增加種源樹種促進(jìn)側(cè)柏林演替技術(shù)及短期效果1)

李云峴 楊學(xué)民 馬占元 秦 飛 關(guān)慶偉 楊瑞卿

(徐州市市政園林局，徐州，221009) (南京林業(yè)大學(xué)) (徐州工程學(xué)院)

增加種源樹種促進(jìn)側(cè)柏林演替技術(shù)及短期效果1)

李云峴 楊學(xué)民 馬占元 秦 飛 關(guān)慶偉 楊瑞卿

(徐州市市政園林局，徐州，221009) (南京林業(yè)大學(xué)) (徐州工程學(xué)院)

根據(jù)徐州市云龍山側(cè)柏林的現(xiàn)狀及社會發(fā)展需要，制訂了人工促進(jìn)側(cè)柏純林演替的目標(biāo)、原則，確定了間伐撫育和林窗開設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)，提出了種源樹種及其配置方式和栽植、管護技術(shù)方案。林分改造后各樹種生長良好，植物多樣性顯著增加，景觀質(zhì)量明顯改善，風(fēng)景林的效能已初步形成。

徐州市云龍山;石灰?guī)r山地;側(cè)柏林;森林演替

林分改造是根據(jù)當(dāng)?shù)氐牡貛陨种脖活愋?，有目的地選擇一些適合當(dāng)?shù)厣L的樹種，通過人為措施對現(xiàn)有生態(tài)等級較差的森林進(jìn)行改造，從而促進(jìn)森林向地帶性森林群落演替或按設(shè)計目標(biāo)形成某種植物群落的一種造林方式。作為一種森林景觀營建技術(shù)，國外的研究多以工業(yè)用材林為對象，作業(yè)方式以主伐喬林占主導(dǎo)地位，對撫育間伐較少應(yīng)用[1-2]。與國外的情況相反，我國的研究主要集中在低效林分撫育改造方面[3-5]，研究內(nèi)容包括空間結(jié)構(gòu)分析與量化撫育采伐對象[6]、郁閉度與林內(nèi)景觀的美景度關(guān)聯(lián)性[7]、色彩豐富度和色彩均勻度與風(fēng)景林的合理經(jīng)營措施[8]、立地質(zhì)量對風(fēng)景林構(gòu)建的影響[9]、林內(nèi)林冠下套種、隔帶皆伐更新、小塊狀皆伐造林的效果[10-14]等。在側(cè)柏林(Platycladus orientalis forests)方面，程金華、梁波等對間伐撫育技術(shù)等進(jìn)行了探討[15-16]，李效文等采用SBE法對北京山區(qū)低山厚土中齡側(cè)柏游憩林的合理構(gòu)成及撫育技術(shù)模式進(jìn)行了研究[17]。但是，有關(guān)在側(cè)柏純林中人工增植大規(guī)格的種源樹種以促進(jìn)側(cè)柏純林演替方面少見報道。筆者通過對徐州市云龍山人工側(cè)柏林植被以及立地條件的調(diào)查分析，從生態(tài)健康、景觀優(yōu)美目標(biāo)出發(fā)，開展以增加種源樹種為中心的人工促進(jìn)側(cè)柏林演替技術(shù)的研究，著力解決其因立地質(zhì)量差、造林密度大、自然演替進(jìn)程非常緩慢等造成的生態(tài)和景觀質(zhì)量低的問題，為同類工作提供參考。

1 立地條件及森林資源概況

徐州市位于淮河以北、黃淮海平原的南緣(117°06′～117°18′E，33°43′～34°58′N)。研究地云龍山位于徐州市區(qū)中心，是云龍風(fēng)景區(qū)的核心區(qū)，也是徐州環(huán)城國家森林公園的組成部分，從東北向西南連綿九節(jié)，全長約3km，總面積120 hm2，最高海拔142m。

氣象條件:徐州市屬暖溫帶半濕潤季風(fēng)氣候，全年太陽總輻射量平均為499.9 kJ/m2，日照時數(shù)2 284～2295h，日照百分率52％～57％。年平均氣溫13.9℃，≥0℃年積溫5 148.8℃。年無霜期210d。年降水量864mm，主要集中在7、8、9月份，年降水相對變率15％～19％。

