中亞熱帶城市與丘陵多種闊葉樹組合的生態(tài)林營造技術(shù)

潛偉平劉忠華李萍球陳 娟李 萍朱葉萍

1 萍鄉(xiāng)市林業(yè)科學(xué)研究所 江西萍鄉(xiāng) 337034 2 萍鄉(xiāng)市南坑林場 江西萍鄉(xiāng) 337034

中亞熱帶城市與丘陵多種闊葉樹組合的生態(tài)林營造技術(shù)

潛偉平1劉忠華1李萍球2陳 娟1李 萍1朱葉萍2

1 萍鄉(xiāng)市林業(yè)科學(xué)研究所 江西萍鄉(xiāng) 337034 2 萍鄉(xiāng)市南坑林場 江西萍鄉(xiāng) 337034

采用近自然的生態(tài)設(shè)計(jì)，即 “投入較多的樹種”進(jìn)入生態(tài)系統(tǒng)試驗(yàn)，通過競爭過程觀測研究，掌握不同樹種的競爭特性；依據(jù)生態(tài)系統(tǒng)原理，應(yīng)用生態(tài)分析方法，分析不同樹種生長過程中的生態(tài)反應(yīng)，進(jìn)一步明確其在生態(tài)林系統(tǒng)中的生態(tài)地位和作用。文章所提出的4種適合中亞熱帶城市和丘陵的闊葉樹多樹種生態(tài)林營造新模式有利于丘陵荒山生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的提高，可應(yīng)用于城市和丘陵地區(qū)生態(tài)林營建實(shí)踐，促進(jìn)低碳經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

闊葉樹，生態(tài)林，城市，丘陵，中亞熱帶

1 試驗(yàn)地自然條件

試驗(yàn)地位于城郊的萍鄉(xiāng)市林科所試驗(yàn)林場。造林時間為1987年，樹種是以木蘭科為主的34種闊葉樹，面積15.78 hm2。地理位置為北緯27° 40′6″，東經(jīng)113°50′18″。海拔125 m，山體相對高度35 m，平均坡度為18°。土壤為紅壤，土層平均厚度83.0 cm。

試驗(yàn)地屬中亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候，四季分明，光照充足，雨量充沛，無霜期長。年平均日照時間為1 600 h，年平均太陽輻射總量為100.38 kcal/cm2。氣候溫和多雨。

2 生態(tài)林營建

2.1 樹種選擇及數(shù)量組合

根據(jù)城市和丘陵生態(tài)林的設(shè)計(jì)思路，即近自然生態(tài)設(shè)計(jì)→競爭試驗(yàn)→ (生態(tài)分析＋種苗技術(shù))→營造模式提出＋關(guān)鍵技術(shù)→應(yīng)用推廣[1]，本試驗(yàn)樹種數(shù)量的確定主要依據(jù)如下原則:1)基本數(shù)量，即每個樹種的基本數(shù)量為30株，少數(shù)種源采集很困難的樹種為20株；2)種源富裕的樹種可以適當(dāng)增加試驗(yàn)株數(shù)至50株；3)均用2年生苗木種植。

2.2 造林設(shè)計(jì)

根據(jù)上述設(shè)計(jì)思路，第1次植樹的株行距離均為2.0 m×2.0m至2.8 m×2.8m。這些樹種經(jīng)過生態(tài)林試驗(yàn)林生態(tài)系統(tǒng)的競爭和選擇，將使個體之間的距離不斷變化，最終導(dǎo)致個體距離的不均衡。而這種不均衡的空間距離是形成生態(tài)林空間結(jié)構(gòu)分化的基礎(chǔ)[2－3]，也是近自然生態(tài)林營建的主要分析目標(biāo)，以便掌握生態(tài)選擇的規(guī)律，指導(dǎo)實(shí)際生態(tài)林的營造。因此，初始密度并不重要，如果密度小則競爭提前，反之則推遲，但都要經(jīng)過系統(tǒng)的自然選擇。這里涉及的株行距近似相等，是依據(jù)樹種生物學(xué)特性預(yù)測研究設(shè)計(jì)的[4]，不同的樹種株行距作微細(xì)調(diào)整，以保障試驗(yàn)正常期間進(jìn)入測試。

