榆林沙地樟子松人工林可持續(xù)經(jīng)營(yíng)措施研究

白曉霞 ，魚(yú)慧利，張 靜，艾海艦

(1.榆林學(xué)院 生命科學(xué)學(xué)院，陜西 榆林 719000；2.榆林市榆陽(yáng)區(qū)城郊林場(chǎng)，陜西 榆林 719000)

早在1923年，Werdeman報(bào)道稱(chēng)德國(guó)云杉人工林出現(xiàn)衰退現(xiàn)象，20世紀(jì)50年代，瑞典南部也發(fā)現(xiàn)了森林大面積黃化枯梢、落葉等衰退現(xiàn)象，隨后歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家相繼出現(xiàn)森林衰退現(xiàn)象。我國(guó)20世紀(jì)80年代在重慶南山首次發(fā)現(xiàn)馬尾松(Pinus masoniana)林衰退現(xiàn)象，在此之前已有專(zhuān)家對(duì)人工林衰退機(jī)制做了大量的研究試驗(yàn)。隨著全球氣候環(huán)境的不斷變化，世界范圍內(nèi)人工林領(lǐng)域出現(xiàn)了越來(lái)越多的“森林衰退病”[1]，如何保持人工林長(zhǎng)期穩(wěn)定成為了世界性的技術(shù)難題。

原產(chǎn)于我國(guó)大興安嶺、呼倫貝爾紅花爾基地區(qū)的樟子松具有抗旱、耐瘠薄、耐寒等優(yōu)良特性，在防風(fēng)固沙及水土保持等防護(hù)林領(lǐng)域具有十分重要的地位和作用，被作為人工固沙林的先鋒樹(shù)種進(jìn)行大規(guī)模引種栽植[2]。20世紀(jì)末期，沙地樟子松人工林不斷顯露出病蟲(chóng)害侵染、枝梢枯黃、長(zhǎng)勢(shì)衰弱甚至于全株死亡等森林衰退現(xiàn)象。導(dǎo)致人工林衰退、枯死是多種生物、非生物因子綜合作用的結(jié)果，并非單一因素所致。如引種地與原產(chǎn)地氣候差異、林區(qū)土壤水分含量下降、養(yǎng)分短缺、營(yíng)林措施不當(dāng)?shù)鹊萚3-5]。位于毛烏素沙漠榆林區(qū)域的樟子松人工林是“三北”防護(hù)林工程實(shí)施的主要樹(shù)種，在抵御自然災(zāi)害、控制土地荒漠化、維護(hù)國(guó)家生態(tài)安全方面發(fā)揮著巨大的作用。近年來(lái)，榆林沙地樟子松人工林也出現(xiàn)了不同程度的衰退問(wèn)題，緩減和控制人工防護(hù)林的衰退枯死刻不容緩，是直接關(guān)系到區(qū)域生態(tài)安全、社會(huì)經(jīng)濟(jì)健康持續(xù)發(fā)展的重大課題。

為進(jìn)一步明確榆林沙地樟子松的衰退機(jī)制，對(duì)林區(qū)展開(kāi)實(shí)地考察與調(diào)研，結(jié)合室內(nèi)試驗(yàn)，對(duì)毛烏素沙地樟子松人工林存在的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題進(jìn)行討論分析，提出適合于榆林沙地獐子松人工林可持續(xù)發(fā)展的營(yíng)林措施。

1 引起榆林沙地樟子松人工林衰退的問(wèn)題分析

1.1 采礦和墾荒引起地下水位下降，干旱少雨

榆林毛烏素沙區(qū)大規(guī)模的礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)，對(duì)生態(tài)環(huán)境造成了很大的干擾與破壞，最直接的影響就是造成地下水系流失、水位下降[6]；另一方面，榆林多年來(lái)致力于墾荒治沙、植樹(shù)造林，并大力發(fā)展沙漠農(nóng)業(yè)和墾荒項(xiàng)目，使原有的地下水利用失衡、供不應(yīng)求，連年下降。另外，幾年來(lái)持續(xù)的干旱少雨氣候也嚴(yán)重影響了區(qū)域水分資源的補(bǔ)給。多方因素造成沙地樟子松人工林土壤水分匱缺，多數(shù)年份水量輸出大于輸入，存在嚴(yán)重虧缺，當(dāng)?shù)叵滤幌陆档街参镫y以利用的深度，勢(shì)必會(huì)引起樟子松的衰退甚至死亡。

