刺槐林不同林齡林分形態(tài)及植被特征分析

于耀峰

(遼寧省旱地農(nóng)林研究所，遼寧 朝陽 122000)

遼寧西部地區(qū)是遼寧省水土流失最為嚴(yán)重的區(qū)域，生態(tài)環(huán)境遭到了嚴(yán)重的破壞，生態(tài)環(huán)境非常脆弱，再加上人為活動、干旱性氣候條件的影響，水土流失惡化、土壤退化的趨勢非常明顯，生態(tài)安全形勢嚴(yán)峻，對當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展極為不利[1-2]。近年來遼西地區(qū)各縣市積極開展生態(tài)建設(shè)、退耕還林生態(tài)工程，明顯提高了土壤植被的覆蓋率，在一定程度上對當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境起到了很好的改善效果[3]。

刺槐Robiniapseudoacacia又被稱為洋槐，屬于豆科喬木植物，原產(chǎn)地在北美洲，因其生長速度快、適應(yīng)能力強(qiáng)、易繁殖、固氮能力強(qiáng)、耐寒耐旱，目前在遼西干旱地區(qū)廣泛栽植，對當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境的改善、水土流失的治理、土壤質(zhì)量的提高起到了非常重要的作用[4-5]。

不同林齡的刺槐林在生長發(fā)育過程中，地表的植被群落結(jié)構(gòu)的演替、土壤理化性質(zhì)的改變，這些共同的作用推進(jìn)了林地的生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)、土壤結(jié)構(gòu)的調(diào)節(jié)[6]。為了研究不同林齡人工刺槐林的地表植物特征、林分形態(tài)特征等，選擇了4種不同林齡的刺槐林，對其形態(tài)特征、林下植被特征、土壤理化性質(zhì)以及養(yǎng)分含量等進(jìn)行調(diào)查分析，旨在對生態(tài)恢復(fù)過程中刺槐林植被的演變特征進(jìn)行分析探討，對干旱地區(qū)刺槐林的生態(tài)效應(yīng)進(jìn)行準(zhǔn)確評價(jià)，制定出合理的管理措施，為評價(jià)遼西干旱地區(qū)不同植被恢復(fù)模式下產(chǎn)生的生態(tài)環(huán)境效益差異提供理論參考，以指導(dǎo)干旱地區(qū)植被的合理布局[3]。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于遼西地區(qū)朝陽境內(nèi)北部的沙地邊緣，地處119°14′～120°03′E，41°19′～41°23′N，為北溫帶半干旱大陸性季風(fēng)氣候，年均氣溫8.4 ℃左右，年均降水量380 mm左右，降雨年際變化大且分布不均勻，年均日照時(shí)數(shù)2 600 h以上；土壤類型主要為栗鈣土、風(fēng)沙土，抗沖抗蝕能力弱，喬木多以油松、楊樹和山杏為主，灌木主要有小葉錦雞兒，草本植物主要有狗尾草、白草、灰綠藜、三芒草等。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2019年8月在研究區(qū)范圍內(nèi)結(jié)合人工刺槐林的地貌特征、植被以及樹齡等進(jìn)行試驗(yàn)樣地的確定，以典型性、代表性為原則，采用時(shí)空互代法選擇4種不同林齡的刺槐人工林作為4個(gè)處理，分別為6、12、18、24 a，要求營造林方法、管理方法均保持一致，土壤以及成土母質(zhì)的類型基本相同[1，7]。各處理樣地的面積均選擇800 m2(40 m×20 m)。試驗(yàn)地土壤為栗鈣土，pH值7.65，容重1.49 g·cm-3，有機(jī)質(zhì)41.21 mg·kg-1，堿解氮29.96 mg·kg-1，速效磷136.85 mg·kg-1，速效鉀70.23 mg·kg-1。

1.3 調(diào)查內(nèi)容

在4個(gè)林齡的刺槐人工林中，隨機(jī)選擇采樣點(diǎn)3個(gè)(面積約10 m×10 m)作為重復(fù)，每個(gè)采樣點(diǎn)之間的距離至少在10 m以上；對采樣點(diǎn)的地表植被特征進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，包括草本植物的物種數(shù)、密度、蓋度、平均高度以及刺槐樹的冠幅、高度、分枝數(shù)、胸徑等。在每個(gè)樣地上按照四分法采集土壤，進(jìn)行土壤主要理化性質(zhì)(電導(dǎo)率、容重、總孔隙度等)以及土壤主要養(yǎng)分含量(有機(jī)碳、全氮、全磷、全鉀、堿解氮、有效磷等)的測定。各林齡3個(gè)采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)最后取平均值[8]。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同林齡刺槐林主要形態(tài)特征

