中亞熱帶城市與丘陵多種闊葉樹組合的生態林營造技術

潛偉平劉忠華李萍球陳 娟李 萍朱葉萍

1 萍鄉市林業科學研究所 江西萍鄉 337034 2 萍鄉市南坑林場 江西萍鄉 337034

中亞熱帶城市與丘陵多種闊葉樹組合的生態林營造技術

潛偉平1劉忠華1李萍球2陳 娟1李 萍1朱葉萍2

1 萍鄉市林業科學研究所 江西萍鄉 337034 2 萍鄉市南坑林場 江西萍鄉 337034

采用近自然的生態設計，即 “投入較多的樹種”進入生態系統試驗，通過競爭過程觀測研究，掌握不同樹種的競爭特性；依據生態系統原理，應用生態分析方法，分析不同樹種生長過程中的生態反應，進一步明確其在生態林系統中的生態地位和作用。文章所提出的4種適合中亞熱帶城市和丘陵的闊葉樹多樹種生態林營造新模式有利于丘陵荒山生態環境質量的提高，可應用于城市和丘陵地區生態林營建實踐，促進低碳經濟的發展。

闊葉樹，生態林，城市，丘陵，中亞熱帶

1 試驗地自然條件

試驗地位于城郊的萍鄉市林科所試驗林場。造林時間為1987年，樹種是以木蘭科為主的34種闊葉樹，面積15.78 hm2。地理位置為北緯27° 40′6″，東經113°50′18″。海拔125 m，山體相對高度35 m，平均坡度為18°。土壤為紅壤，土層平均厚度83.0 cm。

試驗地屬中亞熱帶濕潤季風氣候，四季分明，光照充足，雨量充沛，無霜期長。年平均日照時間為1 600 h，年平均太陽輻射總量為100.38 kcal/cm2。氣候溫和多雨。

2 生態林營建

2.1 樹種選擇及數量組合

根據城市和丘陵生態林的設計思路，即近自然生態設計→競爭試驗→ (生態分析＋種苗技術)→營造模式提出＋關鍵技術→應用推廣[1]，本試驗樹種數量的確定主要依據如下原則:1)基本數量，即每個樹種的基本數量為30株，少數種源采集很困難的樹種為20株；2)種源富裕的樹種可以適當增加試驗株數至50株；3)均用2年生苗木種植。

2.2 造林設計

根據上述設計思路，第1次植樹的株行距離均為2.0 m×2.0m至2.8 m×2.8m。這些樹種經過生態林試驗林生態系統的競爭和選擇，將使個體之間的距離不斷變化，最終導致個體距離的不均衡。而這種不均衡的空間距離是形成生態林空間結構分化的基礎[2－3]，也是近自然生態林營建的主要分析目標，以便掌握生態選擇的規律，指導實際生態林的營造。因此，初始密度并不重要，如果密度小則競爭提前，反之則推遲，但都要經過系統的自然選擇。這里涉及的株行距近似相等，是依據樹種生物學特性預測研究設計的[4]，不同的樹種株行距作微細調整，以保障試驗正常期間進入測試。

2.3 整地與種植

整地方式為穴墾，大小是長×寬×深＝0.6 m× 0.6 m×0.6 m，按正常的植樹要求進行栽樹種植。

2.4 生態林管理

1)土壤管理。種植后1～3年內進行松土培育，即以樹體為中心1 m半徑的圓內松土、除草、培兜。每年5月、7月、8月分別進行松土培育，以后讓系統自然調節。

2)林下生物多樣性管理。為了不影響試驗樹種生長，試驗第1～3年對林下植物實施刈割。這樣不同植物的繁殖體仍然保留在林地內，以后能恢復生長。每年6月、8月分別刈割一次。

3 生態林試驗分析

生態林營造試驗時間為1987—2010年，歷經23年，生態過程有了明顯的規律。這對研究分析城市與丘陵多種闊葉樹組合生態林的生態營造規律較合適，因此，對試驗林進行了全面調查和測定。

3.1 試驗樹種高生長的生態響應

樹高生長對群落生態系統的響應很敏感。樹種有沒有生態競爭優勢，關系到該樹種能否進入主林層而對群落生態系統控制作用的發揮[5]。樹高按2 m為一等級差，林冠垂直結構可劃分為4個類型 (表1)。

表1 試驗樹種高生長的生態響應

表1 (續)

