沙灘林場人工粗枝云杉林群落結(jié)構(gòu)

趙 棟，付作霖，徐德才，李丹春，齊 瑞，齊 昊

（白龍江林業(yè)管理局 林業(yè)科學(xué)研究所，蘭州730070）

沙灘林場人工粗枝云杉林群落結(jié)構(gòu)

趙 棟，付作霖，徐德才，李丹春，齊 瑞，齊 昊

（白龍江林業(yè)管理局 林業(yè)科學(xué)研究所，蘭州730070）

以白龍江林區(qū)沙灘林場采伐后進(jìn)行人工造林恢復(fù)植被的典型模式——人工粗枝云杉林為研究對象，采用典型取樣法，對研究區(qū)域內(nèi)分布于低、中和高海拔的粗枝云杉林進(jìn)行了調(diào)查研究，分析了其群落結(jié)構(gòu)特征。結(jié)果表明：（1）沙灘林場人工粗枝云杉林成分群落結(jié)構(gòu)較為簡單，灌木層、草本層的結(jié)構(gòu)參數(shù)均與喬木層的結(jié)構(gòu)參數(shù)呈負(fù)相關(guān)關(guān)系；（2）區(qū)域內(nèi)粗枝云杉林個體植株集中分布于低高度級與小徑級范圍內(nèi)，多屬幼齡林。且受立地條件的影響，低、中、高海拔粗枝云杉林樹高、胸徑表現(xiàn)出較大的差異，中海拔的粗枝云杉林長勢優(yōu)于低海拔和高海拔的云杉林；（3）人工粗枝云杉林初植密度偏大，且大多為純林，森林結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，這制約了區(qū)域林分的結(jié)構(gòu)優(yōu)化，為沙灘林場生態(tài)公益林的持續(xù)發(fā)展帶來一定的不利影響。

人工粗枝云杉林；群落結(jié)構(gòu)；植被恢復(fù)；沙灘林場

人工造林恢復(fù)植被是指在采伐跡地、火燒跡地或者在宜林地，通過人為方式在技術(shù)上要求根據(jù)林木生態(tài)適應(yīng)性和生長發(fā)育規(guī)律進(jìn)行科學(xué)植樹造林活動。人工造林是擴(kuò)大森林資源、改善生態(tài)環(huán)境和加快植被恢復(fù)等矛盾的主要途徑之一[1-2]。人工造林恢復(fù)植被不僅可以提高森林生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)服務(wù)功能，也是我國林業(yè)建設(shè)中的一項重要的森林培育措施[3-5]。白龍江林區(qū)沙灘林場作為天保工程及生態(tài)恢復(fù)的重點區(qū)域，由于前期的采伐，植被退化與森林更新困難并存，植被恢復(fù)難度較大，從而形成大量低效生態(tài)公益林分，因此，制約著“三北”和長江中上游地區(qū)等重點防護(hù)林體系建設(shè)及天然林保護(hù)工程建設(shè)的根本性問題之一，沙灘林場人工造林與恢復(fù)重建，是長江上游地區(qū)森林發(fā)展的重要而艱巨的任務(wù)之一[6]。盡管目前我國針對人工造林有較多的研究和實踐，也總結(jié)出一些技術(shù)措施與經(jīng)驗，并在生產(chǎn)實踐中得到了積極推廣，但多數(shù)研究與實踐都集中在長江中上游防護(hù)林建設(shè)區(qū)[7-8]，主要集中在川西亞高山，而針對白龍江流域不同人工造林技術(shù)和模式研究尚不多[9-11]。白龍江林區(qū)作為天保工程的典型生態(tài)公益林，是甘肅省最大的林區(qū)，采伐后主要造林樹種以粗枝云杉（Picea asperataMast.）、油松（Pinus tabuliformisCarr.）、樟子松（Pinus sylvestrisL.var.mongolicaLitv.）為主。由于受自然條件、營林技術(shù)等多方面原因的影響，目前大部分人工林表現(xiàn)出生長停滯，樹體老化，形成了大量低效生態(tài)公益林[12-13]。本文通過對沙灘林場人工造林恢復(fù)植被的典型模式——人工粗枝云杉林群落的層次結(jié)構(gòu)、胸徑結(jié)構(gòu)、樹高結(jié)構(gòu)等群落特性的研究，評價粗枝云杉林群落結(jié)構(gòu)的基本特征和環(huán)境適應(yīng)性，為沙灘林場生態(tài)公益林的結(jié)構(gòu)調(diào)整、森林質(zhì)量和功能提升及物種多樣性的增加提供理論依據(jù)[14]。

