千島湖消落帶水位變化對(duì)池杉人工林生長(zhǎng)的影響

徐高福，李賀鵬，張建和，何 俊，盧 剛，柏明娥，洪利興

（1. 浙江省淳安縣新安江開發(fā)總公司，浙江 淳安 311700；2. 浙江省林業(yè)科學(xué)研究院，浙江 杭州 310023；3. 浙江元成園林集團(tuán)股份有限公司，浙江 杭州 310016）

千島湖消落帶水位變化對(duì)池杉人工林生長(zhǎng)的影響

徐高福，李賀鵬2*，張建和3，何 俊1，盧 剛2，柏明娥2，洪利興2

（1. 浙江省淳安縣新安江開發(fā)總公司，浙江 淳安 311700；2. 浙江省林業(yè)科學(xué)研究院，浙江 杭州 310023；3. 浙江元成園林集團(tuán)股份有限公司，浙江 杭州 310016）

1992年2月用3年生池杉（Taxodium ascendens）大苗在海拔102.3～103.5 m的浙江省淳安縣界首林場(chǎng)坡積土消落帶人工造林，2016年3月在固定樣地對(duì)池杉生長(zhǎng)情況進(jìn)行調(diào)查。結(jié)果表明，造林保存率達(dá)81.0%，平均樹高11.36 m，5株優(yōu)勢(shì)木平均高14.86 m，最高達(dá)15.5 m，平均活枝下高3.04 m，平均胸徑25.95 cm，最大胸徑37.0 cm，平均冠幅24.42 m2，樹冠濃蔭密閉，成為了一片水上森林。1992-2015年千島湖水位統(tǒng)計(jì)顯示，種植后的前4 a曾遭受沒頂水淹，后期每年樹干承受浸水深度5 m，4 m，3 m，2 m，1 m分別為4 d，15 d，26 d，58 d，平均151 d的樹干水淹，214 d露出水面。每年立地經(jīng)受干與濕兩個(gè)較為極端的交替控制，池杉仍能良好生長(zhǎng)，說明池杉完全適應(yīng)千島湖海拔102.3～103.5 m消落帶的生長(zhǎng)。

千島湖；消落帶；池杉；水淹；大苗造林

生態(tài)系統(tǒng)交替控制的過渡地帶，是特殊的濕地生態(tài)系統(tǒng)[1～2]。作為生態(tài)過渡區(qū)域，消落帶是泥沙、土壤養(yǎng)分、污染物等進(jìn)入水域的最后一道生態(tài)屏障，它不僅對(duì)水陸生態(tài)系統(tǒng)起著廊道、過濾和阻滯的作用，而且在維持生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力及保持生態(tài)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)平衡等方面發(fā)揮著重要功能[3～4]。但是由于具有自身的多樣性、動(dòng)態(tài)變化、復(fù)雜性等特征，消落帶已經(jīng)成為生態(tài)環(huán)境敏感脆弱地帶，極易發(fā)生水土流失、生物多樣性減少等嚴(yán)重的生態(tài)問題[5]。盡管國(guó)外較早開展了河流消落帶的相關(guān)研究[1～2,6～7]，但是對(duì)于湖泊、水庫消落帶的研究相對(duì)較少[8～9]。國(guó)內(nèi)關(guān)于消落帶研究起步較晚，但已在湖泊、水庫消落帶的生態(tài)環(huán)境、植被恢復(fù)與生態(tài)重建、開發(fā)利用與管理等方面開展較多研究[1～2,10]，特別是在20世紀(jì)90年代建立三峽大壩后，許多學(xué)者對(duì)三峽庫區(qū)消落帶進(jìn)行了許多研究。減緩和阻止消落帶自然植被的退化和萎縮，恢復(fù)和重建消落帶植被仍是目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者主要關(guān)注的熱點(diǎn)和亟待解決的難點(diǎn)問題[1～11]。

