沙地人工刺榆圍欄生長(zhǎng)及分化的初步研究*

曹宇

（遼寧省固沙造林研究所，阜新 123000）

沙地人工刺榆圍欄生長(zhǎng)及分化的初步研究*

曹宇

（遼寧省固沙造林研究所，阜新 123000）

對(duì)彰武沙地4種典型立地條件下，6年生人工刺榆圍欄生長(zhǎng)情況進(jìn)行調(diào)查的結(jié)果表明，在立地條件較好的平緩沙地、丘間低地和固定沙丘下部，刺榆的生長(zhǎng)比較穩(wěn)定，造林保存率均在80%以上，與立地條件相對(duì)較差的固定沙丘上部相比，刺榆的各主要生長(zhǎng)指標(biāo)均差異顯著，造林保存率為47%。在未經(jīng)人工干預(yù)狀態(tài)下，4種立地條件刺榆林分地徑離散度均在1.0以上，小于平均地徑累計(jì)株數(shù)均超過(guò)1/3，表明在現(xiàn)行密度條件下，刺榆林分的生長(zhǎng)已出現(xiàn)明顯分化，立地條件的異質(zhì)性和初植密度過(guò)大是林分發(fā)生分化的主要因素。各標(biāo)準(zhǔn)地刺榆林分普遍存在邊行優(yōu)勢(shì)，但對(duì)林分生長(zhǎng)影響并不顯著。

沙地；刺榆；生物圍欄；立地條件；生長(zhǎng)分化

刺榆(Hemiptelea davidii)為榆科刺榆屬落葉小喬木（或呈灌木狀），生長(zhǎng)迅速、抗逆性強(qiáng)，耐干旱貧瘠，是干旱、半干旱地區(qū)優(yōu)良的固沙樹種，因其特殊的生物學(xué)特性和形態(tài)特征，也是營(yíng)建生物圍欄的理想樹種之一[1]。遼寧省固沙造林研究所于2010年，對(duì)所轄2 500 hm2試驗(yàn)地周邊進(jìn)行了圍欄造林，形成刺榆圍欄帶29 km，由于周邊立地條件不同，3/4地段已經(jīng)成林，造林保存率79%，另1/4地段受土地風(fēng)蝕和人畜破壞影響，保存率僅為20%～30%[2]。2015年在充分調(diào)查基礎(chǔ)上，對(duì)刺榆圍欄不同立地條件下的生長(zhǎng)現(xiàn)狀進(jìn)行初步調(diào)查分析，以期為沙地刺榆圍欄在營(yíng)林措施和保育技術(shù)等的深入研究提供參考和借鑒。

1 研究區(qū)自然概況

研究區(qū)位于遼寧省彰武縣北部的章古臺(tái)鎮(zhèn)和阿爾鄉(xiāng)鎮(zhèn)(121°53′～122°29′E，42°43′～42°52′N)，地處科爾沁沙地東南緣，屬亞濕潤(rùn)干旱區(qū)森林草原氣候，海拔227～250 m，年降水量450～500 mm，多集中于6～8月，年蒸發(fā)量l 570～1 800 mm，平均空氣濕度60.4%，年均氣溫6.3℃，極端高溫43℃，極端低溫-34℃，10℃以上有效積溫2 800～3 200℃，無(wú)霜期154天。土壤類型以風(fēng)沙土為主，pH值6.7～7.0，有機(jī)質(zhì)較低，由于干旱氣候和長(zhǎng)期風(fēng)蝕，形成由西南向東北走向的沙丘帶。區(qū)內(nèi)植被以樟子松、油松、楊樹等為主的人工固沙林，地帶性植物為家榆(Ulmus pumila)、大果榆(U.macrocarpa)、小葉樸(Celtisbungeana)、山里紅(Crataeguspinnatifida)、小葉楊(Popuhts simonii)、色木槭(Acer mono)、山杏(Armeniaca sibirica)、小葉鼠李(Rhamnus parvifolia)、胡枝子(Lespedezabicolor)、南蛇藤(Celastrusarticulatus)、小葉錦雞兒(Caragana microphylla)、鹽蒿(Artemisia halodendron)、中華隱子草(Cleistogenes chinensis)等[3]。

