高聲鵬 周祥軍 劉 微 王 勇 秦 利
(1吉林省遼源市東遼縣蠶業(yè)工作站,吉林東遼 136600; 2沈陽農(nóng)業(yè)大學,遼寧沈陽 110866)
中華人民共和國成立尤其是2000年以來,我國生態(tài)建設(shè)取得了舉世矚目的輝煌成就,全國林地面積由2009年的25 395.00萬hm2,增加到2021年的28 412.59萬hm2,12年間全國林地面積增加了3 017.59萬hm2[1]。但是我國森林建設(shè)、經(jīng)營及管理仍然存在一系列亟待解決的問題,如森林資源總量仍然不足、森林資源質(zhì)量不高、森林經(jīng)濟效益不高、土地荒漠化和沙化面積依然巨大、生態(tài)環(huán)境改善進展緩慢等。因此,增加森林面積及覆蓋率,改善森林質(zhì)量并提高森林經(jīng)營經(jīng)濟效益,提升森林的生態(tài)服務與環(huán)境保護功能,讓人民享受森林環(huán)境與美好生活,依然是全社會需要思考的問題。
在眾多的森林樹種種類中,柞樹是我國乃至全球第一大天然林樹種。柞樹又稱橡樹、櫟樹,是櫟屬(Quercus)植物的統(tǒng)稱,由櫟屬植物營造的森林又稱為柞林、櫟林、橡木林,由其加工的木材可稱為柞木、櫟木、橡木等。我國擁有的柞樹資源有67個種,包括52個種、14個變種和1個變型[2],全國有柞林資源總面積1 672萬hm2,占全國森林資源總面積的10.15%[3]。柞樹作為重要的森林資源,起著構(gòu)建生態(tài)系統(tǒng)的重要功能,是我國重要資源昆蟲——柞蠶的飼料樹種,是發(fā)展柞蠶生產(chǎn)的基本生物資源,也是家具、車船農(nóng)具制造及建筑用材,其樹皮及橡實還是化學工業(yè)及食品工業(yè)用原料。但柞樹長期以來未得到足夠的重視,常被當作“雜木”“柴火”等被砍伐利用,大部分柞林沒有正常經(jīng)營管理,效益低下。本文從柞樹的生物學、生態(tài)學特性角度論述柞樹資源的創(chuàng)新利用,旨在引起社會重視柞樹資源,提高柞樹資源的管理經(jīng)營水平,提升柞樹資源的綜合效益。
樹種是森林的基本單元,森林結(jié)構(gòu)決定森林功能。選擇合適的樹種造林及建立良好的森林樹種結(jié)構(gòu)是提高森林資源數(shù)量、質(zhì)量與功能的重要途徑。
目前, 我國東北地區(qū)急需進行植樹造林的地塊主要有荒漠化土地、礦山廢棄地、鹽堿化灘地、河流兩岸以及用于發(fā)展柞蠶生產(chǎn)的柞園建設(shè)用地等,其中,荒漠化土地、礦山廢棄地、鹽堿化灘地主要是利用植樹造林進行生態(tài)修復、擴大森林植被面積,需要耐瘠薄、耐低溫、耐干旱及耐鹽堿的樹種,而柞樹就是東北地區(qū)天然林的主要樹種之一,包括蒙古櫟(Quercusmongolica)、遼東櫟(Quercuswutaishanica)、槲(Quercusdentata)及槲櫟(Quercusaliena)等。柞葉還是我國傳統(tǒng)經(jīng)濟昆蟲——柞蠶的飼料,發(fā)展柞蠶產(chǎn)業(yè)則必須營造柞樹林。因此,在東北地區(qū)造林柞樹無疑是首選的樹種種類,利用柞樹造林不僅可增加森林面積還可與我國傳統(tǒng)特色產(chǎn)業(yè)柞蠶業(yè)結(jié)合,最大限度地發(fā)揮其生態(tài)效益、經(jīng)濟效益和社會效益。
