王晗生

1.西北農(nóng)林科技大學(xué)水土保持研究所, 陜西楊凌 712100 2.中國科學(xué)院、水利部水土保持研究所, 陜西楊凌 712100

黃土高原塬區(qū)的植被屬性探討

王晗生1,2,*

1.西北農(nóng)林科技大學(xué)水土保持研究所, 陜西楊凌 712100 2.中國科學(xué)院、水利部水土保持研究所, 陜西楊凌 712100

塬區(qū)作為黃土高原上引人注目的重要人工植被區(qū), 有關(guān)森林的問題多有不同的論述。為厘清事實(shí)而達(dá)到明辨,在分析植被地帶性環(huán)境的基礎(chǔ)上, 以人工林直接證據(jù)獲取為重點(diǎn), 采取直接證據(jù)與間接證據(jù)相結(jié)合的方法進(jìn)行考證。著重于顯域生境中齡林、成熟林, 尤其成熟林的渭北塬地人工林調(diào)查, 由區(qū)別于疏林的林冠郁閉程度(多數(shù)在 0.6以上)、持續(xù)穩(wěn)定生長的過程(如從幼齡林起始終維持著較高的郁閉度)、特殊森林環(huán)境的形成(以林下特征灌木茅莓(Rubus parvifolius)以及層間植物杠柳(Periploca sepium)等的出現(xiàn)為反映)、大徑材生產(chǎn)(林分的平均胸徑可達(dá)14.36 cm)、成材利用和良好更新(采伐后第 2代萌芽林的發(fā)育)等正常立地反應(yīng), 表明了塬地人工林的森林特點(diǎn)。盡管廣為種植的樹種刺槐(Robinia pseudoacacia)在陽坡條件下的生長及成林狀況較差(郁閉度0.27), 但耐旱樹種油松(Pinus tabulaeformis)、側(cè)柏(Platycladus orientalis)卻相對較好。典型顯域生境下的這種情況也符合森林地帶森林生長分布的規(guī)律。除此直接說明塬地森林屬性外, 主要根據(jù)關(guān)聯(lián)程度高的現(xiàn)有天然林與塬面的空間關(guān)系以及土壤類型(褐土、粘黑壚土、灰鈣土等)分布進(jìn)行間接推證。并非所有塬面都是草原性的, 森林地帶的塬面適合發(fā)育森林, 不能說因長期農(nóng)作就不適宜。20—30多年來蘋果(Malus pumila)等經(jīng)濟(jì)林的發(fā)展亦表明森林地帶塬面森林潛在發(fā)育的普遍性。

黃土高原; 塬地; 人工林; 土壤類型; 天然林

1 前言

黃土高原農(nóng)耕歷史悠久, 受土地墾殖擴(kuò)展的深刻影響, 該地區(qū)自然植被呈現(xiàn)破碎化的景觀特征?，F(xiàn)存天然林除在一些黃土溝谷中有少量分布外, 主要集中在多表現(xiàn)為垂直地帶性現(xiàn)象的土石和石質(zhì)山地[1-4], 諸如子午嶺、黃龍山、嶗山、六盤山、屈吳山、呂梁山等, 而廣大黃土丘陵及塬地并無天然林存在。這種分布狀況不僅密切表現(xiàn)為人類活動的干擾結(jié)果, 同時(shí)在本質(zhì)上說也受制于植被水平地帶性和垂直地帶性主從關(guān)系規(guī)律的支配。與水熱條件,尤其水分條件的變化相關(guān), 黃土高原從東南至西北可區(qū)分為森林、森林草原、典型草原、荒漠草原等地帶[1,3-9]。因此, 對于無天然林指示的黃土丘陵及塬地, 將其一概歸于非森林區(qū)域, 或者認(rèn)為它們原本就都是草原區(qū)域, 需要審慎對待。

黃土高原原生植被已破壞殆盡, 取而代之為各種次生植被以及人工植被。長期以來以治理水土流失為主要目標(biāo), 進(jìn)行了大面積的人工林建設(shè), 由目前成林、成材的情況看, 最成功的造林發(fā)生在其東南部; 愈往北及西北方向, 林木生長多不正常而形成了大量的所謂“小老樹”?？梢娊邓枯^多的黃土高原東南部, 森林發(fā)育條件相對優(yōu)越, 具有良好的宜林性質(zhì)[9]。事實(shí)上, 東南部森林地帶的劃分, 除掌握殘存自然植被的現(xiàn)狀及演替關(guān)系、環(huán)境條件及空間關(guān)聯(lián)、生態(tài)梯度變化外, 正常生長的人工林也是重要的參考依據(jù)。在原生植被無蹤可循、天然林又缺失的情況下, 利用持續(xù)穩(wěn)定生長的人工林來表征環(huán)境特征, 具有同樣的可靠性[8,9]。