1 研究區(qū)概況與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

沙灘林場隸屬甘肅省白龍江林業(yè)管理局舟曲林業(yè)局，位于甘肅省甘南藏族自治州舟曲縣武坪鄉(xiāng)境內(nèi)，白龍江中上游支流拱壩河流域。地理坐標(biāo)為東經(jīng)104°02′15″—104°22′05″，北緯33°34′10″—33°46′25″，北與憨班林場毗連，東接茶崗林場，南與四川省交界，西鄰迭部縣，屬岷山山系，境內(nèi)海拔1 790～4 536 m，南高東低，地勢陡峻，溝谷峽窄，高差懸殊，屬深度切割的高山地貌。年平均氣溫4.3℃，最熱月份7月，平均氣溫20.8℃，最冷月份1月，平均氣溫-13.3℃。年平均氣溫11.5～0.9℃。年均無霜期96.7 d左右。年均降水量951.0 mm，多集中在7-9月份，年均蒸發(fā)量918.8 mm?？諝庀鄬穸?2%。年均日照時數(shù)1 398.4 h，日照率32%，土壤為山地棕色森林土[15]。

白龍江林區(qū)沙灘林場是甘肅省“三北”防護(hù)林體系工程及天保工程的一個重要組成部分。沙灘林場東西長約24 km，南北寬14 km。該場天然林保護(hù)面積24 228.7 hm2，人工累計造林面積7 674.8 hm2，最大年齡40 a，區(qū)內(nèi)常見的造林樹種有云杉、油松、樟子松、華山松（Pinus armandiiFranch.）、落葉松[Larix gmelinii（Rupr.）Kuzen.]、側(cè)柏[Platycladusorientalis（L.）Franco]、冷杉[Abies fabri（Mast.）Craib]等。

1.2 研究方法

1.2.1 樣地的設(shè)置與調(diào)查 調(diào)查于2014年的5—6月進(jìn)行。采用典型取樣法，在沙灘林場低海拔（江邊溝）2 100～2 400 m、中海拔（人命池溝）2 500～2 700 m和高海拔（花草坡）2 800～3 200 m分別設(shè)置10個樣地，樣地面積為400 m2（20 m ×20 m），海拔劃分依據(jù)研究區(qū)粗枝云杉分布上下線為基準(zhǔn)，將其分為低、中、高3個梯度。在每個樣地中，再布設(shè)3個5 m×5 m的灌木樣方和3個1 m×1 m草本樣方。調(diào)查記錄樣地中胸徑≥2.0 cm全部喬木個體的胸徑、樹高及郁閉度，樹齡均為30 a（人工林1983年）；灌木層記錄全部灌木個體的種名、高度及蓋度；草本層記錄全部草本個體和種名、高度及蓋度，并同時調(diào)查其海拔、坡度、坡向、坡位等立地條件因子（表1）。

表1 研究區(qū)主要環(huán)境參數(shù)

1.2.2 分析方法 采用SPSS 17.0數(shù)理統(tǒng)計中的單因素方差分析，對相同植被類型相同層次分別進(jìn)行植物結(jié)構(gòu)特征研究。

根據(jù)云杉種群個體的生長特點，對各樣地的每木調(diào)查數(shù)據(jù)進(jìn)行分組統(tǒng)計整理。其中，胸徑（DBH）以2 cm為步長劃分為1個徑級，即2.0 cm≤DBH＜4.0 cm為徑級1，以此類推；樹高（H）以2 m為步長劃分1個高度級，即2.0 m＜H≤4.0 m為高度級1，以此類推。

