呂梁山沿黃紅棗經(jīng)濟(jì)林退耕還林地生態(tài)調(diào)查研究

殷海善，喬 月，劉煥煥，賀潤平，高海平

（1.山西農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，山西太原 030006；2.山西農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，山西太谷 030801；3.山西農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院，山西太原 030031；4.柳林縣林業(yè)局，山西柳林 033300）

山西省呂梁山沿黃山區(qū)有13.3 萬hm2紅棗經(jīng)濟(jì)林，大部分為25°以上坡耕地，隨著棗樹經(jīng)濟(jì)效益下滑，部分紅棗經(jīng)濟(jì)林拋荒、棄管成為生態(tài)林[1]。基于坡耕地紅棗經(jīng)濟(jì)林拋荒后生態(tài)結(jié)構(gòu)不合理、生態(tài)服務(wù)價值不高的情形[2-5]，有學(xué)者提出呂梁山沿黃坡耕地紅棗經(jīng)濟(jì)林應(yīng)該退耕還林，即補(bǔ)植補(bǔ)種，喬灌結(jié)合，針闊結(jié)合，構(gòu)建生態(tài)結(jié)構(gòu)合理、生態(tài)功能良好的生態(tài)林[6]。坡耕地紅棗經(jīng)濟(jì)林退耕還林是指作為經(jīng)濟(jì)林管理的棗樹，通過補(bǔ)植一定密度的喬木、灌木，達(dá)到生態(tài)林的密度標(biāo)準(zhǔn)，退出耕地、鋤草等土壤管理和修剪、抹芽等樹體管理，按照生態(tài)林的技術(shù)要求來管理的生態(tài)改造行動。呂梁山坡耕地紅棗經(jīng)濟(jì)林在2000—2005 年第一輪退耕還林時有個別村莊實施了退耕還林，混交了刺槐、側(cè)柏、油松、山杏。

2019 年10 月底筆者通過調(diào)查柳林縣的紅棗經(jīng)濟(jì)林將近20 a 退耕還林地混交不同樹種的樣地，評價其生態(tài)結(jié)構(gòu)和功能，旨在為25°坡耕地紅棗經(jīng)濟(jì)林大規(guī)模退耕還林提供參考。

1 材料和方法

1.1 調(diào)查地點和樣地概況

呂梁山紅棗經(jīng)濟(jì)林退耕還林混交其他樹種的調(diào)查地點為柳林縣。柳林縣位于呂梁山沿黃紅棗經(jīng)濟(jì)林帶中部，南部有石樓縣和永和縣，北部有臨縣、興縣和保德縣，位于呂梁山沿黃紅棗經(jīng)濟(jì)林的中心。柳林縣紅棗經(jīng)濟(jì)林面積為1.867 萬hm2，在耕地質(zhì)量結(jié)構(gòu)上，坡耕地約為1.333 萬hm2，梯田約為530 hm2，平地面積不足330 hm2。目前，全縣紅棗經(jīng)濟(jì)林管護(hù)面積約為30%～40%，放棄管理面積約為60%～70%，與其他沿黃紅棗經(jīng)濟(jì)林縣的情況相似。

調(diào)查樣地包括4 種（表1）。4 塊樣地的棗樹栽種時間均為1998—1999 年，初植密度為600 棵/hm2，樣地1 為紅棗經(jīng)濟(jì)林混交刺槐。刺槐栽種時間為2000—2001 年，初植密度為1 650 棵/hm2。樣地2為紅棗經(jīng)濟(jì)林混交側(cè)柏。側(cè)柏栽種時間為2000—2001 年，初植密度為1 650 棵/hm2。樣地3 為紅棗經(jīng)濟(jì)林混交油松。油松栽植時間為2017 年，初植密度為1 650 棵/hm2，樹苗高度為150 cm。樣地4 為紅棗經(jīng)濟(jì)林混交山杏。山杏栽植時間為2000—2001 年，初植密度為1 650 棵/hm2。

表1 柳林縣紅棗經(jīng)濟(jì)林退耕還林混交其他樹種樣地情況

1.2 調(diào)查方法

1.2.1 樣方的選擇 選擇坡向一致、坡度均勻、樹木分布均勻的退耕紅棗經(jīng)濟(jì)林作為樣地。按照投影面積10 m×10 m，作為喬木調(diào)查樣方；在其中取投影面積5 m×5 m，作為灌木調(diào)查樣方[7-9]。

1.2.2 測定指標(biāo) 調(diào)查各種喬木的株數(shù)、灌木的株樹和類型、草本的類型，孤立樹測量冠幅；測定各種喬木的地徑、樹高和樣方的土壤枯落層厚度、黑化層厚度、N、P、K 和有機(jī)質(zhì)含量等。