1.2 土壤養(yǎng)分短缺、失衡

研究發(fā)現(xiàn)，榆林沙地樟子松人工林林下土壤養(yǎng)分短缺，土壤有機(jī)質(zhì)含量低，對(duì)照全國(guó)土壤養(yǎng)分含量分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[7]，土壤中各養(yǎng)分元素含量處于中下水平。其中速效K含量處于4級(jí)，有機(jī)質(zhì)、堿解N、速效P含量均處于最低的6級(jí)水平，整體養(yǎng)分含量低下，表明該地區(qū)樟子松林土壤肥力較差；且土壤中的速效K和速效P含量在27a達(dá)到最高，速效N在33a達(dá)到最高，表明榆林沙地樟子松人工林系統(tǒng)土壤肥力狀況并不理想，存在潛在的地力衰退趨勢(shì)，另外，該地區(qū)土壤pH呈微堿性，堿性環(huán)境不利于有機(jī)質(zhì)的分解及各養(yǎng)分元素的釋放、轉(zhuǎn)化、遷移等，在一定程度上影響了土壤的肥力性質(zhì)，詳見(jiàn)表1。

表1 不同齡林樟子松林地的土壤養(yǎng)分含量及pH值

1.3 營(yíng)林措施不當(dāng)，林分密度過(guò)大

調(diào)查發(fā)現(xiàn)，位于毛烏素沙漠南緣的榆林市沙地樟子松人工林存在林分密度過(guò)大、結(jié)構(gòu)不夠合理的問(wèn)題，林分密度為1 650株hm-2，20a～40a樟子松平均郁閉度為0.78，20a、27a、33a、40a樟子松平均胸徑分別為9.76 cm，11.76 cm、13.58 cm、14.34 cm，平均樹(shù)高分別為8.84 m、12.48 m、13.95 m、14.12 m，見(jiàn)表2。林分密度過(guò)大，導(dǎo)致林內(nèi)微環(huán)境水平質(zhì)量低下，植物生長(zhǎng)發(fā)育受限或受阻。

表2 榆林沙地樟子松人工林林分概況

2 榆林沙地樟子松人工林可持續(xù)經(jīng)營(yíng)措施

與純林相比，沙地樟子松混交林可顯著提高土壤有機(jī)C、全N及P含量[8]。營(yíng)造混交林在增加林分水分、增加物種多樣性、提高土壤肥力、改善養(yǎng)分狀況及提高林分結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和生產(chǎn)力、增強(qiáng)森林整體抗逆性等方面具有明顯優(yōu)勢(shì)[9]。因此，提出通過(guò)實(shí)施混交造林來(lái)解決人工林衰退、提高人工林生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，促進(jìn)森林可持續(xù)經(jīng)營(yíng)技術(shù)與模式的形成[10]。從群落穩(wěn)定性、生態(tài)效益、社會(huì)效益等角度選擇科學(xué)合理的植物種類(lèi)、及植物配置方式，轉(zhuǎn)變樟子松人工純林為混交林，形成多功能復(fù)合的森林經(jīng)營(yíng)模式，不僅可以提高區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，控制樟子松人工林的衰退，還可大力促進(jìn)地區(qū)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益的提升。

(1)區(qū)域生態(tài)效益。首先，通過(guò)林地植被的增加，提高林下冠層的郁閉度，減小陽(yáng)光直射地面面積，降低土壤溫度，減少土壤水分蒸發(fā)；同時(shí)，通過(guò)植被層截留降雨雨量，補(bǔ)充植物蒸騰作用所需耗水量。其次，林下植被能夠提高樟子松針葉分解速率，促進(jìn)土壤微生物的生物量碳儲(chǔ)量。再次，沙地土壤腐殖質(zhì)含量低，土壤類(lèi)型以風(fēng)沙土(沙粒含量占95%以上)為主，分的固持能力差，林間植被的增加一定程度上能夠防止土壤中有效磷的流失，從而形成生產(chǎn)率高、功能復(fù)合的森林生態(tài)系統(tǒng)，在維護(hù)生物多樣性、提高生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性等方面起著重要作用。

