西南桦幼林枝条发育的林分密度调控及其机制

Branch development is the key factor influencing stem growth and knot-related defects. Stand density determines the light environment within crown, further affects photosynthetic physiology and leaf nutrition, and is thus closely related to branch development. In the previous studies, researchers mostly focused on the effect of planting density on branch development or the response of photosynthetic capacity and leaf nutrition to light environment within crown gradients, separately. Here in a young Betula alnoides plantation for planting density experiment, branch development attributes are investigated quarterly to reveal dynamics of branch development and its response to planting density. Meanwhile, irradiance, photosynthesis and leaf nutrition along crown gradients are also measured to demonstrate the difference of photosynthetic capacity and leaf nutrition within crown. Combining with shading experiment, the mechanisms that stand density control branch development are further explored. The findings will increase the understanding on natural pruning process, provide theoretical evidences for making plans of stand density control and artificial pruning, and eventually facilitate large-sized high-quality timber production of valuable tree species in China.

枝条发育是决定林木生长以及木材节疤缺陷的关键因素，而林分密度决定冠层光环境，进而影响冠层叶片光合生理特征及养分状况，与枝条发育密切相关。以往学者们大多开展林分密度对枝条发育的影响规律或者光合能力及叶片养分对冠层光环境的响应等单一研究。本项目以西南桦幼龄密度试验林为研究对象，通过定期调查系列密度条件下的枝条发育特征，探明枝条发育动态及其对林分密度的响应；通过定期测定系列密度林分不同冠层的光环境以及叶片光合生理以及养分状况，揭示各密度林分冠层间光环境及叶片光合生理和养分差异，结合冠层遮荫试验，探明西南桦枝条发育的林分密度调控机制。研究成果将增进对于林木自然整枝过程的理解，为合理密度调控和制定修枝方案提供理论依据，从而促进我国珍贵树种优质大径材的培育。

枝条发育对于林木生长和木材质量有决定性作用，如何调控枝条发育是珍贵树种大径级无节材高效培育的关键。本项目以5a生西南桦密度试验林为对象，通过选取林分的优势木对其树冠6m以下所有枝条定位、标记及持续两年的季度生长测定，并分冠层、方位、区域对叶片进行取样测定其形态、养分动态及空间分布格局，测定各密度不同冠层叶片光合能力。研究发现：在2a调查周期内，造林密度对树冠内枝条平均直径和平均长度均无显著影响，但随造林密度增加，枝条平均直径、长度均存在明显降低趋势，且各密度处理间直径、长度季度增量在部分季度内达差异显著水平。冠层与枝条平均直径和长度呈显著正相关，冠层间枝条直径和长度季度增量在部分季度差异达显著水平，并且其直径最大增量冠层随时间推移逐渐升高。西南桦自然整枝速率与造林密度密度呈显著正相关，自然整枝高峰期出现在每年7-10月份。造林密度对树冠内叶片的全N、全P、全K含量无显著影响，而不同冠层间全P、全K含量随冠层升高显著降低。西南桦树冠内叶片全N、全P、全K含量在不同季度呈显著差异，其中以10月含量最高；在生长旺季，冠层间养分差异更小。叶片在垂直分布上呈现中上部冠层聚集分布，叶片大小和生物量从冠层基部到顶部以及内部到外部呈增加趋势，且顶部和外部叶片更圆、比叶面积更小。阳面叶片较阴面叶片更小、生物量更低，但未改变其形状。造林密度与方位、区域等交互作用显著影响叶片大小、形态和分布。西南桦幼林冠层间叶片光合能力和对强光利用能力均随冠层的升高而显著增大。而相同冠层条件，冠层光合能力随造林密度增加而显著减小。模拟林分密度环境的遮荫试验表明：遮荫处理对枝条生长发育影响差异显著，未遮荫处理枝条直径、长度生长明显优于遮荫处理。本项目通过研究确定了密度控制对珍贵树种西南桦枝条发育调控的有效性，揭示了西南桦枝条发育的林分密度调控机制，并为西南桦和其他珍贵树种合理修枝以及大径级无节材高效培育提供了指导。