砒砂巖溝坡沙棘群落冠層結(jié)構(gòu)特征及密度調(diào)控思考

胡建忠,劉麗穎,殷麗強(qiáng)

(1.水利部水土保持植物開(kāi)發(fā)管理中心,北京 100038;2.中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院,北京 100091)

砒砂巖區(qū)沙棘種植工程是一項(xiàng)浩大的人工種植生態(tài)工程[1]。在干旱、貧瘠的嚴(yán)酷砒砂巖區(qū)種植沙棘,有許多方面的基礎(chǔ)研究需要給予關(guān)注。如光能利用效率,直接與植株冠層垂直結(jié)構(gòu)特別是與葉的結(jié)構(gòu)密切相關(guān),最終體現(xiàn)于沙棘人工群落的生物量。研究砒砂巖區(qū)沙棘群落地上生物量的垂直分布結(jié)構(gòu),探索優(yōu)化沙棘群落冠層垂直結(jié)構(gòu)模式,可為這一區(qū)域沙棘資源的可持續(xù)利用提供可靠的理論依據(jù)。

1 沙棘群落總生物量隨樹(shù)高的分布

一般來(lái)說(shuō),植物群落隨著高度層次的增加,其對(duì)應(yīng)生物量總體呈下降趨勢(shì)[2]。為了掌握沙棘人工群落的垂直分布特征,選取砒砂巖沙棘種植工程區(qū)不同林齡、不同立地條件類型的28塊標(biāo)準(zhǔn)地 (表1),在每一標(biāo)準(zhǔn)地內(nèi)選擇標(biāo)準(zhǔn)木測(cè)定沙棘分層生物量,并同時(shí)對(duì)草本層 (含下木)用樣方測(cè)定生物量,沙棘群落總生物量為兩者之和(表2)。

表1 砒砂巖溝坡沙棘群落標(biāo)準(zhǔn)地情況

表2 砒砂巖溝坡沙棘群落分層鮮重生物量

從表2中可以發(fā)現(xiàn),總體來(lái)看,在沙棘人工群落中,鮮重生物量主要居于位于相對(duì)高大的沙棘層次,平均占89%,而草本層僅占11%,加之草本層一般位于地上30～50cm以下的層次,對(duì)群落整體影響較輕。因此,以下僅對(duì)沙棘層的鮮重生物量隨高度的空間變化規(guī)律進(jìn)行揭示。為了簡(jiǎn)明起見(jiàn),選取了林齡分別為 2、4、6、8、10a的5株沙棘標(biāo)準(zhǔn)木進(jìn)行分析,詳見(jiàn)圖1至圖5。

各沙棘標(biāo)準(zhǔn)株鮮重生物量隨樹(shù)高分布模型,經(jīng)用SPSS16.0軟件,發(fā)現(xiàn)最為適合的模型為Cubic模型,其相關(guān)系數(shù)R2和F值均較高 (表3)。這種模型的特點(diǎn)有點(diǎn)反“S”型,即最下層生物量較小 (圖4稍有例外),向上增加很快,然后隨著高度的上升,生物量逐漸減少。

表3 砒砂巖溝坡沙棘鮮重生物量隨高度的垂直分布模型

2 沙棘枝干和葉鮮量隨樹(shù)高的分布

從圖1～圖5可以看出,枝干重主要分布在下層,而葉重主要分布在上層。為了定量化地掌握枝干和葉隨高度的分布特征,表4、表5分別列出了2a、4a、6a、8a、10a等5個(gè)林齡,沙棘枝干、葉鮮重隨高度的分布數(shù)據(jù)。

表4 砒砂巖溝坡不同林齡沙棘枝干鮮重隨高度的變化特征 單位:(g)

由于枝干鮮重主要聚集于樹(shù)體的下部 (表4),如果以80%作為一個(gè)劃分枝干鮮重聚集的分界值,這樣,以枝干鮮重累計(jì)比例達(dá)到80%的層次 (從地面向上累加),作為沙棘枝干的主要分布層次。通過(guò)計(jì)算得知,2a、4a、6a、8a、10a等5個(gè)沙棘林齡枝干鮮重的主要分布層次分別為 0～40cm、0～120cm、0～140cm、0～160cm、0～210cm,即枝干重量分別隨林齡的增加,而不斷向上延伸。枝干鮮重占樹(shù)體總重的比例也由2a時(shí)的67.4%增加到10a時(shí)的90.4%。

同理,由于葉鮮重主要聚集于樹(shù)體上部 (表5),如果以20%作為一個(gè)劃分葉鮮重聚集的分界值,這樣,以葉鮮重累計(jì)比例達(dá)到20%的層次 (從地面向上累加)以上部分,作為沙棘葉的主要分布層次。通過(guò)計(jì)算得知,2a、4a、6a、8a、10a等5個(gè)沙棘林齡葉鮮重的主要分布層次分別為 20～70cm、60～140cm、70～180cm、60～190cm、120～230cm,即葉重量也隨林齡的增加,其聚集部位不斷向上轉(zhuǎn)移。葉是所有植物進(jìn)行光合作用的主要器官,因此,隨著林齡的增加,沙棘樹(shù)體變得越來(lái)越龐大,下部由于受光不足而使葉子數(shù)量逐漸減少,光合部位也隨之上移。葉鮮重占樹(shù)體總重的比例也由2a時(shí)的32.6%減少到10a時(shí)的9.6%。

