遼西半干旱地區(qū)6種林分類型的水土保持林生長特征

遼西半干旱地區(qū)6種林分類型的水土保持林生長特征

20世紀(jì)50年代至60年代，在遼寧省半干旱區(qū)建立了以油松為主的水土保持林，這對減少水土流失、調(diào)節(jié)氣候、減少自然災(zāi)害做出了重要貢獻(xiàn)。但隨著歷史的發(fā)展,大面積營造的油松純林由于樹種單一、結(jié)構(gòu)不合理等原因產(chǎn)生了一系列的生態(tài)問題,如林木生長緩慢、生態(tài)防護(hù)功能差、生物多樣性低、松毛蟲危害嚴(yán)重等等。為了解決油松純林出現(xiàn)的危機(jī)與矛盾,提高遼西地區(qū)水土保持林的綜合防護(hù)效益,根據(jù)近自然理論思想,自1982年起,對該地區(qū)現(xiàn)有油松純林進(jìn)行了改造試驗(yàn),分別引進(jìn)了刺槐、紫穗槐、檸條、毛黃櫨、山杏等10余種闊葉樹種與油松混交,形成了不同混交類型的水土保持林。這種人工誘導(dǎo)油松混交林的科研實(shí)踐與中歐地區(qū)挪威云杉的近自然經(jīng)營是一致的。近年來,國內(nèi)很多學(xué)者對遼西改造后的不同類型油松混交林的土壤改良、水土保持效益和土壤抗蝕性等方面進(jìn)行了深入研究。在林分結(jié)構(gòu)及生長特征方面,油松林具有明顯的分層結(jié)構(gòu),林下植物物種多樣性增加了23.5%~52.9%;改造后的混交林油松生長情況均好于純林,林分生物量均高于純林。前人對于油松混交林生長特征及植物多樣性的研究大多是對于油松生長的縱向比較,或者是單一混交林與純林的對照,而對于不同類型油松混交林之間各種特征的比較研究較少。本試驗(yàn)以改造后的不同類型油松混交林及油松純林為研究對象,調(diào)查生長狀況及植物多樣性,旨在探明不同混交類型林分的生長特征,選擇出適合本地區(qū)的最優(yōu)的油松闊葉水土保持林林分類型,為遼西水土保持林的科學(xué)發(fā)展、退化生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)和重建提供理論依據(jù)。1材料和方法1.1植物、地被遼西地區(qū)氣候?qū)俅箨懶约撅L(fēng)氣候,年平均氣溫7.9℃,年平均降水量為400~600mm,年蒸發(fā)量為1800~2100mm。土壤主要為發(fā)育于黃土和紅土母質(zhì)的淋溶褐土、褐土及少量碳酸鹽褐土。土壤瘠薄,腐殖質(zhì)含量低,保水能力差。本區(qū)植物屬華北植物區(qū)系。油松(Pinustabulaeformis)是本區(qū)的代表樹種,與遼東櫟(Quercusliaotungensis)、蒙古櫟(Quercusmongolica)等組成地帶性植被;草本植物為隱子草(Cleistogenespolyphylla)、萬年蒿(Aretemisiasacrorum)、羊胡苔草(Carexdispalata)等植被。試驗(yàn)地設(shè)在遼西地區(qū)凌源市宋杖子鎮(zhèn)平房村國營欺天林場聶虎溝工區(qū),屬于土石質(zhì)低山丘陵區(qū),海拔530m。1.2標(biāo)準(zhǔn)地的設(shè)置于2003年8月末至9月初,在試驗(yàn)地選擇5種有代表性的油松和闊葉樹混交林,并以相同立地條件下的油松純林為對照,3次重復(fù)布設(shè)標(biāo)準(zhǔn)地(表1),每塊面積為30m×20m。記載標(biāo)準(zhǔn)地內(nèi)的坡度、坡向、坡位及微地形因子;調(diào)查并記載標(biāo)準(zhǔn)地內(nèi)的樹種名稱、林齡和密度,測定林木的樹高和胸徑。在每塊標(biāo)準(zhǔn)地內(nèi)布設(shè)5個(gè)1m×1m的小樣方,記錄樣方內(nèi)草本植物的種類、數(shù)量、高度和蓋度。1.3群落多樣性指數(shù)選用物種豐富度、Simpson和Shannon-Wiener物種多樣性指數(shù)、種間相遇率、Pielou群落均勻度來衡量群落多樣性,各指數(shù)的計(jì)算方法如下:1.3.1物種豐富s1.3.2simpson指數(shù)1.3.3香農(nóng)-溫納指數(shù)1.3.4自然遭遇率1.3.5pielou群落的平整度式中:N為樣地內(nèi)物種個(gè)體總數(shù);Ni為第i種的個(gè)體數(shù);Pi=Ni/N。2結(jié)果與分析2.1油松混交林體現(xiàn)的木層組成特征油松純林林分層次結(jié)構(gòu)較簡單、不明顯,主要有喬木層、草本層;而油松混交林層次結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜、分層明顯,主要有喬木層、灌木層、草本層,灌木層的補(bǔ)充是混交林的一個(gè)特征(圖1)。油松混交林林分中的枯枝落葉層平均厚度是油松純林的2倍多,混交林中具有生長良好的油松更新幼樹,形成一個(gè)更新層,使油松混交林在空間層次上更加豐富。