丹霞地貌石質(zhì)山地封山育林效益分析

鄭生輝

(甘肅省甘南州臨潭縣林業(yè)局，甘肅臨潭747599)

丹霞地貌石質(zhì)山地封山育林效益分析

鄭生輝

(甘肅省甘南州臨潭縣林業(yè)局，甘肅臨潭747599)

通過設(shè)定固定樣地，應(yīng)用灌叢草坡型、灌木林型、喬灌型、棄耕跡地型封育類型，經(jīng)過6年封山育林，不同封育類型群落蓋度比對(duì)照區(qū)平均增大25%，群落平均高比對(duì)照區(qū)平均增長(zhǎng)0.3m，物種多樣性指數(shù)比對(duì)照區(qū)均呈增加趨勢(shì)，群落的穩(wěn)定性比對(duì)照區(qū)進(jìn)一步增強(qiáng)，土壤含水率比對(duì)照區(qū)逐年增加，土壤有機(jī)質(zhì)、全氮(N)、磷(P2O5)比對(duì)照區(qū)增加37.7%、11.9%、22.7%，土壤透水性比對(duì)照區(qū)平均增加13.4%，土壤孔隙度比對(duì)照區(qū)平均增加10.3%，土壤容重比對(duì)照區(qū)平均降低0.23g/m3，6年減少土壤侵蝕量6019kg/hm2。

封山育林；封育類型

1 試驗(yàn)地自然概況

試驗(yàn)地位于甘肅省臨潭縣冶力關(guān)鎮(zhèn)西北約6km處，甘南、臨夏、定西三州(市)交界處，地理位置為103°35′E， 35°05′N,屬青藏高原東北邊緣與黃土高原交匯區(qū)，西秦嶺西端。海拔在2100～3926m。年太陽(yáng)總輻射量為4986.9～5643.8 MJ/m2，生理輻射量為2443.6～2765.8MJ/m2，年日照時(shí)數(shù)2186～2364h；年平均氣溫為5.1～7.1℃，年極端最高溫度為37℃，年極端最低溫度為-23.8℃，≥10.0℃年積溫為790.7～1635℃，年蒸發(fā)量為1080～1375mm，干燥度0.12～1.09；全年以西北風(fēng)為主，年平均風(fēng)速為1.4m/s；年降水量為612mm，降水豐富且季節(jié)分布不勻，無(wú)霜期90～110d。母巖以紅砂礫巖為主，間有少量的純質(zhì)砂巖，巖石裸露率高。土壤只有山頂和山麓存在著少量的亞高山草甸土、褐土、栗鈣土、暗棕壤、山地草甸土、粗骨土6個(gè)土類，土層淺薄，石礫含量高，屬丹霞地貌石質(zhì)山地。

2 研究方法

本試驗(yàn)調(diào)查分析于2008～2013年底在冶力關(guān)赤壁幽谷進(jìn)行，按封育和對(duì)照兩種方式，分別對(duì)選定的喬灌型、灌木林型、灌叢草坡型、棄耕跡地型4種類型自然條件和植被長(zhǎng)勢(shì)相對(duì)一致的地塊設(shè)定固定樣地進(jìn)行不同類型的對(duì)比試驗(yàn)，每個(gè)類型設(shè)置3個(gè)固定樣地，每個(gè)樣地面積300m2，3次重復(fù)，試驗(yàn)統(tǒng)一采取隨機(jī)設(shè)置，此后分別于2009年4月、2011年7月、2013年10月進(jìn)行調(diào)查取樣記錄，每個(gè)類型樣地調(diào)查取樣均重復(fù)3次。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)用Microsoft Excel軟件進(jìn)行初步分析處理，并制作有關(guān)圖形。

3 結(jié)果與分析

3.1 成林早，見效快

由圖1可見，石質(zhì)山地經(jīng)過6年封山育林，對(duì)4種類型的群落蓋度均產(chǎn)生影響，各種類型間的蓋度變化也有所不同。第1次取樣時(shí)(2009年4月)，封育區(qū)灌叢草坡型、棄耕跡地型的蓋度均高于對(duì)照區(qū)，灌木林型、喬灌型基本和對(duì)照區(qū)持平；第2次取樣時(shí)(2011年7月)，封育區(qū)灌叢草坡型、灌木林型、喬灌型、棄耕跡地型 4種類型的蓋度均高于對(duì)照區(qū)；第3 次取樣時(shí)(2013年10月)，對(duì)照區(qū)的灌叢草坡型、灌木林型的蓋度比第2次采樣時(shí)有所下降，而封育區(qū)4種類型的蓋度均呈增大趨勢(shì)。封育區(qū)灌叢草坡型群落蓋度比對(duì)照區(qū)增大40%，灌木型增大20%，喬木林型增大25%,棄耕跡地型增大15%。封育區(qū)灌叢草坡型、灌木林型、喬灌型、棄耕跡地型 4種封育類型群落的蓋度比對(duì)照區(qū)平均增大25%。