同時(shí),葉的鮮重也并沒(méi)有隨著林齡的增加而增加。從表5中可以看出,6a時(shí)沙棘的葉鮮重比8a、10a時(shí)分別高21.4%和17.3%。這與樹(shù)體下部枯枝不斷增加、樹(shù)體內(nèi)膛葉片不斷減少是密不可分的。

表5 砒砂巖溝坡不同林齡沙棘葉鮮重隨高度的變化特征 單位:(g)

3 對(duì)沙棘群落密度調(diào)控的一些思考

沙棘葉重隨林齡增加而不斷上移的事實(shí),也是植物生長(zhǎng)的普遍規(guī)律。但由于砒砂巖區(qū)沙棘種植工程,不僅是一項(xiàng)生態(tài)工程,同時(shí)也是一項(xiàng)富民工程,當(dāng)?shù)剞r(nóng)牧民要依靠沙棘果葉的采摘,而獲取經(jīng)濟(jì)收入。因此,要通過(guò)調(diào)節(jié)密度 (如帶狀間伐、隔株疏伐等),使葉的分布層次下移,這樣將有利于沙棘果、葉的采摘;同時(shí),由于該區(qū)環(huán)境的極端干旱事實(shí),沙棘群落密度一定要加以控制,才能不致枯死或感染病蟲(chóng)害而致死亡。

在調(diào)查中發(fā)現(xiàn),本區(qū)種植較早 (10a左右)、分布在梁峁頂 (或坡)及灘地的沙棘林,一般生長(zhǎng)在8～10a后,會(huì)出現(xiàn)沙棘木蠹蛾等病蟲(chóng)危害[3]。因此,以生態(tài)經(jīng)濟(jì)為目標(biāo)的沙棘林分,為了防止沙棘林分老化,并結(jié)合沙棘木蠹蛾等病蟲(chóng)害防治,應(yīng)該實(shí)施以平茬更新為主的撫育管護(hù)措施。實(shí)踐證明,“生態(tài)經(jīng)濟(jì)型”沙棘林如長(zhǎng)期不進(jìn)行平茬利用,尤其在干旱、質(zhì)地粘重的荒坡荒溝上,就會(huì)出現(xiàn)生長(zhǎng)停滯不前、枝梢干枯甚至全株死亡的現(xiàn)象。

從砒砂巖區(qū)的實(shí)際出發(fā),建議沙棘平茬在造林后每8～10年開(kāi)展一次,平茬方式采用倒帶方式,即每隔10～20m沿水平方向砍去10～20m的沙棘林,3年左右時(shí)間過(guò)后,再砍去保留帶沙棘植株,以起到更新復(fù)壯,特別是防止病蟲(chóng)害發(fā)生的作用。平茬更新復(fù)壯是砒砂巖區(qū)沙棘林經(jīng)營(yíng)的重要手段,一定要給予高度重視。

與中國(guó)“三北”其他地區(qū)一樣,砒砂巖區(qū)沙棘種植后的4～5年是沙棘生長(zhǎng)勢(shì)最好的時(shí)期,而在8～10a后,往往會(huì)發(fā)生干旱與病蟲(chóng)害相伴而導(dǎo)致的沙棘木蠹蛾暴發(fā)。密度調(diào)整是有效防止沙棘木蠹蛾發(fā)生的重要手段。沙棘木蠹蛾的防治,還必須與沙棘生態(tài)林的栽培管理、更新利用結(jié)合起來(lái),必須走“害蟲(chóng)綜合管理”的軌道,即要從沙棘林分生態(tài)系統(tǒng)建設(shè)的總體出發(fā),以預(yù)防為主,充分利用自然界抑制病蟲(chóng)的各種因素,有機(jī)地組裝林學(xué)、生物、化學(xué)、物理、遺傳的綜合措施,綜合防治病蟲(chóng)害,才能從根本上杜絕沙棘木蠹蛾等病蟲(chóng)危害現(xiàn)象,以在砒砂巖區(qū)維護(hù)一個(gè)能夠在較長(zhǎng)時(shí)期披覆砒砂巖的沙棘優(yōu)勢(shì)群落,發(fā)揮其很好的攔沙作用。

[1]胡建忠.砒砂巖區(qū)生態(tài)建設(shè)的一種創(chuàng)舉-沙棘模式.中國(guó)水利.2007,(6):25-27.

[2]胡建忠.黃河上游退耕地植被恢復(fù)重建與可持續(xù)經(jīng)營(yíng).北京:中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社,2006.

[3]周章義.從百萬(wàn)畝沙棘林大面積死亡看沙棘生態(tài)林必須農(nóng)作式栽培管理.中國(guó)水利報(bào).2004.