黃河三角洲低質(zhì)低效人工刺槐林分類與評價

黃河三角洲低質(zhì)低效人工刺槐林分類與評價

黃河三角洲的土壤結(jié)構(gòu)特殊，沉積物、海水侵蝕、嚴重堿性和植被覆蓋率低，生態(tài)環(huán)境脆弱。具有防風固沙、水土保持功能的刺槐(低效林改造技術規(guī)程(LY/T1690—2007)中將低效林定義為:受人為因素的直接作用或誘導自然因素的影響,林分結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性失調(diào),林木生長發(fā)育衰竭,系統(tǒng)功能退化或喪失,導致森林生態(tài)功能、林產(chǎn)品產(chǎn)量或生物量顯著低于同類立地條件下相同林分平均水平的林分總稱。曾思齊等11.1新淤地的主要氣象資料研究區(qū)位于黃河三角洲,地理坐標為117°32′—119°10′E,36°56′—38°12′N,東營市河口區(qū)的黃河故道刺槐林地和濟南軍區(qū)軍馬場生產(chǎn)基地,屬于暖溫帶半濕潤地區(qū),大陸性季風氣候,年均氣溫12.1℃,無霜期長達201d,≥10℃的積溫約4200℃,年降水量500～600mm,年蒸發(fā)量1800mm左右,春季是強烈的蒸發(fā)期,蒸發(fā)量占全年的51.7%。土壤以鹽化潮土和濱海鹽土為主,土壤鹽分組成以氯化物為主,占可溶性鹽總量80%以上,0—100cm土體加權平均含鹽量0.58%,局部地段0.5%～1.0%,最高達3.56%,新淤地土壤含鹽量較低,一般在0.3%以下。土壤pH值6.79～8.87,平均7.94;地下水埋深一般2～3m,地下水礦化度10～40g/L,高者達200g/L1.21.2.1樣地設置與樣品采集2010年10月中旬,在黃河三角洲軍馬場生產(chǎn)基地選擇26a人工刺槐林為研究對象,分別選取(10～15)m×(15～20)m的標準地23個,在黃河故道附近選擇36年生人工刺槐林標準地8個,在每標準地內(nèi)按S型均勻布設6試驗樣點,對10—30cm的土層進行土壤樣品的采集與混合測定。2種林齡的人工刺槐林株行距均為2.5m×3.0m,同時在每標準地內(nèi)進行樹木樹高、胸徑及郁閉度的測定,共測定樹木463株。1.2.2土壤理化性質(zhì)的測定pH值采用pH計(水土比5∶1),可溶性鹽采用重量法測定(水土比5∶1),烘干法測定土壤含水量,環(huán)刀浸水法測定土壤容重和孔隙度等各項水文物理參數(shù);利用滲透筒法測定土壤入滲特性;土壤有機質(zhì)采用重鉻酸鉀氧化—外加熱法測定,以上指標測定采用駱洪義等利用SPSS13.0,Excel進行有關數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析。22.1鹽堿含量與鹽堿郁閉度的相關分析相關分析表明(表1),26a和36a刺槐林胸徑、樹高、材積與土壤容重、孔隙度狀況、有機質(zhì)含量、入滲特性及鹽堿含量并未表現(xiàn)出顯著的相關性,但郁閉度除了與鹽堿含量相關性不顯著外,與其他指標均具有顯著相關性。這表明如僅從樹木生長等級、樹高、生長率、蓄積量等指標來對該區(qū)域人工刺槐林進行分類將會比較困難,即黃河三角洲人工刺槐林低質(zhì)低效的出現(xiàn)并不主要表現(xiàn)在生長狀況方面,與長江中上游低質(zhì)低效次生林以林分生長過程劃分林分生長等級,確定低質(zhì)低效的分類標準不一致2.2各主成分的因子貢獻率及分配用標準差法對胸徑、樹高、材積、郁閉度、土壤容重、總孔隙度、毛管孔隙度、非毛管孔隙度、孔隙比、有機質(zhì)、初始入滲率、穩(wěn)定入滲率、pH值及含鹽量14個指標進行標準化處理,建立系數(shù)相關矩陣,計算各主成分的因子負荷率及貢獻率(表2)。