生態(tài)脆弱區(qū)人工柏木林生態(tài)系統(tǒng)功能特征

陸忠賢，鄧夏雨，潘秀奎，李泰君

(農(nóng)林工程與規(guī)劃學院銅仁學院，貴州銅仁554300)

人工造林是我國西南山區(qū)提升生態(tài)質(zhì)量的主要措施。由于該區(qū)域山坡陡峭、土壤淺薄，且部分地區(qū)存在較嚴重的石漠化現(xiàn)象，一定程度上限制了人工造林樹種的選擇。人工柏木林(Cupressus funebris)由于耐干旱、耐土壤貧瘠等特點，在該區(qū)域被廣泛種植。近幾十年來，人工柏木林已經(jīng)成為區(qū)域森林的重要組成部分，其環(huán)境修復能力與生態(tài)、經(jīng)濟效益開始引起社會關注。由于生態(tài)脆弱區(qū)的特殊生境，伴隨人工柏木林林分生長與發(fā)育，其生態(tài)系統(tǒng)功能變化呈現(xiàn)出獨特的規(guī)律。

在綜合前人研究的基礎上，總結人工柏木林在生物多樣性保育、土壤質(zhì)量、水土保持、碳固持等生態(tài)系統(tǒng)功能特征，為科學認識該區(qū)域人工林在生態(tài)、經(jīng)濟方面的作用提供數(shù)據(jù)支撐。

1 人工柏木林主要生態(tài)系統(tǒng)功能特征

1.1 生物多樣性

在中國西南山區(qū)，由于多數(shù)生境存在土壤淺薄、土壤貧瘠以及石漠化現(xiàn)象，人工造林多選擇耐干旱、耐土壤貧瘠的樹種，比如馬尾松、杉木、柏木等。其中柏木林由于在造林、撫育以及生態(tài)價值方面的優(yōu)勢在不同地域廣泛分布。人工柏木造林能夠顯著增加植物多樣性與土壤動物多樣性。在對川中丘陵區(qū)20～70齡林的榿柏混交林及由榿柏混交發(fā)展而來的人工柏木林的調(diào)查中發(fā)現(xiàn)灌木29科39屬60種，草本35科57屬72種[1]。川中丘陵區(qū)人工柏木林疏伐后，林窗內(nèi)植物種、屬、科數(shù)量均增加，物種豐富度與Shannon-Wiener指數(shù)均增加[2]。人工柏木林撫育間伐也能增加林下植物豐富度與多樣性指數(shù)，同時，林下灌木與草本的蓋度、凋落物的厚度均顯著增加[3]。

不同的間伐強度對人工柏木林林下植物多樣性的影響存在差異。例如，季榮飛等[4]研究了弱度(15%)、中度(25%)、強度(35%)、極強度(50%)和CK(0%) 5種間伐強度(15%、25%、35%、50%及CK對德陽市33年生柏木低效人工林灌草生長及其生物多樣性的影響。結果表明，間伐1 a后不同間伐強度下的林下植物種類、密度和生物量均有所增加，林下灌木層和草本層物種的豐富度指數(shù)、Shannon-Wiener指數(shù)和Simpson優(yōu)勢度指數(shù)均隨著間伐強度的增大而增大，中度與強度間伐模式下植物多樣性指標上升明顯。龔固堂等[5]對四川低效柏木林的間伐研究也支持這個結論。林窗改造還顯著增加了森林土壤動物[6]，人造林窗2年后，柏木低效林人造林窗實驗樣地土壤動物類群發(fā)生了一定的變化，土壤動物的類群和個體數(shù)目總體上呈現(xiàn)增長態(tài)勢。

