結(jié)構(gòu)調(diào)控對(duì)沙地樟子松人工林生長及枯梢病的影響

徐貴軍，陳江燕，宋曉東，王恩利，劉敏

（遼寧省固沙造林研究所，遼寧 阜新123000）

從2003年開始，遼寧省固沙造林研究所開展樟子松人工固沙林寄主主導(dǎo)性病害松枯梢病生態(tài)控制技術(shù)研究。生態(tài)控制實(shí)踐的核心問題是，通過生態(tài)化的方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)森林生物災(zāi)害發(fā)生的生態(tài)環(huán)境及其相關(guān)生物的合理或最優(yōu)利用和最適調(diào)控，以實(shí)現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)高生產(chǎn)力和生態(tài)化的目標(biāo)。在理論上是自然控制論的具體工程技術(shù)問題。期望找出合理的控制措施，恢復(fù)沙區(qū)的森林生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性，抑制和延緩沙地樟子松人工林衰退病的發(fā)生與發(fā)展。

由于制約森林生態(tài)系統(tǒng)功能的關(guān)鍵不僅是生態(tài)系統(tǒng)的優(yōu)化組成，更重要的是森林生態(tài)系統(tǒng)的優(yōu)化結(jié)構(gòu)，因此，人工林森林生態(tài)系統(tǒng)持續(xù)穩(wěn)定高生產(chǎn)力的優(yōu)化結(jié)構(gòu)是森林生態(tài)系統(tǒng)有害生物生態(tài)控制的技術(shù)依據(jù)。持續(xù)穩(wěn)定高生產(chǎn)力的優(yōu)化結(jié)構(gòu)一方面通過人為干預(yù)來實(shí)現(xiàn)，另一方面通過生態(tài)系統(tǒng)本身的自我調(diào)控來實(shí)現(xiàn)。

本文主要從樟子松人工林的組成結(jié)構(gòu)、垂直（層次）結(jié)構(gòu)和年齡結(jié)構(gòu)等方面，通過人為設(shè)計(jì)和培育而得到科學(xué)合理的調(diào)控，以優(yōu)化人工林分結(jié)構(gòu)為出發(fā)點(diǎn)，探討樟子松人工林的生長與健康，使林分生長、林地生產(chǎn)力及森林功能的發(fā)揮達(dá)到最大和最優(yōu)。

1 研究區(qū)概況

章古臺(tái)位于科爾沁沙地的東南邊緣，地處42°43′N，122°22′E，海拔226.5m。屬亞濕潤干旱區(qū)，年降水量500mm左右，且多集中于6—8月，年蒸發(fā)量約為降水量的3倍，空氣相對(duì)濕度60.4%。年均氣溫6.0℃，≥10℃積溫3 000～3 300℃，無霜期154d。該地區(qū)降水年際變化也很大，每6～7a出現(xiàn)1次干旱年，近年來干旱頻率增大。這里光照充足，日照時(shí)數(shù)為2 680～2 853h［1］。

土壤主要為風(fēng)沙土。該地區(qū)共有維管束植物89科338屬，570多種，其中天然植物501種。代表性植物有五角楓（Acer mono）、山里紅（Crataegus pinnatifida）、家榆（Ulmus pumila）、胡枝子（Lespedeza bicolor）、小黃柳（Salix gordejevii）、差巴戈蒿（Artemisia halodendron）、中華隱子草（Cleistogenes chinensis）等［2］。

2 研究方法

2.1 測(cè)定方法

設(shè)立固定標(biāo)地，每個(gè)標(biāo)地調(diào)查株數(shù)大于100株。實(shí)行定期、定株、定位觀測(cè)記錄，測(cè)定內(nèi)容包括樹高、胸徑、發(fā)病率、土壤水分、感病指數(shù)等。