森林營造在樹種選擇上,應因地制宜,選擇地區(qū)生態(tài)適應性強、木材質(zhì)量優(yōu)良、根系發(fā)達、枝葉繁茂、壽命長的優(yōu)質(zhì)樹種,同時還要考慮附加值較高、生態(tài)效益長久、經(jīng)濟效益顯著的特色經(jīng)濟林樹種,使森林具有多種功能,大幅提升森林質(zhì)量和綜合效益。柞樹是東北地區(qū)的主要天然林樹種和森林生態(tài)系統(tǒng)的建群樹種,選擇柞樹這一鄉(xiāng)土樹種作為建群樹種,完全適合東北地區(qū)的生態(tài)條件。
森林營建要森林生態(tài)、城市森林綠化、美麗鄉(xiāng)村建設(shè)與經(jīng)濟效益相結(jié)合,使營建的森林具有生態(tài)功能、經(jīng)濟功能、景觀功能和健康功能,能夠滿足美麗鄉(xiāng)村建設(shè)、改善人居環(huán)境、提高農(nóng)民生活水平的需求,這就需要一些生態(tài)上適合當?shù)丨h(huán)境條件的樹種,而柞樹就是具有生態(tài)修復功能強、觀賞價值高、美化功能強及經(jīng)濟效益高等特點的鄉(xiāng)土樹種。因此,營造柞樹林是加快國土綠化步伐、提高森林質(zhì)量的重要措施,也是有效地發(fā)展以柞蠶繭絲綢及食用菌等產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)鄉(xiāng)村振興的一條有效途徑。
2.1.1 根 柞樹是深根性植物,且根系發(fā)達,又為專性菌根共生樹種,菌根菌的菌絲包圍在根毛區(qū)及其以上部分,并進入皮層侵入細胞間隙從中吸收營養(yǎng),菌絲體向外延伸在根表面呈絨毛狀,由菌根代替根毛的作用,從土壤中吸收水分和養(yǎng)分供柞樹生長,使得柞樹具有耐瘠薄、耐干旱等特性[2]。
2.1.2 芽 柞樹具有很多的休眠芽,柞蠶飼養(yǎng)過程中整枝修剪和剪伐更新即是利用休眠芽萌發(fā)而成新的枝條。柞樹的不定芽在砍伐更新時,多發(fā)生在傷口處或根頸處,柞樹的剪伐也是利用不定芽萌發(fā)而成新枝[4],這為柞樹耐剪伐及剪伐更新提供了理論依據(jù),柞蠶生產(chǎn)需要每隔3~4年剪伐更新1次以促使其萌發(fā)新枝,保證不同齡期的幼蟲有適合的柞樹葉,柞林的演替及改造即是利用休眠芽和不定芽。
2.1.3 莖 自然條件下柞樹的主干和支干高大,經(jīng)過改造的柞園柞樹則為低矮株,無粗大的干,又稱為枝條。柞樹枝條的姿態(tài)可分為直立性(如蒙古櫟、銳齒櫟)和開展性(如遼東櫟、麻櫟)。開展性的樹冠龐大不緊湊,適于稀植,宜于放出拐枝,產(chǎn)葉量高,擔蠶量多。柞園中柞樹都是經(jīng)剪伐更新使枝條繁茂、樹冠龐大、產(chǎn)葉量高、適合柞蠶生產(chǎn)[5]。
莖的木栓形成層向內(nèi)產(chǎn)生栓內(nèi)層,向外產(chǎn)生木栓層,從而形成周皮。柞樹的木栓層是軟木的原材料,其質(zhì)輕、有彈性、不透水、抗酸、耐磨、防震等,為輕工業(yè)的重要材料,其中的栓皮櫟是生產(chǎn)軟木的著名經(jīng)濟植物。柞樹樹皮中含有β-谷甾醇、表兒茶素、胡蘿卜苷、紫杉醇類化合物等40多種天然化合物,柞樹枝、皮可入藥,具有清熱、利濕、解毒等功效[2]。
