林木修枝對(duì)林地環(huán)境的影響研究進(jìn)展論文

摘要：修枝作為一種傳統(tǒng)的森林經(jīng)營(yíng)措施, 在調(diào)節(jié)林分結(jié)構(gòu)、調(diào)控林木生長(zhǎng)、提高木材質(zhì)量、維持林分穩(wěn)定性等方面具有重要作用。探索科學(xué)合理的修枝技術(shù)是國(guó)內(nèi)外林業(yè)科技工作者的研究熱點(diǎn)。文中綜合國(guó)內(nèi)外的研究進(jìn)展, 從林內(nèi)小氣候、林下植被以及林地土壤3個(gè)方面闡述了林木的修枝效應(yīng), 以期揭示林木修枝對(duì)環(huán)境的作用規(guī)律, 為人工林修枝技術(shù)的研究與應(yīng)用提供依據(jù);同時(shí)還初步指出當(dāng)前我國(guó)林木修枝工作中存在的問題, 并提出展望, 為今后的研究和生產(chǎn)實(shí)踐提供參考。

關(guān)鍵詞：林木修枝; 小氣候; 土壤性狀; 林下植被; 間作物;

　　枝條是組成樹冠的主要構(gòu)件, 其發(fā)育和分布狀況影響著樹冠的結(jié)構(gòu)與動(dòng)態(tài)[1]。自然狀態(tài)下, 由于林內(nèi)光照條件限制, 林木會(huì)調(diào)整自身的枝葉量以維持體內(nèi)光合產(chǎn)物均衡, 提高林分穩(wěn)定性。林木的自然整枝實(shí)際上是對(duì)環(huán)境適應(yīng)的結(jié)果[2]。隨著社會(huì)發(fā)展和生活水平的提高, 人們對(duì)木材產(chǎn)品質(zhì)量的要求也越來越高, 依靠林木自然整枝來調(diào)控木材質(zhì)量和林分結(jié)構(gòu)已不能滿足人們迫不及待的需求。當(dāng)前工業(yè)用材林培育的目標(biāo)已從追求單一的速生豐產(chǎn)向追求定向、速生、豐產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、穩(wěn)定與高效等多功能方向轉(zhuǎn)變。人工整枝作為一項(xiàng)基礎(chǔ)性營(yíng)林措施, 可以有效改善木材品質(zhì)[3-8], 同時(shí)也可以改變林內(nèi)環(huán)境和林下生物組成與數(shù)量, 進(jìn)而影響森林生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與演替。

　　人工修枝是一個(gè)復(fù)雜的人為干擾過程, 相關(guān)研究已有很多, 但研究?jī)?nèi)容多集中在修枝技術(shù)及其對(duì)林木生長(zhǎng)和材質(zhì)的影響等方面[9], 往往忽略了修枝對(duì)林地環(huán)境的影響;此外, 在林農(nóng)復(fù)合經(jīng)營(yíng)系統(tǒng)中, 間作物與林木之間存在光照、溫度、養(yǎng)分、水分等多方面的競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系, 確定合理的林木修枝技術(shù)是提高林農(nóng)復(fù)合經(jīng)營(yíng)綜合效益的重要課題。本文將以國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究為依據(jù), 綜合闡述林木修枝對(duì)林內(nèi)小氣候、林地土壤性狀以及林下植被 (間作物) 的影響, 初步指出當(dāng)前林木修枝研究中存在的不足, 以期為今后林木修枝技術(shù)的研究和應(yīng)用提供參考。

1 修枝對(duì)林內(nèi)小氣候的影響

　　1.1 林下光照

　　修枝可以減少下層枝葉數(shù)量, 有效緩解因相互遮陰而導(dǎo)致的光照不足, 同時(shí)有利于培育無節(jié)良材。一般認(rèn)為修枝可提高林分透光率, 并且隨著修枝強(qiáng)度的增大而增強(qiáng)。研究表明, 猴樟 (Cinnamomum bodinieri) 經(jīng)1/3和2/3強(qiáng)度 (修枝后枝下高占樹高的比例) 的修枝后, 林分透光率比對(duì)照分別提高30%和80%[10];30%、40%及50%修枝強(qiáng)度的杉木 (Cunninghamia lanceolata) 林分透光率分別比對(duì)照提高0.30、1.04和2.11倍[11]。修枝會(huì)引起林分葉面積指數(shù)降低, 但降低幅度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于林分透光率增大的幅度。段愛國(guó)等[11]研究發(fā)現(xiàn), 40%的修枝強(qiáng)度約降低20%的林木葉面積, 對(duì)材積生長(zhǎng)影響不大, 但能提高1倍左右的透光率。

