梁 燕,王 鳳，劉魯濱，呂雷昌，張?zhí)m英,張新慰,杜振宇,葛忠強(qiáng)*

（1.山東省林業(yè)科學(xué)研究院，山東 濟(jì)南250014； 2.淄博市張店區(qū)園林綠化服務(wù)中心，山東 淄博2550002；3.濟(jì)南市北郊國(guó)有林場(chǎng)，山東 濟(jì)南250119； 4.青島西海岸新區(qū)自然資源局，山東 青島266555）

側(cè)柏（Platycladus orientalis）對(duì)氣候、土壤條件有較強(qiáng)的適應(yīng)性，抗逆性強(qiáng)，成為我國(guó)荒山造林時(shí)的主要造林樹(shù)種[1]。側(cè)柏人工林是山東省干旱瘠薄山地主要的生態(tài)公益林，在涵養(yǎng)水源、防風(fēng)固沙、減少?gòu)搅鳌⒈３炙?、凈化空氣等方面發(fā)揮了重要的生態(tài)功能[2]。但目前對(duì)側(cè)柏人工林生態(tài)效應(yīng)的研究相對(duì)不足，僅有少量報(bào)道[1-4]。

課題組在對(duì)干旱瘠薄山地側(cè)柏人工林生態(tài)穩(wěn)定性的初步研究中發(fā)現(xiàn)，土壤水分、林分密度、郁閉度、坡向、土壤速效鉀含量和陽(yáng)離子交換量等是影響生態(tài)穩(wěn)定性指數(shù)的主要因素。其中，林分密度顯得尤其重要。目前，山東省山區(qū)的側(cè)柏人工林多為50年前營(yíng)造，林分密度普遍過(guò)大，多數(shù)已呈現(xiàn)高度郁閉狀態(tài)，導(dǎo)致樹(shù)木長(zhǎng)勢(shì)減弱，林下植被稀疏, 生物多樣性銳減，難以全面發(fā)揮其生態(tài)功能，生態(tài)穩(wěn)定性普遍較差。前人研究結(jié)果表明，密度調(diào)控是人工林撫育的重要措施，適當(dāng)?shù)拿芏扔欣麄?cè)柏的生長(zhǎng)和材質(zhì)質(zhì)量的提高[5-8]。劉啟慎等[9]編制了適宜的經(jīng)營(yíng)密度表，并提出了一系列改造措施，為側(cè)柏人工林的經(jīng)營(yíng)管理提供了理論依據(jù)。李春義等[3]對(duì)北京山區(qū)側(cè)柏人工林撫育間伐的研究結(jié)果表明，中、強(qiáng)度撫育有利于植物多樣性的提高。王艷等[10]研究發(fā)現(xiàn)，林分密度對(duì)林木冠幅、活枝下高、冠長(zhǎng)和冠長(zhǎng)率均具有顯著影響。

生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性是影響森林持續(xù)發(fā)揮生態(tài)效益的重要因素。側(cè)柏人工林雖然在山東省生態(tài)建設(shè)中發(fā)揮了重要作用，但由于林分密度過(guò)大，導(dǎo)致生態(tài)穩(wěn)定性較差，急需采用科學(xué)有效的撫育措施，對(duì)退化林分進(jìn)行合理調(diào)控，以構(gòu)建穩(wěn)定的森林生態(tài)系統(tǒng)，這對(duì)于確定側(cè)柏林合理經(jīng)營(yíng)技術(shù)，全面發(fā)揮生態(tài)效益，促進(jìn)山東省干旱瘠薄山地生態(tài)環(huán)境建設(shè)具有重要意義。