主成分分析表明,第1主分量的貢獻率為80.87%,為最大主分量。前2個主分量的累積貢獻率為97.655%,能夠反映14項指標的大部分信息,因此取前2個主分量,符合綜合數(shù)值分析的要求。在第1主分量中,大部分因子的負荷量均較大,其中土壤容重最大,其次為初始入滲率、穩(wěn)定入滲率、郁閉度及孔隙比,而反映樹木生長狀況的胸徑及樹高負荷量相對較小。第1主分量中材積量負荷量最大,其次為有機質(zhì)、含鹽量和毛管孔隙度。因為土壤容重與土壤孔隙狀況密切相關2.3刺槐不同林型的生長特征依據(jù)上述14項指標對31個樣地進行聚類分析,依據(jù)樣地標準化指數(shù)和頻率分布特點,最后將樣地聚為5類,類平均值見表4所示。從表4可以看出,第Ⅰ—Ⅲ類26年生3種林分類型其胸徑、樹高、材積、郁閉度呈現(xiàn)降低趨勢,土壤容重、鹽堿含量呈現(xiàn)增高趨勢,而孔隙度、有機質(zhì)呈現(xiàn)降低趨勢,即樹木生長狀況、土壤通氣透水性能及降鹽改土功能均表現(xiàn)出減弱趨勢,可分別稱其為生長潛力型、輕度低效型、中度低質(zhì)低效型,分別占總調(diào)查樣地的10.0%,25.0%,33.3%。在相同林齡的26年生刺槐林分中,第Ⅳ類林分,其樹高、胸徑、材積參數(shù)均最低,同時其改良土壤水文物理性狀、有機質(zhì)含量及降鹽改土功能也較弱,即該類林分主要是由于樹種選擇不適宜、生長滯后造成的改良土壤效應受到限制,可稱其為極度低質(zhì)低效型,即生長狀況較差,改良土壤效能也較弱,該林分類型占總調(diào)查樣地的11.7%,產(chǎn)生原因主要是以刺槐作為造林樹種不適宜,同時與受鹽分條件限制及營養(yǎng)物質(zhì)競爭等造成其生長較弱有一定關系。第Ⅴ類為36年生的刺槐林,其樹高、胸徑、材積參數(shù)表現(xiàn)出一定的優(yōu)勢,但郁閉度明顯較低;同時土壤孔隙度狀況、有機質(zhì)含量、穩(wěn)滲速率明顯較低,土壤容重、含鹽量均較高,表明其土壤通氣透水性能、降鹽改土功能較差,表現(xiàn)出明顯的退化趨勢,因此可確定其為重度低質(zhì)低效型林分。與極度低質(zhì)低效型的區(qū)別為生長狀況占優(yōu)勢,但改良土壤效能較弱,該林分類型占總調(diào)查樣地的20.0%,其產(chǎn)生原因主要在于樹齡過大。2.4(1)林地的通水能力Ⅰ類林分類型。該林分類型主要特征為樹木生長狀況及林分結(jié)構(gòu)較好,樹木材積量最高,郁閉度平均為0.95,未出現(xiàn)枯稍現(xiàn)象,林冠健康;林地的通氣透水性能、降鹽改土功能較好,生長潛力較大,未出現(xiàn)退化趨勢。這部分林分主要為軍馬場林場的26年生刺槐林,造林方式以刺槐和白榆、臭椿、白蠟等樹種混交為主。隨著樹齡的增大,結(jié)合黃河三角洲灘地的水鹽運移規(guī)律,在今后的經(jīng)營中應加強以保護和恢復合理的經(jīng)營密度、病蟲害防治為主的經(jīng)營目標,同時避免過度干擾,以保持較高的地表植被覆蓋率,防止次生鹽堿化的發(fā)生。(2)喬木層生長量較高的林分Ⅱ類林分類型。該林分類型主要特征為樹木生長狀況及林分改良土壤理化性狀僅低于生長潛力型,郁閉度在0.84左右,健康林冠和枯稍現(xiàn)象同時存在,即樹木生長量較高,林下草本生長較好,地表植被覆蓋率較大。這部分林分主要為軍馬場林場的26年生刺槐林,造林方式以刺槐和楊樹混交及刺槐純林為主。隨著樹齡的增大,樹木生長緩慢,改良土壤功能受到一定限制,建議經(jīng)營性擇伐,調(diào)整密度結(jié)構(gòu),注意純林病蟲害的發(fā)生。(3)造林密度、方式及密度對林分生長的影響Ⅲ類林分類型,屬于經(jīng)營不當林。