2.3 整地與種植

整地方式為穴墾，大小是長×寬×深＝0.6 m× 0.6 m×0.6 m，按正常的植樹要求進(jìn)行栽樹種植。

2.4 生態(tài)林管理

1)土壤管理。種植后1～3年內(nèi)進(jìn)行松土培育，即以樹體為中心1 m半徑的圓內(nèi)松土、除草、培兜。每年5月、7月、8月分別進(jìn)行松土培育，以后讓系統(tǒng)自然調(diào)節(jié)。

2)林下生物多樣性管理。為了不影響試驗(yàn)樹種生長，試驗(yàn)第1～3年對林下植物實(shí)施刈割。這樣不同植物的繁殖體仍然保留在林地內(nèi)，以后能恢復(fù)生長。每年6月、8月分別刈割一次。

3 生態(tài)林試驗(yàn)分析

生態(tài)林營造試驗(yàn)時間為1987—2010年，歷經(jīng)23年，生態(tài)過程有了明顯的規(guī)律。這對研究分析城市與丘陵多種闊葉樹組合生態(tài)林的生態(tài)營造規(guī)律較合適，因此，對試驗(yàn)林進(jìn)行了全面調(diào)查和測定。

3.1 試驗(yàn)樹種高生長的生態(tài)響應(yīng)

樹高生長對群落生態(tài)系統(tǒng)的響應(yīng)很敏感。樹種有沒有生態(tài)競爭優(yōu)勢，關(guān)系到該樹種能否進(jìn)入主林層而對群落生態(tài)系統(tǒng)控制作用的發(fā)揮[5]。樹高按2 m為一等級差，林冠垂直結(jié)構(gòu)可劃分為4個類型 (表1)。

表1 試驗(yàn)樹種高生長的生態(tài)響應(yīng)

表1 (續(xù))

表1反映了34個試驗(yàn)樹種在城市和丘陵人工生態(tài)林系統(tǒng)中的競爭規(guī)律，這種規(guī)律是系統(tǒng)選擇壓力的反映。在這4種類型中最有競爭優(yōu)勢的樹種是類型Ⅰ，其次是類型Ⅱ，類型Ⅲ和類型Ⅳ的樹種競爭力較差。這種規(guī)律表明，在人工林系統(tǒng)中根據(jù)營造目標(biāo)掌握樹種的競爭特性非常重要，它關(guān)系到人工生態(tài)林能否成功。如果競爭特性相差太大及空間結(jié)構(gòu)不合理，將導(dǎo)致競爭力差的樹種被淘汰，營造目標(biāo)不能實(shí)現(xiàn)。因此，樹種在人工生態(tài)系統(tǒng)中的競爭特性和空間結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是城市和丘陵生態(tài)林營造的關(guān)鍵。

3.2 試驗(yàn)樹種胸徑生長的生態(tài)響應(yīng)

胸徑生長與樹高生長有一定的相關(guān)性，但其受空間結(jié)構(gòu)影響更大，即樹體擁有的空間更大則胸徑生長較大[5]。胸徑按6 cm為一等級差，胸徑結(jié)構(gòu)可劃分為5個類型 (表2)。

表2 試驗(yàn)樹種胸徑生長的生態(tài)響應(yīng)

由表1和表2可知:1)同時進(jìn)入樹高類型Ⅰ的樹種與胸徑類型1的樹種只有樂昌含笑和樟樹2種。2)同時進(jìn)入樹高類型Ⅰ和Ⅱ和胸徑類型Ⅰ和Ⅱ的樹種有樂昌含笑、樟樹、木蓮、翅莢木、南酸棗、苦楝、醉香含笑、木荷、白花泡桐、桂楠木蓮、灰毛含笑、廣玉蘭、闊瓣白蘭花，共13種，其中桂楠木蓮為樹高類型Ⅱ和胸徑類型Ⅱ共有。只進(jìn)入樹高類型Ⅰ的樹種為乳源木蓮、紅花木蓮，只進(jìn)入樹高類型Ⅱ的為白玉蘭、金葉含笑、天目木蓮、禿瓣杜英。只進(jìn)入胸徑類型Ⅰ的樹種為白花泡桐、木荷、灰毛含笑、闊瓣含笑、廣玉蘭－翅莢木，只進(jìn)入胸徑類型Ⅱ的樹種為杜英。3)同時進(jìn)入樹高類型Ⅲ與胸徑類型Ⅲ的只有樂東擬單性木蘭。樹高生長進(jìn)入到類型Ⅰ和Ⅱ，而胸徑生長只進(jìn)入到類型Ⅲ的為乳源木蓮、紅花木蓮、金葉含笑、天目木蘭、白玉蘭5種。此外，杜英與禿瓣杜英比較特殊。禿瓣杜英高生長為類型Ⅱ，而胸徑生長為類型Ⅳ；杜英高生長為類型Ⅲ，而胸徑生長為類型Ⅱ。這說明禿瓣杜英具有較強(qiáng)的競爭力，適合混交種植；杜英適合孤植或行植。4)除了杜英、禿瓣杜英和樂東擬單性木蘭外，高生長類型Ⅲ對應(yīng)胸徑類型Ⅳ，高生長類型Ⅳ對應(yīng)胸徑類型Ⅴ，黃心夜合高生長類型與胸徑類型一致。

