不同栽培模式下林木生長(zhǎng)和生態(tài)功能的比較研究

汪志紅

隨著全球生態(tài)環(huán)境問(wèn)題的日益凸顯，林木的生長(zhǎng)和生態(tài)功能對(duì)于維持生態(tài)平衡、保護(hù)生物多樣性以及促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。林木栽培技術(shù)模式的選擇對(duì)于林木的生長(zhǎng)和生態(tài)功能具有重要影響。不同栽培模式所采用的管理措施、種植方式和土壤處理方法等，都會(huì)直接或間接地影響到林木的健康狀況、生長(zhǎng)速度以及所提供的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)。在過(guò)去的幾十年里，人們逐漸意識(shí)到傳統(tǒng)的自然更新模式在滿足人類需求和保護(hù)環(huán)境之間存在一定的沖突。因此，出現(xiàn)了多種新型栽培模式，旨在提高林木產(chǎn)量、改善土壤質(zhì)量、增加水源保護(hù)能力以及增強(qiáng)林木對(duì)氣候變化等壓力的適應(yīng)能力。為了全面評(píng)估不同栽培模式下林木生長(zhǎng)和生態(tài)功能的差異，需要進(jìn)行比較研究。通過(guò)比較不同栽培模式下林木的生長(zhǎng)指標(biāo)如胸徑、樹(shù)高、材積等以及相關(guān)的生態(tài)功能指標(biāo)如土壤養(yǎng)分含量、水分含量等，可以揭示出各種栽培模式的優(yōu)勢(shì)和局限性。

一、常見(jiàn)的幾種林木栽培模式

1、傳統(tǒng)自然更新模式

傳統(tǒng)自然更新模式是一種基于自然生態(tài)系統(tǒng)的林木栽培模式，其核心理念是依賴天然種子播撒或自然繁殖，無(wú)需人工干預(yù)。在這種模式下，林木的生長(zhǎng)過(guò)程主要依賴于自然環(huán)境中的氣候、土壤和其他生物因素。在傳統(tǒng)自然更新模式中，首先需要選擇適宜的地點(diǎn)作為林木的生長(zhǎng)區(qū)域。通常會(huì)選擇有利于種子散布和萌發(fā)的地形條件，如山坡、河岸等。接下來(lái)，根據(jù)當(dāng)?shù)刂脖活愋秃臀锓N組成，確定適宜的母樹(shù)群體，并保護(hù)好這些母樹(shù)。當(dāng)母樹(shù)結(jié)出成熟果實(shí)時(shí)，果實(shí)會(huì)散布到周圍土壤上，并經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后開(kāi)始發(fā)芽并形成新苗。

2、混交林模式

混交林模式是一種將不同樹(shù)種混合種植的林木栽培模式。與傳統(tǒng)自然更新模式相比，混交林模式通過(guò)人工選擇和組合不同的樹(shù)種，以達(dá)到多樣性、互補(bǔ)性和協(xié)同效應(yīng)的目標(biāo)。在混交林模式中，樹(shù)種的選擇非常重要。通常會(huì)選擇具有不同生長(zhǎng)特點(diǎn)和生態(tài)功能的樹(shù)種進(jìn)行混合種植，例如快速生長(zhǎng)、高產(chǎn)量的主要經(jīng)濟(jì)樹(shù)種與耐寒、抗旱或改善土壤質(zhì)量的次要樹(shù)種。這樣可以充分利用各個(gè)樹(shù)種之間的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，提高整個(gè)林木群落的穩(wěn)定性和可持續(xù)性。