黃土高原東南部的溝壑中能夠發(fā)育森林, 人們一般對此不產(chǎn)生懷疑, 但對其塬面卻有不同的看法[6,7,10], 尤其從黃土中的孢粉、植物硅酸體、分子化石等多個(gè)方面揭示古植被, 其草原性質(zhì)分析不支持塬面為森林發(fā)育環(huán)境[6,7,11-13], 盡管前述植被地帶性已表明了其森林屬性。被質(zhì)疑的根源所在, 終究是因塬面長期規(guī)?；瘔ㄌ锒狈χ苯拥纳种脖蛔C據(jù)。約在80年代初開展的塬區(qū)造林立地類型劃分及適地適樹研究[14-19], 其實(shí)就是從基本土地單元出發(fā)對塬區(qū)自然環(huán)境的剖析和認(rèn)識, 但受“自上而下”自然區(qū)劃的影響, 對塬區(qū)的植被地帶性并沒有進(jìn)行明確的論述; 依據(jù)林木生長的效果評價(jià)[14-17]立地質(zhì)量, 在指出不同土地類型或立地類型之間存在差異的同時(shí), 并沒有表明人工林發(fā)育的可能程度; 塬面甚至不涉及這樣的評價(jià)[17-19]。鑒于人工林接近一個(gè)世代的生長表現(xiàn)是可靠判斷立地宜林性或適地適樹的關(guān)鍵[20], 本文重點(diǎn)通過樣地調(diào)查, 進(jìn)一步考察較高年齡人工林在黃土高原東南部塬區(qū)的生長反應(yīng),并結(jié)合分析其它方面的相關(guān)資料, 試圖以充足的證據(jù)說明塬地的植被屬性, 以期對確切認(rèn)識黃土高原的自然環(huán)境以及對深入進(jìn)行的植被建設(shè)有所裨益。

2 塬區(qū)概況

2.1 塬地及其分布

在以丘陵為主的黃土高原上, 塬地以比較平坦、寬廣的地面而有別于丘陵的峁梁狀。非連續(xù)集中的塬地主要分布于黃土高原西部、北部及中南部。西部塬地是在屈吳山、六盤山一線以西的祖厲河、宛川河流域, 甘肅會寧、榆中、靖遠(yuǎn)縣一帶。北部塬地位于鄂爾多斯高原以南的長城沿線最南端及無定河源頭白于山, 陜西定邊、靖邊縣一帶。中南部塬地是在陜西延安、甘肅慶城、寧夏固原一線以南, 陜西關(guān)中“北山”以北, 東西介于呂梁山與六盤山之間的寧夏東南、甘肅隴東、陜西渭北、呂梁山南段西側(cè), 涉及千山以南的千河流域, 陜西千陽、隴縣一帶; 漆水河流域, 陜西麟游縣一帶; 漠西河流域, 陜西永壽縣一帶;涇河流域, 寧夏彭陽縣, 甘肅慶陽和平?jīng)鍪? 陜西麟游、長武、彬縣、永壽、旬邑、淳化縣一帶; 石川河流域, 陜西淳化縣、銅川市一帶; 北洛河流域, 陜西延安市、宜君、白水縣一帶; 晉陜黃河峽谷兩側(cè), 陜西延川、延長、宜川縣以及山西大寧、鄉(xiāng)寧、永和、吉縣、隰縣、蒲縣一帶。可見, 中南部是塬地主體。子午嶺兩側(cè)的隴東、渭北塬地分布較廣且塬面較大而相對完整, 其余因嚴(yán)重的土壤侵蝕和溝壑發(fā)育, 多表現(xiàn)為小塬和梁塬。著名塬地有董志塬、洛川塬、長武塬、白草塬等, 其中董志塬和洛川塬是黃土厚度中心地帶之一, 可達(dá)150—170 m。

臺塬多見于較大河谷兩側(cè)的高階地, 由于高平地的地貌形態(tài)與塬地極為類似, 一般也將其稱作塬地, 所謂黃土塬區(qū)包括臺塬在內(nèi)。雖零散分布于黃土高原, 但汾渭河谷平原及豫西黃土區(qū)以存在較大面積而顯著突出, 其它如晉東南臺塬。臺塬亦可分為完整和破碎二種類型, 前者如渭河谷地平原北側(cè)接壤“北山”南麓呈連續(xù)分布的渭北臺塬, 后者如南側(cè)接壤秦嶺北麓呈斷續(xù)分布的岐山五丈塬、藍(lán)田白鹿塬、渭南陽郭塬等。

2.2 自然條件及植被地帶

塬面向溝谷逐漸傾斜, 但坡度一般在1—3 °以下,唯有塬邊的坡面比較明顯, 尤其破碎塬的塬邊坡度可達(dá)7—15 °。土壤主要為土、黑壚土、灰鈣土等,不同區(qū)域的塬地或臺塬有所差別。西部塬地屬溫帶干旱、半干旱偏旱氣候, 年均氣溫 6—7 ℃, 降水量250—400 mm; 植被地帶為荒漠草原、典型草原。北部塬地屬溫帶半干旱、半干旱偏旱氣候, 年均氣溫7—8 ℃, 降水量 330—500 mm; 植被地帶為灌叢草原、典型草原。中南部塬地屬暖溫帶半濕潤偏旱、半干旱氣候, 年均氣溫8—13 ℃, 降水量500—620 mm;植被地帶為森林草原、森林。汾渭河谷臺塬、豫西及晉東南臺塬都屬暖溫帶半濕潤偏旱氣候, 年均氣溫8—14 ℃, 降水量 500—700 mm; 植被地帶均為森林。若將中南部塬地區(qū)分, 包括子午嶺西側(cè)或甘肅隴東毗鄰陜西渭北的區(qū)域, 即合水、正寧、涇川、靈臺、寧縣一帶的部分塬地在內(nèi), 子午嶺以東的陜西渭北塬地以及呂梁山南段西側(cè)的晉西塬地, 同樣都屬黃土高原東南部森林地帶, 其余為森林草原地帶。森林草原地帶的年均降水量一般為420—520 mm, 為半干旱氣候, 而森林地帶的年均降水量一般都在550 mm以上,為半濕潤偏旱氣候。

2.3 植被培育的有關(guān)特點(diǎn)