該林分類型因經(jīng)營措施不當、管理不善等原因,導致樹木生長不良,林分功能與效益顯著低下,樹木生長狀況及生長量處于中等,改良土壤效能也較弱,郁閉度在0.70左右,基本無健康林冠,存在一定的枯稍現(xiàn)象,即樹木生長狀況及改良土壤理化性能均表現(xiàn)出一定的退化趨勢。這部分林分主要為軍馬場林場的26年生刺槐林,造林方式主要以刺槐純林為主,其產(chǎn)生原因除了與樹齡較大、過度修枝、地下水鹽脅迫限制外,過度放牧、砍伐等人為干擾致使草本層踐踏嚴重,初始入滲率降低,加劇了地表徑流的發(fā)生,表現(xiàn)出一定的地力衰退現(xiàn)象。對該部分林分首先應加強封育,嚴禁放牧或砍伐枝干,同時應有目的的進行補置造林,以提高草本層蓋度、林分郁閉度,防止水土流失和次生鹽堿化的發(fā)生。(4)造林密度小、土壤理化性質(zhì)惡化Ⅳ類林分類型,屬于樹種不適林。該林分類型因樹種或種源選擇不當,未能做到適地適樹,林木生長極差,功能與效益低,且無培育前途的林分。該林分類型的典型特征是樹木生長較差,生長量最小,土壤密實,通透性能較差,林分郁閉度僅在0.45左右,占有一定比例的中度、重度枯稍或死亡刺槐林,林下草本覆蓋率較低。這部分林分主要為軍馬場林場的26年生刺槐林,造林方式主要以刺槐純林為主,其產(chǎn)生原因可能與微立地條件下鹽堿含量本底值較大或次生鹽堿化嚴重,選擇刺槐作為栽植樹種不合適有關,同時經(jīng)營管理不善、放牧踐踏或人為砍伐嚴重及與草本層競爭等也有一定關系,上述原因致使樹木在生長初期就表現(xiàn)出較弱趨勢,土壤理化性質(zhì)惡化,從而反過來影響林分的生長。對該部分林分,建議進行全面皆伐,以耐鹽性較強的新植物材料更新栽植為主進行低效林改造。(5)林木枯豐富、生長迅速,生長環(huán)境惡化Ⅴ類林分類型,屬于衰退過熟林。該林分類型進入衰老期,喪失自然更新能力,為整體衰敗的林分。該林分類型的典型特征是由于樹齡較長,材積量相對較大,樹木死亡及中度、重度枯稍嚴重;改良土壤效應隨著林分郁閉度的減少、枯稍死亡率的增加表現(xiàn)出明顯的減弱趨勢,即土地退化嚴重。這部分林分主要為黃河故道的36年生刺槐林,造林方式主要以刺槐純林為主,相關研究表明3樣地的基本特征(1)26年和36年生刺槐林樹高、胸徑及材積與土壤容重、孔隙度狀況、入滲特性、有機質(zhì)及鹽堿含量均未表現(xiàn)出顯著相關性;郁閉度與pH值和含鹽量相關性不顯著,但與其他指標相關性均顯著。表明黃河三角洲人工刺槐林樹齡結(jié)構(gòu)較為單一,僅依據(jù)林分生長過程和林分結(jié)構(gòu)為主的低質(zhì)低效林分類標準不適合該區(qū)域退化人工刺槐林,需將樹木生長狀況及改良土壤效應結(jié)合起來進行分類與評價。(2)主成分分析表明,在所測定分析的14個指標中,可表征黃河三角洲低質(zhì)低效人工刺槐林的主分量有兩個,累積貢獻率為97.655%。第1主分量主要為土壤容重和孔隙度狀況,其次為林分郁閉度;第2主分量主要為樹木材積,其次為有機質(zhì)和含鹽量。(3)依據(jù)測定分析的14個指標對31個樣地進行聚類分析,可聚為5類,其中26年生的人工刺槐林可分為生長潛力型、輕度低效型、中度低質(zhì)低效型和極度低質(zhì)低效型等4種類型,主要分布在黃河三角洲軍馬場林場,分別占總調(diào)查樣地的10.0%,25.0%,33.3%,11.7%,36年生的人工刺槐林為重度低質(zhì)低效型,主要分布在黃河三角洲原黃河故道附近,占總調(diào)查樣地的20.0%。其中中度低質(zhì)低效型、極度低質(zhì)低效型、重度低質(zhì)低效型產(chǎn)生的主要原因分別為經(jīng)營不當、