3、人工造林模式

人工造林模式是一種通過(guò)人工干預(yù)和管理的方式進(jìn)行林木栽培的模式。與傳統(tǒng)自然更新和混交林模式相比，人工造林模式更加注重人為選擇、引種和管理樹(shù)種，以達(dá)到特定目標(biāo)。在人工造林模式中，首先需要進(jìn)行合適的樹(shù)種選擇。根據(jù)不同地區(qū)的氣候、土壤條件以及經(jīng)濟(jì)需求，選擇適宜的樹(shù)種進(jìn)行種植。這些樹(shù)種通常具有快速生長(zhǎng)、高產(chǎn)量、抗病蟲(chóng)害等優(yōu)勢(shì)。接下來(lái)，進(jìn)行適當(dāng)?shù)耐寥栏牧己褪┓蚀胧?，以提供充足的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和水分供應(yīng)。同時(shí)，對(duì)于疏松或貧瘠的土壤，可以采取措施改善土壤結(jié)構(gòu)和肥力。在樹(shù)木成長(zhǎng)過(guò)程中，還需要進(jìn)行定期的修剪、除草和防治病蟲(chóng)害等管理措施。這些措施有助于保持良好的生長(zhǎng)環(huán)境，并確保林木能夠健康茁壯地生長(zhǎng)。

4、農(nóng)田防護(hù)林模式

農(nóng)田防護(hù)林模式是一種在農(nóng)田周圍或內(nèi)部種植樹(shù)木的模式，旨在保護(hù)農(nóng)田免受自然災(zāi)害和環(huán)境惡化的影響。這種模式將林木作為屏障，起到防風(fēng)固沙、保水保肥、調(diào)節(jié)氣候和改善生態(tài)環(huán)境等多重功能。在農(nóng)田防護(hù)林模式中，樹(shù)種的選擇非常重要。通常會(huì)選擇耐鹽堿、耐旱、耐寒的樹(shù)種，并結(jié)合當(dāng)?shù)貧夂蚝屯寥罈l件進(jìn)行合理搭配。例如，在海岸地區(qū)可以選擇海蒿、堿蓬等耐鹽堿植物；在干旱地區(qū)可以選擇檉柳、刺槐等耐旱樹(shù)種。農(nóng)田防護(hù)林的布局也需要考慮到不同地形和土地利用情況。一般來(lái)說(shuō)，可以在農(nóng)田周圍或沿著河流、山坡等易發(fā)生侵蝕和風(fēng)沙的邊界位置種植防護(hù)林帶。同時(shí)，在大片農(nóng)田內(nèi)部也可以設(shè)置分散分布的小面積防護(hù)林，起到局部保護(hù)的作用。

5、集約化栽培模式

集約化栽培模式是一種在農(nóng)田中利用科學(xué)技術(shù)手段，以最大程度地提高農(nóng)作物產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益的模式。這種模式注重高效利用土地、水資源和勞動(dòng)力，通過(guò)合理的管理和技術(shù)措施來(lái)實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展。在集約化栽培模式中，首先需要進(jìn)行合理的土地利用規(guī)劃。通過(guò)科學(xué)分析土壤質(zhì)量、水源狀況、氣候條件等因素，確定適宜的農(nóng)作物種植方式和密度。根據(jù)不同作物的需求和生長(zhǎng)特點(diǎn)，選擇合適的品種，并結(jié)合適時(shí)的播種、移栽和收割等操作。同時(shí)，集約化栽培還強(qiáng)調(diào)科學(xué)施肥和灌溉管理。通過(guò)土壤測(cè)試和營(yíng)養(yǎng)需求分析，精確計(jì)算出每個(gè)作物所需的營(yíng)養(yǎng)元素，并按照比例進(jìn)行施肥。采用精準(zhǔn)灌溉技術(shù)，根據(jù)土壤濕度、蒸散發(fā)情況等指標(biāo)，合理控制灌溉量和頻率，以避免浪費(fèi)水資源。

6、生態(tài)恢復(fù)模式

生態(tài)恢復(fù)模式是一種通過(guò)人工干預(yù)和管理手段，促進(jìn)受損生態(tài)系統(tǒng)的自然修復(fù)和恢復(fù)功能的模式。它旨在修復(fù)和改善受到污染、破壞或退化的自然環(huán)境，重建健康、穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)。生態(tài)恢復(fù)模式涉及多個(gè)方面，包括土壤修復(fù)、植被恢復(fù)、水體治理等。在土壤修復(fù)方面，可以采用物理、化學(xué)和生物等方法，去除或降解有害物質(zhì)，并改善土壤結(jié)構(gòu)和肥力。植被恢復(fù)則通過(guò)引入適宜的植物物種，促進(jìn)植被覆蓋和生物多樣性的增加。水體治理包括凈化水源、保護(hù)濕地、防止水污染等措施，以提高水體質(zhì)量和保護(hù)水資源。

