蘭建 馮偉風(fēng) 蔣林葳 殷會(huì)玲 劉亞東 張春光

1河南建筑材料研究設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司（450002）2天津市建筑科學(xué)研究院有限公司（300000）

砒砂巖區(qū)人工林的研究現(xiàn)狀

蘭建1馮偉風(fēng)2蔣林葳1殷會(huì)玲1劉亞東1張春光1

1河南建筑材料研究設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司（450002）2天津市建筑科學(xué)研究院有限公司（300000）

文章對(duì)砒砂巖區(qū)人工林的研究進(jìn)行總結(jié)，分析了人工林的不同配置現(xiàn)狀，不同喬木、灌木的純林和混交林在砒砂巖區(qū)的適應(yīng)性、生長狀況、對(duì)環(huán)境的影響及其產(chǎn)生或存在的問題。

人工林；油松；沙棘；小葉楊

砒砂巖廣泛分布于黃河流域以晉陜蒙接壤區(qū)為中心的區(qū)域,面積約1.7萬平方公里[1]。由于該地區(qū)氣候干旱、降雨量少、植被稀疏且呈破碎狀分布、風(fēng)大沙多且暴雨集中，再加上其特殊的地形及土壤組成物質(zhì)，使得這一區(qū)域土壤侵蝕模數(shù)高達(dá)3~4萬t/km2·a[2],成為我國土壤侵蝕強(qiáng)度最大的區(qū)域。這一被稱為“環(huán)境癌癥”的水土流失問題歷來受到國家的高度重視，自20世紀(jì)80年代以來，通過不斷加強(qiáng)對(duì)砒砂巖區(qū)的水土保持綜合治理，一定程度上遏制了砒砂巖地區(qū)水土流失的惡化。人工林不同的配置模式對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性、對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的影響有所不同，是人工林研究的重要方向。

1 人工林配置模式

自退耕還林、還草工程實(shí)施以來，經(jīng)過人工植被的種植、管理和自我修復(fù)更新，目前已經(jīng)在一定程度上改變了砒砂巖區(qū)光禿禿的面貌，形成了斑狀分布的生態(tài)系統(tǒng)。目前砒砂巖區(qū)的人工植被主要是喬木、灌木和半灌木。喬木主要包括楊樹、山杏、山桃、油松、樟子松、刺槐等，灌木主要包括沙棘、檸條、羊柴、沙柳、烏柳、黃刺玫、花棒等，較少種植草本植物，其中包括沙打旺、胡枝子、紫花苜蓿、羊草、冰草等。在砒砂巖區(qū)進(jìn)行人工林的種植一般包括純林和混交林兩種。

1.1 以喬木為主的人工林地

1.1.1 油松為主的人工林

1）油松純林

油松是砒砂巖區(qū)的鄉(xiāng)土樹種，抗干旱、耐貧瘠，為淺根系樹種，可在砒砂巖坡度小于30°的坡面上良好生長。一般選擇1~2年生的油松幼苗進(jìn)行栽種[3]。馬飛等[4]通過研究油松對(duì)干旱脅迫的生理生態(tài)反應(yīng)，認(rèn)為油松通過調(diào)節(jié)自身特性、生物量分配模式以及水分利用效率來增強(qiáng)應(yīng)對(duì)干旱的能力。李吉躍等[5]的研究表明，油松的抗旱特性屬于耐旱性中延遲脫水(即抗脫水)一類，具有較高的植物水合補(bǔ)償點(diǎn)和較低的土壤水合補(bǔ)償點(diǎn),能在嚴(yán)重的干旱條件下進(jìn)行微弱的光合作用。通過對(duì)準(zhǔn)格爾旗試驗(yàn)區(qū)引種栽培的45種針葉和闊葉樹進(jìn)行試驗(yàn)和數(shù)據(jù)分析，表明油松在砒砂巖、黃土和風(fēng)沙土上的生長均好于其他樹種[6]。金爭平[7]對(duì)油松在不同土質(zhì)坡面的生長狀況調(diào)查表明，油松在砒砂巖坡地的生長量>沙土坡生長量>黃土坡地生長量。在對(duì)油松林地密度的研究中表明[8]，油松林密度為1 m×3 m時(shí)郁閉度最高。雖然由于郁閉度高造成蒸騰增多，但其總蒸散量小于2 m×3 m、3 m×3 m等種植密度較小的油松林。不過，當(dāng)密度較大時(shí)，林間草地面積、種類和長勢較差，有不少地段裸露，畜牧業(yè)利用效益低，同時(shí)固土能力有限。李國雷[9]則通過對(duì)不同樹齡的油松人工林地土壤質(zhì)量進(jìn)行研究，提出土壤堿性磷酸酶、速效鉀、有機(jī)質(zhì)和轉(zhuǎn)化酶可以作為其林地土壤評(píng)價(jià)指標(biāo)，為林地伴生物種的選擇提供依據(jù)。另外，關(guān)于油松的研究多集中于油松的抗旱性和生長量等方面的研究，砒砂巖區(qū)油松人工林伴生物種以及病蟲害方面的研究還很少涉及。

