部分相比,无节木材的密度显著降低,抗压强度和抗弯强度显著增加。 结论 对杉木人工林宜采用修枝措施,在保持林分生长和材积不降低的前提下,减少节子的数量和体积,以提升杉木外观等级并促进杉木无节材的形成。 Abstract:Objective In order to improve the productivity and timber quality of Chinese fir (Cunninghamia lanceolata), a pruning experiment was carried out in a Chinese fir plantation. The impacts of pruning intensity on stem growth and knot free timber production were analyzed, which aims to provide guidance for cultivation of knot free timber. Method In this study, we performed different pruning intensities in 8-year-old Chinese fir plantation, including light intensity pruning (retaining 75% of crown height, LP), heavy intensity pruning (retaining 50% of crown height, HP) and the control (unpruned, CK). The quantity and size of knots were measured by rotary cutting method. The differences of DBH, height, volume and the quantity or size of knot among different treatments were compared after 10 years of pruning. Results Results showed that pruning had no significant effect on DBH, tree height, volume, plumpness, height of the first living branch and quantity of living branches of Chinese fir. Pruning substantially decreased the quantity of knot of self-pruning, so the diameter, length and volume of knot after pruning were lower than self-pruning knots. LP and HP remarkably reduced total diameter of knot per tree by 27.6% and 40.8%, and total length of knot per tree by 26.4% and 32.6%, and total volume of knot per tree by 27.8% and 45.0%, respectively. Moreover, compared with the knotted wood, the density of knot free timber was significantly decreased, and the compressive strength and bending strength were increased significantly. Conclusion It is appropriate to take pruning measures in Chinese fir silviculture plantations, which can not only effectively reduce quantity and volume of knot, and improve the appearance grade and knot free timber , but also maintain the tree growth and stand volume. -
Key words:
- Cunninghamia lanceolata
- / pruning
- / growth
- / knot
- / physical and mechanical properties
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