千島湖位于浙江省西部的淳安縣，118°34′～119°15′E，29°22′～29°50′N，是1959年新安江水庫大壩建成蓄水后形成的人工湖泊，正常海拔高水位108 m，水位108 m時(shí)，面積0.25 hm2以上的島嶼1 078個(gè)，故名千島湖。水域面積573 km2，岸線長(zhǎng)1 406 km。受水資源多元化利用和年降水量等因素的影響[12～13]，水位年度變化幅度一般在10～15 m，形成消落帶面積約1.0萬～ 1.5萬hm2[14]。目前，千島湖消落帶區(qū)域內(nèi)自然植被疏少，整體景觀效果較差，生態(tài)系統(tǒng)十分脆弱。影響消落帶生態(tài)系統(tǒng)的主要因子除水位漲落外，植被的覆蓋率也是重要因素之一[14～19]。因此，開展消落帶的植被恢復(fù)與重建不僅是千島湖生態(tài)環(huán)境建設(shè)所面臨的一項(xiàng)艱巨任務(wù)，同時(shí)也是我國(guó)庫區(qū)消落帶生態(tài)環(huán)境建設(shè)的研究難點(diǎn)與熱點(diǎn)。結(jié)合千島湖水位變化動(dòng)態(tài)分析，研究1992年在庫灣坡積土消落帶上營(yíng)造的池杉（Taxodium ascendens）人工林，以期為庫區(qū)消落帶的植被恢復(fù)與重建提供技術(shù)借鑒。

1 研究方法

1.1 研究地概況

1.1.1 研究地點(diǎn) 位于浙江省淳安縣新安江開發(fā)總公司下屬的界首林場(chǎng)山后源，森林區(qū)劃為界首林區(qū)7林班中第4、第13小班圍成的坡積地，中心點(diǎn)118°52′E，29°31′N。受千島湖大水面和周邊山體及其森林的影響，“湖泊效應(yīng)”明顯，研究地點(diǎn)既具有亞熱帶氣候的特點(diǎn)，又具千島湖小氣候的特色；庫區(qū)及周邊5 km范圍內(nèi)的年均氣溫比建庫（湖）前升高0.30℃，年極端最高溫降低1.70℃，年極端最低溫升高4.40℃，無霜期從246 d延長(zhǎng)到263 d，年均相對(duì)濕度76%。具有冬季溫暖、夏季清涼、初霜遲、終霜早、無霜期長(zhǎng)、冰凍天數(shù)少的氣候特點(diǎn)。

1.1.2 地形土壤 研究地點(diǎn)處于千島湖區(qū)的丘陵谷地，周邊可視山體海拔在300～500 m，調(diào)查時(shí)的水位為海拔99.32 m，其谷口寬80 m，朝向西南241°，并與湖面接壤。原為山坡沖積土形成的坡積梯級(jí)式農(nóng)耕地，總面積約2 hm2，地勢(shì)較平坦，總坡度5～6°。1959年新安江水庫大壩建成蓄水后，當(dāng)?shù)鼐用癜徇w棄耕后的土地由浙江省淳安縣新安江開發(fā)總公司管理。原以水退期季節(jié)性生產(chǎn)蔬菜為主，土層深厚，結(jié)構(gòu)較疏松。造林24 a后（2015年），經(jīng)土壤的基本理化性質(zhì)測(cè)定，平均pH 5.5，全氮4.20 g·kg-1，全磷0.53 g·kg-1，速效氮217.77 mg·kg-1，速效磷5.19 mg·kg-1，速效鉀70.94 mg·kg-1，土壤有機(jī)質(zhì)48.09 g·kg-1。

1.1.3 造林方法 1992年2月，從海拔102.3 m的谷口地段開始向內(nèi)種植池杉，最高海拔為103.5 m。選用苗高2.0～2.5 m的3年生裸根實(shí)生大苗造林，挖定植穴種植，穴規(guī)格：長(zhǎng)60 cm×寬60 cm×深50 cm，株行距3.5 m×3.5 m。種植前把表土打碎后回填到穴內(nèi)至40 cm深左右，每穴施江西磷肥廠生產(chǎn)的鈣鎂磷肥（P2O515%，MgO10%，CaO30%）0.5 kg，并與土壤拌勻。穴深約40 cm。種植后澆足定植水，并培上虛土成丘形。種植總面積1.2 hm2。連續(xù)管護(hù)3 a，低水位時(shí)，林下套種蔬菜，通過套種施肥、耕作，為池杉林撫育，促進(jìn)早期生長(zhǎng)。

1.2 研究方法

根據(jù)2008-2015年千島湖每日8點(diǎn)水位測(cè)量記錄，以及1992年池杉造林當(dāng)年至2015年的最高和最低水位記錄，用Excel軟件建立數(shù)據(jù)庫，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2016年3月11日，以千島湖面水位海拔高度99.32 m為參照標(biāo)高，使用Leica TS09 plus～R500全站儀測(cè)定樣地標(biāo)高。測(cè)得樣地最低標(biāo)高102.3 m，最高103.5 m。

