砒砂巖區人工林的研究現狀

蘭建 馮偉風 蔣林葳 殷會玲 劉亞東 張春光

1河南建筑材料研究設計院有限責任公司（450002）2天津市建筑科學研究院有限公司（300000）

砒砂巖區人工林的研究現狀

蘭建1馮偉風2蔣林葳1殷會玲1劉亞東1張春光1

1河南建筑材料研究設計院有限責任公司（450002）2天津市建筑科學研究院有限公司（300000）

文章對砒砂巖區人工林的研究進行總結，分析了人工林的不同配置現狀，不同喬木、灌木的純林和混交林在砒砂巖區的適應性、生長狀況、對環境的影響及其產生或存在的問題。

人工林；油松；沙棘；小葉楊

砒砂巖廣泛分布于黃河流域以晉陜蒙接壤區為中心的區域,面積約1.7萬平方公里[1]。由于該地區氣候干旱、降雨量少、植被稀疏且呈破碎狀分布、風大沙多且暴雨集中，再加上其特殊的地形及土壤組成物質，使得這一區域土壤侵蝕模數高達3~4萬t/km2·a[2],成為我國土壤侵蝕強度最大的區域。這一被稱為“環境癌癥”的水土流失問題歷來受到國家的高度重視，自20世紀80年代以來，通過不斷加強對砒砂巖區的水土保持綜合治理，一定程度上遏制了砒砂巖地區水土流失的惡化。人工林不同的配置模式對環境的適應性、對環境產生的影響有所不同，是人工林研究的重要方向。

1 人工林配置模式

自退耕還林、還草工程實施以來，經過人工植被的種植、管理和自我修復更新，目前已經在一定程度上改變了砒砂巖區光禿禿的面貌，形成了斑狀分布的生態系統。目前砒砂巖區的人工植被主要是喬木、灌木和半灌木。喬木主要包括楊樹、山杏、山桃、油松、樟子松、刺槐等，灌木主要包括沙棘、檸條、羊柴、沙柳、烏柳、黃刺玫、花棒等，較少種植草本植物，其中包括沙打旺、胡枝子、紫花苜蓿、羊草、冰草等。在砒砂巖區進行人工林的種植一般包括純林和混交林兩種。

1.1 以喬木為主的人工林地

1.1.1 油松為主的人工林

1）油松純林

油松是砒砂巖區的鄉土樹種，抗干旱、耐貧瘠，為淺根系樹種，可在砒砂巖坡度小于30°的坡面上良好生長。一般選擇1~2年生的油松幼苗進行栽種[3]。馬飛等[4]通過研究油松對干旱脅迫的生理生態反應，認為油松通過調節自身特性、生物量分配模式以及水分利用效率來增強應對干旱的能力。李吉躍等[5]的研究表明，油松的抗旱特性屬于耐旱性中延遲脫水(即抗脫水)一類，具有較高的植物水合補償點和較低的土壤水合補償點,能在嚴重的干旱條件下進行微弱的光合作用。通過對準格爾旗試驗區引種栽培的45種針葉和闊葉樹進行試驗和數據分析，表明油松在砒砂巖、黃土和風沙土上的生長均好于其他樹種[6]。金爭平[7]對油松在不同土質坡面的生長狀況調查表明，油松在砒砂巖坡地的生長量>沙土坡生長量>黃土坡地生長量。在對油松林地密度的研究中表明[8]，油松林密度為1 m×3 m時郁閉度最高。雖然由于郁閉度高造成蒸騰增多，但其總蒸散量小于2 m×3 m、3 m×3 m等種植密度較小的油松林。不過，當密度較大時，林間草地面積、種類和長勢較差，有不少地段裸露，畜牧業利用效益低，同時固土能力有限。李國雷[9]則通過對不同樹齡的油松人工林地土壤質量進行研究，提出土壤堿性磷酸酶、速效鉀、有機質和轉化酶可以作為其林地土壤評價指標，為林地伴生物種的選擇提供依據。另外，關于油松的研究多集中于油松的抗旱性和生長量等方面的研究，砒砂巖區油松人工林伴生物種以及病蟲害方面的研究還很少涉及。

2）油松×沙棘混交林

油松×沙棘混交林，在幼林期，沙棘生長比油松快，水平根系發達，而且有根瘤的沙棘根系增加林地的氮素含量，使土壤得到改良并給油松幼樹生長提供了營養物質豐富的土壤環境。王愿昌[10]的調查結果顯示，與油松混交的沙棘長勢不良、成活率低，這主要是因為油松成林后往往影響到灌木樹種的生長，這也是次生樹種沙棘長勢不良的原因。