塬地和臺塬易于耕作, 幾乎均為農(nóng)田, 基本上都經(jīng)營旱作農(nóng)業(yè), 是黃土高原上重要的糧食生產(chǎn)基地。70年代渭北塬面上以北京楊(Populus pekinensis)、大官楊(P.dakuanensis)、新疆楊(P.albavar.pyramidalis)、合作楊(P.opera)、加拿大楊(P.canadensis)等為主營造的護(hù)路林, 以及以新疆楊、大官楊、箭桿楊(P.nigravar.thevestina)、泡桐(Paulownia elongata)等為主營造的農(nóng)田防護(hù)林, 都曾有著成功的實(shí)踐,成材利用尤為突出; 還可見到柿樹(Diospyros kaki)、泡桐、核桃(Juglans regia)、花椒(Zanthoxylum bungeanum)等地埂林, 以及泡桐、棗樹(Zizyphus jujuba)、柿樹等與農(nóng)作物的間作林。隴東、晉西塬地以及南部其它臺塬也存在類似的混農(nóng)林形式。

人工林多出于固溝保塬目的而營造, 因而在森林草原及森林地帶的塬區(qū)溝壑中一般都有自 50年代, 尤其60—70年代以來建植的人工林, 樹種主要是刺槐(Robinia pseudoacacia), 其它如油松(Pinus tabulaeformis)、側(cè)柏(Platycladus orientalis)、山杏(Prunus armeniacavar.ansu)、小葉楊(Populus simonii)等。在個(gè)別塬面, 尤其偏遠(yuǎn)的一些塬面也可見人工林。刺槐引種栽培有近百年的歷史, 在塬區(qū)已是被廣泛應(yīng)用的外來鄉(xiāng)土化樹種。據(jù)近期的森林資源清查, 陜西渭北(含部分低山丘陵)人工林的面積、蓄積分別占該區(qū)域森林總計(jì)的90.0%和89.8%, 而人工林的優(yōu)勢在于刺槐, 其面積、蓄積分別占人工林總計(jì)的 75.6%和 81.3%, 其它樹種所占比例分別在6.7%和5.4%以下。

塬面盡管是旱作農(nóng)業(yè)用地, 但值得注意的是,自80年代中期, 特別是90年代以來, 過去塬面零星種植的蘋果(Malus pumila)、核桃等經(jīng)濟(jì)林, 尤其蘋果, 深受當(dāng)?shù)厝罕姷南矏鄱玫酱竺娣e的栽培, 洛川、長武、白水等一些發(fā)展較早的地方, 塬面旱作果園蔚然成林, 現(xiàn)已完全改變了傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)糧食生產(chǎn)的景觀。洛川、富縣、白水、淳化、長武、旬邑、彬縣、乾縣、禮泉等渭北塬區(qū)已成為陜西省乃至中國的蘋果主產(chǎn)區(qū)。塬面蘋果的日益擴(kuò)增種植是森林地帶甚至森林草原地帶的顯著植被變化特征。

3 研究方法

3.1 考證設(shè)計(jì)

包括許多塬區(qū)在內(nèi)的黃土高原森林地帶, 大量存在的以刺槐為代表的人工林為本項(xiàng)研究提供了現(xiàn)成的對象, 其中考察重點(diǎn)是顯域生境人工林, 尤其可作為直接證據(jù)的塬面人工林。林齡偏低, 林木性狀尚未充分展現(xiàn), 不足以說明林分的長遠(yuǎn)穩(wěn)定生長和森林特點(diǎn), 因此也主要考察林分趨于穩(wěn)定的中齡林、成熟林, 尤其成熟林。

在對中國科學(xué)院長武農(nóng)業(yè)生態(tài)試驗(yàn)站所在地,即陜西長武縣王東溝塬區(qū)的梁塬坡及溝谷人工林調(diào)查的基礎(chǔ)上, 以及在得知山西吉縣紅旗林場[14]、甘肅隴東南部[15]、陜西渭北[16]、豫西黃土區(qū)的塬面上具有刺槐人工林生長的情形下, 面上擴(kuò)大調(diào)查, 搜尋塬面人工林的生長、成林狀況。通過向林業(yè)單位了解情況, 到訪并勘察了人工林相對集中的一些林場, 如甘肅涇川縣官山林場(高平鎮(zhèn), 1974年建立),以及陜西彬縣西廟頭林場(底店鄉(xiāng), 1963年建立), 長武縣紅星林場(巨家鎮(zhèn), 1970年建立), 永壽縣槐平林場(永平鄉(xiāng), 1958年建立)、馬蓮灘林場(渡馬鄉(xiāng), 1965年建立)和馬坊林場(馬坊鎮(zhèn), 1965年建立)。西廟頭林場、槐平林場是在千山余脈永壽梁自身范圍內(nèi)的梁狀丘陵區(qū), 其余林場位于永壽梁南北的塬區(qū), 塬面均有人工林。根據(jù)地貌特征上提供證據(jù)的直接性或間接性以及考慮林分的代表性和典型性, 最后選擇在馬坊林場、紅星林場進(jìn)行調(diào)查。

除上述森林地帶調(diào)查外, 為充分說明塬面的植被屬性, 還從黃土高原整體出發(fā), 對比分析標(biāo)志植被地帶性的環(huán)境, 并采用關(guān)聯(lián)性原則, 由關(guān)聯(lián)程度高的間接證據(jù)來輔助或補(bǔ)充論證。

