白樺+紅松人工混交林生態(tài)效益的研究

陳杰

(遼寧省森林經(jīng)營研究所,遼寧 丹東 118002)

闊葉紅松林是中國東北東部山區(qū)的地帶性森林植被，是溫帶針闊混交林的典型代表，和全球同緯度地區(qū)的森林相比，以其建群種獨(dú)特、物種多樣性豐富而著稱，具有林地生產(chǎn)力高、森林生態(tài)環(huán)境優(yōu)良、林分生物多樣性良好、穩(wěn)定性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)[1]。但是，過去一方面由于種種原因，東北林區(qū)的闊葉紅松林遭到掠奪式采伐、放火燒山、開荒種地等重復(fù)、多次的破壞，使東北東部林區(qū)原始闊葉紅松林絕大多數(shù)被毀，森林生態(tài)環(huán)境惡化，生物多樣性減少，林地生產(chǎn)力降低，水災(zāi)、旱災(zāi)頻繁；另一方面，由于人們在追求單一的經(jīng)濟(jì)利益而大量廣泛的人工營建落葉松、紅松等針葉純林，致使東北林區(qū)面臨樹種單一，森林生態(tài)環(huán)境惡化，水源涵養(yǎng)能力低下，病蟲害及森林火災(zāi)頻發(fā)等現(xiàn)象，因此廣泛地營建闊葉紅松混交林勢在必行，但如何培育闊葉紅松混交林是急待解決的重要問題之一。為了解決此問題，我所于20世紀(jì)80年代，在遼寧省本溪滿族自治縣偏嶺鎮(zhèn)新農(nóng)村羊門臉營造了第一塊白樺-紅松塊狀混交林試驗(yàn)林[2]。該試驗(yàn)林經(jīng)過30余年的生長，現(xiàn)已進(jìn)入中齡林階段，我們對該試驗(yàn)林進(jìn)行了調(diào)查研究，對人工白樺紅松混交林及紅松純林生態(tài)效益、經(jīng)濟(jì)效益等進(jìn)行分析，并集成了白樺+紅松人工針闊混交林培育技術(shù)。

1 研究區(qū)概況

試驗(yàn)區(qū)位于遼寧省本溪滿族自治縣偏嶺鎮(zhèn)新農(nóng)村，該區(qū)域?qū)匍L白山余脈千山山脈，境內(nèi)山地多，平地少，平均海拔500～700 m；本區(qū)屬于北溫帶濕潤氣候區(qū)，為溫帶季風(fēng)型大陸性氣候[3]，主要?dú)夂蛱攸c(diǎn)是四季分明，雨量充沛，日照充足，溫度適中，雨熱同期。境內(nèi)季風(fēng)特點(diǎn)比較明顯，冬季盛行干冷的偏北風(fēng)，夏季盛行濕熱的偏南風(fēng)。年平均氣溫6.34 ℃，相對濕度69%，無霜期147 d，年日照時(shí)數(shù)2 411.2 h，年降水量在700～1 000 mm。本區(qū)土壤主要為棕色森林土，少數(shù)地區(qū)為暗棕壤。成土母質(zhì)多為花崗巖、片麻巖、石英巖和少量的沉積巖的風(fēng)化殘積物。土壤酸性反應(yīng)為微酸性，pH為5～6，土壤質(zhì)地比較疏松，肥沃，腐殖質(zhì)層較厚，土壤中水分充足，排水良好，適宜紅松及各種伴生闊葉樹種生長。

2 研究方法

2.1 標(biāo)準(zhǔn)地設(shè)置

在白樺+紅松人工針闊混交林及紅松純林內(nèi)，分別在紅松與闊葉樹銜接的位置設(shè)置臨時(shí)標(biāo)準(zhǔn)地，標(biāo)準(zhǔn)地由2部分(紅松與闊葉樹)組成，其中紅松與闊葉樹分別處于對角的位置。

2.2 林分因子調(diào)查

在設(shè)置好的標(biāo)準(zhǔn)地內(nèi)開展樣地調(diào)查，包括：喬木層每木檢尺、生物量調(diào)查，灌木層的生物量，草本層的生物量，森林群落生物量總量等。

2.3 土壤理化性質(zhì)

2.3.1 土壤物理性質(zhì)測定 在樣地內(nèi)設(shè)置3個(gè)取樣點(diǎn)，分別用土壤環(huán)刀取2層土壤樣品(0～10 cm，10～20 cm)，在中間部位取樣，用一次取樣，連續(xù)測定的方法，測定土壤的物理性質(zhì)；土壤調(diào)查采用剖面法，用環(huán)刀在每個(gè)剖面按0～10 cm，10～20 cm的深度分層取樣；帶回室內(nèi)用環(huán)刀法測土壤容重、含水率、毛管孔隙度、總孔隙度及土壤持水能力。