　　修枝能改變林下光照強(qiáng)度, 徐立軍等[12]對(duì)毛白楊 (Populus tomentosa) 進(jìn)行修枝試驗(yàn)發(fā)現(xiàn), 隨著修枝強(qiáng)度的增大, 林地相應(yīng)位置的光照強(qiáng)度會(huì)成倍增強(qiáng)。陳作州等[13]研究認(rèn)為, 與對(duì)照相比, 在修枝林木不同距離和不同方位的林下光照強(qiáng)度明顯不同, 總體而言, 修枝后林下光照強(qiáng)度可提高10%左右。高峻等[14]認(rèn)為, 林木株行距不同, 則行內(nèi)的光照強(qiáng)度日變化以及行間光照強(qiáng)度日變化差異明顯。

　　修枝能增加林下光合有效輻射, 提高幅度約為對(duì)照林地的39.7%~98.9%[15], 并隨著修枝強(qiáng)度的增加而增加。另外, 在不同生長(zhǎng)階段修枝對(duì)林分透光率的影響存在差異, 段愛國(guó)等[11]研究表明, 從年生長(zhǎng)初期到年生長(zhǎng)末期依次進(jìn)行修枝, 林分透光率的增加幅度逐漸減小。受樹冠投影位置與遮蔽范圍的影響, 修枝后往往表現(xiàn)出上午和下午林內(nèi)光照強(qiáng)度增加的幅度大, 而中午因樹冠投影處于樹冠正下方, 遮陰范圍小, 此時(shí)修枝林分的林下光合有效輻射增加幅度較小[15-16]。

　　1.2 林下氣溫與濕度

　　修枝在增加林下光照強(qiáng)度和光合有效輻射的同時(shí), 也會(huì)改變林下氣溫和相對(duì)濕度。一般認(rèn)為修枝強(qiáng)度越大, 增溫和減濕的作用越明顯。Sharma和Singh[17]對(duì)芒果樹 (Mangifera indica) 進(jìn)行研究后認(rèn)為, 修枝能明顯提高林內(nèi)氣溫, 降低空氣相對(duì)濕度;孫尚偉等[15]研究了不同修枝強(qiáng)度對(duì)楊農(nóng)復(fù)合經(jīng)營(yíng)生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)小氣候的影響, 結(jié)果表明, 隨著修枝強(qiáng)度的增加, 林內(nèi)光照強(qiáng)度增強(qiáng), 林下氣溫和植物葉表溫度顯著升高, 而空氣相對(duì)濕度逐漸降低, 且越接近正午, 這種趨勢(shì)越明顯;李厚芳等[18]對(duì)楊-麥復(fù)合經(jīng)營(yíng)模式的修枝試驗(yàn)也得到了相似的結(jié)果。修枝后林木不同冠層處的氣溫和相對(duì)濕度的差異會(huì)有所減小[17]。修枝會(huì)加大林內(nèi)晝夜的溫差和空氣相對(duì)濕度差異, 因?yàn)樵谔栞椛漭^強(qiáng)的白天, 修枝林分的林下光照強(qiáng)度和氣溫往往高于不修枝林分, 空氣相對(duì)濕度則低于不修枝林分, 而早晚時(shí)分, 修枝與不修枝林分之間的差異較小[16,19]。

2 修枝對(duì)林地土壤性質(zhì)的.影響

　　2.1 物理性質(zhì)

　　通過修枝能在一定程度上改善林地土壤物理結(jié)構(gòu)。高云昌等[20]對(duì)白榆 (Ulmus pumila) 人工固沙林的研究表明, 修枝后林地土壤容重降低了1.24%, 總孔隙度、毛管孔隙度與非毛管孔隙度分別增加了3.46%、3.37%和3.86%, 但可能由于修枝時(shí)間較短, 與對(duì)照相比沒有顯著性差異;梁元瑞[21]對(duì)杉木人工林的試驗(yàn)也表明, 修枝3年后, 林地土壤的容重會(huì)有所降低。修枝后如果枝葉保留在林地中, 則可較好地保護(hù)表層土壤免受雨滴擊濺, 減少地表水分蒸發(fā), 減緩地表徑流流速, 在改善林地土壤物理結(jié)構(gòu)的同時(shí)增加土壤對(duì)水的涵養(yǎng)能力[22]。