3.2 樣地調(diào)查

每個(gè)地點(diǎn)的詳細(xì)調(diào)查都是在落實(shí)樹種、林齡、坡向、坡位、密度等不同情況的人工林之后, 在植物生長盛期 7—8月, 采用標(biāo)準(zhǔn)地及樣方法確定測樹因子、林下植被參數(shù)等。林分標(biāo)準(zhǔn)地面積100—200 m2; 林下植被樣方面積, 灌木4 m2, 草本植物1 m2。每塊樣地在標(biāo)準(zhǔn)地內(nèi)重復(fù)設(shè)置3個(gè)樣方。同時(shí)兼顧調(diào)查鄰近的有關(guān)草地, 方法如同所述的草本植物。主要通過計(jì)算重要值(IV)確定優(yōu)勢種, 即將具有較大值者列入。

4 結(jié)果與分析

4.1 地帶性環(huán)境

水平地帶是探討黃土高原植被屬性的基礎(chǔ), 從其要素可概括為植物生長不受地下水或其它來源水分的影響, 排水良好, 土壤質(zhì)地為壤土, 并占據(jù)大部分空間的平原或丘陵(相對高差不大, 一般低于200 m)正地形。主要受大氣候的支配而呈現(xiàn)連續(xù)的帶狀分布, 實(shí)際上就是區(qū)域一般性的環(huán)境。黃土高原除土石和石質(zhì)山區(qū)外, 還可區(qū)分為高原溝壑區(qū)、丘陵溝壑區(qū)和黃土階地區(qū), 可以說塬地、丘陵、臺塬具有區(qū)域性的代表特征。此類地形部位的黃土厚度一般都在50 m以上, 地下水埋藏深, 植物生長難以利用[8,10]。黃土母質(zhì)上發(fā)育的土壤, 其質(zhì)地均屬適中的類型, 如沙壤土、輕壤土、中壤土、重壤土等。由此可見, 黃土臺塬以及黃土溝間地丘陵梁峁(包括梁峁頂和梁峁坡)和塬地(包括塬面和梁塬坡), 就是指地帶性環(huán)境或顯域生境。由于地形存在對大氣候條件的重新分配, 從對大氣候的直接反映看, 塬面、梁峁頂以及陽向的溝間地坡面最為典型。相伴隨的河漫灘和河成階地, 也即川地(一般地下水位淺, 具備灌溉條件), 以及黃土溝緣線以下的溝谷地(負(fù)地形)為非地帶性環(huán)境或隱域生境。

黃土高原各水平地帶的顯域生境上是能夠發(fā)育體現(xiàn)自身特點(diǎn)的植被類型, 即顯域植被或地帶性植被。這是植被地帶性的實(shí)質(zhì)內(nèi)容。由前述可見, 西部和北部塬地在一般情況下僅能發(fā)育草原植被; 寧夏東南、甘肅隴東森林草原地帶的塬地可發(fā)育草甸草原基礎(chǔ)上的疏林[9], 其余中南部塬地以及南部臺塬均可發(fā)育森林。并非所有塬地為草原性, 在確定森林地帶的同時(shí)又認(rèn)為其顯域生境不能發(fā)育森林,顯然是矛盾的。將塬地、臺塬、丘陵視為隱域生境是不妥當(dāng)?shù)? 黃土覆蓋均為非地帶性不符合實(shí)際情況。隱域生境是區(qū)域局部的特殊環(huán)境, 其上發(fā)育的植被為隱域植被或非地帶性植被, 可在不同的水平地帶重復(fù)出現(xiàn)。以隱域植被來說明區(qū)域植被屬性, 實(shí)屬錯(cuò)誤, 溝谷中發(fā)育的森林不具有區(qū)域代表性。明確顯域生境與隱域生境是必要的, 塬區(qū)立地研究未將二者區(qū)分, 因而未能對塬地森林屬性作出判斷。

4.2 塬地人工林的發(fā)育

梁塬坡是塬地的組成部分, 表1中除有1塊溝谷地刺槐林外, 其余均為梁塬坡林。由表1可見, 26齡的王東溝陽坡刺槐林, 盡管林木密度較高, 但其林冠郁閉程度(0.27)遠(yuǎn)低于同齡的陰坡刺槐林(0.60—0.82), 而且樹高和胸徑生長也較為遜色。甚至 20齡的溝谷地陰坡刺槐林的樹高生長也優(yōu)于該林分。究其原因, 這與溝間地陽坡水分條件不佳有著較大的關(guān)系。雖然刺槐林在陽坡生長得較差, 但油松林、側(cè)柏林的生長卻較好, 即使二者的林齡比其低5 a。尤其油松林的密度遠(yuǎn)低于同屬陽坡的刺槐林, 而其郁閉度卻高出 0.17。顯然這與油松、側(cè)柏具有較強(qiáng)的抗旱性有關(guān)。紅星林場溝間地坡面及其梯田人工林的生長及成林狀況尚好, 油松林郁閉度0.84, 刺槐林 0.56—0.80, 其中的坡面刺槐林, 從坡向看, 可能主要由于坡面陽向性比王東溝陽坡刺槐林相對削弱之故。同為36齡的陽坡刺槐林, 梯田上的林木樹高、胸徑可達(dá)8.16 m和8.35 cm的較高水平, 生長明顯比坡面上的突出。這一方面與梯田刺槐林的密度較低有關(guān), 另一方面也是梯田保持水分的能力比坡面強(qiáng)的緣由。32齡陰坡梯田油松林的密度雖然遠(yuǎn)高于36齡陽坡刺槐林, 但其樹高已相當(dāng)接近后者, 胸徑比后者大40.5%。除陰坡因素外, 梯田的作用也是不可忽視的。梯田與塬面特性類似。據(jù)研究[14,16-18]①②, 塬區(qū)不同立地類型中, 溝底的土壤水分狀況良好, 其次為陰坡、塬面, 陽坡較劣。刺槐幼齡林、中齡林的生長亦有類似的表現(xiàn)[14-17]①, 畢竟土壤水分對干旱影響下的林木生長起著主導(dǎo)作用。塬面應(yīng)當(dāng)說是在顯域生境下比較有利的地形部位。