葉面積指數(shù)（Leave Area Index）又稱葉面積系數(shù)，可定義為單位面積上所有葉子向下投影的面積總和，它是群體的綠葉總面積與其覆蓋土地面積的比值，是生態(tài)系統(tǒng)研究中重要的參數(shù)之一，其大小的變化取決于生態(tài)環(huán)境、群落結(jié)構(gòu)等條件。葉面積指數(shù)通過Licor LAI 2000線性方法（5個(gè)圓148°視角），它用線性回歸來通過5個(gè)視角的林窗片段計(jì)算葉面積指數(shù)。葉面積指數(shù)LAI（Leave Area Index）是群體結(jié)構(gòu)的重要參數(shù)，也是衡量林分質(zhì)量的重要指標(biāo)。

林冠開闊度：即在鏡頭上方不被植被遮蓋空間的百分?jǐn)?shù)，是指從林地一點(diǎn)向上仰視，未被樹木枝體所遮擋的天空球面的比例，是圖像得來的林隙分?jǐn)?shù)經(jīng)過補(bǔ)償計(jì)算剔除了植被阻隔的影響得出的實(shí)際冠層林隙分?jǐn)?shù)。在數(shù)值上，林冠開闊度 ＝1－ 郁閉度。

2010年7月，運(yùn)用加拿大產(chǎn)的冠層分析儀（WinSCANOPY2004a）在各樣地內(nèi)對(duì)冠層進(jìn)行拍照，為了排除地面灌草層的干擾，拍攝高度為2m，為了消除太陽直射產(chǎn)生的巨大光斑，拍攝時(shí)間選在天氣晴朗的8：00—9：00或13：00—16：00，既能保證光線充足又能排除掉光斑的影響，每個(gè)處理分3個(gè)點(diǎn)，每1點(diǎn)拍1張照片。

表1 病級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)

2.2 數(shù)據(jù)分析方法

樹高、胸徑、蓄積等分析采用EXCEL整理原始數(shù)據(jù)，去除奇異值后用SPSS進(jìn)行單因素方差分析、多重比較（LSD或Tamhane）。立木蓄積計(jì)算公式采用遼寧省樟子松一元立木材積表（遼Q1665－83）的經(jīng)驗(yàn)公式V＝0.000 149 118 79 D2.309158238。

冠層結(jié)構(gòu)參數(shù)包括較多因子，本研究使用的指標(biāo)包括林冠開闊度（openness）和葉面積指數(shù)（LAI）等內(nèi)容。根據(jù)宋子煒等北京山區(qū)油松林光輻射特征及冠層結(jié)構(gòu)參數(shù)的研究，LAI（2000）－Log數(shù)據(jù)相關(guān)性最高［3］，故分析葉面積指數(shù)時(shí)采用LAI（2000）－Log數(shù)據(jù)。用Winscanopy For Canopy Analysis軟件中可直接得出林冠開闊度和葉面積指數(shù)。

2.3 試驗(yàn)地設(shè)定

2.3.1 疏林 2003年實(shí)施，試驗(yàn)地設(shè)在后坨子工區(qū)，試驗(yàn)對(duì)象為40年生左右、生長停滯、染病較重的樟子松人工林。技術(shù)方法為伐除瀕死木和枯死木，保留未染病或染病較輕的樹木，改造成疏林草地。設(shè)疏林草地區(qū)保留密度為198株·hm－2和對(duì)照區(qū)保留密度525株·hm－2，共2個(gè)處理，各為2hm2。

2.3.2 林分改造 對(duì)30年生左右，生長遲緩，已經(jīng)開始染病的純林進(jìn)行行狀伐除，并對(duì)保留行或帶中的樹木進(jìn)行“留優(yōu)去劣”式的間伐，伐除弱小和已經(jīng)染病的林木個(gè)體，同時(shí)對(duì)保留木進(jìn)行適當(dāng)修枝。

試驗(yàn)地為1972年造林，行狀間伐于2003年實(shí)施，當(dāng)年整地，2004年實(shí)行混農(nóng)作業(yè)，恢復(fù)地力，2005年引進(jìn)優(yōu)良灌木（大果沙棘）。伐2留2、伐1留1和對(duì)照的保留密度分別為357、353和822株·hm－2。