綜合上述分析，以群落競爭敏感性較強(qiáng)的樹高生長為主，結(jié)合胸徑生長類型，可以將34種試驗(yàn)樹種的群落生態(tài)反應(yīng)劃分為4個類型:1)生態(tài)反應(yīng)類型一。樹種為同時進(jìn)入樹高類型Ⅰ和Ⅱ、胸徑類型Ⅰ和Ⅱ的樹種 (樂昌含笑、樟樹、木蓮、翅莢木、南酸棗、苦楝、醉香含笑、木荷、白花泡桐、桂楠木蓮、灰毛含笑、廣玉蘭、闊瓣白蘭花)，共13種。2)生態(tài)反應(yīng)類型二。樹種為樹高生長進(jìn)入到類型Ⅰ和Ⅱ而胸徑生長只進(jìn)入到類型Ⅲ (乳源木蓮、紅花木蓮、金葉含笑、天目木蘭、白玉蘭、樂東擬單性木蘭、禿瓣杜英)，合計(jì)7種；3)生態(tài)反應(yīng)類型三。樹種為高生長類型Ⅲ及其對應(yīng)的胸徑類型Ⅳ的樹種(構(gòu)樹、江西石櫟、桂花、大葉女貞、云南含笑、黃心夜合、杜英、深山含笑、厚樸)，共9種。4)生態(tài)反應(yīng)類型四。樹種為高生長類型Ⅳ及其對應(yīng)的胸徑類型Ⅴ的樹種 (黃山木蘭、厚葉紅淡比、合歡、阿丁楓、軟莢紅豆)，共5種。

3.3 城市和丘陵人工生態(tài)林空間競爭模型

基于表1和表2，不同樹高類型的存留率反映了該樹種競爭的優(yōu)勢程度 (圖1)。通過引入樹種生長發(fā)育的生態(tài)響應(yīng)機(jī)理分析，人工生態(tài)林樹種優(yōu)勢生態(tài)響應(yīng)模型可擬合為 dh∕dt＝r(1－DH/DmaxHmax)－a。其中，D為胸徑，H為樹高，DMax為最大胸徑 (人工生態(tài)林中)，HMax為最大樹高 (人工生態(tài)林中)，r為樹種特性指數(shù)[4]。

表1中不同高生長類型通過系統(tǒng)選擇和競爭后的存留株數(shù)如圖2所示，即基本呈正態(tài)分布，接近于天然成熟闊葉林的結(jié)構(gòu)特征。分析結(jié)果表明，通過23年的生長和系統(tǒng)選擇、競爭等生態(tài)過程，試驗(yàn)林向生態(tài)系統(tǒng)復(fù)雜化方向發(fā)展，符合生態(tài)規(guī)律。

圖1 各樹高類型樹種存留概率

圖2 各樹高類型株數(shù)分布

3.4 環(huán)境的生態(tài)效應(yīng)

3.4.2 枯枝落葉量變化

試驗(yàn)林內(nèi)3個剖面平均枯枝落葉干重為400 g∕m2，與井岡山天然成熟闊葉林枯枝落葉干重659 g∕m2比較雖然相差159 g∕m2，但反映了向生態(tài)系統(tǒng)較好的方向演進(jìn)[4]。