油松-山杏、油松-紫穗槐的草本層植被高度較大,分別達(dá)到了0.3m和0.5m,表明這兩種林分草本生長旺盛,林地生產(chǎn)力較大。油松-刺槐的空間層次也是很合理的立體分布,刺槐比油松高出3~4m,立體空間明顯(未做圖)。2.2不同油松雜交林對油松生長的影響2.2.1底大頂小分布從表2可以看出,油松純林中、小徑階的林木株數(shù)所占比例大,而中徑階占的比例小,沒有大徑階的樹木,這是一種底大頂小的分布規(guī)律,不利于群落的整體發(fā)展;混交林中徑階的林木株數(shù)所占比例大,小徑階、大徑階所占的比例不大,這是一種符合自然規(guī)律的正態(tài)分布,結(jié)構(gòu)合理,有利于保持群落總體的平衡。油松-山杏、油松-刺槐、油松-紫穗槐混交林徑階正態(tài)分布較其他林分更為合理,具有較好的徑階生長結(jié)構(gòu)。2.2.2不同林分油松、油松胸徑生長情況從表3可以看出,油松混交林在林分平均高、胸徑方面均與油松純林存在顯著差異,混交林的樹高、胸徑明顯好于純林。其中油松-刺槐混交林中油松的樹高6.71m,為油松純林中油松樹高的1.36倍;油松-小葉錦雞兒混交林中油松的胸徑9.42cm,為油松純林中油松胸徑的1.30倍。油松-小葉錦雞兒、油松-黃櫨、油松-紫穗槐混交林中油松胸徑最大,表明這3種類型林分的油松生長最好;油松-山杏、油松-刺槐混交林胸徑次之;油松純林胸徑最小。2.3不同油松雜交林的植物多樣性2.3.1油松和油松混交林不同林分類型的植物多樣性存在很大差異,油松-紫穗槐、油松-刺槐、油松-黃櫨3種林分具有較好的植物多樣性(表4)。在豐富度指數(shù)方面,油松-刺槐、油松-紫穗槐混交林最大,油松純林的豐富度最小。油松-刺槐、油松-黃櫨混交林的Simpson指數(shù)、Shannon-Wiener指數(shù)、種間相遇率和群落均勻度都為最高。而油松-紫穗槐混交林的多樣性指數(shù)也很大,但其群落均勻度稍低。油松-山杏、油松-小葉錦雞混交林與油松純林相比,也表現(xiàn)出較高的生物多樣性。油松純林的各種生物多樣性指數(shù)都較低,且油松純林內(nèi)的植被蓋度很低。2.3.2非-wiwell指數(shù)油松-山杏、油松-黃櫨、油松-刺槐帶狀混交林內(nèi),在兩個(gè)樹種混交的邊緣交錯(cuò)處,植物豐富度指數(shù)、Simpson指數(shù)、Shannon-Wiener指數(shù)、種間相遇率和群落均勻度都明顯的高于各自樹種內(nèi)的指標(biāo)(圖2和圖3)。油松-山杏、油松-黃櫨、油松-刺槐交錯(cuò)帶內(nèi)的豐富度達(dá)到10,12,13;而油松內(nèi)分別是7,8,10;混交的闊葉林內(nèi)則為4,9,9。在Shannon-Wiener指數(shù)方面,各混交林邊緣交錯(cuò)處的指數(shù)達(dá)到1.5625,1.9727,2.2519,明顯高于油松與混交的闊葉林內(nèi)。3油松混交類型的確定油松-山杏、油松-紫穗槐2種林分具有較好的空間結(jié)構(gòu)層次,油松-山杏、油松-刺槐和油松-紫穗槐3種林分具有較好的徑階生長結(jié)構(gòu),油松-小葉錦雞兒、油松-黃櫨、油松-紫穗槐3種林分樹高與胸徑生長最優(yōu),油松-紫穗槐、油松-刺槐、油松-黃櫨3種林分具有較高的植物多樣性。綜合分析6種類型水土保持林在層次分布、徑階分布、樹高及徑生長、植物多樣性等方面的特征,可以得出油松-紫穗槐林分為該地區(qū)最優(yōu)的水土保持林類型;油松-刺槐、油松-黃櫨水土保持林表現(xiàn)次之;油松-山杏、油松-小葉錦雞兒林分排在第3位;油松純林為最差。油松-紫穗槐混交林應(yīng)成為遼西重點(diǎn)發(fā)展的一個(gè)水土保持林類型。林分的空間分布層次、生長發(fā)育狀況、群落植物多樣性狀況是表征林分結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、合理的幾個(gè)重要方面。盡管目前關(guān)于評價(jià)人工林系統(tǒng)穩(wěn)定性的指標(biāo)體系還沒有達(dá)成共識(shí),但系統(tǒng)的適應(yīng)性、抵抗性、恢復(fù)性則是系統(tǒng)穩(wěn)定的基本條件。對于同一地域內(nèi)不同的林分,如果一個(gè)林分類型內(nèi)的林木生長比另一個(gè)林分的林木優(yōu)良,那么就可以說明生長較好的林分比生長較差的林分具有更好地適應(yīng)當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境的能力,具有更好的生長發(fā)展空間,因此從某種程度上可以說具有更高的森林穩(wěn)定性。對于混交林,相鄰群落交錯(cuò)的邊緣處是兩個(gè)異質(zhì)景觀斑塊交接的地域,這里各種競爭激烈,富有活力,目前有關(guān)邊緣的小氣候、土