蒼梧縣低效防護(hù)林綜合改造技術(shù)研究

朱鳳平， 蔣 燚，2, 李夢(mèng)華

(1.中南林業(yè)科技大學(xué)， 湖南 長(zhǎng)沙 410004； 2.廣西林業(yè)科學(xué)研究院， 廣西 南寧 530002；3.蒼梧縣林業(yè)局，廣西 蒼梧 543100)

蒼梧縣低效防護(hù)林綜合改造技術(shù)研究

朱鳳平1， 蔣 燚1，2, 李夢(mèng)華3

(1.中南林業(yè)科技大學(xué)， 湖南 長(zhǎng)沙 410004； 2.廣西林業(yè)科學(xué)研究院， 廣西 南寧 530002；3.蒼梧縣林業(yè)局，廣西 蒼梧 543100)

蒼梧縣是珠江防護(hù)林體系建設(shè)的重點(diǎn)縣。由于人為干擾、樹種選擇不當(dāng)、經(jīng)營(yíng)措施不合理等原因，林分退化嚴(yán)重，生態(tài)環(huán)境遭到破壞，形成較大面積的低效馬尾松純林、濕地松純林和低效次生闊葉林。本研究通過(guò)對(duì)低效林分的土壤理化性質(zhì)、凋落物、植物多樣性、生物量等的調(diào)查，提出了對(duì)蒼梧縣低效林采取異齡混交、調(diào)整群落結(jié)構(gòu)、調(diào)控林分密度、撫闊補(bǔ)珍、撫針植闊和封育補(bǔ)植等一系列綜合改造技術(shù)，并對(duì)幾種低效林分改造后形成的不同林分結(jié)構(gòu)的土壤物理、化學(xué)性質(zhì)及持續(xù)特性等效果進(jìn)行了初步評(píng)價(jià)。

低效防護(hù)林；綜合改造；樹種選擇；蒼梧縣

珠江流域防護(hù)林體系建設(shè)工程于1996年啟動(dòng)，蒼梧縣為首批重點(diǎn)縣[1]。長(zhǎng)期的過(guò)度開發(fā)利用，導(dǎo)致蒼梧縣森林資源遭受嚴(yán)重破壞，林分退化嚴(yán)重，樹種單一，防護(hù)功能差，形成了大量的以濕地松(Pinuselliottii)和馬尾松(Pinusmassoniana)為主的低質(zhì)低效林分。低效防護(hù)林是一種森林生態(tài)系統(tǒng)逆向演替形成的林分[2]。許多低效防護(hù)林形成是自然因素和非自然因素共同作用的結(jié)果，其中，自然地理因素是形成低效防護(hù)林的潛在因素，非自然因素是形成低效防護(hù)林的決定因素。自然因素包括立地條件較差、林木衰老、災(zāi)害天氣頻繁及病蟲害的破壞，非自然因素主要有立地條件與造林樹種選擇不當(dāng)、林分結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單以及人為干擾對(duì)林分的破壞等[3-10]。本研究以蒼梧縣低效防護(hù)林為研究對(duì)象，在對(duì)低效林分的土壤理化性質(zhì)、凋落物、植物多樣性、生物量等調(diào)查基礎(chǔ)上，提出了對(duì)蒼梧縣低效林采取異齡混交、調(diào)整群落結(jié)構(gòu)、調(diào)控林分密度、撫針植闊和封育補(bǔ)植等一系列綜合技術(shù)進(jìn)行改造。

1 試驗(yàn)區(qū)的概況

蒼梧縣地處廣西東部，地理坐標(biāo)為東經(jīng)110°51′—111°40′，北緯22°58′—24°10′，珠江上游的潯江從縣境中部橫穿而過(guò)，將全縣分為江南、江北兩大塊，屬典型的丘陵地貌。江南以低丘陵地貌為主；海拔20～200m，土壤為花崗巖發(fā)育而成的紅壤為主；江北以中丘陵地貌為主夾雜少部分低山，海拔50～500m，土壤為砂頁(yè)巖發(fā)育成的紅壤為主。北回歸線從縣境中部貫穿，屬南亞熱帶季風(fēng)性氣候，雨熱同季，年平均氣溫21.2℃，極端最高溫39.9℃，極端最低溫-2.4℃，年平均降水量1506.9mm，年平均相對(duì)濕度80%。主要森林群落為南亞熱帶常綠闊葉林類型，有樹種66科300多種，主要樹種為馬尾松、杉木(Cunninghamialanceolata)、濕地松、木荷(Schimasuperba)、大葉櫟(Castanopsisfissa)和椆木(Lithocarpushandelianus)等。全縣林業(yè)用地33.75萬(wàn)hm2，占全縣土地面積的76.53%，森林覆蓋率74.67%。林業(yè)在全縣國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占重要地位。