1.2 對土壤碳固持功能以及土壤質(zhì)量的影響

在我國明確“碳達峰”與“碳中和”的歷史背景下，人工林的碳匯功能將顯得愈發(fā)重要。大面積人工柏木林的種植使得其碳儲量成為區(qū)域森林碳儲量的重要組成部分。在我國西南地區(qū)由于其特殊的生境類型，人工柏木林碳儲量與碳固持能力普遍低于土壤條件較好的地區(qū)。比如，四川中部丘陵區(qū)人工柏木林往往生長緩慢，林分發(fā)育不充分，林下結構單一，導致林分的碳匯功能較低，森林健康評價的結果也表明川中丘陵區(qū)人工柏木林多數(shù)處于亞健康與不健康狀態(tài)[7]。何宗明等[8]在福建三明的調(diào)查表明，33年生福建柏碳儲量達到236.32 t/hm2，其中喬木層碳儲量為130.46 t/hm2，0～100 cm土壤層有機碳碳儲量為102.82 t/hm2。川中低效柏木林喬木層碳儲量明顯小于該數(shù)值。

人工種植柏木后，隨著林分發(fā)育，土壤質(zhì)量各項指標均有顯著增加。對川中丘陵區(qū)低效人工柏木林的監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，不同柏木混植模式下土壤全氮、全磷、全鉀含量均增加，土壤有機碳、微生物量碳也增加[9-10]。與對照樣地相比，種植柏木林后，森林土壤濕度也增加，硝態(tài)氮、銨態(tài)氮與速效鉀含量也得到提高。人工種植柏木林顯著增加了土壤有機碳儲量。在貴州喀斯特地區(qū)的調(diào)查也發(fā)現(xiàn)，種植柏木林后，其土壤有機碳含量提高了56.4%[11]。隨著土壤深度增加，上述指標值均呈下降趨勢，這與其他人工林土壤質(zhì)量變化規(guī)律一致。

土壤質(zhì)量的改善與林下植被有顯著關系，上述研究同時發(fā)現(xiàn)，林下灌木層與草本層生物多樣性指數(shù)與土壤有機碳密度、易氧化碳、水溶性碳與微生物量碳均呈正相關關系。此外，降低喬木層片的密度，增加人工林開窗面積能夠有效增加土壤有機碳含量，特別是10～20 cm土壤深度的有機碳密度[12]。曾戀戀等[13]的試驗也得到相似的結果，不同程度的間伐均顯著提高了低效人工柏木林土壤有機碳含量，且隨著間伐強度增加，效果越明顯。

1.3 水土保持功能

水土保持功能是人工柏木林重要的生態(tài)經(jīng)濟價值之一。由于西南山區(qū)地形陡峭且降雨集中，極易發(fā)生巖石松動與滑坡的現(xiàn)象，容易造成自然災害。比如，通過在純柏木林分中間植其他樹種能有效提高林分土壤抗沖性[14]。范川等[15-16]的研究發(fā)現(xiàn)，不同改造模式影響了柏木林細根生物量及其分布，而且柏木+榿木+竹的改造模式具有較好的效果，不僅增加了柏木林林下植物多樣性、細根生物量、土壤有機質(zhì)，而且顯著提高了水穩(wěn)團聚體含量。林分改造顯著增加了林分物種多樣性，林下灌木層與草本層物種多樣性的增加能夠提高土壤抗蝕性指標。

2 總結

人工柏木林作為我國西南地區(qū)造林的主要選擇之一，由于其主要生長在土壤淺薄、貧瘠且存在石漠化的地區(qū)，林分生長發(fā)育存在生長緩慢、結構簡單等問題。盡管如此，種植人工柏木林仍然從不同方面改善了生境條件。不同的野外調(diào)查與試驗均發(fā)現(xiàn)，人工柏木林種植顯著增加了林下生物多樣性，改善了土壤質(zhì)量，并顯著增加了土壤有機碳含量。此外，人工柏木林一定程度上改變了土壤濕度與溫度。間伐與開設林窗能夠顯著提高人工柏木林的植物多樣性，從而改善人工林生態(tài)系統(tǒng)功能，人工林生物量與林下植被多樣性是生態(tài)系統(tǒng)功能的物質(zhì)基礎，采取合理的營林措施能夠提升其生態(tài)系統(tǒng)服務功能。目前，西南地區(qū)人工造林已經(jīng)具備一定的規(guī)模，對人工林的撫育、經(jīng)營與碳匯管理將成為今后的主要任務。