圖1 不同類型群落蓋度變化

盡管丹霞地貌石質(zhì)山地生態(tài)立地條件較差，但只要實(shí)施封山育林，加強(qiáng)管護(hù)，并采取一定的人工促進(jìn)措施，森林和其他植被也能得到很快恢復(fù)。由圖2可見，石質(zhì)山地經(jīng)過6年封山育林，封育區(qū)灌叢草坡型群落平均高(0.36m)，比對(duì)照區(qū)(0.18m)增長(zhǎng)0.18m；封育區(qū)灌木林型群落平均高(1.62m)，比對(duì)照區(qū)(1.35m)增長(zhǎng)0.27m；封育區(qū)喬灌型群落平均高為(2.34m)，比對(duì)照區(qū)(1.77m)增長(zhǎng)0.57m；封育區(qū)棄耕跡地型群落平均高為(0.26m)，比對(duì)照區(qū)(0.08m)增長(zhǎng)0.18m。封育區(qū)群落平均高比對(duì)照區(qū)平均增長(zhǎng)0.3m?？梢姡谌斯ぴ炝掷щy的邊遠(yuǎn)山區(qū)實(shí)施封山育林，具有成林早、見效快等特點(diǎn)，是恢復(fù)植被、擴(kuò)大森林資源面積的有效途徑。

圖2 不同類型6年平均高的變化

3.2 群落多樣性得到有效保護(hù)

由于實(shí)施封山育林，停止了人為和牲畜侵害，在一定程度上改變了植被的生長(zhǎng)環(huán)境，石質(zhì)山地經(jīng)過6年封山育林，封育區(qū)灌叢草坡型、灌木林型、喬灌型、棄耕跡地型顯示出物種多樣性指數(shù)增高趨勢(shì)。由圖3所見，對(duì)照區(qū)除了棄耕跡地型外，物種多樣性指數(shù)均逐年減少，相反在封育區(qū)，隨著封育時(shí)間的延長(zhǎng)，4種類型的多樣性指數(shù)均呈上升趨勢(shì)。根據(jù)香農(nóng)-維納(Shannon-wiener)多樣性指數(shù)計(jì)算得出，灌叢草坡型物種多樣性指數(shù)最大，喬灌型次之，灌木林型封山后由于采取樹種組成、密度調(diào)控措施，個(gè)體數(shù)量減少，故物種多樣性指數(shù)有所降低。棄耕跡地型立地環(huán)境條件(2008～2013年)變化較大，侵入的植物物種主要以草本、沙柳、沙棘、栒子、樺木等占優(yōu)勢(shì)，為群落演替的初始階段，因此物種多樣性指數(shù)也較低。這說(shuō)明封山育林對(duì)保護(hù)物種多樣性具有重大作用。

圖3 不同群落多樣性指數(shù)變化

3.3 有利于群落進(jìn)展演替

根據(jù)生態(tài)優(yōu)勢(shì)種重要值(importance value)的測(cè)定，石質(zhì)山地經(jīng)過6年封山育林，灌叢草坡型和棄耕跡地型為群落演替的初期階段，優(yōu)勢(shì)樹種組成變化較快(見表1)。例如灌叢草坡型封山后，適應(yīng)性較強(qiáng)的金露梅、錦雞兒未發(fā)生變化，而位于3、4、5位序的山生柳、忍冬、衛(wèi)矛位序發(fā)生了變化，山生柳被衛(wèi)矛代替；灌木林型中原重要值較小的沙柳重要值增大，上升為第2位。實(shí)施封山育林后，由于生態(tài)環(huán)境的改變，對(duì)于那些喜光、矮小的叢生灌木如錦雞兒、小檗等，隨著演替進(jìn)展，將逐漸被喬木和高大的灌木所代替，因此，對(duì)灌叢草坡型和棄耕跡地型這些類型采取人工促進(jìn)措施時(shí)，要注意樹種演替組成變化這一規(guī)律?？梢姡|(zhì)山地通過封山育林，能促進(jìn)森林演替與天然更新，可形成在當(dāng)?shù)氐淖匀画h(huán)境條件下多種植物組成的、穩(wěn)定性較強(qiáng)的混交林。

