辽西半干旱地区6种林分类型的水土保持林生长特征

辽西半干旱地区6种林分类型的水土保持林生长特征

20世纪50年代至60年代，在辽宁省半干旱区建立了以油松为主的水土保持林，这对减少水土流失、调节气候、减少自然灾害做出了重要贡献。但随着历史的发展,大面积营造的油松纯林由于树种单一、结构不合理等原因产生了一系列的生态问题,如林木生长缓慢、生态防护功能差、生物多样性低、松毛虫危害严重等等。为了解决油松纯林出现的危机与矛盾,提高辽西地区水土保持林的综合防护效益,根据近自然理论思想,自1982年起,对该地区现有油松纯林进行了改造试验,分别引进了刺槐、紫穗槐、柠条、毛黄栌、山杏等10余种阔叶树种与油松混交,形成了不同混交类型的水土保持林。这种人工诱导油松混交林的科研实践与中欧地区挪威云杉的近自然经营是一致的。近年来,国内很多学者对辽西改造后的不同类型油松混交林的土壤改良、水土保持效益和土壤抗蚀性等方面进行了深入研究。在林分结构及生长特征方面,油松林具有明显的分层结构,林下植物物种多样性增加了23.5%~52.9%;改造后的混交林油松生长情况均好于纯林,林分生物量均高于纯林。前人对于油松混交林生长特征及植物多样性的研究大多是对于油松生长的纵向比较,或者是单一混交林与纯林的对照,而对于不同类型油松混交林之间各种特征的比较研究较少。本试验以改造后的不同类型油松混交林及油松纯林为研究对象,调查生长状况及植物多样性,旨在探明不同混交类型林分的生长特征,选择出适合本地区的最优的油松阔叶水土保持林林分类型,为辽西水土保持林的科学发展、退化生态系统的恢复和重建提供理论依据。1材料和方法1.1植物、地被辽西地区气候属大陆性季风气候,年平均气温7.9℃,年平均降水量为400~600mm,年蒸发量为1800~2100mm。土壤主要为发育于黄土和红土母质的淋溶褐土、褐土及少量碳酸盐褐土。土壤瘠薄,腐殖质含量低,保水能力差。本区植物属华北植物区系。油松(Pinustabulaeformis)是本区的代表树种,与辽东栎(Quercusliaotungensis)、蒙古栎(Quercusmongolica)等组成地带性植被;草本植物为隐子草(Cleistogenespolyphylla)、万年蒿(Aretemisiasacrorum)、羊胡苔草(Carexdispalata)等植被。试验地设在辽西地区凌源市宋杖子镇平房村国营欺天林场聂虎沟工区,属于土石质低山丘陵区,海拔530m。1.2标准地的设置于2003年8月末至9月初,在试验地选择5种有代表性的油松和阔叶树混交林,并以相同立地条件下的油松纯林为对照,3次重复布设标准地(表1),每块面积为30m×20m。记载标准地内的坡度、坡向、坡位及微地形因子;调查并记载标准地内的树种名称、林龄和密度,测定林木的树高和胸径。在每块标准地内布设5个1m×1m的小样方,记录样方内草本植物的种类、数量、高度和盖度。1.3群落多样性指数选用物种丰富度、Simpson和Shannon-Wiener物种多样性指数、种间相遇率、Pielou群落均匀度来衡量群落多样性,各指数的计算方法如下:1.3.1物种丰富s1.3.2simpson指数1.3.3香农-温纳指数1.3.4自然遭遇率1.3.5pielou群落的平整度式中:N为样地内物种个体总数;Ni为第i种的个体数;Pi=Ni/N。2结果与分析2.1油松混交林体现的木层组成特征油松纯林林分层次结构较简单、不明显,主要有乔木层、草本层;而油松混交林层次结构相对复杂、分层明显,主要有乔木层、灌木层、草本层,灌木层的补充是混交林的一个特征(图1)。油松混交林林分中的枯枝落叶层平均厚度是油松纯林的2倍多,混交林中具有生长良好的油松更新幼树,形成一个更新层,使油松混交林在空间层次上更加丰富。油松-山杏、油松-紫穗槐的草本层植被高度较大,分别达到了0.3m和0.5m,表明这两种林分草本生长旺盛,林地生产力较大。