2 試驗(yàn)處理與研究方法

2.1樹種選擇與配植

根據(jù)試區(qū)自然條件，在蒼梧縣試驗(yàn)可選擇以下植物材料：?jiǎn)棠绢悶轳R占相思(Acaciamangium)、厚莢相思(A.crassicarpa)、紅錐(Castanopsishystrix)、椆木、馬尾松、濕地松、飯甑青岡(Cyclobalanopsisfleuryi)、黃皮(Cituslansium)、龍眼(Dimocarpuslongan)、荔枝(Litchichinensis)、枇杷(Eriobotryajaponica)、八角(Illiciumverum)、肉桂(Cinnamomumcassia)；灌木類為肯氏相思(Acaciaunncingharmii)、絹毛相思(A.holosericea)、山毛豆(Tephrosiacandida)；草本類為象草(Pennisetumpurpureum)、矮象草(Elephasfalconeri)、穿心蓮(Andrographispaniculata)；藤本類為甜茶(Rubussuavissimus)、扶芳藤(Euonymusfortunei)。本文主要選擇紅錐、大葉櫟、木荷等用材樹種改造的馬尾松、濕地松混交林進(jìn)行調(diào)查。

蒼梧縣濕地松人工純林和馬尾松天然次生純林的林分密度不合理、長(zhǎng)勢(shì)弱，林地土壤因受侵蝕趨于貧瘠，改造時(shí)采用合理的培育措施以改善林木密度。對(duì)林木密度小的低效林采取補(bǔ)植和補(bǔ)播措施，盡可能均勻地補(bǔ)植成行，定位種植；天然林則補(bǔ)植成團(tuán)，選擇耐蔭性強(qiáng)的樹種，以喬木層原有樹種和適宜混交的樹種優(yōu)先，用苗木栽植，補(bǔ)播灌木種子，形成針闊混交復(fù)層異齡林。

封育補(bǔ)植： 封山育林多是將天然林或人工林分封禁一個(gè)時(shí)期，利用天然下種或人工補(bǔ)植、補(bǔ)播，通過(guò)育林、保灌、護(hù)草，促進(jìn)群落的進(jìn)展演替。本文對(duì)以上林分分別設(shè)立了調(diào)查標(biāo)準(zhǔn)地。

2.2生物量調(diào)查

采用標(biāo)準(zhǔn)地法和樣方法調(diào)查生物量。標(biāo)準(zhǔn)地為20m×20m的正方形。首先進(jìn)行每木檢尺調(diào)查，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)地平均直徑和平均樹高選取平均標(biāo)準(zhǔn)木，混交林則按樹種分別選擇標(biāo)準(zhǔn)木。選取的標(biāo)準(zhǔn)木經(jīng)伐倒后，分別對(duì)根、干、枝、葉稱量鮮重。然后分別選取各部分樣本，烘干后計(jì)算干重/鮮重比，據(jù)以求出各種林分各部位的生物量并推算出單位面積的總生物量。灌木、草本和凋落物采用2m×2m的樣方，分別收集稱重，樣本經(jīng)烘干后計(jì)算干重，求得單位面積的總生物量。其中凋落物按分解程度分為未分解狀態(tài)和半分解狀態(tài)兩類。

2.3土壤理化性狀及水源涵養(yǎng)功能調(diào)查

在研究區(qū)域內(nèi)，選擇代表性林地設(shè)置調(diào)查標(biāo)準(zhǔn)地，標(biāo)準(zhǔn)地面積為20m×20m。調(diào)查林地包括馬尾松純林低效林、濕地松純林低效林和采取異齡混交措施改造后的馬尾松+木荷異齡混交林、濕地松+木荷異齡混交林、濕地松+大葉櫟異齡混交林。調(diào)查林地的立地條件(包括海拔、坡度、地形、起源、土壤類型等)基本一致。