2 調(diào)查結(jié)果

2.1 紅棗經(jīng)濟(jì)林退耕還林后的喬木密度和樹種多樣性

紅棗經(jīng)濟(jì)林混交其他喬木后，首先表現(xiàn)為，喬木密度增加，喬木樹種多樣性增加，生態(tài)效益比單一紅棗經(jīng)濟(jì)林顯著增加。在樣地1，棗樹、刺槐和杏樹3 種樹密度達(dá)到3 200 棵/hm2；在樣地2，棗樹、側(cè)柏和油松3 種樹密度達(dá)到2 400 棵/hm2；在樣地3，棗樹和油松2 種樹密度達(dá)到3 200 棵/hm2；在樣地4，棗樹和杏樹2 種樹密度達(dá)到1 600 棵/hm2。4 種退耕樣地均達(dá)到了生態(tài)林造林密度要求。

紅棗經(jīng)濟(jì)林退耕還林后，灌木、草本侵入，灌木、草本種類增加。除棗樹根孽苗、側(cè)柏種子萌發(fā)成幼樹以外，少量的枸杞、榆樹、檸條等鄉(xiāng)土樹種開始侵入，豐富了紅棗經(jīng)濟(jì)林地的樹種類型。草本植物種類和數(shù)量比較少，原因是喬木郁閉度高。退耕還林混交其他樹種有利于自然植被的恢復(fù)，可以加快植被恢復(fù)進(jìn)程，縮短自然演化過程。

2.2 紅棗經(jīng)濟(jì)林退耕還林后的郁閉度

由表2 可知，紅棗經(jīng)濟(jì)林退耕還林后，喬木郁閉度大幅度增加。棗樹混交刺槐、側(cè)柏18 a 以后，喬木郁閉度在80%～90%；紅棗經(jīng)濟(jì)林混交山杏以后，農(nóng)民尚有生產(chǎn)管理活動，喬木郁閉度也達(dá)到50%～60%?；旖挥退? a 之后，喬木郁閉度在50%～60%，隨著油松逐年生長，高度和冠幅增加，棗樹混交油松林地的喬木郁閉度會持續(xù)增加。究其原因，棗樹作為經(jīng)濟(jì)林時，密度一般為450～600 棵/hm2，而作為生態(tài)林的刺槐、側(cè)柏、油松，補(bǔ)植密度一般為1 650 棵/hm2，棗樹和混交喬木的密度遠(yuǎn)高于作為經(jīng)濟(jì)林的棗樹。另一方面，作為經(jīng)濟(jì)林的棗樹，要修剪、打芽，控制枝條生長，而作為生態(tài)林以后，不再人工修剪枝條，棗樹生物量有所增加。

表2 柳林縣紅棗經(jīng)濟(jì)林退耕還林混交其他樹種樣方的生態(tài)結(jié)構(gòu)

2.3 紅棗經(jīng)濟(jì)林退耕還林后的枯落物層、腐殖質(zhì)層

由于紅棗經(jīng)濟(jì)林2001 年退耕以后18 a 內(nèi)沒有耕地、鋤草等作業(yè)，林下開始形成枯落層、黑土層，土壤養(yǎng)分改善、土壤侵蝕防護(hù)能力提高。從表3 可以看出，所有樣地的枯落層普遍在3 cm 以上，黑土層在1 cm 以上，為植物生長提供了良好的肥力條件?？萋鋵印氲V質(zhì)化有機(jī)物層能夠吸收水分，降低水力濺蝕和沖蝕，過濾泥沙，在土壤保護(hù)中的作用比較大。退耕混交18 a 以后的棗樹混交生態(tài)林，已經(jīng)看不到裸露表土和明顯侵蝕溝，水土保持效果顯著[10]。

表3 紅棗經(jīng)濟(jì)林退耕還林混交其他樹種樣方的生態(tài)結(jié)構(gòu)

2.4 紅棗經(jīng)濟(jì)林退耕還林后的土壤肥力

從表4 可以看出，和管護(hù)的紅棗經(jīng)濟(jì)林地土壤相比，紅棗經(jīng)濟(jì)林退耕混交刺槐18 a 以后，依據(jù)《全國土壤養(yǎng)分含量分級標(biāo)準(zhǔn)》，20 cm 表層土壤的N含量達(dá)到4、5 級，有機(jī)質(zhì)含量達(dá)到4、5 級，比管護(hù)的坡耕地紅棗經(jīng)濟(jì)林土壤養(yǎng)分高一二個等級[6]。說明紅棗經(jīng)濟(jì)林成為生態(tài)林之后，N 和有機(jī)質(zhì)的循環(huán)進(jìn)入有積累的良性狀態(tài)，有利于植物、微生物活動。