3.4.3 枯枝落葉與水分富集作用

將各剖面的枯枝落葉晾干后稱重，然后放在恒溫箱105℃干燥8 h并立即稱重；再放在盛有自來水盆中浸24 h，撈起瀝干 (不滴水為止)，稱重。結(jié)果表明，試驗(yàn)林枯枝落葉干重高于荒山；試驗(yàn)林枯枝落葉富水量為荒山的2倍。此外，山頂剖面枯枝落葉的富水量比山坡中、下部較少。枯枝落葉的含水將逐漸釋放補(bǔ)充土壤水分，促進(jìn)植物生長。

3.5 林內(nèi)植物物種多樣性恢復(fù)

對試驗(yàn)林內(nèi)進(jìn)行全面調(diào)查發(fā)現(xiàn)，林下植被較豐富，即草本植物有狗脊蕨、蕗蕨、鱗毛蕨、日本薯芋、柳葉箬、海金沙、耳草、苧蔴、宿星菜、積雪草、鐵角蕨、海金沙、大葉麥冬、扁莎草、鴨趾草、野枯草等17種，灌木有小葉女貞、長葉凍綠、空心泡、茅梅、光葉拔葜、淡竹、大青、稱星樹、柃木等9種，藤本植物有、雞矢藤、冷飯?zhí)?、南蛇藤、亮葉崖豆藤、哥蘭葉等5種。此外，林下出現(xiàn)喬木樹種的小苗，發(fā)現(xiàn)有木荷、樟樹、翅莢木、樂昌含笑、杜英、泡桐、冬青。其中冬青是新增加的喬木樹種，說明試驗(yàn)林植被恢復(fù)較好。

4 生態(tài)林營建技術(shù)

4.1 多層次空間結(jié)構(gòu)模式

采用多層次空間結(jié)構(gòu)模式目的在于營造近自然的生態(tài)林系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，形成垂直結(jié)構(gòu)多層、水平結(jié)構(gòu)多樣的森林群落。

樹種結(jié)構(gòu)為:1)主林冠層可選樹種有樂昌含笑、樟樹、木蓮、翅莢木、南酸棗、苦楝、醉香含笑、木荷、白花泡桐、桂楠木蓮、灰毛含笑、廣玉蘭、闊瓣白蘭花等，第二林冠層可選樹種有乳源木蓮、紅花木蓮、金葉含笑、天目木蘭、白玉蘭、樂東擬單性木蘭、禿瓣杜英等，第三林冠層可選樹種有即構(gòu)樹、江西石櫟、桂花、大葉女貞、云南含笑、黃心夜合、杜英、深山含笑、厚樸、黃山木蘭、厚葉紅淡比、合歡、阿丁楓、軟莢紅豆等。2)樹種比例為2∶5∶3。3)落葉:常綠為1∶10。4)個體距離設(shè)置為主林冠層7 m×7 m、第二林冠6.7 m×6.7 m、第三林冠5.6 m×5.6 m。

4.2 大尺度生態(tài)景觀模式

采用大尺度生態(tài)景觀模式在于營造空間大于3 km2的生態(tài)林系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，形成垂直結(jié)構(gòu)1～2層的森林景觀、水平結(jié)構(gòu)多樣的森林群落。

樹種結(jié)構(gòu)為:1)主林冠層樹種有樂昌含笑、樟樹、木蓮、翅莢木、南酸棗、木荷、桂楠木蓮、灰毛含笑、廣玉蘭等，第二林冠層可選樹種有金葉含笑、天目木蘭、白玉蘭、樂東擬單性木蘭、禿瓣杜英，江西石櫟，黃心夜合、厚樸、黃山木蘭等。2)樹種比例為3∶7。3)落葉:常綠為2∶8。4)個體距離設(shè)置為主林冠層7×7 m、第二林冠5.6×5.6 m。

4.3 觀賞性休閑生態(tài)林模式

采用觀賞性休閑生態(tài)林模式在于營造休閑的生態(tài)林系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，形成垂直結(jié)構(gòu)1層的森林景觀、水平結(jié)構(gòu)多樣的森林群落。

樹種結(jié)構(gòu)為:1)林冠層樹種有樂昌含笑、樟樹、醉香含笑、闊瓣白蘭花、乳源木蓮、紅花木蓮、金葉含笑、白玉蘭、樂東擬單性木蘭、江西石櫟、桂花、大葉女貞、云南含笑、黃心夜合、深山含笑、厚樸、厚葉紅淡比、合歡、阿丁楓、軟莢紅豆等。2)落葉:常綠為2∶8。3)個體距離設(shè)置為主林冠層7 m×7 m。

