3 修枝对林下植被和林下间作物的影响
3.1 林下植被
林木修枝对林下植被影响的研究主要集中在林下植被多样性及生态系统稳定性等方面, 林下植被多样性主要体现在物种数量、生物量、覆盖度、多样性指数等方面, 此外还包括林下动物多样性、病虫害情况等[22]。
多数研究认为, 随着修枝强度的加大, 林内透光率提高, 有利于林下植被的生长, 从而会提高林下植被的数量。Schmidt和Wardle[39]研究表明, 修枝能促进北美圆柏 (Juniperus virginiana) 林下草本植物的生长, 有利于维持物种多样性;陈孝丑[40]对4年生杉木幼林进行连续2年不同强度修枝处理得出, 修枝林分的林下灌木层、草本层和总体植物总数、盖度、生物量、重要值和Shannon-Wiener多样性指数以及林下植被均匀度均高于未修枝林分, 且林下植被的覆盖度、生物量随着修枝强度的增加而增加。
修枝能促进林下幼苗更新, 高云昌等[20]研究发现, 经过修枝的白榆林下更新幼苗数量显著增加, 比对照提高了17.94%;Torras和Saura[41]研究了不同更新方式和抚育措施对6种森林生物多样性指标的影响表明, 修枝能够增加灌木物种丰富度。Moya等[42]对火灾后5年和10年的地中海松 (Pinus halepensis) 林分进行修枝得出, 对幼龄林进行强度修枝能够改善林分结构和植被多样性。Corley等[43]在Patagonia地区的研究认为, 松树人工林早期修枝 (即树冠郁闭前) 可显著减少害虫数量。
3.2 林下间作物
建立多种群、多功能、多效益、高产出的林农复合系统, 需要克服作物与林木之间光照、土壤养分、水分等多方面的相互竞争。林农复合系统中, 间作物的产量与林下环境条件密切相关, 一般认为林冠遮荫是林下作物减产的主要原因[44-46]。修枝可大大改善林下作物的光照条件, 弱化林农间的光竞争, 提高林下作物产量[33,47-49]。陈作州等[13]研究发现, 在修枝增加10%左右的林地光照强度的情况下, 林内小麦 (Triticum aestivum) 产量可提高3%~7%。
不同树种与林下间作物的竞争能力不同, 因此修枝产生的影响也有所差异。Jones等[23]在半干旱地区的研究结果表明, 修去牧豆树 (Prosopis juliflora) 一半左右的树冠会显著改善林下作物高粱 (Sorghum bicolor) 的光照条件, 有利于增加产量, 而采取相同修枝处理的阿拉伯金合欢 (Acacia nilotica) 对林下间作物的影响却不显著。修枝不仅减少了林木地上部分对光、热等资源的竞争, 还会减少牧豆树地下的根系密度, 降低对地下资源的竞争, 有利于满足间作物的需求。修枝能有效维持林农复合生态系统内水分的平衡, 增加林下作物的气孔导度, 提高作物光合速率和蒸腾速率[15,50]。当然, 林木修枝对林下植被气孔导度的影响因时而异, 一般在上午和中午影响比较明显;修枝强度越大林下植被的光合速率、蒸腾速率越大, 且上午和中午的促进作用大于下午[5,51]。
修枝能提高林下间作物的产量, 且随着修枝强度的增加增产效果增大。徐立军等[12]在对杨粮复合经营系统中的杨树进行修枝后发现, 随着林木修枝强度的增大, 间作物花生 (Arachis hypogaea) 的产量和生物量也随之增加;秦柱南等[52]对L35杨林分进行修枝试验表明, 修枝能显著增加林下冬小麦的穗数、单穗籽粒数、千粒重和产量, 且随着修枝强度增大提升幅度也增大, 与对照相比产量最高能提高6倍。
对不同间作物而言修枝产生的增产途径和增产效果有所不同, 例如林木修枝后林下间作物玉米 (Zea mays) 主要通过增加穗数而增产, 小麦则主要通过增加千粒重和单穗籽粒数增产[53]。Siriri等[54]研究发现, 林下间作大豆的产量比间作玉米更接近于纯农经营样地。在相同修枝条件下, 林下间作小麦和玉米分别增产10%~171%和46%~399%, 可见修枝对玉米的增产效果大于小麦[51]。
Chandrashekara[55]研究认为, 要使林下间作物产量达到最高, 理论上需要修剪50%~90%的树冠, 这在实际生产中往往难以实现, 因为修枝强度的确定除了要考虑林下植被生长对环境的需求, 更重要的是要考虑树木材积生长、劳动力投入成本、经济效益、甚至林地土壤肥力供给能力等问题。Bertomeu等[56]对云南石梓 (Gmelina arborea) 与玉米的林农复合经营系统进行修枝试验发现, 修枝强度越大, 林下间作物产量越高, 但修枝强度过大会导致林木直径生长明显受抑, 材积生长量明显减小。所以研究林木修枝效应要综合考虑多方面因素, 在确保目的树种较快生长的前提下充分发挥林地资源的综合效益和长期效益。
4 研究展望
近年来, 我国开展人工修枝的树种主要有杨树、红松 (Pinus koraiensis) 、马尾松 (Pinus massoniana) 、泡桐 (Paulownia tomentosa) 、油松 (Pinus tabuliformis) 、杉木等[40,47,57-61]。对修枝技术方面的研究主要包括修枝时间、修枝强度、修枝方式等;对林木修枝效应的研究多数集中在林木生长、材质等方面;而对林地环境影响的研究仅集中在少数林农复合经营系统中, 缺乏对天然林、工业用材林等多功能林分的研究, 与发达国家相比尚存在较大差距, 面临着较多问题[9]。今后有必要对以下问题开展系统、深入的研究。
1) 对修枝的基础理论问题研究不足。修枝对象主要是枝条, 而枝条是叶片的载体, 是光合产物、水分和养分的传输者, 枝条的生长发育状况和着生部位影响着树冠结构和林分结构。树木枝条和叶片的生长发育规律及其与环境的关系是确定修枝时间和修枝强度的重要因素, 今后有必要开展相关研究。此外, 有必要进行长期的定位试验, 掌握林木修枝对林内小气候、土壤理化性质和林下植被的影响机理和影响状况, 为科学调控林分的物种结构和空间结构, 促进林分可持续经营和高效经营提供理论依据。
2) 研究涉及的树种种类偏少, 林分类型比较单一, 且多数研究只是简单比较不同修枝处理之间的差异, 产生差异的原因尚不明确。如量化林木修枝强度对林地光照的影响, 需根据树种、林木生长发育状况、林分结构、季节、林下植被的需求 (如光饱和点、光补偿点) 等指标, 科学合理地确定适宜的修枝强度、修枝时间和修枝频率。
3) 缺乏林地效益的综合评价。在考虑林分生长效果和生态效益的同时, 应考虑经济效益和社会效益, 综合分析经济成本与产出, 以确定合理的修枝技术, 确保其具有实用性和可行性。参考文献
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