章古臺沙地樟子松人工林衰退的原因以及可持續(xù)經(jīng)營措施

曹怡立

(遼寧省沙地治理與利用研究所，遼寧 阜新 123000)

相對于天然林，人工林在經(jīng)營一定年限后易衰退。早在1923年，Werdeman報道稱德國云杉人工林出現(xiàn)衰退現(xiàn)象，20世紀(jì)50年代，瑞南南部也發(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)國家相繼出現(xiàn)森林衰退。我國20世紀(jì)80年代在重慶南山首次發(fā)現(xiàn)馬尾松林衰退現(xiàn)象，在此之前已有專家對人工林衰退的機(jī)制做了大量的研究試驗。隨著全球氣候環(huán)境的不斷變化，世界范圍內(nèi)人工林的林分衰退問題越來越多[1,2]。由此可知,如何保持人工林長期穩(wěn)定成為了世界性的技術(shù)難題[3,4]。

樟子松的抗旱、抗寒能力強(qiáng)，耐瘠薄的土壤條件，綜合性狀優(yōu)良，在北方干旱地區(qū)起到積極的防風(fēng)固沙、水土保持效果，是遼西北干旱地區(qū)營建人工固沙林的先鋒樹種，在當(dāng)?shù)卦笠?guī)模推廣種植[5]。樟子松原產(chǎn)地為我國的大興安嶺、呼倫貝爾紅花爾基地區(qū)。20世紀(jì)末樟子松人工林衰退現(xiàn)象明顯，具體表現(xiàn)為病蟲害頻繁侵染、枝梢枯萎發(fā)黃、樹木長勢不佳，嚴(yán)重的導(dǎo)致死亡[4]。

位于科爾沁沙地東南緣的彰武縣章古臺鎮(zhèn)的樟子松人工林多數(shù)營建于20世紀(jì)90年代，樹齡最大的已經(jīng)有近30a，人工林內(nèi)的海拔平均227m左右，土壤類型主要為風(fēng)沙土，沙層厚度平均126m左右，當(dāng)?shù)貧夂蚋珊?，降雨量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于蒸發(fā)量，年均降水量為476mm，以6—8月居多，年蒸發(fā)量平均在1560mm以上。章古臺沙地樟子松人工林在當(dāng)?shù)胤里L(fēng)固沙、抵御干旱風(fēng)沙等自然災(zāi)害、控制水土流失程度、維護(hù)生態(tài)安全方面意義重大。近些年，章古臺沙地樟子松人工林中的衰退問題趨于明顯，對當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境安全極為不利，迫切需要對人工林的衰退現(xiàn)象進(jìn)行控制，以減緩林分衰退的速度。為了有效地遏制章古臺沙地樟子松人工林的衰退現(xiàn)象，首先需要結(jié)合林區(qū)的實地考察、調(diào)研等措施對當(dāng)?shù)卣磷铀傻乃ネ藱C(jī)制開展進(jìn)一步的研究，分析出樟子松人工林衰退的原因，以結(jié)合實際制定出章古臺沙地樟子松人工林可持續(xù)經(jīng)營的措施。

1 章古臺沙地樟子松人工林衰退的原因

1.1 地下水位有所降低

章古臺的年降雨量稀少，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于年蒸發(fā)量，近些年的干旱氣候，加上當(dāng)?shù)貕ɑ膶?dǎo)致地下水位的降低。此外，章古臺地區(qū)硅砂礦的大規(guī)模開采，很大程度上影響了當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境，其中地下水系的流失、水位降低是最為直接的一個影響。章古臺地區(qū)近些年來一直積極造林治沙、發(fā)展沙漠農(nóng)業(yè)等，使本來就貧乏的水資源更加供不應(yīng)求，地下水位處于連年下降的態(tài)勢，加上近幾年全球氣候的異常變化，章古臺地區(qū)遭遇了持續(xù)的干旱少雨氣候，也嚴(yán)重影響了區(qū)域水分資源的補給。以上多種因素導(dǎo)致了章古臺沙地樟子松人工林內(nèi)土壤資源匱乏，處于輸入量一直小于輸出量的狀態(tài)，虧缺嚴(yán)重，地下水位持續(xù)降低，當(dāng)降低到樟子松根系無法利用的深度時，則必然導(dǎo)致樟子松的衰退[6.7]。

1.2 土壤中養(yǎng)分失衡，相對不足

經(jīng)過近幾年對章古臺沙地樟子松人工林的土壤養(yǎng)分情況開展調(diào)查，發(fā)現(xiàn)土壤中養(yǎng)分不均衡且相對不足，整體肥力水平低，如有機(jī)質(zhì)含量低(處于全國土壤養(yǎng)分含量分級標(biāo)準(zhǔn)中的6級水平)、速效鉀含量水平中等偏下(4～5級水平)、堿解氮與速效磷的含量均偏低(6級水平)，此外，土壤中pH值的范圍偏堿性，此種環(huán)境不利于有機(jī)質(zhì)的分解以及各養(yǎng)分的釋放、轉(zhuǎn)化、遷移等。由此可知，章古臺沙地土壤肥力水平不佳，供給養(yǎng)分能力不夠，地力的衰退趨勢明顯，導(dǎo)致了樟子松人工林的長勢不佳、出現(xiàn)衰退現(xiàn)象[8,9]。