土壤條件:云龍山為泰山山脈的余脈，構(gòu)造單元屬華北地區(qū)東南部徐州凹陷帶。成土母質(zhì)石灰?guī)r，土壤以石灰?guī)r發(fā)育而成的淋溶褐土為主，隸屬喀斯特山地類型，但未顯現(xiàn)喀斯特地貌特征。土壤厚度10～50cm。其中，山腳土壤平均厚度為30cm，一般分為3層;中部土壤平均厚度小于10cm，一般為兩層，巖石裸露嚴(yán)重，裸露率約40％～65％;海拔80m以上的上部土層厚度降至5cm左右。在巖石裸露面積較大的區(qū)域，土壤質(zhì)地以砂質(zhì)土為代表性土壤;在巖石裸露不明顯、林下植被豐富的區(qū)域，土壤質(zhì)地以粉壤土為代表性土壤。不同樣地各土層的土壤平均密度不同，范圍在1.50～1.69g/cm3，表層土壤較疏松、密度小，底層土緊實、密度大。土壤整體孔隙度偏小，持水性能差[18]。

森林資源:云龍山森林營建于20世紀(jì)50年代。據(jù)記載，解放前，除北端第1節(jié)山零星分布有側(cè)柏、槐(Sophora japonica)、柳(Salix matsudana)、楝(Melia azedarach)等少量鄉(xiāng)土樹木外，均為童山禿嶺。1955—1960年，參照第1節(jié)山遺留樹種，選擇側(cè)柏、臭椿(Ailanthus altissima)、槐、楝等進(jìn)行人工植苗造林，因立地條件過差等原因，除側(cè)柏外，大部分闊葉樹均未保存下來，形成今天以側(cè)柏為主的生態(tài)景觀。經(jīng)過50 a演變，目前山腳以側(cè)柏及次生的青桐(Firmiana simplex)、刺槐(Robinia pseudoacacia)、構(gòu)樹(Broussonetia papyrifera)等混交的形式存在，林下有灌木和草本分布;中部除陽坡部分地區(qū)有構(gòu)樹次生外，基本以側(cè)柏純林形式存在，林下可見部分灌木和草本植物，但隨海拔升高，數(shù)量和蓋度逐漸減少，到海拔80m以上，鮮見灌木及草本植物。

2 人工促進(jìn)側(cè)柏林演替技術(shù)方案設(shè)計

2.1 側(cè)柏純林的改造目標(biāo)與原則

根據(jù)云龍山兼屬云龍風(fēng)景區(qū)的核心區(qū)和徐州環(huán)城國家森林公園的屬性，以及森林為主體的景觀建設(shè)特點，人工促進(jìn)森林演替應(yīng)圍繞以下目標(biāo)和原則展開。

2.1.1 改造目標(biāo)

生態(tài)目標(biāo):充分考慮立地條件特點，按照適地適樹原則引入建群鄉(xiāng)土樹種和伴生樹種，景區(qū)森林的異質(zhì)性顯著增加，結(jié)構(gòu)優(yōu)良，可持續(xù)，生態(tài)功能進(jìn)一步增強。

景觀目標(biāo):顯著增強森林的自然色彩，使之達(dá)到森林生態(tài)功能與綠化美化自然協(xié)調(diào)一致，初步形成具有多品種、多色彩、多層次、多香味、多功能、有特色、步移景異的森林景觀。

文化目標(biāo):體現(xiàn)當(dāng)?shù)氐淖匀惶卣骱臀幕厣?，挖掘和烘托景區(qū)的文脈，塑造景區(qū)風(fēng)貌和個性。

2.1.2 改造原則

生態(tài)原則:以維護人類身心健康、維護自然生態(tài)過程作為核心，在符合自然生態(tài)原則的同時，符合景觀生態(tài)原則和社會生態(tài)原則。

因地制宜原則:充分發(fā)揮景區(qū)土地資源的特點，與景區(qū)分區(qū)發(fā)展目標(biāo)緊密結(jié)合，促進(jìn)多樣化的森林生態(tài)系統(tǒng)的形成與發(fā)展。