表1反映了34個試驗樹種在城市和丘陵人工生態林系統中的競爭規律，這種規律是系統選擇壓力的反映。在這4種類型中最有競爭優勢的樹種是類型Ⅰ，其次是類型Ⅱ，類型Ⅲ和類型Ⅳ的樹種競爭力較差。這種規律表明，在人工林系統中根據營造目標掌握樹種的競爭特性非常重要，它關系到人工生態林能否成功。如果競爭特性相差太大及空間結構不合理，將導致競爭力差的樹種被淘汰，營造目標不能實現。因此，樹種在人工生態系統中的競爭特性和空間結構設計是城市和丘陵生態林營造的關鍵。

3.2 試驗樹種胸徑生長的生態響應

胸徑生長與樹高生長有一定的相關性，但其受空間結構影響更大，即樹體擁有的空間更大則胸徑生長較大[5]。胸徑按6 cm為一等級差，胸徑結構可劃分為5個類型 (表2)。

表2 試驗樹種胸徑生長的生態響應

由表1和表2可知:1)同時進入樹高類型Ⅰ的樹種與胸徑類型1的樹種只有樂昌含笑和樟樹2種。2)同時進入樹高類型Ⅰ和Ⅱ和胸徑類型Ⅰ和Ⅱ的樹種有樂昌含笑、樟樹、木蓮、翅莢木、南酸棗、苦楝、醉香含笑、木荷、白花泡桐、桂楠木蓮、灰毛含笑、廣玉蘭、闊瓣白蘭花，共13種，其中桂楠木蓮為樹高類型Ⅱ和胸徑類型Ⅱ共有。只進入樹高類型Ⅰ的樹種為乳源木蓮、紅花木蓮，只進入樹高類型Ⅱ的為白玉蘭、金葉含笑、天目木蓮、禿瓣杜英。只進入胸徑類型Ⅰ的樹種為白花泡桐、木荷、灰毛含笑、闊瓣含笑、廣玉蘭－翅莢木，只進入胸徑類型Ⅱ的樹種為杜英。3)同時進入樹高類型Ⅲ與胸徑類型Ⅲ的只有樂東擬單性木蘭。樹高生長進入到類型Ⅰ和Ⅱ，而胸徑生長只進入到類型Ⅲ的為乳源木蓮、紅花木蓮、金葉含笑、天目木蘭、白玉蘭5種。此外，杜英與禿瓣杜英比較特殊。禿瓣杜英高生長為類型Ⅱ，而胸徑生長為類型Ⅳ；杜英高生長為類型Ⅲ，而胸徑生長為類型Ⅱ。這說明禿瓣杜英具有較強的競爭力，適合混交種植；杜英適合孤植或行植。4)除了杜英、禿瓣杜英和樂東擬單性木蘭外，高生長類型Ⅲ對應胸徑類型Ⅳ，高生長類型Ⅳ對應胸徑類型Ⅴ，黃心夜合高生長類型與胸徑類型一致。

綜合上述分析，以群落競爭敏感性較強的樹高生長為主，結合胸徑生長類型，可以將34種試驗樹種的群落生態反應劃分為4個類型:1)生態反應類型一。樹種為同時進入樹高類型Ⅰ和Ⅱ、胸徑類型Ⅰ和Ⅱ的樹種 (樂昌含笑、樟樹、木蓮、翅莢木、南酸棗、苦楝、醉香含笑、木荷、白花泡桐、桂楠木蓮、灰毛含笑、廣玉蘭、闊瓣白蘭花)，共13種。2)生態反應類型二。樹種為樹高生長進入到類型Ⅰ和Ⅱ而胸徑生長只進入到類型Ⅲ (乳源木蓮、紅花木蓮、金葉含笑、天目木蘭、白玉蘭、樂東擬單性木蘭、禿瓣杜英)，合計7種；3)生態反應類型三。樹種為高生長類型Ⅲ及其對應的胸徑類型Ⅳ的樹種(構樹、江西石櫟、桂花、大葉女貞、云南含笑、黃心夜合、杜英、深山含笑、厚樸)，共9種。4)生態反應類型四。樹種為高生長類型Ⅳ及其對應的胸徑類型Ⅴ的樹種 (黃山木蘭、厚葉紅淡比、合歡、阿丁楓、軟莢紅豆)，共5種。