表1 不同類型封山前后優(yōu)勢(shì)種重要值變化

3.4 培肥地力，提高土壤養(yǎng)分循環(huán)

石質(zhì)山地經(jīng)過6年封山育林，林地得到了有效保護(hù)，枯枝落葉不斷積累，腐爛分解后有效的增加了土壤有機(jī)質(zhì)含量，土壤的物理性狀也得到了良好的改善，起到了改良土壤和提高土壤養(yǎng)分循環(huán)的作用。據(jù)2009年4月、2011年7月、2013年10月對(duì)0～30cm土壤層取樣測(cè)定，封育區(qū)有機(jī)質(zhì)、全氮(N)、磷(P2O5)含量均比對(duì)照區(qū)有所增加，尤其是土壤有機(jī)質(zhì)含量增加幅度較大，在4種不同類型封育區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)平均含量(19.68g/kg)比對(duì)照區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)平均含量(14.29g/kg)增加37.7%；封育區(qū)全氮(N)平均含量為(1.37g/kg),比對(duì)照區(qū)全氮(N)平均含量(1.21g/kg)增加11.9%；封育區(qū)磷(P2O5)平均含量為31.3mg/kg,比對(duì)照區(qū)磷(P2O5)平均含量(27.92mg/kg)增加22.7%。見圖4、圖5、圖6。

圖4 不同類型土壤有機(jī)質(zhì)變化

圖5 不同類型土壤全氮變化

3.5 涵養(yǎng)水源，改善土壤結(jié)構(gòu)

通過對(duì)封育區(qū)和對(duì)照區(qū)4種不同類型0～30cm土壤層水分含量測(cè)定的結(jié)果，封育區(qū)土壤含水量均成增高趨勢(shì)。2009年4月第一次取樣時(shí)比對(duì)照區(qū)平均增加8.5%，2011年7月第二次取樣時(shí)比對(duì)照區(qū)平均增加34.4%，2013年10月第三次取樣時(shí)比對(duì)照區(qū)平均增加45.5%，見圖7?？梢?，石質(zhì)山地封山育林土壤水分含量逐年呈增加趨勢(shì)，起到涵養(yǎng)水源、保持水土的作用。

圖7 不同類型6年土壤水分含量變化

由于封山育林增加了枯枝落葉量，改善了土壤理化性質(zhì)。據(jù)2009年4月、2011年7月、2013年10月對(duì)封育區(qū)和對(duì)照區(qū)0～30cm土壤層取樣測(cè)定的結(jié)果表明：封育區(qū)灌叢草坡型土壤容重為(1.13g/m3)比對(duì)照區(qū)土壤容重(1.32g/m3)降低0.19g/m3；封育區(qū)灌木林型土壤容重為(0.92g/m3)，比對(duì)照區(qū)土壤容重(1.25g/m3)降低0.33g/m3；封育區(qū)喬灌型土壤容重為(1.04g/m3)，比對(duì)照區(qū)土壤容重(1.2g/m3)降低0.16g/m3；封育區(qū)棄耕跡地型土壤容重(1.75 g/m3)比對(duì)照區(qū)(1.99g/m3)降低0.24g/m3；4種不同類型封育區(qū)比對(duì)照區(qū)土壤容重平均降低 0.23g/m3，見圖8，封育區(qū)土壤透水性、土壤孔隙度明顯增加，比對(duì)照區(qū)平均增加13.4%、10.3%，其中灌木林型的土壤透水性、土壤孔隙度增加幅度最大，見圖9、圖10。可見，由于封山育林后土壤腐殖質(zhì)的增加和有效孔隙及土壤動(dòng)物活動(dòng)留下的孔穴，為水分滲透、蓄積水分創(chuàng)造了良好的條件。