表4 紅棗經(jīng)濟(jì)林退耕還林混交其他樹種后的土壤養(yǎng)分等級

2.5 紅棗經(jīng)濟(jì)林退耕還林后的棗樹競爭力

在混交樹種中，棗樹競爭力弱，地徑、樹高、冠幅、生長勢弱于其他樹種。從表5 可以看出，從生物量來看，棗樹混交刺槐、柏樹、杏樹以后，棗樹的地徑、樹高均不及混交樹種。如棗樹混交刺槐，刺槐地徑為11.9 cm，但是棗樹僅為3.9 cm，刺槐樹高為6.5 m，棗樹樹高僅為3.1 m；棗樹混交柏樹，柏樹地徑為11.3 cm，棗樹僅為4.5 cm，柏樹樹高為3.8 m，棗樹樹高僅2.6 m；棗樹混交山杏，杏樹地徑為15.6 cm，棗樹地徑僅4.6 cm，杏樹樹高為5.3 m，棗樹樹高僅4.6 m。按照生物量回歸公式（W＝a＋bD2H，其中，W 是生物量，D 是胸徑，H 是樹高，a 和b 是常數(shù)）估算，棗樹混交刺槐后刺槐的生物量大約是棗樹的20倍；棗樹混交柏樹后柏樹的生物量是棗樹的10 倍；棗樹混交杏樹后杏樹的生物量是棗樹的20 倍。

表5 柳林縣紅棗經(jīng)濟(jì)林退耕還林混交其他樹種樣方的生態(tài)結(jié)構(gòu)

在個別未混交地塊，對11 棵棗樹的測量結(jié)果，地徑平均為15.4 cm，樹高平均為5.9 m，比混交林中的棗樹生物量大。表明棗樹在放棄管護(hù)的情況下，一般不會因自然死亡而淘汰。對樣本4 的測量結(jié)果，棗樹樹冠平均為2.3 m×3.0 m，杏樹樹冠平均為4.7 m×4.7 m，棗樹樹冠比杏樹小得多。根據(jù)觀測，棗樹樹冠比大致同齡的側(cè)柏、油松、刺槐也小。

紅棗經(jīng)濟(jì)林混交以后，棗樹密度下降。從2001年混交的紅棗刺槐林看，棗樹總密度雖然保留在930 棵/hm2，主要為棗樹根蘗苗，1998 年栽植的棗樹僅在樣方邊界上為0.5 棵，在樣方角上為0.25 棵，多數(shù)已經(jīng)自然淘汰。在混交的紅棗側(cè)柏林中，棗樹總密度為195 棵/hm2，約為原紅棗經(jīng)濟(jì)林密度的30%。在混交的紅棗山杏林中，由于補(bǔ)植山杏密度小，棗樹密度尚能夠保持穩(wěn)定。

3 結(jié)論與討論

呂梁山沿黃坡耕地紅棗經(jīng)濟(jì)林退耕還林，混交刺槐、側(cè)柏、山杏等喬木樹種以后，喬木的密度增加、樹種多樣性增加、灌木和草本逐漸侵入、枯落層和黑土層形成，土壤養(yǎng)分改善，生態(tài)結(jié)構(gòu)改進(jìn)，生態(tài)服務(wù)功能提升，達(dá)到了退耕還林的目的。因此，紅棗經(jīng)濟(jì)林退耕還林是呂梁山沿黃水土流失區(qū)植被恢復(fù)、生態(tài)環(huán)境改善的良好措施。

坡耕地紅棗經(jīng)濟(jì)林混交其他喬木樹種以后，棗樹競爭力弱，存在被淘汰的可能性。一般認(rèn)為，黃土高原地區(qū)的水土保持造林樹種刺槐是淺根性樹種，沒有明顯主根，具有巨大的土壤網(wǎng)絡(luò)能力，對于土壤水分和養(yǎng)分的競爭力比棗樹強(qiáng)；同時，從地上部分來看，刺槐樹體高度比棗樹高，樹冠郁閉度比棗樹高，對于陽光的競爭力比棗樹強(qiáng)。另外，側(cè)柏、油松、山杏的競爭力也強(qiáng)于棗樹。紅棗經(jīng)濟(jì)林在混交其他喬木樹種以后，棗樹趨于生長勢弱、死亡消失，逐漸被演替的過程。因此，在紅棗經(jīng)濟(jì)林退耕還林的生態(tài)建設(shè)中，棗樹發(fā)揮的主要是先鋒樹種的作用。

緩坡地和梯田棗樹資源的開發(fā)與保護(hù)。一般認(rèn)為，15°～25°的坡耕地和梯田，水土侵蝕風(fēng)險比較小，具有經(jīng)濟(jì)利用的價值。在早期可以通過混交其他樹種，提高紅棗經(jīng)濟(jì)林的經(jīng)濟(jì)效益。混交時，要配置和棗樹可以和諧共生的樹種如紫穗槐、連翹、檸條、沙棘、苜蓿等較低的灌木、草本，而且控制在合理密度范圍內(nèi)，此外，還需要維持必要的枝條修剪、土壤翻耕、病蟲害防治等管理措施。在紅棗收入低時，通過開發(fā)林下資源獲得經(jīng)濟(jì)收入；在紅棗收入高時，再開發(fā)棗樹資源。如果評估認(rèn)為呂梁山棗樹資源非常重要，可以選擇集中連片、棗樹資源豐富、人口稀少區(qū)域，建立呂梁山棗樹自然保護(hù)區(qū)來保護(hù)。