杨柳生物质能源林轮伐萌条性状与其生物量相关性研究

苏雪辉 ，胡建军

(1．焦作市农林科学研究院，河南 焦作 454000；2．中国林业科学研究院林业研究所，北京 100091)

生物质能源林中，杨、柳因其具有生长快、成材早、产量高、易于更新的特点，已成为最适生物质能源林经营树种[1]。生物质能源林中萌条是生物量的重要组成部分，萌条的多寡及其生长量都会直接影响能源林生物量的产出。而目前生物能源林萌条性状与生物量的相关性研究还处于空白状态。探究不同超短轮伐期(1～3 a)[1-2]的生物质能源林生物量与萌条数量、萌条各生长量指标的关系，有助于生物质能源林不同采伐年份中密度的科学设置，提高生物质能源林单位面积、单位时间的有效生物产量。

2006-2012年在河南焦作分别开展了杨树、柳树生物质能源林试验研究，在研究树种、品种以及栽植密度和生长年限对能源林生物量影响的同时，对萌条各性状包括萌条数量、萌条的平均树高生长量、萌条的地径平均生长量、主干萌条树高生长量、主干萌条地径生长量与生物量的相关性进行分析研究。

1 材料与方法

1.1 试验林概况

试验地位于河南省焦作市武陟县三阳乡大李村，地处35°8′N，113°17′E；属温带气候，年平均温度为15.2 ℃，年均降水量为625.4 mm，相对湿度61%，无霜期224 d，年平均日照时数2 434 h，地下水位9 m，土壤pH值为7.2，属沙壤土。试验林于2006年3月营造，总占地面积0.8 hm2。

1.2 试验材料

柳树参试品种分别为苏柳795、苏柳172、苏柳799、杞柳，均引自江苏省林科院，除杞柳是灌木柳，其他3个品种均为乔木柳[3]。杨树参试品种分别为313杨、2001杨、110杨、50号杨、239杨，其中239杨为美洲黑杨种内杂交无性系，50号杨为引进美洲黑杨品种[4-5]，110杨是美洲黑杨×马氏杨派间杂种[5]，2001杨和313杨是2个欧美杨无性系。

1.3 试验设计

杨、柳生物质能源林均采用1年生插穗扦插造林。柳树试验林设置3个密度：30 000株·hm-2，15 000株·hm-2，10 000株·hm-2。每个密度又设3个采伐年限：1年采伐，2年采伐，3年采伐。每个小区为8列×8行的设计；杨树生物能源仅设置10 000株·hm-2密度，3个采伐年限同上，小区为6列×6行的设计；除去2个边行保护行，中间的6×6或4×4区域为采伐测试区；每种密度每个采伐年限分别设置3次重复，各品种随机排列。

采用常规管理，不做任何修枝、抹芽，休眠期采伐。扦插当年冬全部平茬[6]，茬头留5 cm[7]，以抵消插穗质量不均而产生的人为差别。第2年冬，只采伐3个密度中一年一采伐的3次重复，以后依此类推。为充分利用土地资源，缩短试验周期，待一年一采伐试验3次采伐完成后，原址上不同品种、各密度试验连续生长3年再采伐，作为3年一采伐的第3次重复。

1.4 试验调查及处理

调查数据包括不同密度、不同品种、不同采伐年限湿材生物量、含水量的测定和干质量生物量的计算以及萌条数量及萌条生长量。湿材生物量是随采随称，按照实际株数计算出每一次重复的单株生物量，从而计算出3次重复单位面积湿材生物量；含水量的测量取样按不同品种分密度、采伐年限分别重复3次，将样材放入烘箱，85 ℃烘至恒质量，计算出不同样本的含水量；根据含水量计算出单位面积干质量生物量；萌条数量和萌条生长量是每年年末采伐前，在不同密度每一次重复内选择10株代表植株数出萌条数，并实测每一萌条的高度和地径，依数据选择出主干萌条。