　　不同土層含水量對(duì)修枝的響應(yīng)存在差異。孫尚偉等[15]發(fā)現(xiàn), 修枝會(huì)減少楊農(nóng)復(fù)合經(jīng)營(yíng)林分表層土壤的含水量, 但會(huì)增加深層土壤的含水量。Jones等[23]對(duì)牧豆樹 (Prosopis juliflora) 、阿拉伯金合歡樹 (Acacia nilotica) 2種林農(nóng)復(fù)合經(jīng)營(yíng)的林分進(jìn)行修枝試驗(yàn)也發(fā)現(xiàn), 修枝會(huì)顯著降低淺層土壤的含水量, 而深層土壤的含水量卻高于未修枝林分。土壤含水量分布出現(xiàn)差異的原因:一方面是由于修枝使林下光照增強(qiáng), 土壤溫度提高, 導(dǎo)致土壤水分蒸發(fā)加劇;另一方面是由于氣溫增高, 林下間作物蒸騰速率提高, 作物耗水量增多, 而作物的根系主要分布在淺層土壤中, 所以修枝后淺層土壤的水分消耗量增多。深層土壤中林木的根系占絕對(duì)優(yōu)勢(shì), 修枝處理后減少了樹木葉面的水分蒸騰, 導(dǎo)致樹木根系吸水減少, 因而深層土壤含水量高于對(duì)照林分。

　　2.2 化學(xué)性質(zhì)

　　修枝在改變林分結(jié)構(gòu)的同時(shí), 也改變了土壤物理性狀, 致使土壤化學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化。高云昌等[20]研究發(fā)現(xiàn), 修枝后土壤有機(jī)質(zhì)和堿解氮含量有所增加, 而速效磷和速效鉀含量有所降低。Chesney[24]對(duì)刺桐 (Erythrina poeppigiana) 進(jìn)行為期1年的試驗(yàn)后認(rèn)為, 修枝在短期內(nèi)對(duì)土壤凈礦化作用和凈硝化作用無顯著影響, 但能明顯抑制林木細(xì)根的分布, 因此可以調(diào)控林木與間作物對(duì)土壤養(yǎng)分的競(jìng)爭(zhēng)。Duguma等[25]和Kadiata等[26]對(duì)銀合歡 (Leucaena leucocephala) 和墨西哥丁香 (Gliricidia sepium) 等豆科植物研究表明, 修枝能顯著提高土壤全氮含量, 但會(huì)降低土壤20%的固氮速率。

　　Peter等[27]在肯尼亞對(duì)阿拉伯膠樹 (Acacia saligna) 進(jìn)行研究后認(rèn)為, 修枝會(huì)增加土壤無機(jī)氮和鉀流失的風(fēng)險(xiǎn)。Teklay[28]、佘宇晨等[29]認(rèn)為, 修枝產(chǎn)生的大量殘落物可增加林地土壤全碳和全氮含量, 經(jīng)過分解能顯著增加土壤氮磷鉀等養(yǎng)分含量。但也有研究者認(rèn)為雖然修枝能在短期內(nèi)增加凋落物數(shù)量, 但是從長(zhǎng)遠(yuǎn)看會(huì)減少林地土壤凋落物的輸入量, 從而對(duì)土壤肥力和林下植被產(chǎn)生負(fù)面影響[30-31];劉西軍等[32]對(duì)河灘地楊樹林修枝前后的土壤養(yǎng)分進(jìn)行對(duì)比研究發(fā)現(xiàn), 修枝會(huì)降低林地土壤全氮含量, 但對(duì)全磷、有效磷和速效鉀含量影響不顯著。由此可見, 修枝對(duì)林地土壤化學(xué)性質(zhì)的影響比較復(fù)雜, 修枝強(qiáng)度和頻率、修枝凋落物的管理方式、樹種種類和林下植被狀況等因素都會(huì)對(duì)林地土壤化學(xué)性質(zhì)以及養(yǎng)分狀況產(chǎn)生影響[33]。

　　2.3 生化性質(zhì)

　　土壤物理和化學(xué)性質(zhì)共同制約著土壤微生物活動(dòng)和土壤酶活性, 而土壤微生物和酶的狀況能反映土壤肥力和林地環(huán)境質(zhì)量[34-35]。土壤微生物量和土壤酶活性與修枝存在一定的關(guān)系。一般認(rèn)為, 林木修枝后自然凋落物數(shù)量減少, 土壤中積累的有機(jī)碳減少, 土壤微生物活性減弱。劉蘭蘭等[36]和Yang等[37]研究發(fā)現(xiàn), 修枝后土壤CO2釋放量降低了12%~18%, 同時(shí)顯著降低了土壤蔗糖酶和β-葡萄糖苷酶的活性。修枝對(duì)土壤細(xì)菌和真菌數(shù)量也有顯著影響, 丁思一等[34]和佘宇晨等[29]研究表明, 修枝會(huì)降低杉木林土壤中的細(xì)菌、真菌和放線菌數(shù)量。也有研究認(rèn)為, 修枝會(huì)增加土壤呼吸, 但持續(xù)時(shí)間短, 容易被根系-土壤調(diào)節(jié)系統(tǒng)恢復(fù)至正常水平[38]。