2.1.4 葉 柞葉中所含的化學成分主要是水分、蛋白質(zhì)、糖類、脂肪、纖維、灰分等。這些成分的多少和比率決定了柞葉飼料價值的高低。柞葉營養(yǎng)成分含量因柞樹種類、成熟度、葉位等而變化,同時因土質(zhì)、肥水狀況、日照程度、季節(jié)變化等環(huán)境條件而不同,還因樹型養(yǎng)成、砍伐更新、修剪管理、用葉時間等而有明顯變化。柞樹葉、皮中含有Zn、Fe、Mg、Ca、Se、K、Cu、Ge、P、Mn等對人體有益的微量元素。柞樹葉單寧含量為6.5%~12.0%。蒙古櫟葉的石油醚和醋酸乙酯提取液可分離得到22種化合物,如木栓酮、β-谷甾醇、山萘酚、黑麥草素、葡萄糖苷、槲皮素等[5]。在遼東櫟和麻櫟的葉片中分別鑒定出29種和28種揮發(fā)性化學成分,在樹皮中分別鑒定出23種和27種揮發(fā)性化學成分,以酮類化合物、酯類化合物的含量較高,同時還檢測到多不飽和脂肪酸、葉綠醇和角鯊烯等[6]。表明柞樹葉具有較高的營養(yǎng)價值及多種功能性的天然化合物。
2.1.5 花和果實 柞樹樹齡在20年左右大量開花結(jié)實,有個別樹種或植株3~5年也可開花結(jié)實。雄花為柔荑花序,雌花生于總苞內(nèi),于枝梢或葉腋間單生或1~3枚集生,成熟時總苞發(fā)育成殼斗。柞樹的果實又稱橡實,果實外有殼斗包被1/3~2/3,橡實中淀粉含量約55.76%,脂類含量2%~11%,脂肪酸主要為油酸、亞油酸、棕櫚酸、肉豆蔻酸、棕櫚油酸、硬脂酸、亞麻酸,其中油酸占總脂肪酸的20%~60%,亞油酸占19%~61%,棕櫚酸占9%~31%[6]。橡實的有效利用對提高柞林綜合經(jīng)濟效益具有重要意義。
2.1.6 柞樹基因組 目前已完成基因組測序的有夏櫟(Quercusrobur,740 Mb)、歐洲栓皮櫟(Quercussuber,95.3 Mb)、加利福尼亞白櫟(Quercuslobata,720~730 Mb)、蒙古櫟(810 Mb)及遼東櫟(779 Mb)[6]。櫟屬植物基因組測序的完成使得從基因組水平探索柞樹適應相關(guān)基因在結(jié)構(gòu)和表達上的變異成為可能,為研究櫟屬植物種間或種群間基因組的遺傳分化模式、生殖隔離的遺傳基礎(chǔ)和機制等提供了重要的信息資源,也為櫟屬植物品種選育以及柞蠶與柞樹的互作關(guān)系研究奠定了基礎(chǔ)。
2.2.1 柞樹對光的適應性 柞樹屬于耐陰樹種,光照為完全太陽光的3%~5%時,柞樹即可達到其光合作用的補償點,柞樹在完全遮光或全光照的范圍內(nèi)均能生存。柞園柞樹(蒙古櫟)葉片的光合強度高峰值多出現(xiàn)于7月中旬至8月中下旬,而柞蠶生產(chǎn)的主要食葉期為8月下旬—9月,此時光合作用逐漸減弱,這為利用柞樹進行秋柞蠶生產(chǎn)提供了理論依據(jù)[6]。
2.2.2 柞樹對溫度的適應性 柞樹屬于廣溫植物,-5~55 ℃間均能生長發(fā)育,在-55~-32 ℃時仍可正常生存。其光合作用適溫范圍為20~30 ℃,最適溫度為25 ℃,柞樹耐寒性順序為蒙古櫟>遼東櫟>銳齒櫟>槲>麻櫟>栓皮櫟,如槲可耐-30 ℃的低溫,而栓皮櫟可耐-18 ℃的低溫,柞樹耐寒性強決定了柞樹分布范圍廣,柞樹在東北及華北地區(qū)廣泛分布,而這些地區(qū)正是我國柞蠶主要產(chǎn)區(qū)[5]。