2.3.2 土壤化學(xué)性質(zhì)測定 在每個(gè)樣地中隨機(jī)選取9個(gè)采樣點(diǎn)，首先去除土壤表面的凋落物和腐殖質(zhì)層，利用直徑為5 cm的土鉆，按0～10 cm(表層)和10～20 cm(亞表層)分層取樣，將同一土層的9個(gè)取樣點(diǎn)取得的土壤樣品混合放入一個(gè)自封袋內(nèi)，作為一個(gè)混合樣。土樣帶回實(shí)驗(yàn)室后去除可見的植物細(xì)根及凋落物，并過2 mm孔徑的篩。過篩后的土樣分為兩份，一份于4 ℃冰箱內(nèi)保存，用于測定土壤銨態(tài)氮和硝態(tài)氮；一份風(fēng)干保存，用于測定土壤pH、土壤全碳、全氮、全磷和有效磷等。

土壤pH值的測定采用玻璃電極法(土水比為1∶2.5)；土壤全碳和全氮含量采用干燒法，用元素分析儀測定；全磷和有效磷分別通過濃硫酸-高氯酸消煮和鹽酸-氟化銨提取，采用鉬銻抗分光光度法測定；土壤無機(jī)氮(銨態(tài)氮與硝態(tài)氮之和)通過氯化鉀溶液提取(土和浸提液比約為1∶5)，利用流動(dòng)分析儀測定。

3 結(jié)果與分析

3.1 紅松+白樺針闊混交林生長表現(xiàn)

白樺+紅松人工針闊混交林造林至今已三十多年，經(jīng)過幾次撫育間伐，現(xiàn)生長趨于穩(wěn)定，見表1。

表1 白樺+紅松人工針闊混交林現(xiàn)狀

從表1可見：在胸徑、樹高、蓄積方面，混交林中的紅松均優(yōu)于紅松純林。

3.2 白樺+紅松人工針闊混交林生態(tài)效益

3.2.1 白樺+紅松人工針闊混交林土壤化學(xué)性質(zhì)及肥力變化 土壤pH與有機(jī)質(zhì)：從表2中可見，人工紅松純林的土壤pH值最低為5.86、5.87，土壤偏酸性，白樺+紅松混交林的土壤pH值為5.98、6.10均高于紅松純林，接近中性，說明混交林能夠有效地降低土壤酸性，并能提高土壤的有機(jī)質(zhì)含量。

全N、全P、全K：由表2可以看出：白樺+紅松人工針闊混交林的不同土層的全N、全P、全k及堿解氮、速效P、速效K等各項(xiàng)指標(biāo)均高于紅松人工純林，混交林土壤養(yǎng)分含量高于紅松純林。

表2 白樺+紅松人工針闊混交林土壤化學(xué)性質(zhì)

因此，營造闊葉紅松混交林能夠防止針葉純林土壤酸化，提高地力，是防止針葉純林地力衰退一個(gè)很好的措施。

3.2.2 白樺+紅松人工針闊混交林能提高森林土壤持水能力 對白樺+紅松人工針闊混交林和紅松純林土壤持水性能進(jìn)行測定，結(jié)果表明：與紅松純林比較，白樺+紅松人工針闊混交林能夠大幅提高森林的持水量(見表3)，土壤非毛管蓄水量達(dá)紅松純林2倍以上。

表3 白樺+紅松人工針闊混交林與紅松純林土壤持水能力對照表

3.2.3 白樺+紅松人工針闊混交林碳匯能力 森林碳匯是森林吸收并儲(chǔ)存二氧化碳的能力，森林植物吸收空氣中的二氧化碳并將其固定在植被或者土壤中，從而減少二氧化碳?xì)怏w在空氣中的濃度，并釋放出氧氣。由表4可以看出：白樺+紅松人工針闊混交林比紅松純林能夠吸收更多的CO2，釋放更多的O2，從而有效地增強(qiáng)森林的碳匯能力。

表4 白樺+紅松人工針闊混交林與紅松純林碳匯能力對照表 thm-2

表4 白樺+紅松人工針闊混交林與紅松純林碳匯能力對照表 thm-2

林型有機(jī)物生產(chǎn)量吸收二氧化碳量釋放氧氣量白樺+紅松混交林146.85215.38156.64紅松純林120.67176.98128.71

4 結(jié)論

通過對白樺+紅松人工針闊混交林土壤理化性質(zhì)的研究表明：白樺+紅松人工針闊混交林能有效改善土壤化學(xué)性質(zhì)，降低土壤酸性，提高土壤的有機(jī)質(zhì)含量及土壤肥力，并能大幅增強(qiáng)混交林水源涵養(yǎng)功能；在森林生物量及碳匯方面，白樺+紅松混交林類型優(yōu)于紅松純林；因此，營建白樺+紅松人工針闊混交林不僅能有效地解決紅松純林地力衰退問題，又能提升森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能。