川中丘陵區(qū)優(yōu)良適宜樹種選擇

張宗學(xué)，魯時(shí)燕，牛 牧，陳俊華，龔固堂，朱志芳，黎燕瓊，鄭紹偉，慕長(zhǎng)龍*

(1.長(zhǎng)江造林局攀枝花分局，四川攀枝花 617000;2.德昌縣林業(yè)局，四川德昌 615500;3.北京林業(yè)大學(xué)，北京 100083;4.四川省林業(yè)科學(xué)研究院，四川成都 610081)

川中丘陵區(qū)是典型的農(nóng)林復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)［1］，由于土壤質(zhì)地松脆，極易被侵蝕和風(fēng)化，加上丘坡較陡，雨水集中，導(dǎo)致該區(qū)域水土流失嚴(yán)重，是長(zhǎng)江上游水土流失較為嚴(yán)重的區(qū)域。為了防止水土流失，20世紀(jì)60年代啟動(dòng)長(zhǎng)防林以來，營(yíng)建了大量的人工榿柏混交林。但隨著時(shí)間的推移，昔日營(yíng)建的榿柏混交林由于榿木的壽命較短，絕大部分向柏木純林演變。加上原有的馬尾松天然林分，由于缺乏科學(xué)的經(jīng)營(yíng)和管理，導(dǎo)致該區(qū)域產(chǎn)生了大量的低效防護(hù)林分，主要表現(xiàn)為林下植被稀少，灌草蓋度低，天然更新不良，林分穩(wěn)定性差，其生態(tài)功能得不到充分發(fā)揮，水土保持效果差。因此急需對(duì)現(xiàn)有防護(hù)林分進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，以最終形成混交、復(fù)層、多種功能充分發(fā)揮的穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)。樹種選擇是林分結(jié)構(gòu)優(yōu)化和模式配置的關(guān)鍵。本文根據(jù)川中丘陵區(qū)的實(shí)際情況，初步篩選出20種適宜川中丘陵區(qū)的喬(灌)種，選擇生長(zhǎng)適宜性指標(biāo)、抗逆性指標(biāo)、生態(tài)功能指標(biāo)作為控制層［2］，用層次分析法進(jìn)行模型篩選，并對(duì)得分較高的樹種分別在柏木純林、馬尾松林純林、松柏混交林這三種典型林分進(jìn)行改造后的栽培試驗(yàn)，最終選擇出該區(qū)域的優(yōu)良適宜植被材料，以期為低效林改造、長(zhǎng)防林三期工程和森林健康經(jīng)營(yíng)提供依據(jù)。

1 試驗(yàn)地概況

本次試驗(yàn)分別選擇了四川省綿陽市游仙區(qū)新橋鎮(zhèn)官司河小流域和四川省鹽亭縣林山鄉(xiāng)。官司河小流域地理坐標(biāo)為東經(jīng) 104°46'～104°49'、北緯 31°23'～31°37'。屬淺—深切割的丘陵地貌，處于龍門山前緣向盆地的過渡地帶。氣候?qū)俦眮啛釒駶?rùn)季風(fēng)氣候，年均溫16.1℃，年均降水量921.0mm，年均相對(duì)濕度79%，無霜期272 d［3］。土壤主要有發(fā)育在白堊系泥巖和砂巖風(fēng)化物上的紫色土、灰白砂土和發(fā)育在第四系松散堆積物上的老沖積黃壤。該區(qū)域主要的森林類型有以榿柏混交林、柏木純林為主的人工林和以松櫟混交林、松柏混交林為主的天然次生林［4］。四川省鹽亭縣林山鄉(xiāng)位于北緯31°16'，東經(jīng)105°28'。土壤類型以鈣質(zhì)紫色土為主，質(zhì)地為中壤至重壤，部分為砂質(zhì)土;氣候類型為中亞熱帶季風(fēng)氣候，年平均氣溫17.3℃，年均降雨量為825.5 mm，無霜期294 d［5］。植被以柏木純林為主，此外還有馬尾松純林、松柏混交林、榿柏混交林和櫟柏混交林等幾種類型［6］。