景觀美學(xué)原則:合理布局景區(qū)森林植被的空間形態(tài)(平面與立面構(gòu)圖)、色彩(色相、季相)變化以及嗅覺、意境特征，使之符合景區(qū)功能分區(qū)目標(biāo)，景觀更加優(yōu)美。

文化原則:注重與景區(qū)歷史文脈與內(nèi)涵相結(jié)合，以開放的森林生態(tài)系統(tǒng)為基礎(chǔ)，精心布置富有豐富文化內(nèi)涵特色森林景觀。

2.2 撫育間伐與林窗開設(shè)

2.2.1 側(cè)柏林撫育

世界各國對森林間伐強度研究取得了大量成果，但它們大都是針對用材林的，關(guān)于風(fēng)景林撫育間伐強度能夠查到的文獻(xiàn)很少。王愛珍和陸兆蘇認(rèn)為樹冠系數(shù)較適用于風(fēng)景林，其利用樹冠系數(shù)確定風(fēng)景林的間伐強度公式為:N=1×104/(K·H)2。式中，N為單位面積保留木株數(shù);K為樹冠系數(shù)，即冠幅與樹高之比;H為林分平均高度;(K·H)2實質(zhì)上是林分平均木單株營養(yǎng)面積[19]。根據(jù)該間伐強度公式，參考云龍山側(cè)柏林與鄰近皇藏峪國家森林公園天然次生林空間結(jié)構(gòu)對比研究結(jié)果[20]，確定云龍山側(cè)柏純林的間伐量一般為現(xiàn)有側(cè)柏總株數(shù)的20％～45％、間伐后的林分郁閉度保持在0.6～0.7的間伐目標(biāo)。具體做法為首先現(xiàn)場踏查，確定間伐對象木，并做好標(biāo)記，然后組織間伐作業(yè)。間伐木的確定，必須滿足保留木的空間分布要求，在此原則下伐密留疏，伐小留大，促進(jìn)立木實現(xiàn)均勻分布(角尺度均值小于0.475)。

2.2.2 林窗開設(shè)

林窗開設(shè)位置，根據(jù)景區(qū)的景觀規(guī)劃要求，依據(jù)地勢規(guī)劃好各種形狀，并注意其規(guī)模，形狀的末端與起始的位置要靠近(借)地形中的特征物(多樣性要素)，做到因勢成形，巧于憑借，精在體宜，多樣統(tǒng)一。同時，適當(dāng)考濾混交樹種配置的均勻性。根據(jù)云龍山山勢特征及主要的觀賞方向，林窗主要開設(shè)于山腰線上下。一方面，隨山勢起伏，形成蜿蜒起伏的森林景觀;另一方面，有利于種子向上、下兩側(cè)山坡散布，從而促進(jìn)整個側(cè)柏山林的全面演替進(jìn)程。

林窗大小，根據(jù)景觀營建需要和擬增植的種源樹的種類、規(guī)格(樹高、冠幅)、配置方式及其所需營養(yǎng)面積確定。基本的計算公式為S= ∑(Ki.j·Hi.j)2。式中，S 為林窗理論面積，Ki.j為樹種 i第j株的樹冠系數(shù)，Hi.j為樹種 i第j株的樹高。