2 結(jié)果與分析

2.1 人工粗枝云杉林喬木層群落結(jié)構(gòu)特征

2.1.1 樹種組成及比例 對沙灘林場低海拔、中海拔和高海拔的30個樣地內(nèi)的樹種株樹進(jìn)行調(diào)查統(tǒng)計，由表2可知，粗枝云杉比例最大，占林分總株數(shù)的88.2%，其次為油松和落葉松，分別為7.7%和4.1%，粗枝云杉在群落內(nèi)占有絕對優(yōu)勢，為該群落喬木層的優(yōu)勢種，也是建群種。

2.1.2 密度及林分郁閉度 分布于低、中、高海拔的人工粗枝云杉林密度及林分郁閉度進(jìn)行比較分析，結(jié)果如表3所示。云杉林密度中海拔與高海拔差異不顯著，分別為985.0，961.7株/hm2，但兩者顯著高于低海拔云杉林密度665.0株/hm2。對喬木層郁閉度的分析顯示，低海拔云杉林的郁閉度顯著小于中海拔和高海拔，平均值為0.4，中海拔和高海拔郁閉度差異不顯著，分別為0.7，0.6，這是由于低海拔處于干旱河谷邊緣，氣候干燥，立地條件較差，造林初期大量幼苗死亡。

表2 云杉林喬木層樹種組成

表3 云杉喬木林密度、郁閉度

2.1.3 粗枝云杉樹齡 選取的樣地樹齡均為30 a，即1983年人工栽植的粗枝云杉林（表4）。

表4 云杉林喬木層年齡結(jié)構(gòu)

2.1.4 平均高度及分布特征 高度結(jié)構(gòu)是描述群落垂直結(jié)構(gòu)的重要組成部分，反映了種群個體在空間上的配置，與光環(huán)境、氣候、立地條件等因素有著密切的聯(lián)系[17-18]。因生長環(huán)境的差異，沙灘林場人工粗枝云杉林低海拔、中海拔和高海拔在樹高結(jié)構(gòu)上表現(xiàn)出一定的差異。從表5可以看出，低海拔、中海拔和高海拔人工云杉林喬木層高度均存在差異顯著，中海拔喬木層高度均值為21.1 m；其次為高海拔，喬木層高度均值為18.6 m；低海拔最矮，其均值為15.8 m。由圖1可以看出，低海拔、中海拔和高海拔粗枝云杉樹高結(jié)構(gòu)均呈“單峰”型，低海拔樹高主要集中在12～16 m，中海拔主要集中在18～22 m，高海拔主要集中在14～18 m，他們所占的比例分別為77.6%，79.6%和71.3%。

表5 云杉林樹高結(jié)構(gòu)

圖1 云杉林樹高分布特征

2.1.5 平均胸徑及分布特征 林分胸徑是最基本的林分結(jié)構(gòu)，是測定、研究林分?jǐn)嗝娣e、材積以及這些因子生長的一個依據(jù)，是許多森林經(jīng)營技術(shù)的基礎(chǔ)[19]。如表6所示，低海拔、中海拔、高海拔的云杉林喬木層個體植株胸徑差異顯著，分別為18.2，26.4，21.2 cm。從圖2可以看出，由于生長條件的不同，不同胸徑結(jié)構(gòu)差異顯著，但都表現(xiàn)出“單峰”型，低海拔胸徑為16～20 cm個體所占比例最大，為69.6%。

表6 云杉林胸徑結(jié)構(gòu)

圖2 云杉林胸徑分布特征

中海拔胸徑在22～26 cm個體所占比例最大，為64.9%，而高海拔胸徑在20～24 cm個體所占比例最大，為70.1%?？傮w而言，中海拔云杉平均胸徑最大，其次為高海拔，低海拔大徑級（DBH＞26 cm）個體沒有，由于低海拔溫度較高，云杉生長不良。