1.3 營林措施不到位，林間郁閉度過大

通過對章古臺沙地樟子松人工林的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，林間存在密度過大、郁閉度過高、結(jié)構(gòu)合理性不夠等問題。如樹齡20～30a的樟子松人工林內(nèi)，郁閉度達(dá)到了0.75，平均密度約1660株·hm-2，25a樹齡的樟子松胸徑平均10.05cm，樹高平均11.32m左右。過大的林分密度造成了微環(huán)境不佳，影響到植物的通風(fēng)、接受到的光照資源以及空間資源等，一定程度上阻礙了其生長，出現(xiàn)林分衰退現(xiàn)象[1,10]。

2 章古臺沙地樟子松人工林可持續(xù)經(jīng)營的技術(shù)措施

2.1 對現(xiàn)有的人工林結(jié)構(gòu)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整

針對目前章古臺沙地樟子松人工林現(xiàn)狀，可對林分的結(jié)構(gòu)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，具體可從以下3個方面開展工作。對于已經(jīng)表現(xiàn)衰退現(xiàn)象的林分，可將徹底衰退的林木進(jìn)行清除，并實施封育措施，創(chuàng)造利于林分恢復(fù)的條件。對于衰退現(xiàn)象不明顯的樟子松人工林，如果林分的密度過大，則需要大量的水資源，由于沙地的水資源匱乏，因此可結(jié)合林分實際開展不同強(qiáng)度的間伐，維持在林分的需求與水資源處于相對平衡的狀態(tài)。對于一些需要重新進(jìn)行改造或者營建的林分，需要結(jié)合當(dāng)?shù)氐乃Y源現(xiàn)狀以及營林目標(biāo)針對性實施[11]。

2.2 改人工純林為混交林

通過將章古臺沙地上的樟子松純林改造為混交林，可以發(fā)揮出純林沒有的優(yōu)勢，有利于提高土壤中的養(yǎng)分水平、改善林間水分條件、增加物種多樣性、提高林分結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性及生產(chǎn)力、增強(qiáng)林間抗逆能力等。由此可知，需要結(jié)合章古臺沙地實際對樟子松純林進(jìn)行改造、營建混交林，以改善當(dāng)前林分衰退、提高林分穩(wěn)定性、實現(xiàn)樟子松的可持續(xù)經(jīng)營。結(jié)合生態(tài)效益、社會效益等多個方面進(jìn)行植物科學(xué)配置，將當(dāng)?shù)卣磷铀杉兞指脑斐苫旖涣?，整體上提高林分的功能，形成復(fù)合型的林分經(jīng)營模式，在提高林間生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性、對林分的衰退現(xiàn)象進(jìn)行控制的基礎(chǔ)上提高區(qū)域的生態(tài)效益、社會效益、經(jīng)濟(jì)效益[12]。

2.2.1 區(qū)域生態(tài)效益

營建密度合理的混交林、形成多功能的復(fù)層林分，有利于改善林間的郁閉度，不僅可以使林間的通風(fēng)透光性得到改善，還可以減少林間陽光的直射，避免土壤溫度晝夜溫差過大，減少水分過快蒸發(fā)。此外，復(fù)層的林間植被還可以對自然降雨進(jìn)行截留、補充林間植物生長所需的水分。復(fù)層林分下生物多樣性好于純林，有助于樟子松針葉的分解，增加土壤內(nèi)養(yǎng)分含量。沙地上土壤主要為風(fēng)沙土，沙粒的含量超過95%，腐殖質(zhì)含量低，整體固持養(yǎng)分的能力差，復(fù)層的混交林間植被較純林有所增加，對減少土壤養(yǎng)分的流失起到積極作用，有助于形成穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)，提高防風(fēng)固沙的效果[12-14]。

2.2.2 社會效益

通過采取樟子松與一些草藥等植物的間作，營建林藥間作林、林草共植等農(nóng)林復(fù)合經(jīng)營模式，帶動了藥材、放牧等相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，取得一定的社會效益，有助于提高廣大農(nóng)戶參與生態(tài)環(huán)境治理的熱情，推動林藥、林草等經(jīng)營模式的發(fā)展，還有利于對區(qū)域的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，實現(xiàn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)的低碳化發(fā)展，此外相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展必然解決更多的人就業(yè)，緩解當(dāng)?shù)氐木蜆I(yè)壓力，對社會穩(wěn)定、區(qū)域經(jīng)濟(jì)的發(fā)展非常有利，社會效益明顯[15]。