由表2可見, 紅星林場塬面上存在著不同年代營造起來的刺槐林, 其中較早的 70年代人工林(35齡)仍然生長正常, 郁閉度可達(dá) 0.86, 樹高、胸徑與陰坡梯田油松林相當(dāng)(表1)。16齡刺槐林密度明顯較低, 但郁閉度(0.78)并不弱小; 樹高、胸徑為9.68 m和 10.27 cm, 反而高于較大林齡的刺槐林。馬坊林場塬面上60—70年代所營造的刺槐林, 不僅第1代林生長正常, 而且 90年代以來采伐(皆伐)后發(fā)育起來的第 2代萌芽林, 也顯示出良好的更新效果。更新林郁閉度0.64—0.71, 其中更新7 a的郁閉度已與相同密度(每公頃2400株)的第1代林(33齡)相近。更新19 a的樹高、胸徑已抵近80年代所造的第1代林(27齡)。33齡刺槐林的樹高、胸徑已分別超過10 m和10 cm; 40齡刺槐林達(dá)到11.27 m和14.36 cm,是本次調(diào)查的最大尺度。80年代所營造的塬面油松林(24齡)對比一些林齡較大的林分, 也可見其有著良好的生長勢。

人工林即使同處森林地帶, 由于降水量的差異,其生長情況并不等同。由表2可見, 塬面林木密度同為每公頃 2400株的刺槐林, 紅星林場林齡 35 a,馬坊林場33 a, 但前者的樹高和胸徑都明顯小于后者, 降低35.5%和32.7%。陜西省長武縣王東溝的年平均降水量為584.1 mm, 巨家鎮(zhèn)約600 mm, 而位于長武縣南部的永壽縣馬坊鎮(zhèn)為610.7 mm。

一般地說, 刺槐林10 a以下為幼齡林, 10 a以上為中齡林, 16 a以上為近熟林, 20 a以上為成熟林。人工油松林、側(cè)柏林20 a以下為幼齡林, 20 a以上為中齡林; 油松林30 a以上為近熟林, 側(cè)柏林60 a以上才為近熟林。由表1、2可見, 調(diào)查油松林、側(cè)柏林為中齡林(＜30齡)或近熟林(32齡); 刺槐林多為成熟林, 個(gè)別為近熟林(16齡), 還有部分為塬面幼齡林(4—6齡)。塬面第2代萌芽林兼有幼齡林、中齡林、近熟林。具有高密度的刺槐幼齡林的郁閉度可達(dá) 0.67—0.80, 而近熟林和成熟林的郁閉度不因林木密度較幼齡林下降而降低, 仍維持在較高的水平。這也反映了人工林不斷生長的過程。據(jù)2012年對刺槐幼齡林的再次調(diào)查, 林木胸徑達(dá)到 5.35—6.82 cm; 樹高達(dá)到7.69—8.52 m, 較5年前(2007年)增高82.9%—124.8%; 郁閉度達(dá)到 0.82—0.98, 較 5年前增大 2.5%—38.8%; 密度下降為每公頃2900—5400株, 較5年前降低14.3%—50.8%。人工林的生長受區(qū)域、立地條件、密度、林齡、樹種等因素的影響而存在差異, 但從樹高和胸徑的較高記錄來看,不僅在梁塬坡, 塬面也可如同在溝底培育大徑材。由于陽坡立地條件差, 刺槐林可培育小徑材(直徑＜6 cm)。

值得注意的是, 自80年代以來, 在干旱發(fā)生周期變短、旱情加劇的情況下, 人工林經(jīng)受脅迫而保持了穩(wěn)定。陡坡環(huán)境下的人工林成林狀況正常(表1)。森林是喬木比較密集生長的植物群落, 郁閉度一般在 0.2—0.3以上。調(diào)查人工林的郁閉度多在 0.6以上(表1、2), 即使生長較差的陽向梁塬坡刺槐林也還有一定的郁閉度(0.27)。從中齡林開始, 森林外貌及結(jié)構(gòu)已基本定型?？梢娷厝斯ち志哂猩值幕咎卣?。能夠發(fā)育成材及利用, 進(jìn)一步表明塬地適合森林生長。

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林下植被狀況受林齡、郁閉度、樹種等的制約,如高郁閉度(0.84—0.86)的油松林, 其林下零散生長著單個(gè)的植物體, 地面幾乎為裸地(表1、2)。幼齡林的林下植被不穩(wěn)定, 地塊之間蓋度差異較大(表2);據(jù)2012年的調(diào)查, 由于林齡的增大以及郁閉度的增高, 林下地表面也成為無植被的裸地。林下植被的最低蓋度出現(xiàn)在幼齡林, 而中齡林、成熟林的蓋度普遍比較大且相對穩(wěn)定。第2代萌芽幼林的情況與此不同, 這可能與土地利用情況有關(guān), 因?yàn)樗鼈兪窃谠辛值厣仙L, 而前述幼齡林開始是被種植在退耕地上。對比裸地上發(fā)育的幼齡林, 可較好地說明森林的建成。中齡林、成熟林的林下植被中多有灌木茅莓以優(yōu)勢種出現(xiàn), 而在幼齡林(包括第 2代)下卻不見其存在(表2)。據(jù)調(diào)查, 茅莓在鄰近草地植被中也未曾有發(fā)現(xiàn)?？梢哉f它是一個(gè)特征種, 具有指示森林環(huán)境的意義。在近熟林、成熟林中出現(xiàn)了杠柳、南蛇藤、鈍齒鐵線蓮、掌裂草葡萄等層間植物(表1、2), 其中杠柳較為突出。尤其陽坡條件下層間植物的出現(xiàn), 充分說明了有別于林外空間的特殊森林環(huán)境的形成。