2）油松×沙棘混交林

油松×沙棘混交林，在幼林期，沙棘生長比油松快，水平根系發(fā)達(dá)，而且有根瘤的沙棘根系增加林地的氮素含量，使土壤得到改良并給油松幼樹生長提供了營養(yǎng)物質(zhì)豐富的土壤環(huán)境。王愿昌[10]的調(diào)查結(jié)果顯示，與油松混交的沙棘長勢不良、成活率低，這主要是因?yàn)橛退沙闪趾笸绊懙焦嗄緲浞N的生長，這也是次生樹種沙棘長勢不良的原因。

1.1.2 以小葉楊為主的人工林

1）小葉楊純林

小葉楊喜陽、生長速度快，耐貧瘠、耐干旱，根系發(fā)達(dá)，其作為黃土高原丘陵溝壑區(qū)荒地植樹造林的主要樹種已經(jīng)有60年的歷史[11]。就目前而言，小葉楊人工林在砒砂巖區(qū)仍是植樹造林的主要樹種之一，林地坡度多小于15°。張婷等[12]對(duì)小葉楊人工林物種多樣性及群落穩(wěn)定性進(jìn)行分析，認(rèn)為小葉楊林地的閉郁度并不高，林下陽性植物入侵，形成相對(duì)濃密的灌木層和草本層，喬木層蓋度為0.4~0.6，灌草層蓋度為0.3~0.5，達(dá)到了水土保持的效果。但認(rèn)為其不能較好的實(shí)現(xiàn)自我更新，不適于作為造林樹種。焦峰等[13]通過對(duì)不同坡位的土壤環(huán)境進(jìn)行研究，認(rèn)為坡下部的含水率高于中部和上部，小葉楊的長勢也相對(duì)較好。同時(shí)，研究表明小葉楊林地在100 cm以下土層均存在明顯的干層，厚度可達(dá)270 cm。他們認(rèn)為由于速生對(duì)水分需求大，造成土壤干化程度過高，即使降雨也很難補(bǔ)充。從目前的研究來看，雖然小葉楊耐旱、耐貧瘠，但是由于生長快，需水量大，蒸騰量大，當(dāng)?shù)氐慕涤旰茈y維持其大面積的成林，認(rèn)為可有限度的在溝道內(nèi)少量栽種成疏林，不宜大面積成林，否則難以避免小老林等經(jīng)濟(jì)效益低下的林地。

2）小葉楊×沙棘混交林

小葉楊與沙棘混交林是一種喬灌混交林，小葉楊是林地的骨架林木。研究表明，該混交林可有效提高生物量，可達(dá)到純林生物量的195%。這主要是混交林改善了林地養(yǎng)分和水分狀況，改善了林地的小氣候，增強(qiáng)了生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，提高了抗病蟲害能力[14]。而沙棘是一種非豆科固氮樹種，能與弗蘭克發(fā)射菌形成非豆科固氮系統(tǒng)，將大氣中的分子態(tài)氮同化形成植物器官的營養(yǎng)物質(zhì)，混入土壤后使得土壤系統(tǒng)內(nèi)氮素儲(chǔ)量大幅度增加，顯著改善了小葉楊的土壤環(huán)境[15]，混交林通過改善土壤有機(jī)質(zhì)，改善小氣候條件，保持水土，從而促進(jìn)了小葉楊的生長，是適于黃土丘陵區(qū)發(fā)展的混交林類型。但也有研究表明，混交林雖然改善了土壤環(huán)境，提高了地表植被覆蓋率，但是由于形成林地閉郁度高，蒸騰量大，土壤干層嚴(yán)重[16]。目前，針對(duì)小葉楊沙棘混交林的研究集中在沙棘對(duì)土壤以及小葉楊生長的影響方面，證明了這種配置模式的優(yōu)越性，但是缺乏對(duì)混交林中不同植物相互影響機(jī)制的研究以及林木生長機(jī)制和抗病蟲害能力的研究。但是，綜合當(dāng)?shù)貧夂?、水分條件以及造成的林地土壤干層問題，這種混交林在砒砂巖區(qū)的推廣受限。

