枝面积指数同叶面积指数一样，是重要的林分结构特征，但叶面积指数更受重视，而枝面积指数常被忽略(Weiskittel et al., 2006)。枝面积对总呼吸、光能辐射及降雨截留等多种生理生态过程具有重要意义(Bosc et al., 2003；Keim，2004)；枝面积及其垂直分布对森林生物多样性具有重要意义(Ingram et al., 1993)。由于受重视程度不够，目前对枝面积研究仅限于较少的几个树种(Baldwin et al., 1997；Bosc et al., 2003；Halldin，1985；Ingram et al., 1993；Jennings et al., 1990；Keim，2004；Weiskittel et al., 2006)，且研究的深度和广度比较有限。林带的结构影响着防护林的防护效能，而枝面积是重要的林分结构特征，因此，研究农田防护林带的枝面积及其分布对研究林带的防护效能具有重要意义。

杨树(Populus sp.)是豫东平原区农田防护林的主要造林树种，分布广，对当地农业建设具有重要作用，且为其他行业提供大量的木材；但是，当前关于农田防护林带树冠结构的研究非常少见(陈军等，2006；Zhou et al., 2002；2005)。因此，需要开展相关研究，深入了解农田防护林带的树冠结构变化机制，为农田防护林经营管理提供技术支撑。本文以中林46杨(Populus×euramericana “Zhonglin 46”)农田防护林为研究对象，探讨其枝面积及其变化，同时简要分析其叶面积及林带的叶面积指数，以期为了解农田防护林带的树冠结构、林分结构的变化及林分管理提供基础理论和方法。

1 材料与方法 1.1 研究林带

研究区的基本情况见赵东等(2011)。选取立地条件、营林措施及抚育措施一致的中林46杨两林龄样地，在6年生林地中选取相邻网格的4条林带(2条主林带，2条副林带)，9年生林地中选取相邻网格的5条林带(3条主林带，2条副林带)，它们的模式相同(均为4行窄林带，行距为3.3，5.0，3.3 m，株距2.5 m)。

1.2 树木选择与解析

方法同赵东等(2011)。6年生中林46杨林带分化程度不大，树高差别较低，因此所选样木均为平均木，共6株。在9年生林带中选择12株标准木(优势木4株，平均木5株，被压木3株)。

1.3 比枝面积、枝面积的测定

由上至下在每轮生枝中及轮间枝中均选1~2个标准枝，根据主枝长度(李火根等，2008)将主枝划分内、中、外3部分，分别测量每部分的中点径; 然后，按其各年生级别测量主枝各年生级别长度、中点径。每一主枝上的侧枝，按其级别(二级、三级等)分类，测量各个级别侧枝的长度、中点径。主枝按各年龄级别(1年生、2年生等)分段，侧枝按其级别归类也分段，分别装包，编号，测量各部分枝的鲜质量(精确至0.001 g)，在75 ℃下烘72 h，测其干质量(精确至0.001 g)。主枝根据其枝长和中点径测算其面积，而侧枝要测其比枝面积，即把其干物质质量转化为表面积。计算方法为把各部分枝看作圆锥体(Weiskittel et al., 2006)或圆台体，计算其表面积，各级别侧枝的比枝面积为其表面积与其干质量的比率。根据标准枝计算单木水平相应各部分枝面积、比枝面积。

1.4 数学和统计分析

采用非线性回归模型(Baldwin et al., 1997；Weiskittel et al., 2006)对测量数据进行拟合，根据渐进标准误判定参数的显著性，且列出了复合相关指数及均方根误差：

(1)

式中：Y表示单木枝面积(主枝面积、侧枝面积及总枝面积)，X_i表示树冠特性因子，b_i为参数，ε为随机误差，服从正态总体N(0，σ²)。运用胸径、冠长、冠率因子模拟单木枝面积。采用SPSS13.0统计软件对数据进行分析，其中方差分析时进行方差齐次性检验，方差不具齐时进行数据转换，且采用S-N-K法进行多重比较。