1.1.2 以小葉楊為主的人工林

1）小葉楊純林

小葉楊喜陽、生長速度快，耐貧瘠、耐干旱，根系發達，其作為黃土高原丘陵溝壑區荒地植樹造林的主要樹種已經有60年的歷史[11]。就目前而言，小葉楊人工林在砒砂巖區仍是植樹造林的主要樹種之一，林地坡度多小于15°。張婷等[12]對小葉楊人工林物種多樣性及群落穩定性進行分析，認為小葉楊林地的閉郁度并不高，林下陽性植物入侵，形成相對濃密的灌木層和草本層，喬木層蓋度為0.4~0.6，灌草層蓋度為0.3~0.5，達到了水土保持的效果。但認為其不能較好的實現自我更新，不適于作為造林樹種。焦峰等[13]通過對不同坡位的土壤環境進行研究，認為坡下部的含水率高于中部和上部，小葉楊的長勢也相對較好。同時，研究表明小葉楊林地在100 cm以下土層均存在明顯的干層，厚度可達270 cm。他們認為由于速生對水分需求大，造成土壤干化程度過高，即使降雨也很難補充。從目前的研究來看，雖然小葉楊耐旱、耐貧瘠，但是由于生長快，需水量大，蒸騰量大，當地的降雨很難維持其大面積的成林，認為可有限度的在溝道內少量栽種成疏林，不宜大面積成林，否則難以避免小老林等經濟效益低下的林地。

2）小葉楊×沙棘混交林

小葉楊與沙棘混交林是一種喬灌混交林，小葉楊是林地的骨架林木。研究表明，該混交林可有效提高生物量，可達到純林生物量的195%。這主要是混交林改善了林地養分和水分狀況，改善了林地的小氣候，增強了生態系統的穩定性，提高了抗病蟲害能力[14]。而沙棘是一種非豆科固氮樹種，能與弗蘭克發射菌形成非豆科固氮系統，將大氣中的分子態氮同化形成植物器官的營養物質，混入土壤后使得土壤系統內氮素儲量大幅度增加，顯著改善了小葉楊的土壤環境[15]，混交林通過改善土壤有機質，改善小氣候條件，保持水土，從而促進了小葉楊的生長，是適于黃土丘陵區發展的混交林類型。但也有研究表明，混交林雖然改善了土壤環境，提高了地表植被覆蓋率，但是由于形成林地閉郁度高，蒸騰量大，土壤干層嚴重[16]。目前，針對小葉楊沙棘混交林的研究集中在沙棘對土壤以及小葉楊生長的影響方面，證明了這種配置模式的優越性，但是缺乏對混交林中不同植物相互影響機制的研究以及林木生長機制和抗病蟲害能力的研究。但是，綜合當地氣候、水分條件以及造成的林地土壤干層問題，這種混交林在砒砂巖區的推廣受限。

1.2 以灌木為主的人工林

1）沙棘林

沙棘是半干旱地區水土保持的先鋒物種、經濟林種。沙棘耐旱、耐寒，能耐60℃地面高溫和-50℃的嚴寒。對立地條件要求不嚴，在山頂、溝谷均可以良好生長，特別是沙棘可以向70°的陡坡地擴展生長[17]。沙棘屬于淺根系樹種，水平根系發達，生長可以超過10 m，能從土壤中吸收水分和營養。沙棘依靠根瘤菌固氮提高土壤肥力，根蘗繁殖能力強，一般3~5年可萌生許多根蘗苗。根據調查，人工種植沙棘林2~3年后開始萌檗出串根，每年水平擴展1~3 m，平均單株沙棘第二年可產生10多株幼苗。當沙棘覆蓋度超過50%，土壤侵蝕量可減少70%。當沙棘栽種5~6年,即可逐步形成茂密的林草群落，覆蓋率可達到80%以上。另外，沙棘營造的林地中，土壤含水率有明顯提升,土壤中微生物也較為豐富，其在改善生態環境中起著至關重要的作用。調研結果表明，沙棘的種植有效的改善了生態環境，對溝谷的溯源侵蝕、下切侵蝕和側蝕行為起到了很好的遏制作用[18]。但是，當該區長時間過度干旱，沙棘會遭遇木蠹蛾病蟲害，而出現大面積死亡，主要原因是缺水造成沙棘抗病蟲害能力低，同時由于樹種品種單一，管理不善，營造林地出現退化。同時，沙棘需要三五年一次平茬，否則影響其生長和無性繁殖。由此可見，沙棘可以在砒砂巖區大面積推廣種植，但是需要適當的人工管理，同時要加強對沙棘抗病蟲害能力的研究，并進行混交林的建設或者改良沙棘品種，提高其抵抗自然災害的能力[19]。