2.2 人工云杉林灌木層結(jié)構(gòu)特征

沙灘林場人工粗枝云杉林下灌木以峨眉薔薇（Rosa omeiensisRolfe）、高山繡線菊（Spiraea morrisonicola）、剛毛忍冬（Lonicera hispidaPall.ex Roem.et Schult.）、甘肅忍冬[Lonicera kansuensis（Batal.ex Rehd.）Pojark.]、寶興茶藨子（Ribes moupinenseFranch.）、堆花小檗（Berberis aggregataC.K.Schneid.）、虎榛子（Ostryopsis davidianaDecne）、水 栒 子 （Cotoneaster multiflorusBge）、鈍葉栒子（Cotoneaster hebephyllusDiels）、沙棘 （HippophaerhamnoidesL.）、箭 竹 [Sinarundinaria nitida（Mitford）Nakai）]等為主。從表7可以看出，灌木密度不存在顯著差異，平均密度分別為25.4，20.6，20.4株/hm2。對各區(qū)域內(nèi)云杉林下灌木平均高度的分析表明，3個區(qū)域灌木高度均差異顯著，低海拔最高為1.4 m，其次為高海拔1.1 m，中海拔最矮為0.9。對3個區(qū)域灌木蓋度的分析表明，低海拔的蓋度明顯大于中海拔和高海拔，平均值為25.7%。中海拔和高海拔灌木的蓋度差異不大，分別為19.4%和17.2%。

表7 云杉林灌木層結(jié)構(gòu)特征

2.3 人工云杉林草本層結(jié)構(gòu)特征

沙灘人工粗枝云杉林草本植物，低海拔主要有早熟禾（Poa annuaL.）、蒿等，中海拔主要有鹿蹄草（Pyrola callianthaH.Andr.）、毛頜馬先蒿（Pedicularis lasiophrysMaxim.）等，高海拔主要有珠芽蓼（Polygonum viviparumL.）、太白韭（Allium prattii）、龍膽（Gentiana scabraBunge）、輪葉馬先蒿（Pedicularis resupinataL.）等。從表8可以看出，低海拔、中海拔、高海拔云杉林下草本層密度不存在顯著差異。林下草本層高度和蓋度差異變化一致，均是低海拔明顯大于中海拔和高海拔，其高度和蓋度大小分別為16.4 cm和58.4%，中海拔和高海拔差異不顯著，其中中海拔和高海拔草本層的高度分別為8.7，9.3 cm，蓋度大小分別為42.0%和45.4%。

表8 云杉林草本層結(jié)構(gòu)特征

2.4 人工云杉林群落結(jié)構(gòu)與環(huán)境因子的關(guān)系

沙灘人工粗枝云杉林位于北亞熱帶大陸濕潤氣候區(qū)內(nèi)，中海拔為2 600 m左右，寒冷陰濕，多雨濕潤，故造林成活率高，樹木年生長量大，林相整齊，水土保持良好；高海拔地區(qū)，氣溫較低，陰寒潮濕，故林地立地條件差，林木生長緩慢。低海拔地區(qū)，接近干旱河谷，夏天干旱炎熱，空氣流通不暢，微生態(tài)環(huán)境條件差，故云杉生長最緩慢。林下灌木薔薇、栒子、忍冬等多分布于低海拔地區(qū)，因為低海拔地區(qū)喬木層稀疏，灌木層光照條件好，灌木生長茂盛。草本層植物高度和蓋度從低海拔到高海拔呈遞減態(tài)勢，但灌木種類沒有明顯的差異，這與喬木層郁閉度有關(guān)。由此可見，海拔是影響沙灘林場人工云杉林群落植物生長的主要環(huán)境因子。

3 結(jié)論

（1）沙灘林場人工林中，粗枝云杉是主要的造林樹種，其林冠整齊，但是成分結(jié)構(gòu)較為簡單，由上至下可以分為喬木層、灌木層、草本層。結(jié)合表2—8可以發(fā)現(xiàn)，分布于低海拔、中海拔、高海拔云杉林灌木物種的蓋度和密度等結(jié)構(gòu)參數(shù)均與喬木層密度和郁閉度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，隨上層喬木密度和郁閉度的增加，林下灌木生長受到一定的限制，其原因是喬木層林冠對光照輻射和降水等環(huán)境因子的影響[20]。林下草本層結(jié)構(gòu)參數(shù)與喬木層結(jié)構(gòu)參數(shù)在一定程度上也呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。

