萌蘗更新方式對退化刺槐林改造的效果研究

胡萬波

(遼寧省國營朝陽縣東五家子林場，遼寧 朝陽122000)

刺槐的耐旱抗瘠薄能力強，生長適應性強，是我國遼西等干旱地區(qū)造林的主要樹種之一，目前得到了大面積的栽植[1]。刺槐為淺根性樹種，主根不明顯，有發(fā)達的側根、須根，主要呈放射狀地分布在表層土壤中(5—10 cm)，根系有著很強的萌蘗能力，自然更新能力強[2]。遼西地區(qū)氣候干旱，水土流失嚴重，為了對當?shù)氐闹脖贿M行重建使之發(fā)揮出保持水土的效果，當?shù)卦?0世紀80年代后營建了大面積的刺槐林作為水土保持林。由于造林時栽植的密度過大、營建的林分樹種過于單一，再加上當?shù)氐牧⒌貤l件差，導致了刺槐林內(nèi)樹木長勢參差不齊，林分退化現(xiàn)象嚴重，難以發(fā)揮出其生態(tài)效益。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，目前一些過熟的刺槐林內(nèi)枯木占比大，一些刺槐樹的冠幅朝向某一方向生長，且有的刺槐樹體表面顏色呈現(xiàn)黑色，大量地衣(黃褐色)附生。退化的刺槐林生長量逐漸降低，如果不能及時采取改造措施，則很快即可成為“小老樹”林[3]。萌蘗更新是樹木恢復的一種主要方式，在退化森林系統(tǒng)正向演替中發(fā)揮著重要的作用[4]。為了研究退化的刺槐林萌蘗更新的效果，特選擇了幾種不同的更新方式開展改造效果的比較，為更好地改造遼西地區(qū)退化的刺槐林提供借鑒。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于遼寧省朝陽市某國有林區(qū)，當?shù)赝寥李愋椭饕獮轱L沙土(具遼西地區(qū)典型特征)，有大面積人工栽植的刺槐林。當?shù)赜谐渥愕墓庹召Y源，四季分明，年均溫7.5℃左右，降雨量年均530 mm(遠低于當?shù)氐哪暾舭l(fā)量，降雨主要集中在6—9月)；試驗區(qū)刺槐林栽植時間在2000年左右，整地方式為水平梯狀，按照4.5 m×2.5 m的規(guī)格進行造林。

1.2 試驗樣地的選擇及處理

退化刺槐林改造的試驗共設計4個處理，分別為刺槐皆伐后形成的萌蘗更新刺槐純林、刺槐皆伐后重新營造的油松純林、刺槐皆伐后重新營造的蒙古櫟純林，以未改造的退化刺槐林作為對照處理。2010年按照試驗設計的要求對生長10年左右退化刺槐林進行改造，退化的刺槐林對照處理按照間伐的方式進行改造，控制各林分的密度在2 000—3 000株/hm2。各處理設計3個小區(qū)作為重復，小區(qū)面積400 m2(20 m×20 m)。

1.3 試驗方法

除了試驗設計的改造方式有所差異外，其余管理保持一致。造林改造的時間均在當?shù)貥潴w芽萌動前的3月中旬，重新營造林的苗木均選擇生長2年的裸根苗，樹高在2 m左右、地徑2 cm左右。人工栽植苗木后澆透水，并覆蓋1層薄膜以起到保持土壤墑情的效果[5]。刺槐采伐后會有大量根蘗苗萌生出來，會對重新營造的苗木生長產(chǎn)生影響，可在松土除草等管理的同時將萌蘗苗除去。造林當年撫育6—7次，第2年適當開展3—4次撫育即可將根蘗苗對新造林的影響基本控制住。

1.4 調(diào)查內(nèi)容及方法

2019年對各處理林間土壤不同深度的含水量、林地根系生物量、植物多樣性等方面開展調(diào)查取樣。

1.4.1 土壤含水量的測定。

鉆取0—120 cm不同土層的樣品，每20 cm取樣1次，帶回實驗室烘干至恒重(溫度105 ℃)，通過烘干前后的質(zhì)量差計算求出土壤含水量。每個重復小區(qū)取樣時沿著對角線方向隨機取3個點，最后各處理各土層3次重復、共計9個樣品分別取平均值。

1.4.2 林地根系生物量的測量

參照文獻[6]進行0—60 cm林地根系生物量的測定，每隔10 cm取土樣，將各處理各土層樣品中的活根挑選出來，洗干凈、晾干、烘干，比較各處理各土層中根系生物量，各處理各土層不同重復的數(shù)據(jù)最后取平均值。

1.4.3 林地內(nèi)植物多樣性的調(diào)查分析

在4個處理各重復小區(qū)內(nèi)分別取標準樣地(10 m×10 m)，進行喬灌木生長指標的調(diào)查，并在每個標準樣地內(nèi)隨機選擇6個小樣方(1 m×1 m)進行草本植物的調(diào)查。按照文獻[7-9]進行豐富度指數(shù)、Shannon-wiener指數(shù)、Pielous指數(shù)的計算分析。