調(diào)查長(zhǎng)30 m、寬25 m，面積為750 m2的固定樣地，坡度2.5°。調(diào)查樣地內(nèi)每棵池杉的樹高、活枝下高、胸徑和冠幅，其中胸徑用測(cè)樹胸徑尺測(cè)量，樹高和枝下高用標(biāo)桿量測(cè)，冠幅按東西與南北兩個(gè)方向的垂直樹冠投影距離用皮尺丈量。

在樣地中間和四角，呈梅花型布置5個(gè)2 m×2 m的小樣方，調(diào)查林下植被，同時(shí)點(diǎn)數(shù)確認(rèn)小樣方內(nèi)池杉隆起的膝狀氣生根。

2 結(jié)果與分析

2.1 千島湖水位變化的基本特征

2.1.1 年度水位變化特征 1992-2015年千島湖水位歷年最高和最低統(tǒng)計(jì)數(shù)字表明（圖1），最高水位為1999年的108.19 m，最低水位為1993年的91.36 m，最高與最低相水位差達(dá)16.83 m，且每年差值變化較大（圖2），最大差值年度為1993年的15.25 m，最小差值年度是2005年的3.65 m，24 a間的平均高差為7.95 m。年度水位的變化可能與年度降水量及水資源利用有關(guān)。

圖1 千島湖1992-2015年最高和最低水位變化曲線Figure 1 Changes of the highestwaterlevelandthelowestonefrom1992to2015in Thousand Island Lake

圖2 千島湖1992-2015年水位高差Figure 2 Difference between the highest water level and the lowest one from 1992 to 2015 in Thousand Island Lake

2.1.1 日水位變化特征 分析2008-2015年的水位資料（圖3），各年份的水位日變化不完全一致。1月初水位處于海拔100 m左右的中下水平，隨后逐漸下降，并在下降的過程中時(shí)有抬升回落，至6月下旬梅雨季后期，水位迅速上升，至200 d左右為年度最高水位，之后又緩慢地下降。

千島湖是1959年新安江水庫大壩建成蓄水后形成的人工湖泊，受發(fā)電、泄洪等水資源多元化利用和年降水量等因素影響，水位變化較大。2008-2015年間1-3月平均處于較低的水位期，2月處在全年的最低水位期（圖4）。但受春季多雨或少雨的影響，3月會(huì)迅速上漲至105 m甚至以上。4-6月初為中水位期，一般100 m左右，并受梅雨季降水量影響，水位逐漸上漲至104～105 m甚至以上。6月底至9月為高水位期，特別是在6月底和7月初，為每年的最高水位期。雖然該時(shí)期正處在炎熱少雨的季節(jié)，因水庫調(diào)蓄功能使梅季雨水儲(chǔ)蓄于庫中而保持高水位。10-12月又逐步回落至100 m左右。

圖3 千島湖2008-2015年水位日變化曲線Figure 3 Daily changes of water level from 2008 to 2015 in Thousand Island Lake

圖4 千島湖2008-2015年間日平均及同期最高與最低水位變化Figure 4 Average daily changes of water level from 2008 to 2015 in Thousand Island Lake (including the highest and the lowest)

圖5 千島湖水位變化的梯度分布Figure 5 Gradient distributions of water level changes in Thousand Island Lake

統(tǒng)計(jì)顯示，2008-2015年中，共2 922 d的水位，以102 m為多，占15.85%，其次為99 m，107 m的高水位只出現(xiàn)2 d，僅占總觀察日的0.07%，由此測(cè)算千島湖水位變化基本呈梯度分布（圖5）。從圖5看出，除特殊年份外，千島湖106 m水位的持續(xù)時(shí)間一般為4 d，105 m的15 d，104 m的26 d。持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)的是海拔102 m及以上區(qū)間，達(dá)58 d。全年151 d被浸沒在水中，214 d露出水面。進(jìn)一步說明庫區(qū)消落帶是水、陸交錯(cuò)控制的特殊區(qū)域。

2.2 池杉人工林生長(zhǎng)狀況分析

2.2.1 池杉人工林生長(zhǎng)狀況

固定樣地調(diào)查顯示，從1992年春季到2016年3月，保存率81.0%，5株優(yōu)勢(shì)單株平均高度14.86 m，最高達(dá)15.5 m，最大胸徑37.0 cm；郁閉度0.85以上，并且長(zhǎng)勢(shì)茂盛，林冠濃蔭密閉，平均胸徑、樹高、活枝下高和冠幅分別為24.95 cm、11.36 m、3.04 m和24.42 m2（圖6）。從圖6可看出，胸徑和冠幅的變差比較大，樹高和活枝下高的變差比較小，這可能是消落帶特殊