1.5 数据处理及分析

对杨、柳能源林不同密度、不同采伐年限的萌条数量、萌条高平均生长量、萌条地径平均生长量、主干萌条高生长量、主干萌条地径生长量5个性状指示与生物量使用SPSS软件进行相关性分析。

2 结果与分析

2.1 萌条数与生物量的相关性

方升佐等认为，能源林的生物质产量与伐桩的萌条数量有一定的关系[8]。杨、柳生物质能源林9个参试品种的不同采伐年限萌条数与生物量的相关性分析结果见表1。

表1 杨、柳各品种3种轮伐期萌条数与生物量相关性

注：*在0.05水平上相关显著；**在0.01水平上相关显著，以下各表同

由表1可清晰看出，杨、柳各品种萌条数与生物量的相关系数差别非常明显。说明树种的生长特性是萌条与生物量关系的重要决定因素之一。

表1中杨树各品种不同轮伐期萌条数与生物量的相关性差别显著：相同密度(10 000株·hm-2)1年和3年轮伐杨树各品种萌条数与生物量均呈负相关，尤其是1年轮伐这种趋势更为突出；2年轮伐则呈现出显著的正相关。柳树各品种在3种轮伐模式下萌条数与生物量的相关性大致趋势正好与杨树相反：1年和3年轮伐柳树各品种不同密度萌条数与生物量多呈正相关，而2年轮伐则多呈负相关，相关性大多不显著。

萌条数量受很多因素影响，如造林树种的生长特性、密度、轮伐期长短、萌芽代数、伐桩粗度等[8]。在小密度种植模式下，伐桩在连年(一年一采伐)采伐的刺激下，会产生越来越多的萌条，而杨树的高大乔本性[9]决定太多的萌条只会分散少数主干萌条生长的营养物质，因此萌条越多，生物量也就越小；两年采伐对伐桩的刺激相对较轻，萌条原生数量明显降低，加之两年的生长周期相对较短，虽仍以主干萌条生长为主，但其他辅生萌条也有一定的生长量，所以出现了显著正相关；而3年采伐的生长周期相对较长，高大乔木的特性促使其主干萌条第1次采伐时多数已达10 cm左右，第2次达20 cm左右，一定范围内(25 cm以下)随着伐桩直径不断增大，萌条数会逐渐增多，但多数萌条在连续3年的生长中受主干萌条抑制，耗费营养物质且生长量不佳甚至逐渐枯死，因此轮伐期为3年的能源林中有效生物量多来自少数的主干萌条，造成萌条数与生物量呈负相关态势。而柳树能源林采伐年限越短且密度越小时，灌木特性越强的品种萌条数与生物量的正相关性越明显；同理，采伐年限越长，密度越大，伴随着采伐刺激次数增加，具有乔、灌两重性的柳树品种的会越来越多地表现出其灌木性，萌条数与生物量的正相关性越来越显著。

2.2 萌条高平均生长量与生物量的相关性

对杨、柳9个参试品种的不同采伐年限萌条高平均生长量与生物量的相关性进行分析，结果见表2。

表2 杨、柳各品种3种轮伐期萌条高平均生长量与生物量相关性

由表2可看出，杨、柳各品种不同轮伐期萌条高平均生长量与生物量的相关性基本一致：1年和2年轮伐杨柳各品种的萌条高平均生长量与生物量呈正相关，即能源林的生物量随萌条高平均生长量增加而增大；而3年轮伐期杨、柳部分品种出现负相关情形。

由于杨树较柳树的乔本性更强，因此其萌条高生长量在影响生物量各因素中的占比更大、相关性更明显一些；2个美洲黑杨50号杨、239杨在具有一定生长空间且生长年限拉长后，其腋芽易萌生成侧枝形成一定冠幅的特性就表现得更为突出，因此，高生长与生物量的正相关被打破。说明对于大型乔木树种的能源林，较短轮伐期萌条平均高是生物量的决定因素之一。