據(jù)在陜西淳化縣的調(diào)查[17], 20齡核桃林的生長如同前述, 溝底較好, 塬面次之, 坡地較差; 坡地僅有個(gè)別植株開始掛果, 而塬面掛果已9 a, 雖較溝底晚一些, 但也同樣處于盛果期。據(jù)2009年調(diào)查, 馬坊林場海拔1.23 km的塬面上, 70年代所營造的核桃林(39齡), 每公頃密度225株, 冠幅4.2 m×4.8 m,冠高1.5 m, 樹高5.24 m, 地徑達(dá)17.6 cm, 仍正常結(jié)實(shí), 每公頃產(chǎn)量約 1500kg。經(jīng)濟(jì)林在坡地上的種植一般選擇背風(fēng)向陽的部位, 但需要同時(shí)改善其生長的水分環(huán)境。核桃的林冠往往是疏開的, 但蘋果卻有著相當(dāng)?shù)挠糸]度。人工施加肥力影響下的生長,也可見降水條件的協(xié)同促進(jìn)作用和滿足性。由前述20—30多年來在洛川塬、長武塬等地建立的大面積蘋果園, 也可為塬面森林發(fā)育環(huán)境提供佐證。栽培實(shí)踐表明, 由于柿樹為熱帶遺留樹種, 對熱量條件的要求比蘋果、核桃高, 適宜的年平均溫度大于10 ℃,陜西渭北的西北部塬面已不適于培育, 而正常部位只有川地和陽向坡地。在不適宜的塬面, 柿樹雖能生長, 但果實(shí)較難成熟, 不能形成有效產(chǎn)量。這也從一個(gè)側(cè)面表明了黃土高原東南部塬面的獨(dú)特性。

4.3 間接推證

子午嶺位于黃土高原東南部森林地帶的西北邊緣, 地跨陜、甘兩省, 范圍上涉及陜西富縣、黃陵縣、銅川市(宜君縣、耀州區(qū)、印臺區(qū))、旬邑、淳化縣和甘肅華池、合水、正寧、寧縣, 地貌上并非如名稱所示為山地, 其實(shí)仍是黃土丘陵溝壑區(qū), 部分為殘塬[1,3,8]。與前述人工林的生長相同, 不同的地形部位均可發(fā)育天然林, 即使陽向梁峁坡[1]②。陽坡天然側(cè)柏林也可進(jìn)一步被天然油松林或遼東櫟(Quercus liaotungensis)林所演替。森林地帶內(nèi)的嶗山、黃龍山與此類似, 它們的顯域生境特征及天然林分布狀況,從水平地帶上說, 均可間接反映附近塬面, 尤其所在位置南部及東南方向塬面的森林屬性。因?yàn)辄S土高原的植被地帶特點(diǎn)與降水量密切相關(guān), 由降水量從東南至西北呈遞減趨勢的水分梯度關(guān)系看, 這種推理是成立的。如前所述, 在森林地帶內(nèi), 較多的降水量更有利于森林的發(fā)育。就近位置的水平地帶性環(huán)境是相似的, 既然具有丘陵地貌的陜西彬縣西廟頭林場、永壽縣槐平林場的人工林能夠正常生長并成材, 其鄰近的塬面也必然能發(fā)育森林。事實(shí)上, 永壽縣馬坊林場、馬蓮灘林場就在相鄰的位置上。秦嶺北坡的基帶為森林[9], 與其相鄰的臺塬亦可生長,因?yàn)樯降鼗鶐c水平地帶性植被是一致的。

5 討論

溝底水分條件優(yōu)越而成為人工林生長的最佳部位, 但由于是隱域生境, 本文沒有更多涉及。顯域生境塬地(梁塬坡、塬面)人工林的生長狀況受多種因素的影響而有所差異, 而這種差異本身就說明了其持續(xù)生長的過程。從幼林階段至成熟, 塬面刺槐林始終保持較高的郁閉度, 也可見其生長的穩(wěn)定性和成林特征。典型顯域生境陽坡條件下, 刺槐林的生長較差, 但其林冠郁閉狀況與所謂的疏林略有區(qū)別,而且相對差的水分環(huán)境仍可較好滿足耐旱樹種油松、側(cè)柏的生長及成林需要。這符合森林地帶森林生長分布的規(guī)律[9]。由林下植被及層間植物所反映的森林環(huán)境, 大徑材生產(chǎn)以及成材利用的狀況, 也都進(jìn)一步證明塬地人工林的森林特點(diǎn)。這與黃土高原西北部、北部顯域生境丘陵上存在的沒有木材利用價(jià)值, 即不成材的“小老樹”對比鮮明?！靶±蠘洹笔菑慕ㄖ财鹨颦h(huán)境不良而未老先衰的不正常成熟林,過早生長衰退停滯和過早老齡化, 使得樹冠窄小、枝葉稀疏, 長期缺乏較高郁閉度的過程, 甚至根本就不能郁閉, 從而也難以形成特有的森林環(huán)境。在此換句話說, 如果塬地不適于林木生長, 上述發(fā)育良好的人工林也早就成為了“小老樹”。黃土高原不同區(qū)域之間的土壤水分含量差異顯著[15], 從成林情況看, 東南部陽坡的水分條件要好于西北部、北部的陽坡。以果實(shí)生產(chǎn)為目的的經(jīng)濟(jì)林樹種對水分條件要求高, 陽坡上種植應(yīng)在整修梯田、大規(guī)格魚鱗坑等的基礎(chǔ)上進(jìn)行, 否則其生長發(fā)育一般較差。這是特殊情況, 并不是說陽坡原坡面不能發(fā)育森林。