3.3 城市和丘陵人工生態林空間競爭模型

基于表1和表2，不同樹高類型的存留率反映了該樹種競爭的優勢程度 (圖1)。通過引入樹種生長發育的生態響應機理分析，人工生態林樹種優勢生態響應模型可擬合為 dh∕dt＝r(1－DH/DmaxHmax)－a。其中，D為胸徑，H為樹高，DMax為最大胸徑 (人工生態林中)，HMax為最大樹高 (人工生態林中)，r為樹種特性指數[4]。

表1中不同高生長類型通過系統選擇和競爭后的存留株數如圖2所示，即基本呈正態分布，接近于天然成熟闊葉林的結構特征。分析結果表明，通過23年的生長和系統選擇、競爭等生態過程，試驗林向生態系統復雜化方向發展，符合生態規律。

圖1 各樹高類型樹種存留概率

圖2 各樹高類型株數分布

3.4 環境的生態效應

3.4.2 枯枝落葉量變化

試驗林內3個剖面平均枯枝落葉干重為400 g∕m2，與井岡山天然成熟闊葉林枯枝落葉干重659 g∕m2比較雖然相差159 g∕m2，但反映了向生態系統較好的方向演進[4]。

3.4.3 枯枝落葉與水分富集作用

將各剖面的枯枝落葉晾干后稱重，然后放在恒溫箱105℃干燥8 h并立即稱重；再放在盛有自來水盆中浸24 h，撈起瀝干 (不滴水為止)，稱重。結果表明，試驗林枯枝落葉干重高于荒山；試驗林枯枝落葉富水量為荒山的2倍。此外，山頂剖面枯枝落葉的富水量比山坡中、下部較少?？葜β淙~的含水將逐漸釋放補充土壤水分，促進植物生長。

3.5 林內植物物種多樣性恢復

對試驗林內進行全面調查發現，林下植被較豐富，即草本植物有狗脊蕨、蕗蕨、鱗毛蕨、日本薯芋、柳葉箬、海金沙、耳草、苧蔴、宿星菜、積雪草、鐵角蕨、海金沙、大葉麥冬、扁莎草、鴨趾草、野枯草等17種，灌木有小葉女貞、長葉凍綠、空心泡、茅梅、光葉拔葜、淡竹、大青、稱星樹、柃木等9種，藤本植物有、雞矢藤、冷飯藤、南蛇藤、亮葉崖豆藤、哥蘭葉等5種。此外，林下出現喬木樹種的小苗，發現有木荷、樟樹、翅莢木、樂昌含笑、杜英、泡桐、冬青。其中冬青是新增加的喬木樹種，說明試驗林植被恢復較好。

4 生態林營建技術

4.1 多層次空間結構模式

采用多層次空間結構模式目的在于營造近自然的生態林系統結構，形成垂直結構多層、水平結構多樣的森林群落。

樹種結構為:1)主林冠層可選樹種有樂昌含笑、樟樹、木蓮、翅莢木、南酸棗、苦楝、醉香含笑、木荷、白花泡桐、桂楠木蓮、灰毛含笑、廣玉蘭、闊瓣白蘭花等，第二林冠層可選樹種有乳源木蓮、紅花木蓮、金葉含笑、天目木蘭、白玉蘭、樂東擬單性木蘭、禿瓣杜英等，第三林冠層可選樹種有即構樹、江西石櫟、桂花、大葉女貞、云南含笑、黃心夜合、杜英、深山含笑、厚樸、黃山木蘭、厚葉紅淡比、合歡、阿丁楓、軟莢紅豆等。2)樹種比例為2∶5∶3。3)落葉:常綠為1∶10。4)個體距離設置為主林冠層7 m×7 m、第二林冠6.7 m×6.7 m、第三林冠5.6 m×5.6 m。

4.2 大尺度生態景觀模式

采用大尺度生態景觀模式在于營造空間大于3 km2的生態林系統結構，形成垂直結構1～2層的森林景觀、水平結構多樣的森林群落。

樹種結構為:1)主林冠層樹種有樂昌含笑、樟樹、木蓮、翅莢木、南酸棗、木荷、桂楠木蓮、灰毛含笑、廣玉蘭等，第二林冠層可選樹種有金葉含笑、天目木蘭、白玉蘭、樂東擬單性木蘭、禿瓣杜英，江西石櫟，黃心夜合、厚樸、黃山木蘭等。2)樹種比例為3∶7。3)落葉:常綠為2∶8。4)個體距離設置為主林冠層7×7 m、第二林冠5.6×5.6 m。