2.3 種源樹種選擇

石灰?guī)r地區(qū)自然分布的植物種類具有一般的共性:喜鈣、耐旱，根系強壯而發(fā)達(dá)，能攀附巖石、穿竄裂隙，在裂隙土壤、土壤水、巖溶水中求得水分、養(yǎng)分的補充。根據(jù)石灰?guī)r地區(qū)植物區(qū)系特有化發(fā)展的客觀規(guī)律[21-22]，在區(qū)域木本植物資源調(diào)查[23-24]等基礎(chǔ)上，根據(jù)云龍山側(cè)柏林風(fēng)景林改造的目標(biāo)要求，采用專家評價法進(jìn)行綜合評價，篩選適生造林樹種，喬木為欒樹(Koelreuteria paniculata)、刺槐、三角楓(Acar buergerianum)、五角楓(Acar mono)、青桐、苦楝、烏桕(Sapium sebiferum)、楓香(Liquidamba formosana)、黃連木(Pistacia chinesis)、青檀(Pteroceltistata rinowii)、榆樹(Ulmus pumila)、樸樹(Celtis sinensis)、櫸樹(Zelkova schneideriana)、臭椿等;灌木為黃櫨(Cotinus coggygria)、石榴(Punica granatum)、木槿(Hibiscus syriacus)、紫薇(Lagerstroemia indica)、火棘(Pyracantha fortuneana)、黃刺玫(Rosa xanthina)、繡線菊(Spiraea salicifolia)、山桃(Prunus davidiana)、酸棗(Ziziphus jujuba)等。

為增強種源樹的競爭力，選用喬木樹種的樹高應(yīng)不低于側(cè)柏林高度的1/3，且已經(jīng)結(jié)種。

2.4 種源樹栽植及管理措施

2.4.1 工程整地方案

由于云龍山山坡較陡，林中整地施工困難，根據(jù)保證樹木成活和投資效果最大化的原則，分別設(shè)計3種規(guī)格的栽植穴或魚鱗坑，以滿足不同地形、不同樹種及樹木規(guī)格的栽植需要。

穴狀整地:適用坡度≤15°。設(shè)計3種規(guī)格:1號為D(口徑)＞50cm、h＞40cm，2號為D＞70cm、h＞50cm，3號為D＞90cm、h＞60cm。穴底徑＞0.7倍口徑，不準(zhǔn)挖成圓錐或鍋底形。

魚鱗坑整地:適用坡度＞15°。設(shè)計3種標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格:1號為a(穴口短徑)＞50cm、h(穴深)＞40cm，2號為a＞60cm、h＞50cm，3號為a＞70cm、h＞50cm。魚鱗坑圍堰用碎石和黏土砌筑牢固，不得用碎石擺壘。

表1 保水劑、生根促進(jìn)劑及肥料基準(zhǔn)用量

2.4.2 栽植措施

栽植時，土壤肥力改良采取土壤結(jié)構(gòu)調(diào)整和施肥相結(jié)合的方法?？屯辽仙?、回填土石礫清理，改善土壤結(jié)構(gòu);栽植穴施有機基肥，提高土壤肥力。保水劑選用林果專用的聚丙烯酰胺型，使用方法為在回填種植土壤時，將保水劑水凝膠與適量的填土摻混，將其回填到土球表層10cm以下的根土周圍。鑒于山地澆水特別困難，不準(zhǔn)直接使用干粒保水劑，以防止保水劑干旱現(xiàn)象的發(fā)生。ABT3號生根促進(jìn)劑配制成需要的質(zhì)量濃度，作為定植水直接灌根。澆透定植水后，覆蓋(60～100m)×(60～100m)的塑料薄膜，起防風(fēng)、防熱、保溫、保水、抑制雜草等作用。

3 調(diào)查方法

3.1 增植種源樹的生長情況調(diào)查

對增植的種源樹，在定植時進(jìn)行編號，并標(biāo)記胸徑測量位置、測量胸徑值，定植滿1 a后，調(diào)查成活情況，再次在相同位置測量其胸徑，計算胸徑生長量。

3.2 植物多樣性調(diào)查

為考查增植種源樹種后的植物多樣性變化情況，以典型配置模式的主喬木種源樹叢為中心，設(shè)25m×25m的樣地，各樣地內(nèi)設(shè)置5塊5m×5m的灌草樣方，灌草樣方的設(shè)置方法為取四角和對角線交叉點，對定植2 a的樣方進(jìn)行林下灌草種類及數(shù)量進(jìn)行調(diào)查。