2.2.3 柞樹對干旱的適應性 柞樹屬于耐瘠薄、耐干旱的樹種,在貧瘠荒蕪的山坡上、粗粒砂石中、干燥的礫石、砂質(zhì)土中都能生長[5]。由于柞樹深根性及與某些真菌形成營養(yǎng)共生體菌根能夠增強吸收能力,柞葉的氣孔多且為“內(nèi)陷型”,單位面積葉脈長度大,柵欄組織發(fā)達,葉表皮細胞外壁有極發(fā)達的角質(zhì)層,增加了其對干旱的抵抗性,柞樹對土壤條件要求不嚴,適應范圍廣,柞樹這些生態(tài)學特性為干旱及瘠薄立地條件下造林及利用奠定了基礎(chǔ)。
2.2.4 柞樹的生長發(fā)育特點 柞樹是多年生樹種,壽命較長,在遼寧省莊河市、沈陽市有1 000年以上的槲和蒙古櫟;東北地區(qū)柞樹多為慢生樹種,一般在播種后20年內(nèi)生長不到10 m;柞樹屬萌芽力強的樹種,其萌芽力較強的樹齡為20~50年,在柞樹萌芽力未消失的年限內(nèi)進行砍伐更新,既可利用木材,又有復壯作用,柞蠶生產(chǎn)中的剪伐更新就是利用柞樹萌芽力強的特點保證小蠶取食嫩葉[6]。一般氣溫在5 ℃以上時冬芽開始萌發(fā),遼東櫟在遼寧于4月下旬至5月上旬發(fā)芽,在黑龍江省于5月上中旬發(fā)芽,柞園柞樹由于剪伐修剪的影響,芽有春、夏、秋3次萌發(fā)的特性,這為柞蠶生產(chǎn)合理利用柞葉奠定了基礎(chǔ)。
柞樹生長屬于短速類型,柞葉在春季內(nèi)即完成全年90%的生長量。柞園柞樹由于砍伐修剪的影響,還有夏葉、秋葉的生長,柞園柞葉生長呈現(xiàn)間歇式暴發(fā)性生長,這種暴發(fā)性生長規(guī)律為合理利用柞樹飼養(yǎng)柞蠶提供了依據(jù)。如通過剪伐更新促進枝條萌發(fā)及生長,擴大了樹冠,增加了光合作用;剪春梢創(chuàng)造人工夏芽則為秋柞蠶收蟻提供嫩葉;秋蠶大蠶期取食量占全齡食葉量的80%以上,而且是在柞樹旺盛生長之后[4],此時柞蠶取食對柞樹的生長發(fā)育影響較小,其中的大部分柞葉失去光合作用能力,秋冬季枯黃脫落,這為秋柞蠶生產(chǎn)提供了科學依據(jù)。
柞樹木材又稱橡木,橡木產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)良、價格適中,是優(yōu)良的木材。我國橡木來源廣泛,材質(zhì)硬重、花紋優(yōu)美,廣泛用于房屋建筑、室內(nèi)裝飾、高檔家具制作等。另外,橡木桶是普遍采用的紅酒儲酒容器,橡木桶在陳釀葡萄酒的過程中,桶內(nèi)的單寧、香蘭素、橡木內(nèi)酯、丁子香酚等化合物質(zhì)會溶解于葡萄酒中,這些物質(zhì)可以使葡萄酒的顏色更為穩(wěn)定、口感更為柔和、香味更為協(xié)調(diào)。柞木屬硬木,特別耐沖擊,干木材密度為(0.78±0.06)g/cm3,某些櫟木是槍托、刨托、工具柄等特殊用品的制作材料,烏岡櫟、青岡櫟、麻櫟是制作精品木炭的原料。柞樹枝材還是培養(yǎng)食用菌的原料[7]。
我國現(xiàn)有柞林面積1 672 萬hm2,理論上年產(chǎn)橡實600萬~700萬t,可提取淀粉約10萬t。橡實淀粉含量高,可加工成食品、酒精或飼料,橡實的加工利用是柞樹創(chuàng)新利用的一大特色,同時橡實還對野生動物和鳥類的生存與繁衍具有特殊意義。
柞葉營養(yǎng)豐富,尤其是粗蛋白質(zhì)含量較高(10.28%~10.52%),其氨基酸種類全面。柞葉可用于制作各種風味的食品,在中原地區(qū)、華北及東北地區(qū)利用柞葉制作特色食品具有悠久的歷史。柞葉是我國重要泌絲昆蟲——柞蠶的主要飼料,可用于發(fā)展柞蠶產(chǎn)業(yè),目前我國柞園面積約90萬hm2,生產(chǎn)柞蠶繭8.5萬t左右。此外,柞葉還可作為鹿、牛、羊等的飼料。