2.3.3 樹種引進(jìn) 2003年對(duì)一塊狀林實(shí)施伐2留2、伐1留1行狀間伐，當(dāng)年整地，2004年實(shí)行混農(nóng)作業(yè)，恢復(fù)地力，2005年引進(jìn)優(yōu)良灌木大果沙棘。該試驗(yàn)地為1972年造林，伐2留2、伐1留1和對(duì)照的保留密度分別為357、353和822株·hm－2。

2007年在原有的五行帶狀林帶間的15m的區(qū)間內(nèi)引進(jìn)彰武松、杜松、銀中楊、五角楓、懷槐等。喬木株行距為3m×3m，灌木株行距為1.5m×3m。

配置喬木和喬木混交、喬木和灌木混交、闊葉樹和針葉樹等3種帶狀混交類型，共10hm2。采用樟子松＋彰武松模式、樟子松＋杜松＋五角楓、樟子松＋銀中楊、樟子松＋懷槐、樟子松＋沙棘等5種。春季造林，為常規(guī)方式。苗木規(guī)格：彰武松、杜松為2＋2年生一級(jí)容器苗，其他樹種為2～3年生一級(jí)苗；栽植前，苗木提前浸足水。楊樹浸泡2～3d，松樹提前5d灌足水。苗木做到隨起、隨運(yùn)、隨栽，確保造林成活率。造林當(dāng)年3次穴狀撫育，分別于6、7、8月進(jìn)行；造林第2年撫育2次，分別于6、8月進(jìn)行。造林后頭3年在行間進(jìn)行混農(nóng)間種，選擇作物種類為具有增加土壤肥力作用的豆科植物，可提供氮素5kg·hm－2。

3 結(jié)果與分析

3.1 疏林對(duì)生長狀況的影響

3.1.1 疏林對(duì)胸徑的影響 經(jīng)t檢驗(yàn)，疏林處理和對(duì)照的胸徑生長量差異顯著（Sig.＝4.89E－31），7年疏林處理胸徑比對(duì)照的胸徑高62.96%，見表2。

表2 疏林對(duì)胸徑的影響

3.1.2 疏林對(duì)蓄積的影響 疏林處理和對(duì)照的總蓄積分別為70.561m3和71.519m3，總體收獲量差異不大，見圖1。

圖1 后坨子疏林蓄積量比較

3.1.3 疏林對(duì)葉面積指數(shù)的影響 疏林處理林冠開闊度數(shù)值為37.45%，葉面積指數(shù)數(shù)值為0.83。疏林對(duì)照林冠開闊度數(shù)值為25.87%，葉面積指數(shù)數(shù)值為1.25，處理的冠層結(jié)構(gòu)發(fā)生了明顯的變化，群落的透光率上升，見圖2、圖3。

圖2 疏林對(duì)葉面積指數(shù)的影響

圖3 疏林處理冠層分析照片

3.1.4 疏林對(duì)土壤水分的影響 疏林草地模式可有效緩解水分供需矛盾，特別是在干旱年份。如2006和2007年降水量較常年少，分別為346.6mm和345.2mm，由圖4看出，2006—2009年對(duì)照林分5、6月土壤含水率分別為1.96%和1.76%。樟子松在土壤含水率小于2%（萎蔫系數(shù)）時(shí)會(huì)發(fā)生萎蔫［2］，持續(xù)的低土壤含水率會(huì)導(dǎo)致持續(xù)萎蔫，可使生長減緩甚至停滯，加重病害的發(fā)生，往往不可逆轉(zhuǎn)。

圖4 疏林對(duì)土壤水分的影響

3.1.5 疏林對(duì)健康狀況的影響 疏林處理的感病指數(shù)呈下降趨勢(shì)，且基數(shù)較小，趨于穩(wěn)定；對(duì)照感病指數(shù)基數(shù)較大，呈上升趨勢(shì)，見圖5。

圖5 不同處理感病指數(shù)比較

3.2 不同林分改造措施對(duì)生長狀況的影響

3.2.1 不同林分改造措施對(duì)胸徑的影響 由表3看出，3種處理的初始胸徑差異不顯著。隨著年限的增加，林分改造對(duì)胸徑生長的促進(jìn)作用愈發(fā)明顯，伐1留1從伐后第3年、伐2留2從伐后第5年，胸徑生長量顯著超過對(duì)照。