2 材料與方法

研究材料為遼寧省固沙造林研究所于2010年對(duì)所轄6塊試驗(yàn)地周邊營(yíng)建的刺榆圍欄林帶，造林時(shí)采用刺榆1年生實(shí)生苗，株行距1 m×1 m，造林當(dāng)年進(jìn)行了1次帶狀撫育，后以粗放管理為主，圍欄林帶多處于人工固沙林緣。2015年，在研究區(qū)內(nèi)刺榆圍欄無(wú)人畜破壞地段，按沙地類型和沙丘部位選擇4種典型立地（表1）：平緩沙地、丘間低地、固定沙丘（下部）和固定沙丘（上部），共計(jì)13塊標(biāo)準(zhǔn)地，標(biāo)準(zhǔn)地長(zhǎng)100 m。對(duì)標(biāo)準(zhǔn)地內(nèi)全部立木進(jìn)行每木檢尺，調(diào)查因子包括地徑（距地面30 cm處直徑）、樹高、冠幅、郁閉度等。獲得數(shù)據(jù)用Excel軟件處理，用SPSS20.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

表1 彰武沙地立地類型劃分[4]

3 結(jié)果與分析

3.1 不同立地條件刺榆生長(zhǎng)情況

由表2可知，刺榆在造林5年后，在未經(jīng)人為干預(yù)狀態(tài)下，不同立地條件各項(xiàng)調(diào)查因子均有不同。圍欄林帶的保存密度以平緩沙地最高，造林保存率達(dá)85%，丘間低地與沙丘下部保存率接近80%，沙丘上部最低，保存率僅為47%。郁閉度除沙丘上部外，其他各立地條件均在0.7以上。地徑、樹高、冠幅生長(zhǎng)量以丘間低地最大。平緩沙地、沙丘下部及沙丘上部，平均地徑分別為丘間低地的77%、72%和47%；平均樹高分別為丘間低地的94%、97%和51%；平均冠幅分別為丘間低地的88%、94%和62%。

表2 不同立地刺榆圍欄生長(zhǎng)情況

對(duì)不同立地間刺榆地徑、樹高和冠幅進(jìn)行方差分析表明，不同立地刺榆的生長(zhǎng)差異顯著（FD=19.415，F(xiàn)H=29.805，F(xiàn)c=23.541＞F0.05=2.40，F(xiàn)0.01=3.30）。通過(guò)多重比較（表3），丘間低地、平緩沙地、沙丘下部三項(xiàng)指標(biāo)與沙丘上部相比，均達(dá)到極顯著差異，丘間低地除地徑與平緩沙地和沙丘下部極顯著差異外，樹高與平緩沙地和沙丘下部差異不顯著，冠幅顯著高于平緩沙地和沙丘下部。結(jié)果表明，刺榆盡管耐干旱瘠薄，適應(yīng)性較強(qiáng)，但是在水分和養(yǎng)分條件較差的沙丘上部，明顯不如丘間低地、平緩沙地和沙丘下部生長(zhǎng)穩(wěn)定，這也與刺榆的生態(tài)學(xué)特性和分布特點(diǎn)一致[5，6]。

彰武沙地立地條件受沙地類型、沙丘部位和土壤水分等因素的影響[4]，在地勢(shì)平坦起伏較小的丘間低地和平緩沙地，地下水位相對(duì)較高，由于受地下水的影響，土壤含水率較高，形成了較好的水分條件，從而有利于刺榆的正常生長(zhǎng)。而在地勢(shì)不平、地形起伏較大的沙丘，地下水位相對(duì)較低，隨著沙丘部位的改變，地下水對(duì)土壤水分條件的影響十分有限，大氣降水便成為土壤水分補(bǔ)給的主要途徑[8，9]。由于沙丘上部起伏較大，植被覆蓋率較低，降水后受徑流作用和土壤入滲影響，對(duì)降水進(jìn)行了二次分配，20%～30%水分流失，使土壤水分條件變差[10]。部分流失的水分，則轉(zhuǎn)移至沙丘下部形成間歇性積水，使下部土壤水分得到有效補(bǔ)充，局部水分條件改善。由于沙丘不同部位土壤水分條件的差異，造成沙丘上部刺榆生長(zhǎng)所必需的水分虧缺，呈現(xiàn)與下部刺榆生長(zhǎng)的差異[11]。