多樣性測度方法，選用幾種應(yīng)用廣泛而有效的多樣性和均勻度指數(shù)公式，來測度不同樣地林下植物群落的物種多樣性和結(jié)構(gòu)多樣性。其中:物種豐富度的測定，分別采用Patrick指數(shù)dp=S和Menhinick指數(shù)多樣性指數(shù)的測定，分別采用Simpson多樣性指數(shù)和 Shannon-Wiener多樣性指數(shù)均勻度的測定，采用基于Shannon-Wiener多樣性指數(shù)的均勻度指數(shù)和基于Simpson多樣性指數(shù)的均勻度指數(shù)上述公式中，N為全部種的個體數(shù)量，S為面積A內(nèi)的種數(shù)量，Ni為第i個物種的個體數(shù)量，Pi=Ni/N。

3.3 景觀效果變化評價

采用美景度評判法對側(cè)柏林間伐和增植大規(guī)格種源樹種前后的美景度進(jìn)行評價。以多樣性調(diào)查的5個樣地的夏季景觀作為評判對象，調(diào)查拍照時，在每個樣地的中心點向4個方向各拍l張，再從樣地4邊向中心點各拍1張，然后一個樣地選取有代表性的4或5張照片制成幻燈片。對每一張幻燈編號，按隨機次序排列，并記錄下各幻燈片的序號，以避同類景觀連續(xù)出現(xiàn)和降低評判者的感知敏感度。評判采用10分制，最看好的為10分，最不喜歡的為1分，一般5～6分。每張幻燈片放映停留時間7s，打分時間1s。由于評判結(jié)果是由景觀本身的特征和評判者的審美尺度兩方面決定的，而評判者的身份效應(yīng)是明顯的，所以評判值必須進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，以消除不同觀察者由于審美尺度的嚴(yán)格與寬松而使評判值受到的影響。標(biāo)準(zhǔn)化值為Zi，j=(Ri，j-)/Sj。式中，Zi，j為第j個觀察者對第i個景觀的標(biāo)準(zhǔn)化得分值，Ri，j為第j個觀察者對第i個景觀的打分值為第j個觀察者所有打分值的平均值，Sj為第j個觀察者所有打分值的標(biāo)準(zhǔn)差。

4 結(jié)果與分析

4.1 增植種源樹的生長

從表2可知，增植樹木經(jīng)過1 a的生長，林木保存率都達(dá)到85％以上的國家造林合格率標(biāo)準(zhǔn)要求。其中，五角楓、欒樹都達(dá)到95％以上，烏桕最低也達(dá)到86.9％，其它樹種均在90％上下。栽植1 a的胸徑生長量，也以五角楓、欒樹最高，分別達(dá)到6.13、6.3mm/a，黃連木、臭椿生長量較小，分別為2.13、2.73mm/a，其它各樹種約在 4～6mm/a。所選樹種都能夠適應(yīng)云龍山側(cè)柏林改造的生境條件，保持正常的生長。

表2 增植的主要喬木種源樹的生長情況

4.2 植物多樣性變化

增植種源樹后的植物多樣性變化測度結(jié)果如表3。結(jié)果表明，①在高密度側(cè)柏純林為基礎(chǔ)，人工促進(jìn)側(cè)柏林演替過程中，雖然短期內(nèi)其林下灌木和草本種類和數(shù)量都較稀少，無論是作為優(yōu)勢喬木樹種的側(cè)柏，還是其他樹種都未能在灌草2層形成明顯層次;但對側(cè)柏純林的適當(dāng)人為干擾，光、水、肥等生境條件得到改善，為先鋒物種的入侵創(chuàng)造了條件，對增加林下物種數(shù)量，改善林分結(jié)構(gòu)有利。②不同改造模式下，灌木和草本層多樣性指數(shù)存在較大變化，且與豐富度指數(shù)變化趨勢相近。其中，灌木層植物多樣性指數(shù)為樣地5(對照)＞樣地2＞樣地4＞樣地1＞樣地3，草本層植物多樣性指數(shù)是樣地1＞樣地2＞樣地4＞樣地3＞樣地5(對照)。③樣地5(對照)在灌木層的物種豐富度均高于其他樣地，而草本層物種豐富度低于其他樣地，主要原因是針闊混交林成林時間較短(2 a)，且前期撫育、混交闊葉樹種時損毀了部分林下植物，在短期內(nèi)造成林下植物多樣性降低。這與趙平等提出的喬木層、灌木層的變化不同步及草本層物種數(shù)峰值的出現(xiàn)要晚于喬木層和灌木層的觀點相一致[25]。