柞樹枝粉碎后可用于培養(yǎng)木耳、香菇等,我國柞蠶產(chǎn)區(qū)柞樹枝資源豐富,成本低廉,我國現(xiàn)有柞園面積約90萬hm2,按每年剪枝更新25%計算,年均更新約22萬hm2,每年剪伐的柞樹枝約50萬t,有效利用柞樹枝資源發(fā)展食用菌生產(chǎn)是實現(xiàn)鄉(xiāng)村振興計劃的重要途徑之一,食用菌生產(chǎn)后的菌糠含有較豐富的蛋白質(zhì)等營養(yǎng)成分,可作為肥料等再次利用。
柞樹枝葉中含有多種生理活性物質(zhì),這些生理活性物質(zhì)具有抗菌、抗腫瘤[8]、降血糖、降血脂、降膽固醇、抗氧化及抗運動疲勞等作用[2],可作為中醫(yī)藥原材料進行多元化利用。
柞樹具有強大的碳匯功能,1995—2014年,柞樹林年固碳量占遼寧省森林年固碳量的50%以上,而其余森林類型年固碳量的份額未達到50%,表明柞樹林對于遼寧省森林碳匯功能的發(fā)揮貢獻巨大。柞樹天然次生林的固碳速率隨林齡的變化趨勢為中齡林>近熟林>成熟林>幼齡林[9]。尤其是柞園中柞樹經(jīng)過剪伐更新后的產(chǎn)葉量增加,固碳能力增強,在飼養(yǎng)柞蠶的同時兼有固碳功能。
柞樹樹體高大、根系發(fā)達、枝葉繁茂,具有強大的生態(tài)服務功能;其樹干挺拔、冠形勻稱、葉形奇特、秋色絢麗多彩并持久,具有突出的景觀美化功能;柞樹壽命長,能夠長久地造福于人類。
柞樹樹體高大挺拔,冠大蔭濃,葉色多變,季相鮮明,是優(yōu)良的園林觀賞樹種。孤植可以展現(xiàn)其個體美,叢植或群植既能展現(xiàn)其個體美還能展現(xiàn)其群體美,彰顯景觀立面層次和季相色彩,增強畫龍點睛和視覺焦點的效果,可用于城市森林、公園綠地和道路綠化。柞樹的象征性和文化特征也獨樹一幟,目前10多個歐美國家把柞樹作為國樹或州樹,柞樹象征著剛強與耐力、奉獻與友誼,柞樹材料制成的帶有民族特色和地方風采的食品、工藝品等也是柞樹文化的一部分。
我國仍然是一個缺林少綠、生態(tài)脆弱的國家,森林覆蓋率遠低于全球31%的平均水平,人均森林面積僅為世界人均水平的1/4,人均森林蓄積只有世界人均水平的1/7,森林資源總量相對不足、質(zhì)量不高、分布不均的狀況仍未得到根本改變,林業(yè)發(fā)展還面臨著巨大的壓力和挑戰(zhàn)[3]。柞樹是我國第一大天然林樹種,適應性廣,用途多元化,在我國林業(yè)發(fā)展、生態(tài)建設(shè)及柞蠶產(chǎn)業(yè)中占據(jù)重要地位。繼續(xù)做好柞樹造林、天然林保護及柞林的經(jīng)營管理是我國農(nóng)林領(lǐng)域建設(shè)的當務之急,也是推進我國生態(tài)修復、脫貧致富及美麗鄉(xiāng)村建設(shè)的重要任務之一。
東北平原又稱松遼平原、關(guān)東平原,是我國最大的平原,地跨黑龍江、吉林、遼寧和內(nèi)蒙古4個省區(qū),是我國重點林區(qū),林地面積4 393萬hm2,森林總蓄積量37億m3,在100多個樹種中,蒙古櫟、遼東櫟、槲及槲櫟是其中的優(yōu)勢樹種[3]。但近50年來,主要利用速生楊營造農(nóng)田和村莊防護林,山區(qū)主要營造松樹,形成了山上松樹、田間村莊楊樹的綠化特色。超大規(guī)模長時期的單一楊樹林經(jīng)營方式也帶來了生物多樣性減小、病蟲害增多、春季花絮飛散污染等副作用。今后可采用多功能及多用途的柞樹進行鄉(xiāng)村綠化和防護林建設(shè),增加樹種多樣性,可選擇蒙古櫟、遼東櫟、槲、槲櫟、栓皮櫟、麻櫟等鄉(xiāng)土樹種,也可引進馴化引自歐美的夏櫟、北方紅櫟、猩紅櫟、沼生櫟等適合東北地區(qū)氣候特點的外來樹種,增加櫟屬植物的遺傳多樣性。