表3 多重比較

3.2 刺榆圍欄生長(zhǎng)分化情況

在同齡、同種以及相同立地條件下，森林內(nèi)林木個(gè)體生長(zhǎng)所表現(xiàn)出來(lái)的差異，即為林木分化。林木分化直接導(dǎo)致的后果就是自疏現(xiàn)象的發(fā)生，這種現(xiàn)象在造林密度較大，又未及時(shí)進(jìn)行干預(yù)（間伐）的人工林中普遍存在[13]。

由表4可知，4種典型立地條件下，刺榆圍欄地徑離散度均大于1.0，小于平均地徑的累計(jì)株數(shù)均超過(guò)1/3，表明在現(xiàn)行密度條件下，林木已經(jīng)開(kāi)始出現(xiàn)分化。其中，沙丘下部變動(dòng)范圍為平均地徑的1.65～0.63倍，與一般森林變化基本一致，平緩沙地、丘間低地和沙丘上部刺榆地徑的變動(dòng)范圍則較大，刺榆圍欄林木分化的程度更加強(qiáng)烈。

表4 不同立地刺榆圍欄地徑分化情況

通常情況下林帶樹木在幼齡期初植密度合理的條件下，幾乎不存在競(jìng)爭(zhēng)，影響林木生長(zhǎng)的主要因素是林地水肥等基本條件的保證程度[12]。由于沙地氣候條件惡劣，刺榆圍欄在造林初期為使其提早郁閉，需要保持較大的初植密度。在未經(jīng)人工干預(yù)狀態(tài)下，立地條件相對(duì)較好的平緩沙地、丘間低地和沙丘下部，林木個(gè)體間均有較足夠的營(yíng)養(yǎng)空間來(lái)維持生長(zhǎng)，隨著刺榆圍欄林齡增加，加之保存密度過(guò)大，林木間為充分利用環(huán)境資源的利用性競(jìng)爭(zhēng)則顯現(xiàn)出來(lái)，生長(zhǎng)逐漸出現(xiàn)分化，平緩沙地和丘間低地相對(duì)于沙丘下部水養(yǎng)條件更好，林木間這種分化則表現(xiàn)的更為強(qiáng)烈。沙丘上部由于立地條件相對(duì)較差，營(yíng)養(yǎng)空間有限，僅能滿足部分林木生長(zhǎng)的需求，隨著刺榆圍欄的不斷生長(zhǎng)，林木間這種競(jìng)爭(zhēng)提早出現(xiàn)，開(kāi)始分化并伴隨自疏現(xiàn)象，致使保存率過(guò)低。

3.3 邊行效應(yīng)對(duì)刺榆圍欄生長(zhǎng)的影響

通常認(rèn)為邊行效應(yīng)是加速林帶樹木分化的主要原因之一[12，15]。從6年生刺榆圍欄邊、內(nèi)行地徑統(tǒng)計(jì)情況可看出（表5），各立地圍欄林帶最大地徑都出現(xiàn)在邊行，邊行的平均地徑普遍高于內(nèi)行，平緩沙地約4.3%，丘間低地約7.8%，沙丘下部約5.4%，沙丘上部約8.8%。對(duì)各標(biāo)準(zhǔn)地邊、內(nèi)行平均地徑經(jīng)t檢驗(yàn)，均未達(dá)到顯著水平（t＜t0.05=1.97），表明在2行圍欄、3行圍欄中，邊行效應(yīng)對(duì)林木生長(zhǎng)分化的影響均不顯著。邊行效應(yīng)對(duì)林木生長(zhǎng)分化的影響，一般在具有較多邊行的林帶中，隨年齡增加效果越顯著[15-17]。刺榆圍欄在營(yíng)造時(shí)為了避免（利用）邊行效應(yīng)對(duì)林木生長(zhǎng)的影響，選擇了以兩行一帶、三行一帶式進(jìn)行造林。從實(shí)際調(diào)查結(jié)果看，這種邊行優(yōu)勢(shì)雖然存在，但影響效果并不顯著，究其原因可能與圍欄林帶林齡較小，以及圍欄林帶行間距（行間距1 m）過(guò)近，且多處于固沙林林緣，圍欄內(nèi)則與固沙林接觸較近等因素有關(guān)。這種影響可能會(huì)隨著圍欄林帶的林齡增長(zhǎng)，慢慢顯現(xiàn)出來(lái)。