1.2 以灌木為主的人工林

1）沙棘林

沙棘是半干旱地區(qū)水土保持的先鋒物種、經(jīng)濟(jì)林種。沙棘耐旱、耐寒，能耐60℃地面高溫和-50℃的嚴(yán)寒。對(duì)立地條件要求不嚴(yán)，在山頂、溝谷均可以良好生長，特別是沙棘可以向70°的陡坡地?cái)U(kuò)展生長[17]。沙棘屬于淺根系樹種，水平根系發(fā)達(dá)，生長可以超過10 m，能從土壤中吸收水分和營養(yǎng)。沙棘依靠根瘤菌固氮提高土壤肥力，根蘗繁殖能力強(qiáng)，一般3~5年可萌生許多根蘗苗。根據(jù)調(diào)查，人工種植沙棘林2~3年后開始萌檗出串根，每年水平擴(kuò)展1~3 m，平均單株沙棘第二年可產(chǎn)生10多株幼苗。當(dāng)沙棘覆蓋度超過50%，土壤侵蝕量可減少70%。當(dāng)沙棘栽種5~6年,即可逐步形成茂密的林草群落，覆蓋率可達(dá)到80%以上。另外，沙棘營造的林地中，土壤含水率有明顯提升,土壤中微生物也較為豐富，其在改善生態(tài)環(huán)境中起著至關(guān)重要的作用。調(diào)研結(jié)果表明，沙棘的種植有效的改善了生態(tài)環(huán)境，對(duì)溝谷的溯源侵蝕、下切侵蝕和側(cè)蝕行為起到了很好的遏制作用[18]。但是，當(dāng)該區(qū)長時(shí)間過度干旱，沙棘會(huì)遭遇木蠹蛾病蟲害，而出現(xiàn)大面積死亡，主要原因是缺水造成沙棘抗病蟲害能力低，同時(shí)由于樹種品種單一，管理不善，營造林地出現(xiàn)退化。同時(shí)，沙棘需要三五年一次平茬，否則影響其生長和無性繁殖。由此可見，沙棘可以在砒砂巖區(qū)大面積推廣種植，但是需要適當(dāng)?shù)娜斯す芾?，同時(shí)要加強(qiáng)對(duì)沙棘抗病蟲害能力的研究，并進(jìn)行混交林的建設(shè)或者改良沙棘品種，提高其抵抗自然災(zāi)害的能力[19]。

2）檸條林

檸條是砒砂巖區(qū)分布最廣、面積最大的豆科灌木樹種。調(diào)查資料顯示，準(zhǔn)格爾旗有13.3萬hm2檸條林，主要包括中間錦雞兒、小葉錦雞兒、狹葉錦雞兒等。檸條抗干旱、耐貧瘠、易成活、壽命長，抗病蟲害能力強(qiáng)，還是一種優(yōu)良的牧草作物[20]。研究資料表明，在干旱頻發(fā)的1997~1999年，人工沙棘林遭遇大面積的干旱和病蟲害，但是檸條長勢良好，成為飼料主要來源[21]。檸條對(duì)立地條件要求不嚴(yán)，但是研究表明，檸條適宜在梁上生長，適宜生長在疏松的沙地土壤上。檸條可以在干旱地區(qū)進(jìn)行條狀播種種植，能促進(jìn)當(dāng)?shù)夭荼局脖坏幕謴?fù)。檸條群落的伴生物種單一，不如沙棘林多，主要是百里香、綿蓬、針矛等野生草本植物。由于檸條根據(jù)長勢一般3年需要平茬，否則生長受限，極大影響其水土保持效果，其種植也受到一定限制。

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