(2)社會(huì)效益?！傲炙庨g作”、“林草共植”等農(nóng)林(牧)復(fù)合經(jīng)營(yíng)模式的形成，必然刺激和帶動(dòng)一系列相關(guān)產(chǎn)業(yè)的形成和發(fā)展，產(chǎn)生廣泛而持久的社會(huì)效益。不僅可以極大地激發(fā)廣大農(nóng)民治理生態(tài)環(huán)境的積極性，推動(dòng)樟子松人工純林與藥用植物、食用植物、飼草等結(jié)合形成農(nóng)林復(fù)合經(jīng)營(yíng)模式，調(diào)整地區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，增大農(nóng)林產(chǎn)業(yè)的比重，推動(dòng)地區(qū)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)向低碳、經(jīng)濟(jì)模式轉(zhuǎn)變。同時(shí)吸納大量農(nóng)村勞動(dòng)力，緩減二、三產(chǎn)業(yè)就業(yè)壓力，提高勞動(dòng)力配置的合理性。通過(guò)參加育苗，種植等勞務(wù)活動(dòng)，開(kāi)展生態(tài)農(nóng)業(yè)、生態(tài)旅游等經(jīng)營(yíng)項(xiàng)目創(chuàng)收。

(3)經(jīng)濟(jì)效益。林地生產(chǎn)率是綜合反應(yīng)土地利用效果的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，可用單位林地面積上的立木蓄積產(chǎn)量和單位林地面積的產(chǎn)值來(lái)表示。樟子松屬于速生林木，人工純林林地生產(chǎn)率高于一些普通的鄉(xiāng)土樹(shù)種，也高于一些經(jīng)濟(jì)作物的土地生產(chǎn)率。通過(guò)林區(qū)增加地被、灌木、喬木等鄉(xiāng)土植物，誘導(dǎo)形成混交林結(jié)構(gòu)之后，提高林地綜合生產(chǎn)率。另外，依照科學(xué)合理的營(yíng)林方案，保證混交林結(jié)構(gòu)促進(jìn)林木的生長(zhǎng)，使混交林中目的樹(shù)種的蓄積大于純林，同時(shí)凸顯鄉(xiāng)土植物的經(jīng)濟(jì)效果。發(fā)揮鄉(xiāng)土植物藥用、食用、飼草、編制材料等多種價(jià)值，提高區(qū)域經(jīng)濟(jì)收益。

2.1 人工林純林結(jié)構(gòu)調(diào)整

對(duì)于現(xiàn)有的沙地樟子松人工林的具體經(jīng)營(yíng)應(yīng)從以下三個(gè)方面考慮：一是在現(xiàn)已衰退的林分中，清除已徹底衰退的林分，對(duì)清除后的林地進(jìn)行封育；二是對(duì)于現(xiàn)在尚未明顯衰退的林分，由于大面積沙地樟子松純林消耗當(dāng)?shù)卮罅康乃Y源，對(duì)不同年齡的林分進(jìn)行不同強(qiáng)度間伐，使現(xiàn)有林分生長(zhǎng)與當(dāng)?shù)氐乃Y源情況基本達(dá)到平衡；三是對(duì)于將來(lái)重新?tīng)I(yíng)造或改造的林分，應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)鼐唧w情況，確定未來(lái)林分營(yíng)建發(fā)展目標(biāo)，參見(jiàn)表3[11]。

表3 不同林齡、胸徑保留株數(shù)表

2.2 混交林植物選擇

考慮到樟子松人工林生態(tài)條件劣勢(shì)，選擇抗性強(qiáng)、價(jià)值較高的鄉(xiāng)土植物作為混交林造林植物。鄉(xiāng)土植物長(zhǎng)期生長(zhǎng)在特定的環(huán)境中，并受到該環(huán)境條件的特定影響，通過(guò)新陳代謝，在植物生活過(guò)程中形成了對(duì)光照、土壤、水分等生態(tài)因子的特定需要；另一方面，環(huán)境也為植物的正常生長(zhǎng)提供了載體。榆林鄉(xiāng)土植物資源豐富，具有藥用、食用、飼用等多種價(jià)值，通過(guò)充分發(fā)揮鄉(xiāng)土植物的生態(tài)效益與經(jīng)濟(jì)效益，一方面，可作為榆林地區(qū)的特色經(jīng)濟(jì)植物，進(jìn)行大規(guī)模人工種植，與人工林形成針闊混交、“林藥間作”、“林草共植”的生產(chǎn)模式，大力發(fā)展農(nóng)林(牧)等復(fù)合經(jīng)營(yíng)模式。另一方面，采用科學(xué)合理的混交林結(jié)構(gòu)抑制森林病蟲(chóng)害，通過(guò)實(shí)施樟子松人工純林變混交林的方式來(lái)緩減、控制沙地樟子松人工固沙林的早衰枯死現(xiàn)象。