1 采用修枝、開(kāi)林窗等措施，合理調(diào)整林分郁閉度

在位于濟(jì)南市歷下區(qū)的燕子山林場(chǎng)、歷城區(qū)黑峪林場(chǎng)和位于淄博市博山區(qū)的原山林場(chǎng)選擇23 塊樣地，研究了側(cè)柏人工林郁閉度與生態(tài)穩(wěn)定性之間的關(guān)系。由圖1 可以看出，林分郁閉度與穩(wěn)定性指數(shù)之間表現(xiàn)出明顯的二項(xiàng)式曲線關(guān)系，郁閉度太高或太低均不利于林分生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定。以郁閉度為Y、穩(wěn)定性指數(shù)為X 進(jìn)行非線性擬合，可得到二項(xiàng)式方程為：Y = 0.533 + 0.977 X - 0.969 X2，R2=0.317。經(jīng)方差分析（表1），擬合方程達(dá)到顯著性水平（P<0.05）。當(dāng)0.8≤X≤1.0 時(shí)，側(cè)柏人工林生態(tài)穩(wěn)定性為“高度穩(wěn)定”[11]，根據(jù)方程可計(jì)算得知，則Y 的取值范圍為0.54～0.69。研究結(jié)果表明，對(duì)于山地側(cè)柏人工林而言，0.55～0.70 是比較適合的郁閉度。目前，山東省干旱瘠薄山地長(zhǎng)期側(cè)柏人工林大多營(yíng)造于50年前，郁閉度較高，很大程度上給其生態(tài)穩(wěn)定性帶來(lái)不利影響，應(yīng)當(dāng)采用適當(dāng)措施降低郁閉度，如修枝、開(kāi)林窗等，使其處于適宜范圍（圖2）。

圖1 側(cè)柏林郁閉度與穩(wěn)定性指數(shù)之間的關(guān)系

表1 非線性擬合方差分析結(jié)果

圖2 燕子山林場(chǎng)對(duì)郁閉側(cè)柏人工林進(jìn)行修枝作業(yè)

2 采用間伐措施，降低郁閉人工側(cè)柏林的密度

側(cè)柏林密度是穩(wěn)定性評(píng)價(jià)指標(biāo)集中的一個(gè)重要指標(biāo)。在前述研究中發(fā)現(xiàn)林分密度與側(cè)柏林生態(tài)穩(wěn)定性表現(xiàn)為顯著負(fù)相關(guān)[11]。由圖3 可以看出，供試的23 個(gè)側(cè)柏林分中，5 個(gè)生態(tài)穩(wěn)定性為“高度穩(wěn)定”（穩(wěn)定性指數(shù)S≥0.8）的林分密度均處于1000～3000株/hm2之間，而密度最高的4 個(gè)林分，其生態(tài)穩(wěn)定性也相對(duì)較差，均為“不穩(wěn)定”等級(jí)（S < 0.4）。

圖3 側(cè)柏林密度與穩(wěn)定性指數(shù)之間的關(guān)系

依據(jù)上述分析結(jié)果，為提高山東省郁閉側(cè)柏林生態(tài)穩(wěn)定性，通過(guò)間伐降低林分密度是一項(xiàng)可行的撫育技術(shù)措施，適宜的密度為1000～3000 株/hm2。

3 高效利用雨水，提高林地土壤含水量

3.1 土壤含水量對(duì)側(cè)柏林穩(wěn)定性的影響

林地土壤水分含量是影響林分生長(zhǎng)的重要因素，特別是對(duì)于生長(zhǎng)在干旱瘠薄山地的側(cè)柏人工林，土壤含水量對(duì)其生長(zhǎng)和系統(tǒng)穩(wěn)定顯得更為重要。課題組在燕子山林場(chǎng)、黑峪林場(chǎng)和原山林場(chǎng)分別對(duì)23 塊樣地的土壤取樣，研究了土壤含水量與側(cè)柏人工林生態(tài)穩(wěn)定性之間的關(guān)系。由于3 個(gè)試驗(yàn)地點(diǎn)的調(diào)查時(shí)間并不相同，土壤含水量受氣溫、降水等因素影響較大，必須保證同一地點(diǎn)的樣地是同一天取樣測(cè)定，這樣才能使土壤含水量具有可比性。因此，分別研究比較了同一地點(diǎn)各側(cè)柏林地土壤含水量對(duì)側(cè)柏林穩(wěn)定性的影響。

將同一試驗(yàn)點(diǎn)各樣地土壤含水量（Y）與側(cè)柏林穩(wěn)定性指數(shù)（X）進(jìn)行線性擬合，回歸分析結(jié)果表明（圖4～圖6），3 個(gè)調(diào)查點(diǎn)不同樣地的林地土壤含水量與側(cè)柏人工林生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性指數(shù)之間均呈線性正相關(guān)，擬合P 值分別為：0.010 （燕子山林場(chǎng)）、0.034（原山林場(chǎng)）、0.022（黑峪林場(chǎng)），均達(dá)到顯著性水平（P < 0.05），說(shuō)明土壤水分可給側(cè)柏林穩(wěn)定性帶來(lái)顯著影響，適當(dāng)提高林地土壤含水量可增加林分的生態(tài)穩(wěn)定性。

