經濟、生態、社會
——多目標條件下的人工林配置研究

馬搏，畢潤成

山西師范大學生命科學學院，山西 臨汾 041000

隨著近幾年氣候變暖，環境惡化，自然林園的破壞不斷加重.固碳是解決目前氣候變暖、環境惡化的主要手段.科學家經研究發現，通過人工林的配置，可以很好地解決固碳問題，并且彌補了當前自然林園被破壞的現狀[1].在當今，人工林是自然森林的一個重要組成部分，具有較高的生態效應和經濟效應，但是人工林的配置在我國的研究還屬空白，全球各國對于人工林配置的研究和踐行都存在著不小的差異[2].其主要原因是我國在人工林配置方面缺乏理論指導，并且市場空白，不能發揮其經濟效益和社會效益.在此背景下，如果不進行人工林的配置研究，會使得人工林的配置成本較大化，效益趨零化[3].

在人工林配置研究中，應立足于多目標的角度，發揮其社會效益、生態效益、經濟效益[2]，在提高固碳能力的前提下發揮其價值.但是人工林的配置受到多因素的干擾和限制，比如土壤類型、物化性質、區域的生態環境、氣候條件等.因此，在這種條件下，要進行物種的引入以及改土工作等等[4].經實地考察，以山西省臨汾市翼城地區為例進行研究，詳細記錄了氣候、經緯度、物種豐富度等多組數據，旨在為人工林配置研究提供一定的理論基礎.

1 研究方法及材料

1.1 研究區概況

臨汾市翼城縣位于山西省南部，地處黃河流域和汾河之間，地理坐標為北緯35°23′～35°52′，東經111°34′～112°03′.東西跨度44 km，南北跨度大約53 km，東北南以群山地勢為主，中西部為平坦地勢，整體由東北向西南走勢傾斜，翼城地區的氣候具有一定的優勢，主要是日照時間長，緯度低，并且是四季分明的季風氣候，同時它具有充沛的雨水量，是山西省光照和雨水最為豐富的地區.地處黃河流域，水文條件較好，全年日照時間為2 400 h，無霜期為190 d左右.

1.2 調查方法

結合目前國際上對森林生態學研究的方法，選擇植被保護較好、人類干擾較少的區域，選擇具有代表性的兩個樣地：人工雜木林和側柏純林，分別設置兩塊10 m×100 m的典型樣地，采用網格法，將樣地劃分成10個10 m×10 m的樣方，在每個10 m×10 m的喬木樣方內做2個5 m×5 m的灌木樣方，4個1 m×1 m的草本樣方.記錄樹種的種名、樹高和冠幅、生長狀況.并調查記錄小樣方內所有木本植物的種類，同時記錄各樣方的生境特征，如海拔、坡度、坡向、經緯度、枯枝落葉層厚度[5]等.

1.3 數據分析

(1)辛普森多樣性指數的計算

(1)

(2)香農-維納指數的計算

(2)

利用 Origin 軟件完成成圖.

2 結果與分析

2.1 人工林的穩定性評價

翼城地區的人工林覆蓋率并不是十分廣闊，人工林的建設質量也一般，所以，人工生態系統穩定性自然也是處于一般水平.在翼城地區，其人工林的構建主要是注重木材產量，但經濟效益不明顯，效益體現較差.翼城地區具有地理的優勢和氣候的優勢，土壤肥沃有力，在數據資料查閱中顯示，翼城地區的人工林在經營期間，土壤肥力持續下降，物種也持續減少，產量也隨之下降.主要原因是翼城地區的人工林配置過程中對其他物種引入的忽視，或者過度重視經濟的收益化.在自然系統配置中，翼城地區的人工林主要是忽略了喬木層、灌木層和草本層之間的協調配置，導致物種的多樣性減少，單一物種的多年種植，肥力自然下降，穩定性較差.當然翼城地區的人工林的穩定性依然受物種豐富度、林齡等因素的影響.物種豐富度用S表示，林齡用a表示[4].將林齡作為一個研究指標，主要是因為人工林構造初期，植被的郁閉度較小，尤其是灌木和喬木，不會因為陽光的資源形成競爭，所以整個生態體系的形成較快，但是隨著林齡增大，就會受到陽光的一些原因，慢慢地就會出現多樣性下降.通過翼城地區的側柏純林相關數據，利用優劣勢指數(SP)和香農-維納指數(SW)進行區域的人工生態系用多樣性研究[6，7].

由表1可知，在分株行距不變的情況下，隨著林齡的增加，SP指數越來越高，表示該區域的物種數量減少，同林齡的前提下，SP指數值受到分株行距的影響，行距越大，指數越大.SW指數隨著林齡的增加，呈現規律性的變化，即一開始逐步減少，后來逐步增加.在表1的基礎上進行區域物種的SP指數比較和SW指數比較，為后文的人工林配置物種選取做理論支撐[8].