圖8 不同類型6年土壤容重變化

圖9 不同類型6年土壤透水性變化

圖10 不同類型6年土壤孔隙度變化

3.6 固結(jié)土壤，減少水土流失

據(jù)2009年4月、2011年7月、2013年10月對(duì)封育區(qū)和對(duì)照區(qū)所測(cè)定的數(shù)據(jù)，封育區(qū)灌叢草坡型、灌木林型、喬灌型、棄耕跡地型4種不同類型6年土壤平均侵蝕量均比對(duì)照區(qū)有所下降，封育區(qū)灌叢草坡型6年土壤侵蝕量為(980.5kg/hm2),比對(duì)照區(qū)6年土壤侵蝕量(2020 kg/hm2)減少了1039.5 kg/hm2；封育區(qū)灌木林型6年土壤侵蝕量為(660.4kg/hm2)，比對(duì)照區(qū)6年土壤侵蝕量(1774.2 kg/hm2)減少了1113.8 kg/hm2；封育區(qū)喬灌型6年土壤侵蝕量為(649.2 kg/hm2)，比對(duì)照區(qū)6年土壤侵蝕量(1465.8 kg/hm2)減少了816.6kg/hm2；棄耕跡地型土壤侵蝕下降最為明顯，封育區(qū)6年土壤侵蝕量為3078.6kg/hm2，比對(duì)照區(qū)6年土壤侵蝕量(6127.7kg/hm2)減少了3049.1 kg/hm2，封育區(qū)6年比對(duì)照區(qū)減少土壤侵蝕量6019kg/hm2。見圖11?？梢姡|(zhì)山地經(jīng)過6年的封山育林，林分結(jié)構(gòu)得到進(jìn)一步改善，林木的根系在水平和垂直方向上固持網(wǎng)絡(luò)土壤的功能增強(qiáng)，另外根系之間的縱橫交錯(cuò)、相互纏繞，構(gòu)成一個(gè)密集、復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)體系，使表土、心土、母質(zhì)連成一體，起到固結(jié)土壤的作用。

圖11 不同類型6年平均土壤侵蝕總量變化

4 結(jié)論

本研究通過對(duì)當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)造林方式的調(diào)查分析和對(duì)冶力關(guān)丹霞地貌石質(zhì)山地封山育林造林技術(shù)體系的研究，通過設(shè)置固定樣地進(jìn)行試驗(yàn)和農(nóng)戶調(diào)查，以及對(duì)冶力關(guān)丹霞地貌石質(zhì)山地封山育林所產(chǎn)生的生態(tài)效益進(jìn)行分析，得出如下主要結(jié)論：

4.1 石質(zhì)山地封山育林造林技術(shù)體系是在傳統(tǒng)造林技術(shù)的基礎(chǔ)上，借鑒各地封山育林技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，并結(jié)合當(dāng)?shù)貧夂?、土壤、植被和地形等因子的基礎(chǔ)上，總結(jié)設(shè)計(jì)出一套適合冶力關(guān)地方石質(zhì)山地封山育林綜合技術(shù)體系。

4.2 封山育林造林技術(shù)是一套以地養(yǎng)地相結(jié)合的優(yōu)化林業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)，體現(xiàn)了現(xiàn)代生態(tài)林業(yè)蓄水固土、防治土壤退化、保護(hù)物種多樣性、改善生態(tài)環(huán)境、促進(jìn)林業(yè)永續(xù)利用和健康發(fā)展等理念和目標(biāo)，以協(xié)調(diào)農(nóng)、林、牧形成合理布局為目標(biāo)，以自然生態(tài)修復(fù)為基礎(chǔ)，輔之以封禁、人工促進(jìn)、天然更新等新型的林業(yè)綜合技術(shù)體系。

4.3 石質(zhì)山地封山育林通過封山，實(shí)現(xiàn)育林，產(chǎn)生了良好的生態(tài)效益。其一提高林分質(zhì)量，改善生態(tài)環(huán)境；其二涵養(yǎng)水源，減少水土流失；其三培肥地力，提高土壤養(yǎng)分循環(huán)；其四固結(jié)土壤，改善土壤結(jié)構(gòu)；其五林分結(jié)構(gòu)進(jìn)一步完善，物種多樣性進(jìn)一步提高。

通過6年封山育林，灌叢草坡型、灌木林型、喬灌木型、棄耕跡地型 4種類型封育區(qū)群落蓋度比對(duì)照區(qū)均呈增大趨勢(shì)，平均蓋度增大25%；平均高增長(zhǎng)0.3m；封育區(qū)0～30cm土壤層有機(jī)質(zhì)比對(duì)照區(qū)增加37.7%、全氮增加11.9%、磷含量增加22.7%；封育區(qū)0～30cm土壤水分含量比對(duì)照區(qū)2009年4月取樣時(shí)增加8.5%，2011年7月取樣時(shí)增加34.4%，2013年10月取樣時(shí)增加45.5%；土壤透水性、土壤孔隙度封育區(qū)比對(duì)照區(qū)增加13.4%、10.3%；封育區(qū)比對(duì)照區(qū) 6年多保土6019kg/hm2。

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2015-04-27

鄭生輝(1980-)，男，碩士，林業(yè)助理工程師，主要從事森林資源管理，E-mail: gnltxlyj@163.com。

S755

A

DOI.:10.13268/j.cnki.fbsic.2015.04.007