柞葉是我國特有的泌絲昆蟲——柞蠶的飼料,柞蠶業(yè)是我國傳統(tǒng)特色產(chǎn)業(yè),全國有遼寧、吉林、黑龍江、內(nèi)蒙古、河南、山東、河北、山西、湖北、四川、貴州等11個省150多個市(縣)700多個鄉(xiāng)(鎮(zhèn))約13萬農(nóng)戶從事柞蠶生產(chǎn),柞園面積約90萬hm2,柞蠶繭年產(chǎn)量8.5萬t左右,僅農(nóng)業(yè)產(chǎn)值就約為25億元[4],柞蠶業(yè)的發(fā)展還帶動了繅絲工業(yè)、紡織工業(yè)、印染工業(yè)、服裝工業(yè)、醫(yī)藥及食品工業(yè)的發(fā)展。發(fā)展柞蠶產(chǎn)業(yè)必須種植柞樹,將種植柞樹增加森林覆蓋率、促進生態(tài)建設(shè)和美麗鄉(xiāng)村建設(shè)、發(fā)展柞蠶產(chǎn)業(yè)和促進農(nóng)民增產(chǎn)增收有機結(jié)合,因地制宜選用適宜的柞樹種類種植,通過對原有林分進行樹種和密度的調(diào)整或改造,逐步變成以柞樹為主的純林或混交林,從而實現(xiàn)森林及柞園質(zhì)量的大幅提升,并能增強森林的生態(tài)服務功能和美化康養(yǎng)功能。
目前我國森林覆蓋率為21.63%,遠低于世界平均水平31%,提高森林覆蓋率是我國生態(tài)建設(shè)中永恒的主題。提高森林覆蓋率的主要途徑就是在荒漠化、沙化土地、退化地、礦區(qū)廢棄地、垃圾填埋場、無林荒地及郁閉度低的林地植樹造林。東北地區(qū)的鄉(xiāng)土樹種如蒙古櫟、槲、槲櫟、遼東櫟、栓皮櫟等耐干旱、耐瘠薄能力強,它們在荒漠化土地、礦區(qū)廢棄地等的應用值得嘗試。沈陽地區(qū)引進歐洲夏櫟也獲得成功,能夠在北緯42°地區(qū)越冬成活并長勢良好(試驗數(shù)據(jù)未發(fā)表)。但是,引進東北地區(qū)以外的樹種需要引種試驗,建立種植及生長的技術(shù)體系,再進行大面積示范及推廣。
柞樹的綠化價值、觀賞價值和文化價值理所當然應該使其成為森林城市和美麗鄉(xiāng)村建設(shè)的優(yōu)勢樹種,柞樹進入城市和鄉(xiāng)村,人們常年生活在以柞樹為主的森林環(huán)境之中,可以欣賞到柞樹的雄壯挺秀、多姿多彩,享受到柞林所帶來的美好環(huán)境和文化內(nèi)涵。柞樹秋季葉片由綠到黃、由黃到紅的變化,裝點著多姿多彩的秋色,其潛在的觀賞價值和旅游價值明顯,東北林區(qū)秋季絢麗的景色絕大部分來源于柞樹的功勞。
柞樹在生態(tài)建設(shè)、經(jīng)濟發(fā)展和人民生活中具有重要的作用,國家林草總局于2018年成立了“櫟樹國家創(chuàng)新聯(lián)盟”,相信在國家的重視下,我國柞樹資源的研發(fā)和創(chuàng)新利用一定會取得更大進展,柞樹在新時期國土綠化、美化及經(jīng)濟建設(shè)中將發(fā)揮骨干作用。