2.3 混交林營(yíng)林措施

2.3.1 樟子松+地被：形成“林藥間作”、“林草共植”的農(nóng)林(牧)復(fù)合經(jīng)營(yíng)模式

從群落穩(wěn)定性、生態(tài)平衡等角度選擇科學(xué)合理的植物配置方式，在現(xiàn)有樟子松人工純林的基礎(chǔ)上栽植射干、馬藺、沙蔥等藥用、食用價(jià)值較高的鄉(xiāng)土植物，形成“林藥間作”的農(nóng)林經(jīng)營(yíng)模式；選擇蒙古冰草、燕麥草等牧草形成“林草共植”的林牧經(jīng)營(yíng)模式，改良樟子松純林的土壤、水分、溫度等生態(tài)環(huán)境的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)短期效益的有機(jī)結(jié)合，是對(duì)既有樟子松人工林經(jīng)營(yíng)成果的進(jìn)一步完善和發(fā)展，兼顧了區(qū)域生態(tài)效益、經(jīng)濟(jì)及社會(huì)效益。

2.3.2 樟子松+灌木：形成針闊混交的復(fù)合經(jīng)營(yíng)措施

研究表明，灌木叢有明顯的肥力作用，對(duì)森林土壤性狀的維持十分重要。為調(diào)整林分結(jié)構(gòu)，提高人工林的綜合生產(chǎn)力，在樟子松純林內(nèi)栽植胡枝子、沙棘、暴馬丁香等鄉(xiāng)土灌木，闊葉灌木枝葉茂密且枯枝落葉量大，能有效地減少林區(qū)水分蒸發(fā)，顯著改善土壤結(jié)構(gòu)；同時(shí)利用胡枝子的固氮特性，來(lái)改善樟子松土壤養(yǎng)分組成。在此基礎(chǔ)上，發(fā)揮鄉(xiāng)土灌木藥用、實(shí)用、綠肥及飼料等多種價(jià)值，實(shí)現(xiàn)生態(tài)與經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益的綜合提升。

2.3.3 樟子松+喬木：形成“針+針”、“針+闊”的帶狀混交林

沙地防護(hù)林往往采用帶狀混交。在現(xiàn)有純林間伐的基礎(chǔ)上，選擇彰武松、赤松、油松形成“針+針”的帶狀針葉混交林，也可選擇榆樹(shù)、小鉆楊、河北楊、山杏、刺槐等闊葉喬木形成“針+闊”的帶狀針闊混交林。

3 結(jié)論

引種地樟子松人工林的衰退是多種生物與非生物因素綜合作用的結(jié)果。通過(guò)文獻(xiàn)查閱、野外調(diào)查研究，明確了造成榆林沙地樟子松人工林衰退的主要原因，并在此基礎(chǔ)上提出了三種混交林營(yíng)林措施：(一)樟子松+地被：形成“林藥間作”、“林草共植” 的農(nóng)林(牧)復(fù)合經(jīng)營(yíng)模式；(二)樟子松+灌木：形成針闊混交的復(fù)合經(jīng)營(yíng)措施；(三)樟子松+喬木：形成“針+針”、“針+闊”的帶狀混交林。通過(guò)營(yíng)造混交林來(lái)增加林分水分、增加物種多樣性、提高土壤肥力、改善養(yǎng)分狀況及提高林分結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和生產(chǎn)力、增強(qiáng)森林整體抗逆性等，可為解決人工林衰退、提高人工林生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性、促進(jìn)森林可持續(xù)經(jīng)營(yíng)技術(shù)與模式的形成提供理論參考。