表3 不同林分改造措施對(duì)胸徑的影響

經(jīng)作直線趨勢(shì)線可看出，伐1留1的斜率值最大，CK的最小，說明林分改造措施對(duì)胸徑生長有不同程度的促進(jìn)作用，伐1留1最明顯，見圖6。

圖6 不同林分改造措施對(duì)胸徑生長量的影響比較

3.2.2 不同林分改造措施對(duì)林分蓄積的影響 處理的伐2留2、伐1留1和對(duì)照的總蓄積分別為87.104、77.690和81.606m3，伐1留1的總蓄積最大，分別比對(duì)照和伐2留2高6.7%和12.1%，見圖7。

圖7 不同林分改造措施對(duì)林分蓄積的影響

3.2.3 不同林分改造措施對(duì)葉面積指數(shù)的影響不同林分改造措施樟子松林的林冠開闊度明顯不同。伐2留2、伐1留1、對(duì)照林冠開闊度數(shù)值分別為50.34%、37.43%和18.72%。而葉面積指數(shù)數(shù)值分別為0.66、0.89和1.63，見圖8、圖9。

圖8 不同林分改造措施對(duì)林分葉面積指數(shù)和林冠開闊度的影響

圖9 不同林分改造措施冠層分析照片

3.2.4 不同林分改造措施對(duì)土壤水分的影響 處理的伐2留2、伐1留1的土壤含水率比對(duì)照高，不同林分改造措施在一定程度上改善了水分狀況，見圖10。

圖10 不同林分改造措施對(duì)土壤水分的影響

3.2.5 不同林分改造措施對(duì)枯梢病的影響 30年生樟子松林分感病開始加重，經(jīng)不同林分改造措施的林分則表現(xiàn)出不同程度地抑制病情指數(shù)上升的趨勢(shì)，且伐1留1較為明顯，見圖11。

圖11 不同林分改造措施對(duì)林分感病指數(shù)的影響

3.3 樹種引進(jìn)對(duì)林分生長狀況的影響

3.3.1 引進(jìn)混交樹種的作用 不同生物學(xué)特性的樹種適當(dāng)混交，能夠比較充分地利用營養(yǎng)空間，有利于改善林地小氣候；混交林枯落物量多而成分復(fù)雜，分解后利于改良土壤的結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì)、調(diào)節(jié)水分、提高土壤肥力，而可以較好地促進(jìn)林木生長，維持和提高林地生產(chǎn)力。另外，配置合理的混交林還可增強(qiáng)森林的美學(xué)價(jià)值、游憩價(jià)值、保健功能等，使林分發(fā)揮更好的社會(huì)效益。由于混交林林冠交錯(cuò)，提高了林分郁閉度，改變了小氣候和林下植被，一些害蟲和菌類失去大量繁殖的生態(tài)條件，因而可以控制病蟲害的大量發(fā)生［4］。

因此，選擇混交樹種主要考慮了以下條件：無共同的病蟲害或抗病性較強(qiáng)，對(duì)病蟲害的傳播起到阻隔作用，減少時(shí)空格局中的有害生物數(shù)量；具有更強(qiáng)的適生性，在混交結(jié)構(gòu)中起穩(wěn)定作用；具有較高的經(jīng)濟(jì)和觀賞價(jià)值，增加經(jīng)濟(jì)效益和景觀異質(zhì)性；耗水量較低；利于改良土壤，固氮樹種增加土壤中的氮，使混交林的養(yǎng)分增加；具較強(qiáng)的萌芽力，更新時(shí)易恢復(fù)。引進(jìn)混交樹種可使帶內(nèi)各行種間競爭關(guān)系較晚出現(xiàn)，種間關(guān)系容易調(diào)節(jié)，施工方便，可以形成復(fù)層林冠，能有效防止病蟲害的發(fā)生蔓延。