表5 不同立地刺榆圍欄邊、內(nèi)行地徑統(tǒng)計(jì)情況

4 小結(jié)

4.1 刺榆為科爾沁沙地鄉(xiāng)土樹種，耐干旱瘠薄，適應(yīng)性較強(qiáng)，是營(yíng)建生物圍欄的理想樹種。分析表明，刺榆圍欄在不同沙地立地條件，生長(zhǎng)差異顯著。隨著立地條件的改變，刺榆圍欄在水養(yǎng)條件較好的丘間低地、平緩沙地和沙丘下部生長(zhǎng)比較穩(wěn)定，造林保存率達(dá)80%以上，均達(dá)到中度以上郁閉，沙丘上部生長(zhǎng)相對(duì)較差，保存率僅為47%，接近中度郁閉水平。

4.2 刺榆圍欄造林5年后，在未經(jīng)人為干預(yù)（間伐）狀態(tài)下，各立地條件刺榆地徑離散度均超過(guò)1.0，小于平均地徑累計(jì)株數(shù)均超過(guò)1/3。表明在現(xiàn)行密度條件下，林木間已出現(xiàn)分化，應(yīng)適時(shí)進(jìn)行第1次撫育間伐。引起刺榆圍欄生長(zhǎng)分化除與立地條件的差異有關(guān)外，初植密度過(guò)大也是重要因素之一。

4.3 通常認(rèn)為，邊行效應(yīng)是加速林帶樹木分化的主要原因之一。從實(shí)際調(diào)查結(jié)果看，4種典型立地條件下，13塊刺榆圍欄標(biāo)準(zhǔn)地普遍存在邊行優(yōu)勢(shì)，最大地徑均出現(xiàn)在邊行，邊行平均地徑普遍大于內(nèi)行，但這種差異并不顯著（t＜t0.05），說(shuō)明邊行效應(yīng)并未對(duì)刺榆圍欄生長(zhǎng)夠成影響，可能會(huì)隨刺榆圍欄林齡的增加，逐漸顯現(xiàn)出來(lái)。

4.4 對(duì)于沙地人工刺榆圍欄造林合理密度的確定，還有待進(jìn)一步深入研究。除應(yīng)根據(jù)樹種的生態(tài)學(xué)特性外，還要綜合考慮立地條件的異質(zhì)性，可參照林木分化與自然稀疏結(jié)果，并結(jié)合邊緣效應(yīng)理論，有針對(duì)性的進(jìn)行調(diào)控。

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Preliminary Study on Growth and Differentiation of Hemiptelea davidii Fences in Sand-land

CAOYu
（Liaoning Institute of Sandfixation and Afforestation,Fuxin123000）

Investigations on the growth of six years oldHemiptelea davidiifences in 4 typical sites of Zhuangwu sand-land.The analysis shows that the growth ofHemiptelea davidiiwas steadied and the planting preservation rate was above 80%in flat sandy land,inter-dune lowland and lower dunes,compared with the main growth indexes were significantly different and planting preservation rate was 47%in upper dunes.Under the condition of no tending-thinning,the ground diameter dispersion ofHemiptelea davidiiin 4 site conditions was more than 1.0,and the cumulative number less than the average was more than 1/3,the results that the stand growth had obvious differentiation under the present density condition,and the heterogeneity of site condition and the initial planting density were the main factors of forest differentiation. The presence of edge effects in the each sample plot,but no significant effect on tree growth.

Sand-land;Hemiptelea davidii;Plant fences;Site conditions;Growth and differentiation

S759.2，S792.19

A

1001-9499（2017）02-0028-04

復(fù)方面研究。

2017-01-20

（責(zé)任編輯：張亞楠）

*遼寧省科學(xué)技術(shù)計(jì)劃項(xiàng)目（2015103024）；中央財(cái)政林業(yè)科技推廣示范資金項(xiàng)目（遼2016TG14）