圖4 燕子山林場(chǎng)側(cè)柏人工林穩(wěn)定性與土壤含水量的關(guān)系

圖5 原山林場(chǎng)側(cè)柏人工林穩(wěn)定性與土壤含水量的關(guān)系

3.2 通過(guò)建造集雨池，高效利用雨水，提高側(cè)柏林生態(tài)穩(wěn)定性

山東省側(cè)柏人工林多營(yíng)造在干旱瘠薄山坡地帶，離水源較遠(yuǎn)，一般沒(méi)有采用灌溉措施，林分生長(zhǎng)對(duì)水分?jǐn)z取基本全部依靠自然降水。如若采用工程技術(shù)在林地附近修建集雨池等水利設(shè)施，可在雨季將雨水收集起來(lái)，將其在干旱季節(jié)應(yīng)用于側(cè)柏人工林（圖7）。通過(guò)澆水提高林地土壤含水量，從而促進(jìn)側(cè)柏生長(zhǎng)，改善土壤物理性質(zhì)，進(jìn)而提高側(cè)柏林生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性。

4 魯中山地營(yíng)造側(cè)柏人工林時(shí)，選擇適宜坡向

將林地坡向進(jìn)行數(shù)字化處理，分別計(jì)算出林分的朝北指數(shù)和朝東指數(shù)[11]?；貧w分析結(jié)果表明，朝東指數(shù)與側(cè)柏林穩(wěn)定性成顯著線性關(guān)系（圖8），也是評(píng)價(jià)側(cè)柏人工林穩(wěn)定性的重要指數(shù)之一。根據(jù)擬合方程計(jì)算得知，當(dāng)側(cè)柏林穩(wěn)定性達(dá)到高度穩(wěn)定時(shí)（S≥0.8 時(shí)），朝東指數(shù)≥1.356，此時(shí)的坡向度（β）介于21°～159°之間。因此，適宜的坡向度范圍是：20°≤β≤160°（表2）。結(jié)果表明，在魯中干旱瘠薄山地營(yíng)造側(cè)柏人工林地，在綜合考慮其它立地因子的同時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選擇坡向處于北偏東20°與南偏東20°之間的坡地。

圖8 側(cè)柏林坡向與穩(wěn)定性指數(shù)之間的關(guān)系

表2 坡向度與對(duì)應(yīng)的朝東指數(shù)

5 合理施肥，提高土壤陽(yáng)離子交換量和速效鉀含量

相關(guān)分析結(jié)果表明，林地土壤陽(yáng)離子交換量和土壤速效鉀含量亦是影響側(cè)柏林生態(tài)穩(wěn)定性的顯著性因子，均入選干旱瘠薄山地側(cè)柏人工林生態(tài)穩(wěn)定性評(píng)價(jià)指標(biāo)集。前人研究表明，施用有機(jī)肥可提高土壤陽(yáng)離子交換量[12-13]。因此，可根據(jù)具體側(cè)柏林地的土壤化學(xué)性質(zhì)，施用適量的有機(jī)肥料和速效鉀肥。有機(jī)肥料可選用腐熟后的畜禽糞、桔桿漚肥、腐殖酸肥，等； 鉀肥可選用氯化鉀、硫酸鉀、含鉀量較高的復(fù)合肥，等。

6 結(jié)語(yǔ)

側(cè)柏人工林在山東省生態(tài)建設(shè)中發(fā)揮了重要作用，但目前多數(shù)長(zhǎng)期林分由于密度大、郁閉度高，導(dǎo)致生態(tài)穩(wěn)定性較差，急需采用科學(xué)有效的撫育措施進(jìn)行合理調(diào)控，以構(gòu)建穩(wěn)定的森林生態(tài)系統(tǒng)。本課題組在針對(duì)干旱瘠薄山地側(cè)柏人工林生態(tài)穩(wěn)定性的研究中發(fā)現(xiàn)，土壤水分、林分密度、郁閉度、坡向、土壤速效鉀含量和陽(yáng)離子交換量等因子對(duì)側(cè)柏林生態(tài)穩(wěn)定性指數(shù)具有顯著影響作用。因此，綜合提出了間伐、修枝、建造集雨池、選擇適宜坡向、合理施肥等多項(xiàng)措施作為側(cè)柏人工林穩(wěn)定生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建技術(shù)，主要措施已在燕子山林場(chǎng)等試驗(yàn)基地進(jìn)行了推廣應(yīng)用。