2.2.3 經(jīng)濟(jì)效益

對林地利用效果進(jìn)行評價的綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)即為林地的生產(chǎn)率，一般用單位林地面積上的立木蓄積產(chǎn)量或者產(chǎn)值來表示[1]。樟子松生長速度快，因此純林上的生產(chǎn)率相對比其它普通鄉(xiāng)土樹種、一些經(jīng)濟(jì)作物更高，而通過在純林內(nèi)營建喬木、地被植物、灌木等混交林，使林地綜合生產(chǎn)率有所提高。營建的林藥、林草等林分，通過科學(xué)合理的管理，可以提高藥用植物、飼草等植被的產(chǎn)量，創(chuàng)造出更多的價值，取得較好的經(jīng)濟(jì)效益。

2.3 科學(xué)選擇營建混交林的植物類型

章古臺沙地樟子松人工林的生態(tài)條件相對較差，因此混交林植物類型的要求抗性能力強(qiáng)、價值相對較好。一般鄉(xiāng)土植物適合在當(dāng)?shù)靥囟ǖ纳L條件下生長，通過長時間的優(yōu)勝劣汰，保留下來的鄉(xiāng)土植被對當(dāng)?shù)氐墓庹?、土壤、水分等環(huán)境因子條件形成一定的適宜性，因此混交林植被建議主要選擇當(dāng)?shù)氐泥l(xiāng)土植物類型。章古臺當(dāng)?shù)赜兄S富的鄉(xiāng)土植被資源，包括藥用植物、飼草植物、食用植物等，對這些鄉(xiāng)土資源進(jìn)行充分利用，與樟子松人工純林進(jìn)行大規(guī)模的間作或者混交等，可將鄉(xiāng)土植物在當(dāng)?shù)鼐哂休^強(qiáng)適應(yīng)能力的生態(tài)效益發(fā)揮出來，以取得更佳的經(jīng)濟(jì)效益，形成的復(fù)合式林分結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定、抗逆能力更強(qiáng)，對森林病蟲害有著很好的抑制效果，有助于緩解人工純林的衰退現(xiàn)象，更好地發(fā)揮出防風(fēng)固沙、水土保持的效果[16]。

2.4 因地制宜地推廣不同的樟子松混交林模式

結(jié)合各地實際，適合推廣的樟子松混交林模式有所差異。章古臺沙地樟子松人工林的改造模式主要包括以下幾種。

2.4.1 樟子松與地被

樟子松與地被模式在章古臺沙地上主要有林藥間作、林草共植等，即在現(xiàn)有的樟子松人工純林下選擇有較好藥用價值、食用價值的植被(包括沙蔥、射干等)進(jìn)行合理配置，以提高林分群落的穩(wěn)定性，增加生物多樣性；也可以在人工純林內(nèi)選擇經(jīng)濟(jì)效益較好的牧草(如燕麥草、蒙古冰草等)進(jìn)行合理配置，營建高效穩(wěn)定的林牧復(fù)合林分，以對樟子松人工純林內(nèi)的水分、溫度、養(yǎng)分等條件起到很好的協(xié)調(diào)改善效果。通過推廣林草、林藥等長短期效益兼具的模式，可以進(jìn)一步鞏固之前營建樟子松人工純林的經(jīng)營效果，又可以增加藥用植被、牧草的經(jīng)濟(jì)效益，發(fā)揮出更好的生態(tài)效益、經(jīng)濟(jì)效益。

2.4.2 樟子松與灌木

灌木叢對改善土壤肥力的效果較好，為了提高樟子松人工林的綜合生產(chǎn)力，可利用灌木叢的這一特點選擇灌木與樟子松進(jìn)行混交，章古臺沙地適合的鄉(xiāng)土灌木樹種包括沙棘、胡枝子、暴馬丁香。一般來說，闊葉類灌木叢的枝葉長勢繁茂，林間枯枝落葉量大，對減緩林間水分的蒸發(fā)、改善土壤養(yǎng)分結(jié)構(gòu)有著很好的作用[17]；胡枝子灌木固氮效果好，通過樟子松與胡枝子的混交，對樟子松人工純林土壤養(yǎng)分組成的調(diào)整效果明顯。此外，一些藥用、飼料、綠肥類的灌木種植在樟子松人工純林內(nèi)，可以增加林間經(jīng)濟(jì)效益，實現(xiàn)綜合效益的提高。

2.4.3 樟子松與喬木

章古臺沙地樟子松人工林的改造還可以選擇樟子松與喬木進(jìn)行混交，形成樟子松與針葉類(包括油松、彰武松、赤松等)或者闊葉類喬木(如河北楊、刺槐、山杏、榆樹等)的混交林，此類混交林在沙地上營建時一般采取帶狀混交的模式。結(jié)合現(xiàn)有的樟子松人工純林，科學(xué)搭配混交樹種，營建起針葉與針葉、針葉與闊葉混交林分，有助于改善土壤養(yǎng)分結(jié)構(gòu)，增加生物多樣性，發(fā)揮出更好的防風(fēng)固沙效果。