4.4 中小尺度生態(tài)景觀模式

采用該模式目的為營造空間小于2 km2的近于自然的生態(tài)林系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，形成垂直結(jié)構(gòu)多層，水平結(jié)構(gòu)多樣的森林群落。

樹種結(jié)構(gòu)為:1)第一林冠層樹種有乳源木蓮、紅花木蓮、金葉含笑、天目木蘭、白玉蘭、樂東擬單性木蘭、禿瓣杜英等，第二林冠層樹種有構(gòu)樹、江西石櫟、桂花、大葉女貞、云南含笑、黃心夜合，第三林冠層可選樹種有杜英、深山含笑、厚樸、黃山木蘭、厚葉紅淡比、合歡、阿丁楓、軟莢紅豆等。2)樹種比例為2∶5∶3。3)落葉:常綠為1∶10。4)個體距離設(shè)置為第一林冠6.7 m×6.7 m、第二林冠5.6 m× 5.6 m、第三林冠5 m×5 m。

5 結(jié)論

通過對試驗(yàn)生態(tài)林的研究，發(fā)現(xiàn)了一些人工生態(tài)林的生態(tài)過程規(guī)律，掌握了城市和丘陵生態(tài)林的營造技術(shù):

1)應(yīng)用生態(tài)技術(shù)管理城市和丘陵人工生態(tài)林，土壤肥力逐漸增加，植物多樣性較高，枯枝落葉量較多而且富水量較大，有利于補(bǔ)充土壤水分，促進(jìn)林木生長。

2)人工生態(tài)林樹種優(yōu)勢生態(tài)響應(yīng)模型為dh∕dt ＝r(1－DH/DMaxHMax)。

3)遵從生態(tài)系統(tǒng)規(guī)律，4種新模式適合在中亞熱帶城市和丘陵地區(qū)進(jìn)行闊葉樹多樹種生態(tài)林營造。這些模式都包括了相應(yīng)的生態(tài)技術(shù)、種子處理技術(shù)、苗木培育技術(shù)、生態(tài)營建技術(shù)和生態(tài)管理技術(shù)，形成了一套較完整的技術(shù)體系。

[1]林翠新，楊學(xué)成，廖慶文.鄉(xiāng)土闊葉樹種在園林綠化上開發(fā)利用的初探[J].林業(yè)經(jīng)濟(jì)問題，2003，23(3):165－168.

[2]鄒春靜，徐文鐸.沙地云杉種內(nèi)、種間競爭的研究[J].植物生態(tài)學(xué)報，1998，22(3):269－274.

[3]李博.生態(tài)學(xué)[M].北京:高等教育出版社，2004.

[4]章家恩.生態(tài)學(xué)常用實(shí)驗(yàn)研究方法與技術(shù)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2007.

[5]姜漢僑，段昌群，楊樹華，等.植物生態(tài)學(xué)[M].北京:高等教育出版社，2004.

Ecological Forest Establishment Technique with Multiple Broadleaved Species in Mid-tropical Cities and Hilly Area

QianWeiping1Liu Zhonghua1Li Pingqiu2Chen Juan1Li Ping1Zhu Yeping2

(1.Pingxiang Institute of Forestry Science，Pingxiang 337034，Jiangxi，China；2.Nan Keng Forest Farm，Pingxiang 337034，JIangxi，China)

Near-nature ecological design method is to usemultiple species in a ecological forest to know the competiveness ofeach species through observation and analyze the ecological response ofeach species in their growth process by following ecosystem principle and applying ecological analysismethod so as to further identify the ecological position and roles of each species in ecological forest system.The paper proposed the new ecological forest establishment mode with 4 species suitable for growing in mid-tropical cities and hilly area.Themode can help improve the quliaty of eco-environment in bare hilly area，which can be applied to the practices of ecoloigcal forest establishment in mid-tropical cities and hilly area and promote the growth of low-carbon economy.

broadleaved species，ecological forest，city，hilly area，mid-tropical

2015－03－09

潛偉平，萍鄉(xiāng)市林業(yè)科學(xué)研究所研究員，江西省林學(xué)會遺傳育種分會常務(wù)委員，常年從事森林培育和遺傳育種等科研工作，E－mail:pxlksqwp＠126.com