2 試驗(yàn)方法及材料

本研究分別采用模型初選和樹種栽培試驗(yàn)進(jìn)行。樹種選擇模型采用層次分析法(AHP)。在模型初步篩選的基礎(chǔ)上，選擇得分較高的樹種于2009年進(jìn)行栽培試驗(yàn)。模型初選樹種有20個(gè)(其中喬木15種，灌木5種)。樹種選擇試驗(yàn)林的參試樹種有6個(gè)。種植后1 a調(diào)查成活率、高度、地徑、冠幅生長(zhǎng)情況，以后每年對(duì)其生長(zhǎng)率和保存率進(jìn)行定期測(cè)量，并對(duì)所取得的調(diào)查數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。模型初選樹種見表1。參試樹種試驗(yàn)地情況及栽培方法見表2。

表1 川中丘陵區(qū)優(yōu)良適宜供選樹種

表2 參試樹種試驗(yàn)地情況及栽培方法

3 結(jié)果與分析

3.1 模型篩選

3.1.1 樹種優(yōu)化選擇模型的建立

川中丘陵區(qū)的防護(hù)林樹種選擇應(yīng)根據(jù)其生物學(xué)、生態(tài)學(xué)特性及其功能需要特征，充分考慮樹種的生長(zhǎng)周期、更新能力、生長(zhǎng)速度、抗旱性、抗寒性、耐瘠薄性、冠層疏透性、根系特性［2］等因素，采用層次分析法對(duì)其進(jìn)行篩選。將生長(zhǎng)周期、更新能力、生長(zhǎng)速度3個(gè)指標(biāo)作為生長(zhǎng)適宜性指標(biāo)(A1)，抗旱性、抗寒性、耐瘠薄性3個(gè)指標(biāo)作為抗逆性指標(biāo)(A2)，冠層疏透性、根系特性2個(gè)指標(biāo)作為生態(tài)功能指標(biāo)(A3)。根據(jù)四川盆地的實(shí)際情況，初步篩選出15個(gè)喬木樹種，5個(gè)灌木樹種進(jìn)行分析，建立樹種選擇模型(圖1)。

圖1 樹種選擇評(píng)價(jià)模型

3.1.2 指標(biāo)權(quán)重的確定與一致性檢驗(yàn)

(1)控制層

控制層各指標(biāo)的判斷矩陣，權(quán)重見表3。由表3可以看出，生長(zhǎng)適宜性指標(biāo)權(quán)重最大，為0.6586，其次是生態(tài)功能性指標(biāo)，權(quán)重為0.1852，權(quán)重最小的是抗逆性指標(biāo)，權(quán)重為0.1852。

表3 控制層判斷矩陣及權(quán)重

(2)指標(biāo)層

根據(jù)各指標(biāo)的重要程度進(jìn)行兩兩比較所構(gòu)建的判斷矩陣及計(jì)算的各指標(biāo)權(quán)重(見表4)。從表4可以看出，樹種的根系特性(表征根固結(jié)土壤的能力)、冠層疏透性(用冠層樹葉比來表示，其值越小，表明冠層越疏透，越易形成喬灌草多層次的林分結(jié)構(gòu)，蓄水保土功能越強(qiáng))、生長(zhǎng)周期、更新能力的權(quán)重明顯大于其它指標(biāo)，這與防護(hù)林能充分發(fā)揮其生態(tài)功能分不開的。

表4 各指標(biāo)判斷矩陣及權(quán)重

3.1.3 樹種選擇優(yōu)化選擇結(jié)果

根據(jù)各樹種的生物生態(tài)學(xué)特性和有關(guān)研究資料，對(duì)各樹種選擇指標(biāo)作數(shù)量化處理［2］(表5)，再由此對(duì)待選樹種各項(xiàng)特性進(jìn)行逐項(xiàng)評(píng)價(jià)并作無量綱標(biāo)準(zhǔn)化處理，構(gòu)成各樹種的評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)據(jù)矩陣，將數(shù)據(jù)矩陣乘以指標(biāo)權(quán)重矩陣，得到各樹種優(yōu)化選擇結(jié)果(表6)。

表5 樹種優(yōu)化選擇指標(biāo)評(píng)價(jià)等級(jí)

表6 川中丘陵區(qū)優(yōu)良適宜樹種優(yōu)先序列

從表6可知，由層次分析法模型篩選出適宜川中丘陵區(qū)的9個(gè)喬木樹種為麻櫟、栓皮櫟，刺槐，榿木，喜樹，香椿，馬尾松、香樟、柏木。3個(gè)灌木樹種為馬桑，黃荊，火棘。9個(gè)喬木樹種全部適宜在黃壤中生長(zhǎng)，紫色土中，除馬尾松不適宜生長(zhǎng)外，其它8個(gè)樹種均適宜。