由表1可知，不同林齡的刺槐林內(nèi)林分形態(tài)特征的差異很明顯，隨著林齡增加，刺槐的平均冠幅、高度、分枝數(shù)、胸徑均有不同程度的變化；隨著林齡增加，平均冠幅先以較快的速度增加，在林齡18 a左右時(shí)平均冠幅最大，達(dá)到4.09 m，樹齡24 a時(shí)冠幅稍有降低，且18 a與24 a之間差異不明顯，2個(gè)處理與其他2種林齡之間達(dá)到了顯著性差異水平，其原因主要在于人工刺槐林生長18 a后趨于老化，有些樹冠部位外緣的枝條開始枯萎脫落，導(dǎo)致平均冠幅在24 a時(shí)有所降低；隨著林齡增加，平均樹高逐漸增加，18 a與24 a的平均樹高差異不明顯，均顯著高于6 a、12 a的平均樹高；平均分枝數(shù)隨著林齡增加均表現(xiàn)為先增加后降低，均在林齡18 a時(shí)達(dá)到最大，與24 a差異不顯著，與其他2個(gè)林齡差異顯著，其原因主要在于刺槐林在18 a后老化趨勢明顯，一些枝條開始枯萎脫落，24 a調(diào)查時(shí)表現(xiàn)為稍有降低。胸徑表現(xiàn)為隨著樹齡的增加而逐漸增加，18 a前隨著樹齡增加胸徑增加趨勢明顯，18 a后增幅減慢，24 a時(shí)胸徑較18 a增幅不明顯。

表1 各林齡人工刺槐林主要形態(tài)特征

2.2 不同林齡林下草本植物主要特征

由表2可知，不同林齡的人工刺槐林內(nèi)地表草本植物的物種數(shù)、密度、蓋度、高度等有不同程度的差異；隨著林齡增加，刺槐林內(nèi)的物種數(shù)先降低再逐漸增加，表現(xiàn)為6 a>24 a>18 a>12 a；隨著林齡增加，林下草本植物的密度先逐漸降低，在18 a時(shí)達(dá)到最低值，之后有所增加，各林齡之間的密度差異不明顯；隨著林齡的增加，草本植物的蓋度逐漸降低，林齡6 a、12 a、18 a的差異不明顯，6 a、12 a與24 a差異顯著；隨著林齡增加，草本植物的平均高度先降低再增加，6 a、12 a、24 a之間差異不明顯。

表2 各林齡刺槐林下草本植物主要特征

2.3 不同林齡林下土壤主要理化性質(zhì)及養(yǎng)分特征

由表3可知，不同林齡的刺槐林下土壤電導(dǎo)率、容重、總孔隙度、有機(jī)碳等養(yǎng)分均表現(xiàn)出不同程度的差異；隨著林齡增加，土壤電導(dǎo)率、容重變化趨勢表現(xiàn)一致，均為先增加再降低，在18 a時(shí)達(dá)到最大，電導(dǎo)率、容重分別為89.47 μs·cm-1、1.26 g·cm-3，與其他林齡之間差異顯著；總孔隙度表現(xiàn)為林齡6 a>12 a>24 a>18 a；各處理有機(jī)碳含量表現(xiàn)為林齡18 a>24 a>12 a>6 a；全氮含量隨著林齡增加而逐漸增加，6 a、12 a、18 a的增幅顯著；隨著林齡增加，全磷含量表現(xiàn)出先增加后降低的趨勢，全鉀、有效磷表現(xiàn)出先增加后降低的趨勢，在樹齡18 a時(shí)達(dá)到最大值，各林齡之間均差異顯著，其原因可能是刺槐林對土壤養(yǎng)分改善的效果有一定的閾值，超過一定的年限，其改善效果逐漸降低；堿解氮的含量隨著各林齡的增加而逐漸增加。

表3 各林齡刺槐林土壤主要理化性質(zhì)及養(yǎng)分特征

3 結(jié)論與討論

3.1在一定年限內(nèi)，隨著林齡增加，刺槐林的冠幅、分枝數(shù)、胸徑等也在增加，在林齡18 a左右達(dá)到最大值，這一結(jié)果與董生健等[9]的研究結(jié)果保持一致，區(qū)別在于本研究結(jié)果中樹高在18 a后還保持一定的增長趨勢，24 a時(shí)樹高最大，其原因可能是選擇的刺槐品種差異以及試驗(yàn)期間不同地區(qū)之間的氣候差異明顯。

3.2不同林齡地表草本植物的生長情況有所差異，生長6 a的刺槐林下草本植物種類多于其他林齡；18 a、24 a的刺槐林下草本植物的分布差異明顯；由此可知在刺槐林生長6 a時(shí)林下植物的種類、平均高度、分布密度等受到林齡的影響相對不大，林齡12 a之后的影響程度逐漸明顯。

3.3不同樹齡刺槐林土壤理化性質(zhì)及養(yǎng)分含量均出現(xiàn)不同程度的變化。隨著刺槐林齡的增加，土壤中的養(yǎng)分整體變化趨勢為先增加后降低，由此可知刺槐林可以對土壤中的養(yǎng)分含量起到一定的改善作用，其原因主要是刺槐林大量的枯枝落葉將養(yǎng)分返還到生態(tài)系統(tǒng)中，增加了土壤中的養(yǎng)分含量，但24 a的土壤養(yǎng)分含量較18 a有所降低，由此說明刺槐林對土壤的改善效果具有一定的閾值；土壤中的全磷養(yǎng)分含量隨著林齡增加沒有明顯差異，主要在于磷元素屬于一種沉積性的元素，存在于土壤中的形式比較穩(wěn)定，不容易發(fā)生流失現(xiàn)象。

3.4林下植被的物種數(shù)越多，大量的根系活動對土壤的團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響，增加土壤的疏松度，表現(xiàn)為降低土壤容重、增加土壤孔隙度，本試驗(yàn)的結(jié)果與此保持一致。