二、不同栽培模式下林木生長(zhǎng)和生態(tài)功能的比較試驗(yàn)

1、材料

本文在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)過(guò)程中選擇的是中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院宣化實(shí)驗(yàn)基地所構(gòu)建的6000畝林木基地。該地區(qū)地處洋河北岸，年平均氣溫8℃左右。本次試驗(yàn)選擇的是該林木基地種植的柏樹(shù)為對(duì)象，柏樹(shù)是杉科柏屬的常綠喬木植物。它是一種古老而常見(jiàn)的樹(shù)種，在世界各地都有分布。高大挺拔，可以生長(zhǎng)到30m以上；樹(shù)干筆直，樹(shù)皮紅褐色或灰色，并呈現(xiàn)出垂直紋理；葉子為鱗片狀，密集排列在枝條上，呈現(xiàn)深綠色或藍(lán)綠色；雌雄異株，花序?yàn)榍蛐位蚵研蔚那蚬?，成熟后?huì)散發(fā)出濃郁的香氣；種子小而扁平，帶有兩個(gè)薄而透明的翅膀。

2、試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本次試驗(yàn)選取的栽培模式主要包括傳統(tǒng)自然更新模式、混交林模式、生態(tài)恢復(fù)模式三種。在試驗(yàn)進(jìn)行過(guò)程中，每個(gè)栽培模式都需要設(shè)置3個(gè)重復(fù)。每個(gè)重復(fù)的面積應(yīng)為7m×8m，并且每個(gè)重復(fù)小區(qū)內(nèi)應(yīng)包括9株柏樹(shù)。這樣的設(shè)計(jì)可以確保實(shí)驗(yàn)的可靠性和準(zhǔn)確性。通過(guò)對(duì)不同栽培模式進(jìn)行多次觀察和測(cè)量，可以得出更加客觀和可信的結(jié)論。

3、采樣和檢驗(yàn)方法

在本研究中，于2022年的1月和8月，在每個(gè)重復(fù)小區(qū)隨機(jī)選擇了4個(gè)位于土壤深度為0到20cm之間的土樣，并將它們混合成一個(gè)樣品。隨后，對(duì)這些土樣進(jìn)行了風(fēng)干和篩選處理，并檢測(cè)了土壤中的全磷、速效磷、銨態(tài)氮和硝態(tài)氮含量。具體地，使用HClO4-HF溶液對(duì)土壤中的全磷進(jìn)行消解，并使用iCAP7400儀器進(jìn)行測(cè)定。而在測(cè)定速效磷之前，首先對(duì)土樣進(jìn)行了pH值的測(cè)定。對(duì)于堿性土壤樣品，使用0.5 mol·L-1NaHCO3進(jìn)行浸提；而對(duì)于酸性土壤樣品，則采用0.03 mol·L-1NH4F-0.025 mol·L-1HCl溶液進(jìn)行浸提。隨后，使用Auto Analyzer 3儀器對(duì)速效磷進(jìn)行測(cè)定。至于銨態(tài)氮和硝態(tài)氮的檢測(cè)，采用2 mol·L-1KCL溶液進(jìn)行提取，并借助Auto Analyzer 3儀器進(jìn)行測(cè)定。此外，在2022年的1月、5月至12月以及2023年的1月期間，還對(duì)柏樹(shù)胸徑進(jìn)行了監(jiān)測(cè)。截至2022年1月和2023年1月為止，柏樹(shù)已經(jīng)生長(zhǎng)了分別為2年8個(gè)月和3年8個(gè)月的時(shí)間。