3.2 樹種栽培選擇試驗(yàn)

根據(jù)上述模型篩選的樹種，選擇了榿木、刺槐、喜樹、香樟、香椿5個(gè)樹種分別在四川綿陽游仙區(qū)新橋官司河流域和四川鹽亭縣林山鄉(xiāng)進(jìn)行了栽培試驗(yàn)。其中，四川綿陽新橋官司河流域試驗(yàn)樹種為臺(tái)灣榿木、窄冠刺槐、香樟;四川鹽亭試驗(yàn)樹種為榿木、喜樹、香椿。各試驗(yàn)點(diǎn)情況見表2。

3.2.1 試驗(yàn)樹種成活率、生長(zhǎng)情況分析

(1)綿陽新橋官司河流域試驗(yàn)點(diǎn)

①各新栽樹種生長(zhǎng)情況、成活率比較

3個(gè)樹種均為2009年栽植，其中臺(tái)灣榿木為1 a生營(yíng)養(yǎng)袋苗，香樟和窄冠刺槐2 a生為大苗，香樟為帶土苗，窄冠刺槐為祼根苗，栽植密度均為2 m ×2 m，采用穴狀整地，塊狀混交。分別于2010年、2013年，即栽植后1 a和4 a調(diào)查其成活率，保存率和生長(zhǎng)情況(見表7)。從表7可以看出，臺(tái)灣榿木高生長(zhǎng)最快。香樟和窄冠刺槐高生長(zhǎng)較慢。從地徑年生長(zhǎng)率分析表明，臺(tái)灣榿木生長(zhǎng)最快，其次是窄冠刺槐，香樟的地徑生長(zhǎng)最慢。冠幅生長(zhǎng)率以香樟最大，臺(tái)灣榿木次之，窄冠刺槐最小。1 a后的成活率排序?yàn)橄阏粒菊诖袒保九_(tái)灣榿木，4 a后保存率排序?yàn)橄阏粒菊诖袒保九_(tái)灣榿木。由此可見香樟和窄冠刺槐的成活率和保存率均最高，而臺(tái)灣榿木較低。究其原因是香樟和窄冠刺槐栽植時(shí)為2 a生苗木，植株較高，受光條件較好;臺(tái)灣榿木為1a生，苗木弱小，且榿木受光條件差。

表7 官司河流域各新栽樹種1 a和4 a的生長(zhǎng)情況

②不同森林類型同一栽植樹種保存率比較

表8表示各補(bǔ)植樹種在不同森林類型中的保存率。從表8可以看出，不同樹種在不同森林類型中的保存率不盡相同。香樟和窄冠刺槐在3種森林類型中的保存率均表現(xiàn)為柏木純林中最高，松柏混交林中次之，馬尾松純林中最低，并在3種森林類型中存在顯著差異。在柏木純林中的臺(tái)灣榿木保存率顯著高于其它2種森林類型，而在松柏混交林和松樹純林之間沒有顯著差異。

表8 官司河流域不同森林類型各樹種4 a后保存率比較(%)

③不同森林類型同一栽植樹種高生長(zhǎng)狀況比較

從同一喬木樹種栽植4a后在不同森林類型中的高生長(zhǎng)狀況可以看出(表9)，香樟和窄冠刺槐均在柏木純林中生長(zhǎng)最好，松柏混交林中次之，馬尾松純林中最差;臺(tái)灣榿木在柏木純林中高生長(zhǎng)顯著高于其它2種森林類型。每個(gè)樹種高生長(zhǎng)在3種森林類型之間均存在顯著差異。

表9 不同森林類型內(nèi)各樹種栽植4 a后苗高(cm)

(2)鹽亭林山鄉(xiāng)試驗(yàn)點(diǎn)