2）檸條林

檸條是砒砂巖區分布最廣、面積最大的豆科灌木樹種。調查資料顯示，準格爾旗有13.3萬hm2檸條林，主要包括中間錦雞兒、小葉錦雞兒、狹葉錦雞兒等。檸條抗干旱、耐貧瘠、易成活、壽命長，抗病蟲害能力強，還是一種優良的牧草作物[20]。研究資料表明，在干旱頻發的1997~1999年，人工沙棘林遭遇大面積的干旱和病蟲害，但是檸條長勢良好，成為飼料主要來源[21]。檸條對立地條件要求不嚴，但是研究表明，檸條適宜在梁上生長，適宜生長在疏松的沙地土壤上。檸條可以在干旱地區進行條狀播種種植，能促進當地草本植被的恢復。檸條群落的伴生物種單一，不如沙棘林多，主要是百里香、綿蓬、針矛等野生草本植物。由于檸條根據長勢一般3年需要平茬，否則生長受限，極大影響其水土保持效果，其種植也受到一定限制。

[1]黃寶林.扎根砒砂巖不渝水保情——記內蒙古有突出貢獻的水保科技工作者侯福昌[J].中國水土保持,1994(1):54-55.

[2]姚文藝,時明立,崔長江.黃河泥沙問題研究綜述[J].黃河水利職業技術學院學報,2004,16(1):1-4.

[3]侯衛東,蔣莉莉.淺談油松的育苗種植技術[J].甘肅林業, 2003,3(27):30-31.

[4]馬飛,姬明飛,陳立同.油松幼苗對干旱脅迫的生理生態響應[J].西北植物學報,2009,29(3):548-554.

[5]李吉躍.油松側柏苗木抗旱特性初探[J].北京林業大學學報,1988,10(2):23-30.

[6]金爭平.砒砂巖區水土保持與農牧業發展研究[M].黃河水利出版社,2003.

[7]金爭平,賈志斌.不同治理措施植被恢復效果的初步研究[J].干旱區資源與環境.2001,15(3):57-62.

[8]金爭平,苗宗義.水土保持與土地資源和環境——以黃土高原準格爾旗試驗區為例[J].土壤侵蝕與水土保持學報, 1999,5(2):1-7.

[9]李國雷,劉勇.油松人工林土壤質量的演變[J].林業科學, 2008,44(9):76-81.

[10]王愿昌,吳永紅.砒砂巖區水土流失治理措施調研[J].國際沙棘研究與開發,2007,5(1):39-43.

[11]WANG Y,LV W.Reserch advanced of Populussimonii. Carr.[J].Protectioon Forest Science and Technology,2000, (3):66-69(in Chinese).

[12]張婷,張文輝.黃土高原丘陵區不同生境小葉楊人工林物種多樣性及其群落穩定性分析[J].西北植物學報.2007,27 (2):340-347.

[13]焦峰,溫仲明,焦菊英.黃土丘陵區人工小葉楊生長空間差異及其土壤水分效應[J].西北植物學報,2005,25(7): 1303～1308.

[14]宋西德,侯琳.黃土高原丘陵溝壑區小葉楊沙棘混交林研究[J].西北林學院學報,2001,16(2):15-17.

[15]宋西德,羅偉祥,侯琳.側柏、沙棘混交林效益研究[J].水土保持學報,1995(4):113-117.

[16]蘇炳林.沙棘特性及在生態系統建設中的作用[J].河北農業科技,2004(7):4-5.

[17]賀斌,李根前,徐德兵.沙棘克隆生長及其生態學意義[J].西北林學院學報,2006,21(3):54-59.

[18]王鑫.沙棘病蟲害研究進展[J].防護林科技.2010,99(6): 58-60.

[19]朱岷,張義智.檸條在庫爾勒的適應性分析[J].草業科學, 2008,25(8):148-149.

[20]王志會,夏新莉.我國檸條抗旱性研究現狀.河北林果研究.2006,21(4):388-391.

[21]李耀林,郭忠升.平茬對半干旱黃土丘陵區檸條林地土壤水分的影響[J].生態學報,2011,31(10):2727-2736.