4、數(shù)據(jù)處理

在這項(xiàng)研究中，采用了SAS軟件（8.0版）對(duì)不同栽培處理下的全磷、速效磷、銨態(tài)氮、硝態(tài)氮、柏樹(shù)胸徑和材積等指標(biāo)進(jìn)行了方差分析。通過(guò)方差分析，可以比較不同栽培處理之間是否存在顯著差異（P≤0.05）。為了更直觀地呈現(xiàn)數(shù)據(jù)，使用了SigmaPlot 10.0軟件進(jìn)行了制圖。在對(duì)柏樹(shù)胸徑進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析時(shí)，首先計(jì)算了每個(gè)重復(fù)樣地的柏樹(shù)胸徑均值，然后使用這些均值進(jìn)行方差分析。這樣做可以減少誤差，并更好地反映出不同栽培處理對(duì)柏樹(shù)生長(zhǎng)的影響。此外，還整理了80年代收集的1238個(gè)柏樹(shù)胸徑和2.7m莖干材積數(shù)據(jù)。通過(guò)對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，可以探究柏樹(shù)胸徑和莖干材積之間的關(guān)系。這有助于進(jìn)一步了解柏樹(shù)的生長(zhǎng)規(guī)律和發(fā)展趨勢(shì)。

三、不同栽培模式下林木生長(zhǎng)和生態(tài)功能的比較結(jié)果

1、不同栽培模式下土壤養(yǎng)分變化情況

根據(jù)研究結(jié)果顯示，在2022年的1月和8月期間，不同栽培處理之間的土壤全磷含量并沒(méi)有出現(xiàn)顯著性差異（見(jiàn)圖1）。而在2023年的1月時(shí)，也沒(méi)有觀察到不同栽培處理之間土壤速效磷含量的顯著差異。但是在2022年1月至8月期間，傳統(tǒng)自然更新模式的土壤速效磷呈下降趨勢(shì)，而混交林模式和生態(tài)恢復(fù)模式的土壤速效磷含量分別增加了5.54mg·kg-1和10.72mg·kg-1。這表明不同栽培處理對(duì)土壤速效磷含量有著不同的影響。另外，從2022年1月到2022年8月，所有栽培處理的土壤銨態(tài)氮含量都顯著降低，同時(shí)硝態(tài)氮含量顯著提高。尤其是生態(tài)恢復(fù)模式的土壤硝態(tài)氮含量增加了126.32mg·kg-1。這說(shuō)明不同栽培處理對(duì)土壤中銨態(tài)氮和硝態(tài)氮的變化也有重要影響。綜上所述，研究結(jié)果揭示了不同栽培處理之間在土壤全磷、速效磷、銨態(tài)氮和硝態(tài)氮方面的差異，并為進(jìn)一步理解栽培處理對(duì)土壤養(yǎng)分動(dòng)態(tài)變化的影響提供了重要線索。

2、不同栽培處理林木胸徑和材積變化

在試驗(yàn)開(kāi)始前，傳統(tǒng)自然更新模式、混交林模式和生態(tài)恢復(fù)模式的柏樹(shù)胸徑分別為22.4cm、21.8cm和24.6cm。經(jīng)過(guò)1年的栽培處理之后，這三種種植模式下的柏樹(shù)胸徑均有所增加。具體來(lái)說(shuō)，傳統(tǒng)自然更新模式的柏樹(shù)胸徑增加了3.5cm，從22.4cm增至25.9cm；混交林模式的柏樹(shù)胸徑增加了3.6cm，從21.8cm增至25.4cm；生態(tài)恢復(fù)模式的柏樹(shù)胸徑增加了4.3cm，從24.6cm增至28.9cm（見(jiàn)圖2）。這些數(shù)據(jù)表明，在相同的時(shí)間段內(nèi)，生態(tài)恢復(fù)模式下的柏樹(shù)生長(zhǎng)速度最快，其次是混交林模式，傳統(tǒng)自然更新模式的柏樹(shù)生長(zhǎng)速度最慢。