表1 側柏純林(側柏)SP-SW指數表Tab.1 SP-SW index table of Platycladus orientalis pure forest

表2 雜木林主要物種的SW-SP指數表Tab.2 SW-SP Indices of Major species in Miscellaneous Forest

2.2 黃土溝壑地區的人工林配置

翼城地區有丘陵和平原，丘陵地區的溝壑環境導致的水土流失較為嚴重，海拔在900 m到1 100 m之間.基于此，雖然氣候及地形因子適合作物生長，但是在地貌特點上，卻約束了這一點，所以，在15°及其以上的坡度，應該種植大面積果樹喬木和具有經濟價值的草本，將該坡度的土地設置成梯田形式，分段種植梨樹、蘋果樹、桃樹和棗樹等果樹[9].草本層種植丹參(Salviamiltiorrhiza)、黃芩(Scutellariabaicalensis)等等，起到固土固氮作用，坡下平緩地區種植農作物，坡上的平緩地區種植刺槐(Robiniapseudoacacia)、多花胡枝子(Lespedezafloribunda)等.當坡度在25°以上的時候，以灌木種植為主草本為輔，如沙棘、荊條(VitexnegundoL.var.heterophylla)和天門冬(Asparaguscochinchinensis)等草本.天門冬作為翼城地區較為常見的草本，在灌木和草本植物交錯種植時以2 m×4 m的形式序列式展開[10].天門冬較為高壯且枝葉發達，可以抵抗水土流失和風沙，并且可以固土護坡.且天門冬是較好的中藥材，具有一定的市場前景，可以實時采挖，獲取經濟效益.沙棘具有抗風沙、耐旱、保土能力，在天門冬采挖后有沙棘、荊條等灌木護土可以保證次年天門冬的種植環境.在翼城地區，地勢走向多為坡度25°以上，就整體而言，應選取沙棘等耐旱、保土能力較強的植物為主，同時沙棘是層下生物量豐富的一個植物，結合數據分析如圖1.

從生物多樣性的角度以及生態系統穩定性來看，隨著沙棘樹齡的增加，層下生物種類也越多，沙棘在翼城地區最具有推廣種植的價值即具有生態效益.但是沙棘在人工林的度配置過程中應當分情況進行研究.本論文對處于溝底、溝坡和溝頂(梁峁頂)的沙棘進行研究.沙棘的生長條件和其層下生物量的關系見圖2.

從圖2中看，沙棘應該在溝底處種植，但是從生態效益的角度來說，應該種植于溝頂(梁峁頂)，這樣可以最大程度的保持水土不流失，然后在溝底配合其他灌木及草本一起種植對人工林進行配置[11].

圖1 草本層下生物量與沙棘標準層下生物量比較圖Fig.1 Comparisonmapofbiomassunderherblayerandlayerofseabuckthom圖2 沙棘標準木層與草本層在不同立地類型上生物量對比圖Fig.2 Biomasscomparisonbetweenherblayerandlayerofseabuckthornindifferentsitetypes

2.3 黃土谷底低洼地區的人工林配置

在低洼谷地地區進行人工林的配置，首先應該將低洼或者谷地處的土壤整平，然后以草本和喬木層為主進行種植，灌木的投入會使其剝奪養分，在雨季前整地為最佳時機，草本可以選取葎草(Humulusscandens)，天門冬，但是對于喬木樹種要進行物種引進，不應該使用本地物種，主要原因是收益小，當然本地有特色喬木也可以大規模種植[12].葎草是一味具有較高價值的中藥材，尤其果穗，具有代替啤酒花(Humuluslupulus)的效果，是市場需求的熱門產品.天門冬的價值上文中已經闡述過，葎草和天門冬都是翼城的本地植物，尤其是葎草，在農藥盛行的今天，已經很難見到，其大多生長在谷地和低洼處.喬木可以選擇金絲垂柳，葉冠大，抗風沙能力強，市場需求高，或者選取相思樹和油松.相思樹是外來引進物種，在人工林配置過程中，缺乏實證的數據檢驗，無法研究其相關指標，如存活率，優劣勢等等，所以可以考慮本土的常見喬木——油松.油松的經濟效益相當可觀，尤其是樹干粗壯，有效抵擋風沙，喜歡扎根深土層，排水性較好，所以可以通過種植油松配合其他喬木配置人工林.一般喬木層的存在會剝奪土地養分，提高土壤容重，不利于其他草本層的生長，但是通過對土壤干濕重比，有機制含量等等幾個指標的數據分析.研究發現，油松作為喬木層，層下土壤容重是一個降低的過程，并且隨著樹齡越大，越適宜其他草本層的生長[13](圖3).所以在此模式下，可以將油松作為主要的喬木層進行人工林配置，同時以混交的種植形式進行種植，如果獲取樹苗收益，可以以2 m×2 m的形式種植，如果以出售樹干為盈利，考慮到后期的郁閉度問題，可以放寬到2 m×4 m的種植形式.草本層如果是葎草，可以降低植株行距，葎草在背陰地區也是適合生長的，不影響其產量[14]，但是如果是天門冬，就應該適當放寬行距，如果是天門冬和葎草同時種植，就要根據種植的位置，進行變換行距[14].

圖3 不同土質下油松層下的土壤容重和樹齡關系圖Fig.3 Relationship between soil bulk density and tree age of Pinus tabulaeformis under different soil quality

3 結論

本文以臨汾翼城地區作為研究對象，進行人工林的配置研究，其主要原因是該地區具有地理、水文等方面的研究代表性，人工林作為自然森林的一個補充部分，在環境日益惡化的今天，具有不可替代的作用，人工林的配置主要要考慮區域自身的特點，物種的合理配置、種植關鍵的改造和種植技術的運用，在最小的投入下，發揮其特有的社會效益、經濟效益和生態效益[15].

所以在人工林配置的問題研究上，并不是單一的結論性，要充分考慮到地區的環境和人文.考慮到地方的地勢、水土、市場需求，甚至于技術手段等等，同時還要結合動植物的生態規律及其適應性以及自身的價值最大化，包括考慮動植物的協同作用、比例結構等多個方面綜合考量才可以依據實地需求進行合理的人工林配置.