與黃土高原西北部、北部不同的是, 其東南部低山丘陵區(qū)、塬區(qū)現(xiàn)成片分布著較大面積的以刺槐為主的人工林, 其中不乏中齡林、成熟林。據(jù)森林資源清查統(tǒng)計(jì), 陜西渭北刺槐幼齡林的面積占該樹種總面積的 27.99%, 而中齡林及成熟林的面積占72.01%。對于正常生長的中齡林、成熟林, 森林形態(tài)一般已建成, 不能認(rèn)為它們不能表征自然環(huán)境特點(diǎn)。在明確水平地帶的情況下探討塬區(qū)植被屬性,不應(yīng)忽視發(fā)育良好人工林的客觀存在。人工林與天然林在結(jié)構(gòu)、功能、物種多樣性、演替等方面確實(shí)有較大的差異, 存在的土壤干化問題多年來也被人們所高度關(guān)注, 然而這些差異和存在問題的解決,正是人工林合理經(jīng)營的努力所在。當(dāng)前人工林自然化經(jīng)營理念就是針對此而提出。也就是說只要經(jīng)營方向明確或轉(zhuǎn)變, 人工林可以是天然林的近似反映,甚至完全可以成為天然林。塬面蘋果等經(jīng)濟(jì)林不允許自然化經(jīng)營, 不是說它不具有這方面的潛力。可以說人工林包括經(jīng)濟(jì)林在內(nèi)所具有的森林基本特點(diǎn)是無可否認(rèn)的, 否則難免有失偏頗。它們的良好生長至少表明了天然林發(fā)育的環(huán)境條件。塬區(qū)缺乏天然林主要在于典型天然林種源, 尤其演替頂級種源的缺失。甘肅隴東森林草原地帶的塬面上發(fā)展蘋果等經(jīng)濟(jì)林, 除非具備灌溉條件, 否則其種植密度應(yīng)當(dāng)比森林地帶塬面大為降低。因?yàn)樯植菰貛э@域生境上自然發(fā)育的典型植被是疏林草原, 而且林木生長即使在水分條件相對好的溝谷地也比森林地帶差[9]。前述黃土塬面大面積發(fā)展蘋果之前的局部片林、窄林帶、稀疏零散種植的一般形式更適合于森林草原地帶的塬面。森林草原地帶不同于森林地帶的疏林背景特征是值得注意的。

單方面“自上而下”的粗略區(qū)劃往往會有偏差,通過土地或立地分類以及林木生長效果的檢驗(yàn),“自下而上”的探討顯然也是需要的[9], 可補(bǔ)充或矯正“自上而下”途徑對塬區(qū)自然環(huán)境的認(rèn)識。直接說明和間接推證相結(jié)合而進(jìn)行的區(qū)域森林考證, 實(shí)際上也是審視植被區(qū)劃的基本思路?，F(xiàn)有天然林之所以成為說明塬地的間接證據(jù), 一是因天然林分布在與塬地同樣為顯域生境的丘陵上或?yàn)樯降鼗鶐?二是因環(huán)境在空間關(guān)系上的趨同性。塬地、丘陵區(qū)的溝間地梁塬坡、梁峁坡有時(shí)也稱作山坡, 應(yīng)當(dāng)注意一些山嶺并非完全是山地地貌類型。即使山地,也有必要明確山麓或山腳部分(有時(shí)亦稱丘陵帶)的植被性質(zhì)。森林地帶的塬地、臺塬占地面積大而比較顯著, 不能因自古是農(nóng)田就不可以發(fā)育森林, 子午嶺、嶗山、黃龍山、千山、關(guān)中“北山”等低山丘陵的地帶性環(huán)境上所發(fā)育的天然林及人工林也是重要的指針。由于地帶性植被與地帶性土壤的統(tǒng)一性, 根據(jù)土壤類型確定塬區(qū)的植被屬性也是妥當(dāng)?shù)摹Ｒ匀斯ぶ脖粸橹鞯能珔^(qū), 為說明起見, 間接證據(jù)是不可或缺的。