在2022年，柏樹(shù)胸徑的增加量在雨季明顯高于旱季。這表明雨水對(duì)于柏樹(shù)生長(zhǎng)具有重要影響，為合理安排種植管理提供了依據(jù)。其次，在不同種植模式下，雨季胸徑增加量占全年胸徑增加量的比例也有所不同。具體來(lái)說(shuō)，傳統(tǒng)自然更新模式下的柏樹(shù)雨季胸徑增加量占全年增加量的58.3%，混交林模式下為61.1%，生態(tài)恢復(fù)模式下為61.4%。這說(shuō)明在雨季進(jìn)行適當(dāng)?shù)墓芾泶胧?，可以進(jìn)一步促進(jìn)柏樹(shù)的生長(zhǎng)發(fā)育。最后，在胸徑和2.7m柏樹(shù)莖干材積之間存在著顯著的二次冪函數(shù)關(guān)系。這意味著隨著柏樹(shù)胸徑的增加，其莖干材積也會(huì)呈現(xiàn)出非線性的增長(zhǎng)趨勢(shì)。

3、不同栽培處理土壤貯水量變化

在2022年1月—2023年1月以及2022年4月—2022年11月這兩個(gè)時(shí)間段內(nèi)，0～100cm土層的土壤貯水量在不同栽培處理之間并沒(méi)有顯著性差異。這意味著傳統(tǒng)自然更新模式、混交林模式和生態(tài)恢復(fù)模式對(duì)土壤貯水量的影響相對(duì)較小，可能需要更長(zhǎng)的時(shí)間或者其他因素的綜合作用才能顯現(xiàn)出明顯差異。

其次，在2022年1月—2023年1月期間，傳統(tǒng)自然更新模式、混交林模式和生態(tài)恢復(fù)模式的0～100cm土層土壤貯水量增長(zhǎng)分別為27.19mm、44mm、47mm。值得注意的是，混交林模式和生態(tài)恢復(fù)模式相較于傳統(tǒng)自然更新模式，土壤貯水量分別高出16.81mm和19.81mm。這表明在相同時(shí)間段內(nèi)，混交林模式和生態(tài)恢復(fù)模式可以更有效地提升土壤貯水量，具有更好的保水能力。

最后，在2022年4月—2022年11月期間，傳統(tǒng)自然更新模式的0～100cm土層土壤貯水量降低了13.19mm。與此相反，混交林模式和生態(tài)恢復(fù)模式的土壤貯水量分別提高了29.11mm和21.74mm。這說(shuō)明混交林模式和生態(tài)恢復(fù)模式能夠有效地增加土壤的水分儲(chǔ)存量，從而改善土壤濕度和保持水分平衡。

綜上所述，混交林模式和生態(tài)恢復(fù)模式相較于傳統(tǒng)自然更新模式，在土壤貯水量方面表現(xiàn)出更好的效果。這些研究結(jié)果對(duì)于合理選擇種植模式、優(yōu)化土壤管理以及水資源利用具有重要指導(dǎo)意義。

隨著全球生態(tài)環(huán)境問(wèn)題的日益凸顯，不同栽培模式對(duì)林木的生長(zhǎng)和生態(tài)功能可能產(chǎn)生不同的影響。本研究旨在比較傳統(tǒng)自然更新模式、混交林模式、人工造林模式、農(nóng)田防護(hù)林模式、集約化栽培模式和生態(tài)恢復(fù)模式下林木的生長(zhǎng)情況和相關(guān)的生態(tài)功能。通過(guò)采集樣本并進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)，測(cè)量了林木的胸徑、樹(shù)高、材積等生長(zhǎng)指標(biāo)，并對(duì)土壤養(yǎng)分、水分含量等進(jìn)行了采樣和檢驗(yàn)。經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理和分析，發(fā)現(xiàn)不同栽培模式下土壤養(yǎng)分變化情況存在差異，科學(xué)合理的栽培處理能夠促進(jìn)林木快速生長(zhǎng)并提高產(chǎn)量，并增加土壤貯水能力?；趯?shí)驗(yàn)結(jié)果，得出結(jié)論并提出建議，為優(yōu)化林木培植策略、促進(jìn)森林資源可持續(xù)發(fā)展提供參考。