2.4凋落物蓄水功能調(diào)查

在參考他人方法[11]的基礎(chǔ)上，在蒼梧縣濕地松純林、濕地松+大葉櫟混交林、濕地松+木荷混交林、馬尾松純林、馬尾松+木荷混交林、杉木、火力楠、馬占相思8種人工林林型中分別選擇2～4塊面積為20m×20m的標(biāo)準(zhǔn)地，在所設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)地中進(jìn)行每木檢尺，并用測(cè)高器測(cè)出每株樹木的高度，求出該標(biāo)準(zhǔn)地內(nèi)林木的平均胸徑、平均樹高以及該林分郁閉度，同時(shí)調(diào)查林下植被種類。在所設(shè)不同林分標(biāo)準(zhǔn)地內(nèi)分別隨機(jī)布設(shè)3個(gè)1m×1m的樣方，先測(cè)量每塊樣方內(nèi)凋落物層的厚度，后按全分解、未分解、半分解分別區(qū)分并收集其凋落物，分別裝入標(biāo)有標(biāo)簽的袋中，帶回實(shí)驗(yàn)室處理。

2.5植物多樣性調(diào)查

林下植被多樣性調(diào)查采用樣方法[12]，即沿樣地的對(duì)角線機(jī)械布設(shè)5個(gè)5m×5m的灌木層和5個(gè)2m×2m的草本層小樣方。分別調(diào)查灌木層和草本層的植物種類、數(shù)量、高度、覆蓋度[13]。

3 結(jié)果與分析

3.1枯枝落葉層生物量變化

濕地松+大葉櫟混交林、濕地松+木荷混交林的枯枝落葉層中未分解厚度和生物量、半分解厚度和生物量、總厚度和總生物量比對(duì)照(濕地松純林)要大3～20倍。馬尾松+木荷混交林的未分解厚度和生物量、半分解厚度和生物量、總厚度和生物量要比對(duì)照(馬尾松純林)大1～3倍，見(jiàn)表1。

表1 不同林分枯枝落葉層生物量樹種組成與林齡(年)未分解半分解總計(jì)厚度(cm)生物量(kg)厚度(cm)生物量(kg)總厚度(cm)總生物量(kg)濕地松(32年)+大葉櫟(3.5年)20.09±7.422.22±0.5416.02±3.586.77±1.6436.00±11.0010.68±2.74濕地松(32年)+木荷(3.5年)15.61±4.812.24±1.6215.75±2.4214.60±0.7327.89±7.2916.84±3.54馬尾松(18年)+木荷(14年)17.50±1.172.30±0.514.42±1.259.70±3.0331.92±0.0812.00±3.47濕地松(32年)1.40±1.031.22±0.280.76±0.563.96±5.192.95±0.281.36±0.79馬尾松(18年)5.55±6.091.84±2.413.15±3.152.32±1.849.32±9.113.55±2.61

3.2土壤物理、化學(xué)性狀的變化

3.2.1 土壤物理性狀的變化 經(jīng)采取異齡混交改造措施后，土壤物理狀況變化趨勢(shì)與土壤養(yǎng)分狀況相似，土壤物理狀況均得到改善。這可能是因?yàn)椋环矫?，純林林下枯落物單一，其分解速率較慢，混交木荷或大葉櫟后，增加了林地枯落物種類，并導(dǎo)致具分解功能的微生物多樣性增加，從而使其分解加速，而闊葉林枯落物分解速率較針葉林快，其養(yǎng)分歸還速率和歸還量也較大，從而促進(jìn)土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的形成；另一方面，植被根系穿插作用有利于土壤孔隙的形成。與大葉櫟相比，混交木荷更有利改善濕地松低效林土壤物理狀況。不同土層相比，0～20cm土層土壤物理性狀改善幅度大于20～40cm土層。見(jiàn)表2。

表2 調(diào)查林地土壤物理性質(zhì)類型樹種組成土層(cm)容重(g/cm3)總孔隙度(容積%)毛管孔隙(容積%)非毛管孔隙(容積%)純林馬尾松0～201.1958.0748.529.5520～401.2459.4148.3711.04濕地松0～201.2558.3348.3210.0020～401.3054.3045.079.23混交林馬尾松+木荷0～200.8866.8959.407.5020～401.0562.4760.202.28濕地松+木荷0～200.8870.9258.8012.1220～401.1062.2453.898.36濕地松+大葉櫟0～200.8967.1754.7012.4720～401.0960.5849.7910.80

3.2.2 土壤化學(xué)性狀的變化 經(jīng)異齡混交低效林改造后，林地土壤養(yǎng)分含量均有提高，但提高的幅度不同，按大小順序排列為有機(jī)質(zhì)>速效P>速效N>全量N>全量P>速效K>全量K。不同土層相比，0～20cm土層土壤養(yǎng)分含量變化幅度大于20～40cm。濕地松+木荷與濕地松+大葉櫟相比，異齡混交木荷更有利于改善低效林土壤養(yǎng)分狀況。土壤有機(jī)質(zhì)等養(yǎng)分含量提高有利于改善土壤結(jié)構(gòu)，提高土壤蓄水能力和林地水源涵養(yǎng)功能，更有利于林木生長(zhǎng)。見(jiàn)表3。

3.3主要林分下凋落物存儲(chǔ)量、持水量及持水率變化

從總體看來(lái)，針闊異齡混交林的凋落物持水量要比針葉純林高，馬尾松純林凋落物最大持水量為24.97t/hm2，通過(guò)異齡混交木荷后，凋落物最大持水量達(dá)到46.5t/hm2，比馬尾松純林提高87.58%，增加21.71t/hm2。濕地松純林凋落物最大持水量為9.7t/hm2，通過(guò)異齡混交木荷、大葉櫟后，凋落物最大持水量分別達(dá)到94.39t/hm2、59.88t/hm2，比濕地松純林分別提高9.41倍和5.17倍，分別增加84.69t/hm2、50.18t/hm2。見(jiàn)表4。

表3 調(diào)查林地土壤化學(xué)性質(zhì)植被類型土層(cm)pH有機(jī)質(zhì)(g/kg)全量(g/kg)速效(mg/kg)NPKNPK馬尾松0～204.4939.65b1.60b0.52a23.88a126.43b2.10a40.70a20～404.5523.79b1.17a0.39a25.01a86.00b0.90a33.00a馬尾松+木荷0～204.4767.79a2.35a0.56a28.30a201.20a1.40a37.40a20～404.4037.34a1.41a0.47a28.69a133.70a0.60a19.80b濕地松0～204.447.15b0.59b0.23b7.76a24.70b0.20b11.00a20～404.744.38b0.42b0.20b7.69a18.40b0.10b8.80a濕地松+木荷0～203.8083.03a2.06a0.31b8.16a137.90a2.30a13.20a20～403.8746.04a1.36a0.28b7.96a104.00a0.70a8.80a濕地松+大葉櫟0～203.9661.70a1.69a0.36a8.01a118.80a1.20a12.10a20～404.1428.01a1.08a0.32a7.88a81.50a0.50a8.80a 注:各列中a、b代表兩兩比較時(shí),字母相同者差異不顯著,字母不同者差異顯著。

表4 主要林分凋落物儲(chǔ)量、持水量及持水率比較林分類型樣地?cái)?shù)郁閉度枯落物平均厚度(cm)凋落物平均質(zhì)量(kg/m2)持水率%最大持水量(t/hm2)濕地松+大葉櫟30.7～0.831.010.68126.8059.88濕地松+木荷30.8～0.927.916.84106.2694.39馬尾松+木荷40.8～0.9216.19.94133.4946.50濕地松30.702.31.97129.339.70馬尾松20.85～0.915.45.00119.7324.79杉木20.909.74.17151.9010.60火力楠20.959.05.17119.4023.72馬占相思20.807.27.76131.4027.55

3.4不同林分物種多樣性變化

對(duì)蒼梧縣主要人工林的物種多樣性進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)灌木層物種數(shù)最多的是馬尾松純林，為17種，灌木層物種數(shù)最少的是火力楠純林，為2種。灌木層個(gè)體數(shù)量最多的是馬尾松+木荷混交林，為85個(gè)，個(gè)體數(shù)量最少的是火力楠純林，為2個(gè)。灌木層豐富度指數(shù)最大的是大葉櫟純林，為3.956；最小的是火力楠純林，為1.443。灌木層Simpson指數(shù)最大的是濕地松純林，為0.265，最小的是火力楠純林。灌木層均勻度指數(shù)最大的是火力楠純林，最小的是濕地松純林。低效濕地松林、低效馬尾松林的林分結(jié)構(gòu)已由單層林變?yōu)閺?fù)層異齡林，林內(nèi)植被已由陽(yáng)性向中性或耐陰性轉(zhuǎn)變，已明顯向良性方向演替，初步形成喬木、灌木、草本層次錯(cuò)落、具有復(fù)層結(jié)構(gòu)的森林植被。

4 結(jié)論與討論

4.1改善了土壤理化性質(zhì)，土壤養(yǎng)分和水源涵養(yǎng)功能得到提高

改造后林地土壤養(yǎng)分含量均有所提高，按含量提升幅度大小順序排列為有機(jī)質(zhì)>速效N、P>全量N、P、K。不同土層相比， 0～20cm土層土壤養(yǎng)分含量變化幅度大于20～40cm。

改造后土壤結(jié)構(gòu)得到明顯改善，通氣性增加，其變化趨勢(shì)與土壤養(yǎng)分狀況相似。不同土層相比，0～20cm土層土壤物理性狀改善幅度大于20～40cm土層。與大葉櫟相比，間種木荷更有利改善濕地松低效林土壤物理狀況。土壤良好結(jié)構(gòu)的形成和土壤孔隙狀況的改善，促進(jìn)了林地土壤水源涵養(yǎng)功能的改善,有利提高林地土壤的透水、蓄水和供水能力。

4.2提高了林分的蓄水功能

低效純林通過(guò)異齡混交改造形成的復(fù)層林凋落物在保水和持水能力方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

對(duì)于同一森林類型，不同密度和郁閉度林下凋落物持水功能的研究表明：林分密度、郁閉度增加，凋落物存儲(chǔ)量及持水量均為之增大，但持水率卻降低。

4.3增加了物種多樣性，提高了林分穩(wěn)定性

低效濕地松林、低效馬尾松林等的林分結(jié)構(gòu)已由單層林變?yōu)閺?fù)層異齡林，林內(nèi)植被已由陽(yáng)性向耐陰或中性轉(zhuǎn)變，已由低劣向較優(yōu)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化，明顯地朝良性方向演替，向合理的針闊混交林方向發(fā)展，基本改造成喬木、灌木、草本層次錯(cuò)落、具有復(fù)層結(jié)構(gòu)的森林植被。這對(duì)于提高林分穩(wěn)定性能，增強(qiáng)防蟲防病防火能力，具有十分重要的作用。

綜上所述，低效林改造對(duì)高效穩(wěn)定的生態(tài)經(jīng)濟(jì)型防護(hù)林體系建設(shè)意義重大。改造低效林的目的是使現(xiàn)有低效林分達(dá)到經(jīng)營(yíng)損益合理、保持水土以及提高其綜合效能。通過(guò)對(duì)低效林的改造重建，改善了林分的生態(tài)環(huán)境，保持了水土，減少了泥沙的流失，維護(hù)與提高了防護(hù)林生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性及林地涵蓄降水能力，達(dá)到了防護(hù)林生態(tài)系統(tǒng)協(xié)調(diào)與平衡，增強(qiáng)森林涵養(yǎng)水源和保持水土的防護(hù)功能的效果。通過(guò)變純林為混交林，變疏林為密林，變單層林為喬、灌、草結(jié)合的復(fù)層林，改低產(chǎn)為高產(chǎn)，改劣質(zhì)為優(yōu)質(zhì)，改低效為高效，提高了森林的生態(tài)效益和經(jīng)濟(jì)效益，更好地發(fā)揮了森林的多種功能，形成了涵養(yǎng)水源、保持水土、能持續(xù)穩(wěn)定發(fā)揮生態(tài)經(jīng)濟(jì)效能的防護(hù)林體系。

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(責(zé)任編輯：譚著明)

Studyonthecomprehensiveimprovingtechniquesoflow-effectiveshelterforestinCangwuCounty

ZHU Fengping1, JIANG Yi1,2, LI Menghua3

(1.Central South University of Forestry and Technology, Changsha 410004, China; 2.Guangxi Forestry Academy,Nanning 530002, China; 3.Forestry Bureau of Cangwu County, Cangwu 543100, China)

Cangwu County is one of the key counties of carrying out project of shelter forest system construction along Zhujiang River. Due to the forest degradation and ecological environment damage resulting from human disturbance, inappropriate tree species selection and irrational management measures, there are large areas of low-effective purePinusmassonianaforest, purePinuselliottiiforest and low-effective secondary broad-leaved forest. In this paper, through the investigations of the soil properties, litter, plant diversity and biomass of low-effective forests, the comprehensive improving techniques, such as mixing uneven-aged stands, community structure adjustment, stand density adjustment, planting conifers in conserved broad-leaf stands, planting broad-leaf trees in conserved conifers stands, mountain-closuring and complementary planting in low-effective forests were proposed.

low-effective protection forest; comprehensive improving; tree species selection; Cangwu County

S 727.2

A

1003-5710(2010)04-0021-05

10. 3969/j. issn. 1003-5710. 2010. 04. 007

2010-04-15

2010-07-15

國(guó)家“九五”科技支撐(專題編號(hào)96-007-03-08)項(xiàng)目

朱鳳平(1971-)，女，湖南省花垣縣人，副研究員，主要從事森林培育研究。