古植被研究對黃土中孢粉、植物硅酸體、有機(jī)碳同位素、分子化石、古土壤等的分析, 顯然都不是直接出自真實(shí)的植被, 而仍表現(xiàn)為對真實(shí)植被的間接推導(dǎo)。在以草原性分析結(jié)果斷定黃土塬面為非森林發(fā)育環(huán)境時(shí), 其實(shí)是有假定或前提條件的, 即它們的特征、數(shù)量等與真實(shí)的地上部分植被高度相關(guān)。然而這種關(guān)聯(lián)性到目前為止并未得到證實(shí)。據(jù)對現(xiàn)實(shí)櫟林中表土孢粉成分及含量的測定[21], 孢粉的數(shù)量組合特征與現(xiàn)實(shí)植被的物種組成并不一致,植被優(yōu)勢種或建群種的花粉含量往往遠(yuǎn)低于草本植物。在此若以高花粉數(shù)量的草本植物說明地上部分,必然會得出矛盾的結(jié)論。孢粉組合中草本植物比例較大是黃土古植被研究所揭示的一般特征, 但應(yīng)注意到碳酸鈣及微生物對孢粉的破壞、不同植物種類孢粉的產(chǎn)量及抗腐蝕性差異、孢粉飛散的外來性等因素的影響[21-23]。孢粉量多的植物不一定就反映著地上植被的特征, 孢粉量少的植物卻反而能夠反映。一些木本成分并不出現(xiàn)在現(xiàn)實(shí)的草原植被中,況且草本植物不一定就代表草原, 也即草地并不完全就是草原, 有可能是草甸, 而草甸在一般情況下是次生的, 可演變?yōu)樯?。草本植物花粉往往以蒿類為? 但森林地帶以鐵桿蒿、茭蒿為優(yōu)勢種的草地屬于次生草甸。因此, 對地上植被的推斷, 僅以孢粉數(shù)量多少說明, 可能存在一定的問題, 在注意數(shù)量的同時(shí), 需要更多地考慮孢粉的種類組合特征?？梢? 在與真實(shí)植被的關(guān)聯(lián)性不確定的情況下, 包括孢粉分析在內(nèi)的古植被研究所作結(jié)論是不可靠的。這類間接證據(jù)所揭示的黃土高原無林的草原植被面貌是不可信的, 因?yàn)轱@域生境并非都如此。黃土高原森林的發(fā)育不在于黃土層的厚薄與否, 與其沒有直接的聯(lián)系[8], 塬地、丘陵等厚層黃土分布區(qū)的樹木生長不能利用地下水[10], 恰恰也說明這些區(qū)域是表達(dá)植被地帶的顯域生境, 而目前在東南部的這種生境上森林是存在的。認(rèn)為薄層黃土區(qū)適宜森林發(fā)育而厚層黃土區(qū)不適[10]是不確切的, 不能完全概括黃土高原的整體情況。

6 結(jié)論

人工林在顯域生境塬地上的正常生長及成林,特別是塬面第 2代萌芽林的良好更新, 直接證明當(dāng)?shù)貧夂驐l件可保證森林的持續(xù)發(fā)育, 說明黃土高原東南部具有地帶性的森林發(fā)育環(huán)境。塬面上人工林并不多見, 但經(jīng)濟(jì)林的栽培, 尤其蘋果已不是個(gè)別現(xiàn)象, 其種植的普遍性以及產(chǎn)生的突出經(jīng)濟(jì)效果,亦可充分表明區(qū)域的森林屬性。一些現(xiàn)存天然林以及土壤類型的分布狀況與塬地植被特征相關(guān)緊密,可靠的關(guān)聯(lián)性也使其作為區(qū)別森林地帶與草原地帶塬地的有效證據(jù), 可間接支撐說明。

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Vegetation attributes over tableland areas in the Loess Plateau

WANG Hansheng1,2,*

1.Institute of Soil and Water Conservation,Northwest A&F University,Yangling,Shaanxi712100,China2.Institute of Soil and Water Conservation,Chinese Academy of Sciences and Ministry of Water Resources,Yangling,Shaanxi712100,China

Loess tableland areas are the important artificial vegetation ones in the Loess Plateau.There are different discussions about their forest attribute.In this study, we emphatically took direct proofs and also combined indirect proofs with them to clarify some facts of forest attribute based on analyzing vegetation zonal environments.The forest plantation investigation stressed middle-aged and mature plantations, especially mature plantations in the Weibei tableland, which showed that the tableland plantation enjoyed forest characteristics through normal site condition.The result indicated that steadily persisting growth and canopy closure were different from the sparse woodland.Production of timber with large diameter, and utilization logging after growing into useful timber and then fine regeneration formed distinct forest environment.Although the plantation ofRobinia pseudoacaciawas poor in the sunny slope, drought-tolerantPinus tabulaeformisandPlatycladus orientaliswere relatively well under the same condition.This case belongs to the typical zonal habitat according with the regularity of forest growth and distribution in the forest zone of the Loess Plateau.Besides the direct explanation of the tableland forest attribute, the reliable indirect inference was mainly based on the spatial relationship among the present natural forest, the tableland top surface, and the distribution of soil types.Those results showed that not all the tableland was dominated by steppe.The tableland top surface in the forest zone of southeastern Loess Plateau was suitable for the development of the forest.Thinking about unsuitability for forest growth owing to long-term crop cultivation in history could be wrong.Over last twenty to thirty years or more, wide expansion of the economic forest largely consisting of apple trees has showed that there would be the potential universality that the forest might grow up on any tableland top surface in the forest zone of the Loess Plateau.

Loess Plateau; tableland; forest plantation; soil type; natural forest

10.14108/j.cnki.1008-8873.2017.05.012

Q948, Q142, S717

A

1008-8873(2017)05-085-011

王晗生.黃土高原塬區(qū)的植被屬性探討[J].生態(tài)科學(xué), 2017, 36(5): 85-95.

WANG Hansheng.Vegetation attributes over tableland areas in the Loess Plateau[J].Ecological Science, 2017, 36(5): 85-95.

2016-07-26;

2016-09-28

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41271526, 41171225)

王晗生(1965—), 男, 甘肅武威市人, 博士, 副研究員, 主要從事旱區(qū)植被建設(shè)及生態(tài)學(xué)研究.E-mail: hswang@ms.iswc.ac.cn

*通信作者: