林木修枝對林地環境的影響研究進展論文

摘要：修枝作為一種傳統的森林經營措施, 在調節林分結構、調控林木生長、提高木材質量、維持林分穩定性等方面具有重要作用。探索科學合理的修枝技術是國內外林業科技工作者的研究熱點。文中綜合國內外的研究進展, 從林內小氣候、林下植被以及林地土壤3個方面闡述了林木的修枝效應, 以期揭示林木修枝對環境的作用規律, 為人工林修枝技術的研究與應用提供依據;同時還初步指出當前我國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實踐提供參考。

關鍵詞：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件, 其發育和分布狀況影響著樹冠的結構與動態[1]。自然狀態下, 由于林內光照條件限制, 林木會調整自身的枝葉量以維持體內光合產物均衡, 提高林分穩定性。林木的自然整枝實際上是對環境適應的結果[2]。隨著社會發展和生活水平的提高, 人們對木材產品質量的要求也越來越高, 依靠林木自然整枝來調控木材質量和林分結構已不能滿足人們迫不及待的需求。當前工業用材林培育的目標已從追求單一的速生豐產向追求定向、速生、豐產、優質、穩定與高效等多功能方向轉變。人工整枝作為一項基礎性營林措施, 可以有效改善木材品質[3-8], 同時也可以改變林內環境和林下生物組成與數量, 進而影響森林生態系統的結構與演替。

　　人工修枝是一個復雜的人為干擾過程, 相關研究已有很多, 但研究內容多集中在修枝技術及其對林木生長和材質的影響等方面[9], 往往忽略了修枝對林地環境的影響;此外, 在林農復合經營系統中, 間作物與林木之間存在光照、溫度、養分、水分等多方面的競爭關系, 確定合理的林木修枝技術是提高林農復合經營綜合效益的重要課題。本文將以國內外相關研究為依據, 綜合闡述林木修枝對林內小氣候、林地土壤性狀以及林下植被 (間作物) 的影響, 初步指出當前林木修枝研究中存在的不足, 以期為今后林木修枝技術的研究和應用提供參考。

1 修枝對林內小氣候的影響

　　1.1 林下光照

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

　　修枝能改變林下光照強度, 徐立軍等[12]對毛白楊 (Populus tomentosa) 進行修枝試驗發現, 隨著修枝強度的增大, 林地相應位置的光照強度會成倍增強。陳作州等[13]研究認為, 與對照相比, 在修枝林木不同距離和不同方位的林下光照強度明顯不同, 總體而言, 修枝后林下光照強度可提高10%左右。高峻等[14]認為, 林木株行距不同, 則行內的光照強度日變化以及行間光照強度日變化差異明顯。

　　修枝能增加林下光合有效輻射, 提高幅度約為對照林地的39.7%~98.9%[15], 并隨著修枝強度的增加而增加。另外, 在不同生長階段修枝對林分透光率的影響存在差異, 段愛國等[11]研究表明, 從年生長初期到年生長末期依次進行修枝, 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, 修枝后往往表現出上午和下午林內光照強度增加的幅度大, 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度和光合有效輻射的同時, 也會改變林下氣溫和相對濕度。一般認為修枝強度越大, 增溫和減濕的作用越明顯。Sharma和Singh[17]對芒果樹 (Mangifera indica) 進行研究后認為, 修枝能明顯提高林內氣溫, 降低空氣相對濕度;孫尚偉等[15]研究了不同修枝強度對楊農復合經營生態系統內小氣候的影響, 結果表明, 隨著修枝強度的增加, 林內光照強度增強, 林下氣溫和植物葉表溫度顯著升高, 而空氣相對濕度逐漸降低, 且越接近正午, 這種趨勢越明顯;李厚芳等[18]對楊-麥復合經營模式的修枝試驗也得到了相似的結果。修枝后林木不同冠層處的氣溫和相對濕度的差異會有所減小[17]。修枝會加大林內晝夜的溫差和空氣相對濕度差異, 因為在太陽輻射較強的白天, 修枝林分的林下光照強度和氣溫往往高于不修枝林分, 空氣相對濕度則低于不修枝林分, 而早晚時分, 修枝與不修枝林分之間的差異較小[16,19]。

2 修枝對林地土壤性質的.影響

　　2.1 物理性質

　　通過修枝能在一定程度上改善林地土壤物理結構。高云昌等[20]對白榆 (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%, 但可能由于修枝時間較短, 與對照相比沒有顯著性差異;梁元瑞[21]對杉木人工林的試驗也表明, 修枝3年后, 林地土壤的容重會有所降低。修枝后如果枝葉保留在林地中, 則可較好地保護表層土壤免受雨滴擊濺, 減少地表水分蒸發, 減緩地表徑流流速, 在改善林地土壤物理結構的同時增加土壤對水的涵養能力[22]。

　　不同土層含水量對修枝的響應存在差異。孫尚偉等[15]發現, 修枝會減少楊農復合經營林分表層土壤的含水量, 但會增加深層土壤的含水量。Jones等[23]對牧豆樹 (Prosopis juliflora) 、阿拉伯金合歡樹 (Acacia nilotica) 2種林農復合經營的林分進行修枝試驗也發現, 修枝會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差異的原因:一方面是由于修枝使林下光照增強, 土壤溫度提高, 導致土壤水分蒸發加劇;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優勢, 修枝處理后減少了樹木葉面的水分蒸騰, 導致樹木根系吸水減少, 因而深層土壤含水量高于對照林分。

　　2.2 化學性質

　　修枝在改變林分結構的同時, 也改變了土壤物理性狀, 致使土壤化學性質發生變化。高云昌等[20]研究發現, 修枝后土壤有機質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]對刺桐 (Erythrina poeppigiana) 進行為期1年的試驗后認為, 修枝在短期內對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根的分布, 因此可以調控林木與間作物對土壤養分的競爭。Duguma等[25]和Kadiata等[26]對銀合歡 (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, 但會降低土壤20%的固氮速率。

　　Peter等[27]在肯尼亞對阿拉伯膠樹 (Acacia saligna) 進行研究后認為, 修枝會增加土壤無機氮和鉀流失的風險。Teklay[28]、佘宇晨等[29]認為, 修枝產生的大量殘落物可增加林地土壤全碳和全氮含量, 經過分解能顯著增加土壤氮磷鉀等養分含量。但也有研究者認為雖然修枝能在短期內增加凋落物數量, 但是從長遠看會減少林地土壤凋落物的輸入量, 從而對土壤肥力和林下植被產生負面影響[30-31];劉西軍等[32]對河灘地楊樹林修枝前后的土壤養分進行對比研究發現, 修枝會降低林地土壤全氮含量, 但對全磷、有效磷和速效鉀含量影響不顯著。由此可見, 修枝對林地土壤化學性質的影響比較復雜, 修枝強度和頻率、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對林地土壤化學性質以及養分狀況產生影響[33]。

　　2.3 生化性質

　　土壤物理和化學性質共同制約著土壤微生物活動和土壤酶活性, 而土壤微生物和酶的狀況能反映土壤肥力和林地環境質量[34-35]。土壤微生物量和土壤酶活性與修枝存在一定的關系。一般認為, 林木修枝后自然凋落物數量減少, 土壤中積累的有機碳減少, 土壤微生物活性減弱。劉蘭蘭等[36]和Yang等[37]研究發現, 修枝后土壤CO2釋放量降低了12%~18%, 同時顯著降低了土壤蔗糖酶和β-葡萄糖苷酶的活性。修枝對土壤細菌和真菌數量也有顯著影響, 丁思一等[34]和佘宇晨等[29]研究表明, 修枝會降低杉木林土壤中的細菌、真菌和放線菌數量。也有研究認為, 修枝會增加土壤呼吸, 但持續時間短, 容易被根系-土壤調節系統恢復至正常水平[38]。