立地環(huán)境所致，表現(xiàn)出個(gè)體對(duì)消落帶水濕環(huán)境適應(yīng)的差異性[20]。活枝下高的相對(duì)一致性可能由于受淹水位的水平影響所致。

2.2.2 池杉人工林耐水淹特點(diǎn)

2.2.2.1 能經(jīng)受初期4 a的沒頂水淹 結(jié)合圖1分析，分析池杉水位不一的生長(zhǎng)進(jìn)程。1992年種植時(shí)池杉苗高2.5 m，當(dāng)年最高水位103.38 m、最低93.43 m，林地海拔102.3～103.5 m，因此只遭到輕微的水濕，全年基本處于陸生狀態(tài)。1993-1996年，最高水位106.07～107.38 m，林地遭受不同程度的沒頂水淹（圖7），仍能生長(zhǎng)，但比較緩慢。1997年后，隨著池杉的不斷生長(zhǎng)，樹干常年不斷地遭水淹，但不會(huì)遭沒頂水淹，因?yàn)闃渖乙殉搅嗣磕甑淖罡咚唬钩厣佳杆俣^穩(wěn)定地成為水上森林。

圖6 池杉林生長(zhǎng)因子及變差統(tǒng)計(jì)（n=38）Figure 6 Statistical histogram of growth factors and variation of T. ascendens stand

圖7 池杉樹高生長(zhǎng)與歷年最高水位Figure 7 Height growth of T. ascendens and the highest water level from 1992 to 2015

2.2.2.2 能承受長(zhǎng)期的干濕交替環(huán)境 池杉林毗鄰千島湖面，在海拔102 m和103 m的消落帶區(qū)域。結(jié)合圖5分析，全年151 d（在海拔102 m以上）或93 d（在海拔103 m以上）浸泡在水中，并且多雨年份的浸泡時(shí)間會(huì)更長(zhǎng)。按102 m水位的池杉植株計(jì)，水位高差達(dá)5 m甚至以上，每年浸水深度5 m或以上的有4 d、4 m的15 d、3 m的26 d、2 m的48 d、1 m的達(dá)58 d。長(zhǎng)期水淹會(huì)較明顯地抑制池杉的生長(zhǎng)，并且水位越高影響越大[20～21]。為適應(yīng)生長(zhǎng)或?qū)ο鋷厥馑疂窳⒌丨h(huán)境，池杉根系向地表彎曲隆起形成膝狀的氣生根或稱膝根[21～24]，以增進(jìn)根部的呼吸。本次樣地調(diào)查發(fā)現(xiàn)，池杉林地平均膝根數(shù)量為0.35個(gè)/m2。因此，池杉可以作為消落帶濕地植被恢復(fù)與重建的優(yōu)良樹種[25～27]；同時(shí)還發(fā)現(xiàn)池杉林下無其他植被，影響池杉林物種的多樣性，其原因值得進(jìn)一步研究。

3 結(jié)論與討論

池杉系杉科（Taxodiaceae）落羽杉屬（Taxodium），原產(chǎn)美國(guó)東部、中部及東南沿海17個(gè)洲，向西延伸至墨西哥中部山區(qū)，適生于平原、沼澤及丘陵地區(qū)。我國(guó)于1917年首先在南京引種作為庭院樹種[28]，現(xiàn)蘇、浙、皖、鄂、湘、贛、閩、川、豫、魯、陜等地均有大面積人工林，但有關(guān)池杉在消落帶人工造林的研究報(bào)導(dǎo)甚少，多數(shù)研究集中于幼苗階段模擬環(huán)境下的生理生態(tài)機(jī)理[25～27]。盡管有池杉林的調(diào)查研究[21～22]，但只局限于當(dāng)季具40～50 cm的漬水地段。也有研究報(bào)導(dǎo)江蘇省里下河低濕地17年生池杉在6-10月淹水平均地下水位-5 cm條件下的生理生態(tài)適應(yīng)機(jī)制和膝根的呼吸特性，以及浸水0～1.1 m情況下對(duì)池杉樹干形態(tài)結(jié)構(gòu)及生長(zhǎng)的影響[23～24]。本研究用3年生池杉大苗按株行距3.5 m×3.5 m挖定植穴種植，2016年調(diào)查時(shí)保存率達(dá)81.0%，且生長(zhǎng)茂盛，即使在造林初期曾遭受連續(xù)4 a的沒頂水淹，之后每年承受151 d的水淹環(huán)境脅迫，包括4 d浸水深度5 m、15 d浸水深度4 m、26 d浸水深度3 m、48 d浸水深度2 m和58 d浸水深度1 m，仍然能夠良好生長(zhǎng)，進(jìn)一步證實(shí)了池杉對(duì)水濕環(huán)境有良好的適應(yīng)性[21～23]，也證明了池杉適應(yīng)在超過2.5 m甚至更高深度的沒頂水淹情況下生長(zhǎng)。