表3 不同模式的植物多樣性特征

4.3 景觀效果變化

從表4可以看出，所有樣地間伐后的美景度明顯高于間伐前，說明通過間伐，增強了林內(nèi)的通視性與可及性，樣地內(nèi)側(cè)柏排列整齊，干形較通直，無枯樹倒木，樹干的排列較為規(guī)則，整個景觀有一種幽靜、深遠(yuǎn)、隱秘的氛圍，能對評判者產(chǎn)生強烈的吸引力。特別是樣地5間伐前后美景度變化最大，由間伐前的-71上升為-21，說明在一定范圍內(nèi)，林分景觀現(xiàn)狀越差，間伐對其景觀質(zhì)量的提升效果越明顯。增植種源樹種后，高大古樸肅穆的側(cè)柏與青翠的落葉喬木互相映襯，形成一種強大的視覺沖擊，盡管其分值變動幅度較大，但美景度較高，說明此類景觀受到了大多數(shù)評判者喜愛。

表4 側(cè)柏林間伐和補植前后美景度變化

5 結(jié)束語

隨著人民生活水平的提高，人們休閑時間的增多，到森林中游憩的需求量也迅速增加，風(fēng)景林作為游憩旅游場所，在城市生活中的重要性大大提高。風(fēng)景林撫育是美化森林景觀的活動，不僅是一種生態(tài)工程，也是森林美學(xué)的藝術(shù)實踐。風(fēng)景林作為一種有生命的自然景觀，受到如栽植密度、立地條件、林分結(jié)構(gòu)、色彩配置、葉面積指數(shù)等諸多因素的影響。對于純林的景觀改造也越來越受到人們的重視。本研究根據(jù)徐州市云龍山側(cè)柏林的現(xiàn)狀及社會發(fā)展需要，制訂了人工促進(jìn)側(cè)柏純林演替的目標(biāo)、原則，確定了間伐撫育和林窗開設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)，提出了種源樹種及其配置方式和栽植、管護技術(shù)方案。林分改造后各樹種生長良好，植物多樣性顯著增加，景觀質(zhì)量明顯改善，風(fēng)景林的效能已初步形成。但由于研究時間較短，增植的種源樹種的自然下種能力、幼苗競爭能力等還需進(jìn)一步后續(xù)觀察研究。

致謝:本文由秦飛整理。參加本研究的還有萬福緒、邱海倫、陳平、閆家峰、申晨、蓋軍元、孫昌舉、柴湘輝等，特此致謝。

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Succession of Platycladus orientalis Forests Promoted by Supplementary Planting of Native Tree Species and Its Short-term Effect

/Li Yunxian，Yang Xuemin，Ma Zhanyuan，Qin Fei(Xuzhou Municipal Works and Gardens Administration Bureau，Xuzhou 221009，P.R.China);Guan Qingwei(Nanjing Forestry University);Yang Ruiqing(Xuzhou Institute of Technology)//Journal of Northeast Forestry University.-2011，39(6).-16～19

Yunlong hill;Limestone hill;Platycladus orientalis forests;Forest succession

S727.5

1)國家“十一五”科技支撐項目(2006BAD03A0602)、江蘇省“333”工程項目(BRAZ010020)和徐州市科技計劃(XM09B025)。

李云峴，女，1962年12月生，徐州市市政園林局，研究員級高級工程師。

秦飛，徐州市市政園林局，研究員級高級工程師。E-mail:xzlyqf@126.com。

2010年12月29日。

責(zé)任編輯:戴芳天。

The goals and principles of promoting the succession of Platycladus orientalis forests were given based on the actuality of P.orientalis forests and the need for social development.The standards for intermediate cutting and tending as well as the forest gap opening in the forest were determined.Moreover，the planting and management of native tree species and their allocation modes were also put forward.All the tree species grew well and the plant diversity increased after the forest alteration.The landscape quality was obviously improved，and an aesthetic value of the forest had begun to take shape.