4.3 觀賞性休閑生態林模式

采用觀賞性休閑生態林模式在于營造休閑的生態林系統結構，形成垂直結構1層的森林景觀、水平結構多樣的森林群落。

樹種結構為:1)林冠層樹種有樂昌含笑、樟樹、醉香含笑、闊瓣白蘭花、乳源木蓮、紅花木蓮、金葉含笑、白玉蘭、樂東擬單性木蘭、江西石櫟、桂花、大葉女貞、云南含笑、黃心夜合、深山含笑、厚樸、厚葉紅淡比、合歡、阿丁楓、軟莢紅豆等。2)落葉:常綠為2∶8。3)個體距離設置為主林冠層7 m×7 m。

4.4 中小尺度生態景觀模式

采用該模式目的為營造空間小于2 km2的近于自然的生態林系統結構，形成垂直結構多層，水平結構多樣的森林群落。

樹種結構為:1)第一林冠層樹種有乳源木蓮、紅花木蓮、金葉含笑、天目木蘭、白玉蘭、樂東擬單性木蘭、禿瓣杜英等，第二林冠層樹種有構樹、江西石櫟、桂花、大葉女貞、云南含笑、黃心夜合，第三林冠層可選樹種有杜英、深山含笑、厚樸、黃山木蘭、厚葉紅淡比、合歡、阿丁楓、軟莢紅豆等。2)樹種比例為2∶5∶3。3)落葉:常綠為1∶10。4)個體距離設置為第一林冠6.7 m×6.7 m、第二林冠5.6 m× 5.6 m、第三林冠5 m×5 m。

5 結論

通過對試驗生態林的研究，發現了一些人工生態林的生態過程規律，掌握了城市和丘陵生態林的營造技術:

1)應用生態技術管理城市和丘陵人工生態林，土壤肥力逐漸增加，植物多樣性較高，枯枝落葉量較多而且富水量較大，有利于補充土壤水分，促進林木生長。

2)人工生態林樹種優勢生態響應模型為dh∕dt ＝r(1－DH/DMaxHMax)。

3)遵從生態系統規律，4種新模式適合在中亞熱帶城市和丘陵地區進行闊葉樹多樹種生態林營造。這些模式都包括了相應的生態技術、種子處理技術、苗木培育技術、生態營建技術和生態管理技術，形成了一套較完整的技術體系。

[1]林翠新，楊學成，廖慶文.鄉土闊葉樹種在園林綠化上開發利用的初探[J].林業經濟問題，2003，23(3):165－168.

[2]鄒春靜，徐文鐸.沙地云杉種內、種間競爭的研究[J].植物生態學報，1998，22(3):269－274.

[3]李博.生態學[M].北京:高等教育出版社，2004.

[4]章家恩.生態學常用實驗研究方法與技術[M].北京:化學工業出版社，2007.

[5]姜漢僑，段昌群，楊樹華，等.植物生態學[M].北京:高等教育出版社，2004.

Ecological Forest Establishment Technique with Multiple Broadleaved Species in Mid-tropical Cities and Hilly Area

QianWeiping1Liu Zhonghua1Li Pingqiu2Chen Juan1Li Ping1Zhu Yeping2

(1.Pingxiang Institute of Forestry Science，Pingxiang 337034，Jiangxi，China；2.Nan Keng Forest Farm，Pingxiang 337034，JIangxi，China)

Near-nature ecological design method is to usemultiple species in a ecological forest to know the competiveness ofeach species through observation and analyze the ecological response ofeach species in their growth process by following ecosystem principle and applying ecological analysismethod so as to further identify the ecological position and roles of each species in ecological forest system.The paper proposed the new ecological forest establishment mode with 4 species suitable for growing in mid-tropical cities and hilly area.Themode can help improve the quliaty of eco-environment in bare hilly area，which can be applied to the practices of ecoloigcal forest establishment in mid-tropical cities and hilly area and promote the growth of low-carbon economy.

broadleaved species，ecological forest，city，hilly area，mid-tropical

2015－03－09

潛偉平，萍鄉市林業科學研究所研究員，江西省林學會遺傳育種分會常務委員，常年從事森林培育和遺傳育種等科研工作，E－mail:pxlksqwp＠126.com