油松-刺槐的空间层次也是很合理的立体分布,刺槐比油松高出3~4m,立体空间明显(未做图)。2.2不同油松杂交林对油松生长的影响2.2.1底大顶小分布从表2可以看出,油松纯林中、小径阶的林木株数所占比例大,而中径阶占的比例小,没有大径阶的树木,这是一种底大顶小的分布规律,不利于群落的整体发展;混交林中径阶的林木株数所占比例大,小径阶、大径阶所占的比例不大,这是一种符合自然规律的正态分布,结构合理,有利于保持群落总体的平衡。油松-山杏、油松-刺槐、油松-紫穗槐混交林径阶正态分布较其他林分更为合理,具有较好的径阶生长结构。2.2.2不同林分油松、油松胸径生长情况从表3可以看出,油松混交林在林分平均高、胸径方面均与油松纯林存在显著差异,混交林的树高、胸径明显好于纯林。其中油松-刺槐混交林中油松的树高6.71m,为油松纯林中油松树高的1.36倍;油松-小叶锦鸡儿混交林中油松的胸径9.42cm,为油松纯林中油松胸径的1.30倍。油松-小叶锦鸡儿、油松-黄栌、油松-紫穗槐混交林中油松胸径最大,表明这3种类型林分的油松生长最好;油松-山杏、油松-刺槐混交林胸径次之;油松纯林胸径最小。2.3不同油松杂交林的植物多样性2.3.1油松和油松混交林不同林分类型的植物多样性存在很大差异,油松-紫穗槐、油松-刺槐、油松-黄栌3种林分具有较好的植物多样性(表4)。在丰富度指数方面,油松-刺槐、油松-紫穗槐混交林最大,油松纯林的丰富度最小。油松-刺槐、油松-黄栌混交林的Simpson指数、Shannon-Wiener指数、种间相遇率和群落均匀度都为最高。而油松-紫穗槐混交林的多样性指数也很大,但其群落均匀度稍低。油松-山杏、油松-小叶锦鸡混交林与油松纯林相比,也表现出较高的生物多样性。油松纯林的各种生物多样性指数都较低,且油松纯林内的植被盖度很低。2.3.2非-wiwell指数油松-山杏、油松-黄栌、油松-刺槐带状混交林内,在两个树种混交的边缘交错处,植物丰富度指数、Simpson指数、Shannon-Wiener指数、种间相遇率和群落均匀度都明显的高于各自树种内的指标(图2和图3)。油松-山杏、油松-黄栌、油松-刺槐交错带内的丰富度达到10,12,13;而油松内分别是7,8,10;混交的阔叶林内则为4,9,9。在Shannon-Wiener指数方面,各混交林边缘交错处的指数达到1.5625,1.9727,2.2519,明显高于油松与混交的阔叶林内。3油松混交类型的确定油松-山杏、油松-紫穗槐2种林分具有较好的空间结构层次,油松-山杏、油松-刺槐和油松-紫穗槐3种林分具有较好的径阶生长结构,油松-小叶锦鸡儿、油松-黄栌、油松-紫穗槐3种林分树高与胸径生长最优,油松-紫穗槐、油松-刺槐、油松-黄栌3种林分具有较高的植物多样性。综合分析6种类型水土保持林在层次分布、径阶分布、树高及径生长、植物多样性等方面的特征,可以得出油松-紫穗槐林分为该地区最优的水土保持林类型;油松-刺槐、油松-黄栌水土保持林表现次之;油松-山杏、油松-小叶锦鸡儿林分排在第3位;油松纯林为最差。油松-紫穗槐混交林应成为辽西重点发展的一个水土保持林类型。林分的空间分布层次、生长发育状况、群落植物多样性状况是表征林分结构稳定、合理的几个重要方面。尽管目前关于评价人工林系统稳定性的指标体系还没有达成共识,但系统的适应性、抵抗性、恢复性则是系统稳定的基本条件。对于同一地域内不同的林分,如果一个林分类型内的林木生长比另一个林分的林木优良,那么就可以说明生长较好的林分比生长较差的林分具有更好地适应当地生态环境的能力,具有更好的生长发展空间,因此从某种程度上可以说具有更高的森林稳定性。对于混交林,相邻群落交错的边缘处是两个异质景观斑块交接的地域,这里各种竞争激烈,富有活力,目前有关边缘的小气候、土