本試驗(yàn)點(diǎn)中，榿木、喜樹2009年栽植，榿木為1 a生營(yíng)養(yǎng)袋苗，喜樹為2 a生苗。香椿為2011年栽植，2 a生苗。榿木栽植密度為2 m ×3 m，喜樹、香椿栽植密度為3 m ×4 m。榿木、喜樹栽植1 a后和3 a后分別調(diào)查其成活率、保存率及生長(zhǎng)量，香椿1 a后調(diào)查其成活率，生長(zhǎng)量，見表10。從表10中可以看出，香椿1 a后的苗高生長(zhǎng)率最高，喜樹次之，榿木1 a后的高生長(zhǎng)率最低。喜樹的苗高年生長(zhǎng)率明顯高于榿木。從地徑生長(zhǎng)來看，喜樹1 a后的地徑生長(zhǎng)率最高，其次是香椿，榿木最低，但榿木地徑連年生長(zhǎng)量高于喜樹。從成活率來看，香椿的成活率最高，喜樹次之，榿木最低，保存率喜樹高于榿木。

表10 林山鄉(xiāng)各新栽樹種1 a和3 a生長(zhǎng)情況

4 結(jié)論及討論

防護(hù)林體系樹種配置的最基本工程是樹種選擇［7］，國(guó)內(nèi)外專家多年研究認(rèn)為，適地適樹是樹種選擇必須遵從的原則［8-12］。前蘇聯(lián)專家在草原造林時(shí)，首先考慮喬灌木樹種對(duì)土壤條件的適應(yīng)性，再根據(jù)喬灌木樹種的根系、生長(zhǎng)發(fā)育狀況進(jìn)行分類選擇。而美國(guó)早在上個(gè)世紀(jì)30～40年代就通過對(duì)常用樹種進(jìn)行篩選比較，選出了大平原防護(hù)林常用樹種，如美國(guó)黃松、鉛筆柏、落基楊等。上個(gè)世紀(jì)70年代末，關(guān)君蔚教授對(duì)我國(guó)近30年來的防護(hù)林實(shí)踐進(jìn)行總結(jié)，提出了我國(guó)防護(hù)林的基本林種，包括7個(gè)水土保持專用林種、4個(gè)沙地防護(hù)林專用林種、6個(gè)風(fēng)害防護(hù)林林種、4個(gè)環(huán)境保護(hù)及其它專用林種。通過多年來國(guó)內(nèi)外專家研究認(rèn)為樹種選擇應(yīng)以鄉(xiāng)土樹種為主，適當(dāng)搭配經(jīng)過實(shí)驗(yàn)的引種樹種。所選擇的樹種應(yīng)具有抗性大、適應(yīng)性強(qiáng)、壽命長(zhǎng)、防護(hù)效益好等特征，還應(yīng)兼顧一定的景觀功能和經(jīng)濟(jì)效益，以提高區(qū)域景觀效果和農(nóng)民的收入。本研究以“川中丘陵區(qū)優(yōu)良適宜植被材料”作為目標(biāo)層，選取生長(zhǎng)適宜性指標(biāo)、抗逆性指標(biāo)、生態(tài)功能指標(biāo)作為控制層，以生長(zhǎng)指標(biāo)等8個(gè)指標(biāo)作為指標(biāo)層，對(duì)15個(gè)喬木樹種，5個(gè)灌木樹種用層次分析法進(jìn)行了模型篩選，然后對(duì)得分較高的樹種選擇了香樟、栓皮櫟、臺(tái)灣榿木、窄冠刺槐、榿木、喜樹6種闊葉樹種分別在柏木純林、馬尾松純林和松柏混交林中作改造后的樹種栽培試驗(yàn)。從不同森林類型新栽植的這幾個(gè)樹種的成活率、保存率和生長(zhǎng)狀況來看，香樟、臺(tái)灣榿木、榿木、喜樹、香椿、窄冠刺槐均可用于在柏木純林中補(bǔ)植，立地條件較高的地塊以補(bǔ)植香椿為宜，立地條件差的林分中以補(bǔ)植窄冠刺槐為宜。馬尾松純林中應(yīng)補(bǔ)植香樟和栓皮櫟，但補(bǔ)植香樟?xí)r應(yīng)選擇土層較厚，土壤含水量較高的林分。所有補(bǔ)植的苗木以2a生大苗為宜。本研究的栽培試驗(yàn)僅僅做了喬木樹種，有些適宜在川中丘陵區(qū)生長(zhǎng)、水土保持效果好且具有一定經(jīng)濟(jì)價(jià)值的灌木樹種有待下一步研究實(shí)驗(yàn)。

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