有報(bào)導(dǎo)在千島湖消落帶種植池杉試驗(yàn)林6 a，整株水淹時(shí)間達(dá)200 d時(shí)生長(zhǎng)量受影響，而水淹75 d時(shí)生長(zhǎng)正常[29]；在浙江青山湖水庫和仙居縣谷坦水庫消落帶水位0～3 m高度采用分段造林種植池杉等獲得成功[30]。自新安江水庫大壩建成蓄水形成千島湖后，歷年水位變化較大，1992-2015年間最高水位與最低的相差16.83 m，2008-2015年間，池杉在平均全年浸沒151 d仍正常生長(zhǎng)。本研究結(jié)果與其他研究[29～30]相比較，池杉能夠耐受較長(zhǎng)時(shí)間的水淹環(huán)境，并且能夠適應(yīng)千島湖水位變化幅度超過16.0 m的消落帶生境。

研究顯示，池杉是消落帶濕地植被恢復(fù)與重建的優(yōu)良樹種，對(duì)水淹環(huán)境有良好的適應(yīng)性，能夠耐受每年0～5 m及以上不同持續(xù)時(shí)間的水淹環(huán)境，1年內(nèi)最長(zhǎng)間斷水淹時(shí)間151 d；在千島湖庫灣坡積土消落帶宜采用3 年生及其以上的池杉大苗造林，樹苗高度宜選用2.5 m以上的苗木，種植區(qū)位宜選擇在海拔102.0 m及其以上區(qū)域；采用挖定植穴種植，穴規(guī)格為長(zhǎng)60 cm×寬60 cm×深50 cm，按株行距3.5 m×3.5 m的密度種植。本研究為庫區(qū)消落帶植被恢復(fù)與重建提供示范樣板，建議推廣應(yīng)用。

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Influence of Water Level Change on Growth of Taxodium ascendens Plantation at Fluctuation Zone in Thousand Island Lake

XU Gao-fu1，LI He-peng2*，ZHANG Jian-he3，HE Jun1，LU Gang2，BAI Ming-e2，HONG Li-xing2
（1. Chun'an Xin'anjiang Development Corporation of Zhejiang, Chun'an 311700, China; 2. Zhejiang Forestry Academy, Hangzhou 310023, China; 3. Yuancheng Garden Group Co. Ltd. of Zhejiang, Hangzhou 310016, China）

In February 1992, 3-year Taxodium ascendens saplings were planted at water level fluctuating zone (WLFZ) of Thousand Island Lake with the elevation 102.3m-103.5 m, Chunan county, Zhejiang province. Investigations were conducted in 2016 on permanent sample plot. The results showed that conservation rate was 81.0%, with average height of 11.36 m, average height of 5 plus individuals of 14.86 m, the highest of 15.5 m. Average clear bole height was 3.04 m, average DBH 25.95 cm, the largest DBH 37.0 cm, and average crown diameter was 24.42m2. Statistical of water level changes of the Thousand Island Lake during 1992-2015 demonstrated that the first four years of the plantation was submerged by water flooding some days, and later, trunks were meanly submerged under 5m of water for 4 days, 4 m for 15 days, 3m for 26 days, 2 m for 48 days, and 1 m for 58 days each year. The plantation went through dry and wet season each year, with good growth, indicating that T. ascendens could adapt to water level fluctuating zone in Thousand Island Lake.

Thousand Island Lake; water level fluctuating zone; Taxodium ascendens; water logging; seedling forestation

S718.51

A

1001-3776（2016）05-0013-07

2016-04-09；

2016-08-12

浙江省省屬科研院所專項(xiàng)項(xiàng)目（2014F50017）

徐高福（1963－），男，浙江淳安人，教授級(jí)高級(jí)工程師，從事風(fēng)景園林規(guī)劃與科技推廣工作；*通訊作者。