（2）沙灘林場人工粗枝云杉林喬木個體樹高，胸徑集中分布于中高度級與中徑級范圍內(nèi)，多屬幼齡林。低海拔、中海拔、高海拔的個體植株樹高、胸徑表現(xiàn)出較大的差異，其中中海拔的云杉林長勢優(yōu)于低海拔和高海拔。根據(jù)不同海拔高度差異，結(jié)合表1中的水熱條件，中海拔溫和陰濕，故造林成活率高；高海拔陰濕寒冷，低海拔段溫度較高，林地立地條件差，造成林木生長緩慢。這是由于云杉為耐陰性較強(qiáng)的樹種，喜寒冷與冷濕的氣候[21-23]，而沙灘林場的環(huán)境條件剛好與之生態(tài)學(xué)特性相吻合，因此，云杉群落在沙灘表現(xiàn)出良好的生長適應(yīng)性。

（3）沙灘林場通過植樹造林植被恢復(fù)成效顯著，植被恢復(fù)已顯示出一定的生態(tài)和環(huán)境效應(yīng)，但由于恢復(fù)改造時人工云杉林初植密度過大，使個體有矮化現(xiàn)象，且林下灌木明顯受壓抑，多處于被淘汰地位。此外，區(qū)域內(nèi)人工云杉林多為純林，群落組成較為單一，影響整體森林生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，也制約了區(qū)域林分的結(jié)構(gòu)優(yōu)化。

沙灘林場作為白龍江流域的水源涵養(yǎng)林，在調(diào)節(jié)區(qū)域小氣候、防止水土流失、建設(shè)生態(tài)文明、促進(jìn)人與自然和諧發(fā)展等方面發(fā)揮著十分重要的作用。

實地調(diào)查表明，在沙灘林場營造人工粗枝云杉林后，植被表現(xiàn)出了良好的生長態(tài)勢及生態(tài)功能。因此，建議在今后改造過程中，可對原有大面積的低效林及宜林地進(jìn)行植樹造林，通過對低效林撫育、修復(fù)，實施林冠下造林的方案，栽植大苗粗枝云杉，配置樟子松、油松等樹種，形成喬灌混交林。并對初植過密林分進(jìn)行適當(dāng)疏伐，如伐去抑制主要樹種生長的次要樹種，及時清除枯倒木和病腐木；林冠下引進(jìn)耐陰樹種，促進(jìn)形成復(fù)層混交林，以提高林分抗逆性，促進(jìn)植被恢復(fù)，增加物種多樣性，使沙灘林場的生態(tài)公益林得以持續(xù)健康發(fā)展。

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Community Structure of Planted Picea asperata Mast.Forest in Shatan Forest Farm

ZHAO Dong，F(xiàn)U Zuolin，XU Decai，LI Danchun，QI Rui，QI Hao
（Research Institute of Forestry，Bailongjiang Forestry Management Bureau，Lanzhou730070，China）

In order to further understand the responses of community structure to the management of artificial afforestation to restore vegetation in Bailongjiang river forest district，we planted artificialPicea asperataMast.as experimental sample and the typical sampling as experimental method to explore the community characteristics ofPicea asperataMast.among the low，middle and high altitudes in the local site.The results showed that：（1）thePicea asperataMast.community structure was simple，and the structure parameter of arborous layer was negatively connected with that of shrub layer and herb layer，respectively；（2）the individuals ofPicea asperataMast.community were the young-aged forest and affected by site conditions，mainly distributed in low-stature and thin-diameter extent；the height and diameter were variable among different altitudes，the growth ofPicea asperataMast.in middle altitude was better than the others；（3）the density of artificialPicea asperataMast.was slightly high and the species was singleness，resulting in a unstable forest community，which did not improve and maintain the structure ofPicea asperataMast.community.

Picea asperataMast.；community structure；vegetation restoration；Shatan forest farm

S718.54

A

1005-3409（2017）01-0346-05

2015-12-19

2016-01-05

甘肅省科技計劃“白龍江典型森林類型土壤有機(jī)碳及養(yǎng)分空間異質(zhì)性研究”（1506RJZK179）

趙棟（1985—），男，甘肅會寧人，碩士，工程師，主要從事森林生態(tài)和森林經(jīng)營研究。E-mail：405694634＠qq.com

徐德才（1982—），男，甘肅平?jīng)鋈?，大專，工程師，主要從事森林?jīng)營研究。E-mail：2030565221＠qq.com