2 結果與分析

2.1 不同改造方式下林間土壤含水量變化

對不同改造方式處理下林間土壤含水量情況的測量比較，結果見表1。根據(jù)表1可知，隨著土層的加深，各處理土壤含水量均表現(xiàn)出增加的趨勢，以0—20 cm土層內(nèi)含水量相對較低；各改造林處理的60—80 cm土層內(nèi)均以對照處理的含水量為最高，其次為萌蘗更新刺槐純林，重新營造的油松純林土壤含水量排第三，以蒙古櫟林土壤含水量最低；80 cm土層中，萌蘗更新刺槐純林處理的土壤含水量與對照處理均為9.0%，以蒙古櫟純林土壤含水量為最低；100—120 cm 土層中，萌蘗更新刺槐純林的土壤含水量大于退化刺槐純林，營造的油松純林排第三，蒙古櫟純林土壤含水量最低。分析其原因可能在于重新營造的林分生長旺盛，消耗土壤中水分較多，因此含水量整體低于萌蘗更新林及對照林，對照林的刺槐生長緩慢，消耗土壤水分量相對低，因此土壤含水量相對較高。

表1 不同改造方式下林間土壤含水量情況分析

2.2 不同改造方式下林間林地根系生物量變化

對不同改造方式處理下林間土壤根系生物量情況的統(tǒng)計比較，結果見表2。根據(jù)表2可知，不同改造處理下林間土壤根系生物量表現(xiàn)出不同程度的變化，整體趨勢為隨著土層的加深土壤根系生物量分布逐漸降低，且土壤的根系主要集中在0—30 cm土層中，萌蘗更新刺槐純林內(nèi)0—30 cm土層中根系生物量占比為62.29%，與其他幾個處理的差異不明顯；同一土層中，各處理根系生物量差異也有所不同，0—10 cm土層中，根系生物量按照從高到低的順序排列依次為對照林>油松純林>蒙古櫟純林>萌蘗更新刺槐純林；10—20 cm土層中，油松純林>蒙古櫟純林>對照林>萌蘗更新刺槐純林；20—30 cm土層中，萌蘗更新刺槐純林>油松純林>蒙古櫟純林>對照林；30—40 cm土層中，萌蘗更新刺槐純林>對照林>油松純林>蒙古櫟純林；40—50 cm土層中，油松純林>蒙古櫟純林>對照林>萌蘗更新刺槐純林；50—60 cm土層中，以萌蘗更新刺槐純林根系生物量為最大，其次依次為油松純林>蒙古櫟純林>對照林。

2.3 不同改造方式下林間生物多樣性變化

對不同改造方式下林間生物多樣性相關指數(shù)的統(tǒng)計分析，結果見表3。根據(jù)表3可知，生物多樣性整體以重新營造的油松、蒙古櫟林為最低，萌蘗更新刺槐林處理為最高。

2.3.1 豐富度指數(shù)

豐富度即為某個生境或者群落中物種的數(shù)量。不同的改造方式處理下，林間豐富度指數(shù)有不同程度的差異。根據(jù)表3可知，喬木層的豐富度萌蘗更新刺槐純林>油松純林>蒙古櫟純林>對照林；灌木層萌蘗更新刺槐純林為1，其余處理均為0；草本層對照林為最高，其次為萌蘗更新刺槐純林，重新營造的2種林分處理豐富度指數(shù)相對較低。分析其原因，主要在于原來的刺槐林周圍有榆樹等喬木樹種，后期生長中試驗林間逐漸有一定量的分布。

表2 不同改造方式下林間土壤根系生物量情況分析

表3 不同改造方式下林間生物多樣性情況分析

2.3.2 多樣性指數(shù)

多樣性指數(shù)是物種數(shù)及個體差異的集中表現(xiàn)形式，可以反映出群落中物種數(shù)量及物種間個體之間的差異。Shannon-wiener指數(shù)可以對個體密度、群落類型等有較好的反映，一般情況下物種的種類越多、分布情況越均衡，其值相對就更大。根據(jù)表3可知，萌蘗更新刺槐林內(nèi)喬木層的Shannon-wiener指數(shù)為1.115；草本層萌蘗更新刺槐林處理的指數(shù)為1.620，退化刺槐林為2.081。

2.3.3 均勻度指數(shù)

均勻度即為生境、群落中全部物種個體的數(shù)量及分布情況，是物種分配程度的一種反映形式。根據(jù)表3可知，Pielous指數(shù)以萌蘗更新刺槐林的處理為最高，草本層該處理與退化刺槐林之間的指數(shù)差異不大。

3 結論

對退化的刺槐林進行不同方式的改造，結果表明，不同的林分不同階段對土壤中水分的利用程度表現(xiàn)出差異，導致土壤內(nèi)含水量呈現(xiàn)出不同程度的差異，土層0—80 cm內(nèi)以退化刺槐的對照林土壤含水量最高，超過80 cm則萌蘗更新刺槐林內(nèi)的土壤含水量逐漸超過退化刺槐林對照處理，重新營造的油松林、蒙古櫟林處理土壤含水量相對較低；不同改造方式處理下林間土層內(nèi)根系生物量表現(xiàn)出不同程度的差異，各處理根系生物量均主要集中在0—30cm土層中，此范圍內(nèi)根系生物量占比最大的為重新營建的油松林、蒙古櫟林，其次是退化刺槐林，萌蘗更新刺槐林根系生物量占比最低，但是與其他3個處理之間差異不大；不同改造方式下林間的生物多樣性也表現(xiàn)出差異，重新營建的蒙古櫟林、油松林內(nèi)草本植被、灌木植被幾乎沒有，萌蘗更新刺槐林內(nèi)喬木類型更多，退化刺槐林對照處理的草本植被種類更多，2種林分內(nèi)的生物多樣性差異不明顯。因此可以對遼西地區(qū)的退化刺槐林采取適當間伐后自然萌蘗更新的方式進行改造。