3.3.2 混交樹種生長表現(xiàn) 2005年和2008年調(diào)查了成活率和保存率，2009年－2011年調(diào)查了生長量，見表4。

表4 樟子松人工林引進(jìn)樹種成活和生長情況

3.3.3 新植混交樹種經(jīng)濟(jì)價(jià)值 在樟子松帶間栽植五角楓、彰武松、杜松、銀中楊、懷槐等樹種，形成異齡復(fù)層混交林。以株行距3m×3m，林地內(nèi)改造面積的40%～50%計(jì)算，林地內(nèi)栽植五角楓、彰武松、杜松、銀中楊、懷槐等苗木667～834株·hm－2，成本為8 000～10 000元·hm－2（苗木、栽植、撫育、管護(hù)等費(fèi)用12元·株－1），10年后保存率70%，即467～584株·hm－2，市場價(jià)為50～60元·株－1，產(chǎn)值為23 350～35 040元·hm－2，利潤為13 350～27 040元·hm－2。每年可增加產(chǎn)值2 335～3 504元·hm－2，利潤1 335～2 704元·hm－2。

4 結(jié)論

4.1 對(duì)40年生左右染病較重的樟子松人工林進(jìn)行衛(wèi)生伐引導(dǎo)成疏林草地，疏林處理和對(duì)照的胸徑生長量差異顯著，7年間疏林處理的胸徑生長量比對(duì)照的胸徑高62.96%。疏林處理和對(duì)照的蓄積收獲總量差異不大。與對(duì)照相比，疏林的樹勢(shì)得到增強(qiáng)，病害防控效果明顯。

4.2 對(duì)30年生左右的樟子松人工林進(jìn)行改造后，隨著年限的增加，林分改造對(duì)胸徑生長的促進(jìn)作用愈發(fā)明顯，伐1留1從伐后第3年、伐2留2從伐后第5年，胸徑生長量顯著超過對(duì)照。伐1留1的總蓄積最大，分別比對(duì)照和伐2留2高6.7%和12.1%。伐1留1和伐2留2改造措施均對(duì)病害有抑制作用，且伐1留1效果更明顯。

4.3 處理的冠層結(jié)構(gòu)發(fā)生了明顯的變化，群落的透光率上升。疏林處理林冠開闊度為37.45%，葉面積指數(shù)為0.83。疏林對(duì)照林冠開闊度為25.87%，葉面積指數(shù)為1.25。伐2留2、伐1留1、對(duì)照林冠開闊度分別為50.34%、37.43%和18.72%。而葉面積指數(shù)分別為0.66、0.89和1.63。

4.4 疏林模式和林分改造措施，有利于改善林分水分狀況，在干旱年份效果更加明顯。

4.5 對(duì)30年生左右的沙地樟子松帶狀人工林，選用6個(gè)樹種進(jìn)行樹種結(jié)構(gòu)調(diào)整，保存率均在85%以上，建立了5種混交模式林，增加了樹種多樣性，改善了林分樹種、年齡結(jié)構(gòu)，帶內(nèi)各行種間關(guān)系則出現(xiàn)較晚，種間關(guān)系容易調(diào)節(jié)，可以形成復(fù)層林冠，能有效防止病蟲害的發(fā)生蔓延，豐富了樟子松人工林景觀，提高了林地生產(chǎn)力。

［1］王國晨，白雪峰.章古臺(tái)沙區(qū)氣候特征分析［M］//遼西北沙漠化土地恢復(fù)治理技術(shù)研究［M］.沈陽：遼寧大學(xué)出版社，2000：228－233

［2］焦樹仁.章古臺(tái)固沙林生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能.沈陽：遼寧科學(xué)技術(shù)出版社，1989：114

［3］宋子煒，郭小平，趙廷寧，等.北京山區(qū)油松林光輻射特征及冠層結(jié)構(gòu)參數(shù)［J］.浙江林學(xué)院學(xué)報(bào)，2009，26（1）：38－43

［4］張建國.人工造林技術(shù)概論［M］.北京：科學(xué)出版社，2007