表3 杨、柳各品种3种轮伐期萌条地径平均生长量与生物量相关性

2.3 萌条地径平均生长量与生物量的相关性

对杨、柳9个参试品种的不同采伐年限萌条地径平均生长量与生物量的相关性进行分析，结果见表3。

由表3可得出，在生物质能源林生物量的各影响因素中，杨树萌条地径平均生长量的影响力不及萌条平均高生长量；而在柳树能源林中该指标的影响却有明显提高，尤其是随着密度增大萌条数减少时，萌条地径生长量与生物量的正相关程度提高。说明杨树各品种在不同轮伐期径生长没有高生长整齐度好，特别是随萌条生长年限的拉长，各萌条径粗差距拉大；而柳树在各轮伐期萌条径生长的整齐度相对较高。

2.4 主干萌条高生长量与生物量的相关性

对杨、柳参试品种的不同轮伐期能源林主干萌条高生长量与生物量的相关性进行分析，结果见表4。

表4 杨、柳各品种3种轮伐期主干萌条高生长量与生物量相关性

从表2、表4可知：杨树各品种3种轮伐期各相关程度极其相似，只是主干萌条高生长量与生物量的正相关性更为显著；并且依然存在50号杨、239杨两个美洲黑杨因其腋芽易萌生形成一定冠幅，从而在增加生物量的同时降低了主干萌条高度的生长量，使其呈现负相关性。

柳树各品种1年轮伐期主干萌条高生长量与生物量均呈正相关，且大多数达显著或极显著，说明1年轮伐期柳树林分各品种不同密度生物量与主干萌条高生长量有较大关联性；3年轮伐随着密度加大主干萌条高生长量与生物量多呈负相关，说明密度越密导致萌条生长不均是其主要原因。

综合表2、表4杨树各品种相关性，对于大型乔木树种的能源林，其较短的轮伐期萌条平均高以及主干萌条高均是生物量的重要决定因素；对于轮伐期较长的能源林，只有腋芽不易形成大型侧枝的欧美杨[10]其生物量能以主干萌条高做参考依据。

2.5 主干萌条地径生长量与生物量的相关性

对杨、柳9个参试品种的不同采伐年限能源林主干萌条地径生长量与生物量的相关性进行分析，结果见表5。

表5 杨、柳各品种3种轮伐期主干萌条地径生长量与生物量相关性

从表5来看，杨、柳各品种绝大部分数值都呈正相关，两个负相关的例外也有其各自存在的原因：50号杨3年轮伐呈负相关原因同前，主要是由于其美洲黑杨腋芽易萌生成粗大侧枝形成一定冠幅，极大降低主干萌条地径生长量与生物量的正相关性；杞柳是一个典型的灌木柳品种，一般情况下其自然萌条多且生长量相对均匀，但在种植密度小时，各萌条生长量明显拉开距离，主干萌条地径与生物量都没有强的相关性。同样的现象也存在于主干萌条高生长量与生物量的相关性(表4)。轮伐期相对较长的3年采伐模式下，随着密度增加至最密，各萌条的生长量也会出现一定的差距，但相对较小密度模式下差距小。对比各表不难发现，表2、表3中杞柳萌条平均生长量与生物量呈正相关，表4、表5中主干萌条的生长量与生物量依然正相关。这也是灌木柳生长特性的另一种表现形式。

3 结论

树种的生长特性是萌条数与生物量关系的重要决定因素，同样能源林的密度、轮伐期影响萌条数与生物量的相关性。

大型乔木树种营造能源林时，较短轮伐期萌条平均高以及主干萌条高能够做为生物量的重要决定因素；对于较长轮伐期，只有腋芽不易形成大型侧枝的乔木品种其生物量能以主干萌条高做参考依据。

美洲黑杨营造生物质能源林时，需要考虑其腋芽易萌发形成粗大侧枝的生长特性采取科学的种植密度以获得最大的生物量。

在萌条数量、萌条高平均生长量、萌条平均地径生长量、主干萌条高生长量、主干萌条地径生长量5个性状指标中，主干萌条地径生长量与生物量正相关关系最为密切，其反映生物量的参考范围最广。