2 结果与分析 2.1 树木、树冠特征

两林龄样木的树木、树冠特征见表 1。6年生中林46杨单木的比枝面积(SSA)、枝面积平均分别为12.55 cm²·g^-1，7.53 m²，9年生对应数值分别为11.36 cm²·g^-1，14.55 m²。林龄增加，单木侧枝的比枝面积减小，而枝面积增加。方差分析表明：两林龄单木比枝面积(P=0.004)、枝面积(主枝面积，P= 0.02；侧枝面积，P=0.04)差异均达显著水平。此外，从树冠的上部到下部，随枝轮序数的增加，各轮内标准枝的枝面积与叶面积的比率整体均呈增加的趋势，即随着枝深度(枝的着生位置到树顶端的距离)的增加，其枝面积/叶面积呈增加的趋势。单木水平，6，9年生枝面积/叶面积平均值分别为19.06%，24.29%(表中未显示)。

2.2 侧枝比枝面积的变化

6年生中林46杨有3个级别侧枝，而9年生有4个级别侧枝(表 2)。两林龄比枝面积变化趋势相同，即随级别增高，比枝面积逐渐增加。对于相同级别的侧枝，其比枝面积随林龄增加而降低。研究表明：比枝面积与枝的基径有关，枝径越大，比枝面积越小。林龄大的树木，枝径较大，因此，相同级别的侧枝其比枝面积较小，从而表现为林龄增加比枝面积降低。

2.3 主枝面积的变化

1) 不同冠层位置主枝面积的变化主枝面积在树冠内的变化具有规律性(表 3)，6，9年生中林46杨的主枝面积在水平分布上具有相同趋势，即由内层到外层依次降低；而在垂直分布上表现不同，6年生中林46杨主枝面积表现为从上层到下层依次增加(其值依次为0.39，2.01，2.61 m²)，而9年生表现为中层(4.93 m²)>下层(1.87 m²)>上层(1.69 m²)。

主枝面积由内到外依次降低，这是由枝径变化引起的。从枝基部到梢部，枝粗度逐渐降低，因而其面积逐渐降低。两林龄单木主枝面积垂直分布表现不同，这可能与树种生物学特性及林龄有关。杨树在栽植后第1年，处于缓苗期，长势较慢；而后3年，即林龄为3~5年时，生长速度最快，处于极大值；此后，生长速度逐渐降低，冠长逐渐增加，但每年增量不同，这种变化引起上、中、下层内轮枝数量及分布发生变化，从而引起各部分枝面积的变化。此外，林分树冠竞争亦对枝面积的分布产生影响，6年生林带内树冠相互接触，产生竞争，但是竞争程度不大，表现为中、下部的枝径、枝长均较上部的大；而9年生林带内树冠竞争剧烈，相互交错，树冠下部光照强度弱，枝的生长速度受到抑制，较中、上部生长慢，从而抑制了下部枝面积增加的速度，因此也影响了枝面积的分布。

林龄、冠层位置对主枝面积均有显著性影响(P < 0.05，数据未显示)，单木主枝面积表现为9年生显著高于6年生；由内层到外层，由上层到下层，它们的差异性均达显著水平(表 3)。

2) 不同年龄级别主枝面积的变化两林龄不同年龄级别主枝面积变化趋势不同(表 4)。林龄为6年时表现为3年生最高，≥5年生最低，而林龄为9年时表现为随年龄级别增加而增加。这种差异性是由林龄不同引起的，不同的林龄，其林木具有的轮序枝数不同，且枝龄也不同，因此造成各年龄级别枝的面积不同。方差分析表明：两林龄各年龄级别主枝面积均差异显著(P < 0.001，表中未显示)，但每一林龄内各年龄级别主枝面积两两间差异性不同(表 4)。

2.4 侧枝面积的变化

两林龄侧枝面积的变化具有一致性，随侧枝级别的增加而逐渐降低(表 5)。每一林龄，不同级别两两之间的差异性不同(表 5)。此外，两林龄间对应级别侧枝面积之间均差异显著(P < 0.001，表中未显示)。

2.5 单木水平枝面积的方程模型

单木枝面积随树木胸径、冠长、冠率的增加而增加(表 6)。不同林龄单木的主枝面积、侧枝面积及总枝面积与胸径、冠长、冠率因子之间的相关性都达到极显著水平。虽然所选样木数量有限，可能对枝面积预测有影响，但是，运用树木胸径、冠长及冠率因子预测林带林木的枝面积可靠。此外，运用此模型可以测算林带单木枝面积指数及林带的枝面积及其指数。

2.6 单木及林分的枝面积指数

单木水平，6, 9年生中林46杨枝面积指数平均分别为0.50，0.66 m²·m^-2，9年生较6年生枝面积指数高，其中主枝面积指数分别占总枝面积指数的66%，63%，两者之间差别较小。

林分水平，6年生林带枝面积指数平均为0.55 m²·m^-2，对于9年生林带，按优势木、平均木及被压木分别计算，其值平均为0.91 m²·m^-2；以样木总体均值计算，其值平均为0.99 m²·m^-2，二者差别很小。可见，用单木水平枝面积方程测算林分水平枝面积指数比较可靠。

3 结论与讨论

目前，关于枝面积的研究非常有限，国内还未见此方面的报道，国外也仅对个别树种枝面积进行了研究，如花旗松(Pseudotsuga menziesii)(Weiskittel et al., 2006)、海岸松(Pinus pinaster)(Bosc et al., 2003)、松树(Pinus)(Halldin，1985)及火炬松(Pinus taeda)(Baldwin et al., 1997)等，且这些研究都集中在针叶树种，还未有报道对阔叶树种进行研究。本文首次开展了对杨树农田防护林带单木(中林46杨)比枝面积，枝面积的研究，对杨树结构及农田防护林带结构的研究具有重要意义。

研究表明：9年生林带单木比枝面积显著低于6年生林带单木比枝面积；两林龄具有不同的侧枝级别数，但是其变化规律一致，即随着侧枝级别增加，其比枝面积增加。此外，相同级别的侧枝，比枝面积随林龄增加而降低。这些变化表明：枝径的增加，枝表面积与枝的质量的比率降低，说明比枝面积与枝径具有负相关性，Weiskittel等(2006)对花旗松的研究也表明类似的结果，说明阔叶树、针叶树种间具有相似性；但是，中林46杨比枝面积显著高于花旗松的比枝面积，这表明种间具有很大差异性。

枝面积的变化表明：林龄增加，单木主枝面积和侧枝面积均增加。6，9年生中林46杨单木总枝面积平均分别为7.53，14.55 m²。另外，林龄和冠层位置对主枝面积均有显著性影响。从内层到外层，主枝面积均显著增加，而从上层到下层，两林龄主枝面积表现出不同的变化。另外，各年生级别主枝面积在两林龄间亦呈不同的变化。而对于侧枝面积，从二级枝到更高级别，它们的面积均随级别的增加而降低。Weiskittel等(2006)及Ingram等(1993)对枝面积的垂直分布做了研究，但他们不是把树冠分为上、中、下3层，而是按冠深研究其面积变化的; 此外，他们也未对水平分布进行研究。本文对中林46杨主枝面积水平、垂直分布做了研究，且对各年生主枝面积及各级别侧枝面积进行了更为详细的研究。

枝面积是树木因子的函数，用胸径、冠长及冠率因子与枝面积进行了拟合，取得满意的拟合效果。运用单木枝面积模型将会方便地测算林带的枝面积及其指数。其他一些研究(Baldwin et al., 1997；Weiskittel et al., 2006)运用树木因子模拟了单木枝面积，但不同的研究采取的树木因子略有区别，这是由树种及其所处的位置环境决定的。如Weiskittel等(2006)研究的花旗松树种受到当地病菌(SNC)的影响，引入了树冠稀疏度指标(CLSA)。

枝面积及其指数对木材组织呼吸、光能的吸收等一些生理生态过程具有重要意义。这种过程又影响到树木的生长发育，从而影响树冠结构、林带结构的变化，而林带结构对防护效益具有重要作用。此外，当前关于枝面积方面的研究非常有限、薄弱，理论基础不足，这就更加迫切需要开展相关研究。本文从枝面积方面研究了中林46杨农田防护林带单木水平冠层特性，推算了林带枝面积指数，反映其林带结构的变化，具有一定的创新性；但是，研究的深度非常有限，只是初步对单一树种进行了研究，且仅限于6，9年2个林龄。因此，在后续研究中，应更加广泛、深入开展农田防护林带枝面积及其指数的研究，再结合农田防护林的相关研究，将会在调节林带树木的生长发育、改善其防护效能及提出合理经营管理措施等方面具有重要意义。