榆林沙地樟子松人工林可持續經營措施研究

白曉霞 ，魚慧利，張 靜，艾海艦

(1.榆林學院 生命科學學院，陜西 榆林 719000；2.榆林市榆陽區城郊林場，陜西 榆林 719000)

早在1923年，Werdeman報道稱德國云杉人工林出現衰退現象，20世紀50年代，瑞典南部也發現了森林大面積黃化枯梢、落葉等衰退現象，隨后歐美等發達國家相繼出現森林衰退現象。我國20世紀80年代在重慶南山首次發現馬尾松(Pinus masoniana)林衰退現象，在此之前已有專家對人工林衰退機制做了大量的研究試驗。隨著全球氣候環境的不斷變化，世界范圍內人工林領域出現了越來越多的“森林衰退病”[1]，如何保持人工林長期穩定成為了世界性的技術難題。

原產于我國大興安嶺、呼倫貝爾紅花爾基地區的樟子松具有抗旱、耐瘠薄、耐寒等優良特性，在防風固沙及水土保持等防護林領域具有十分重要的地位和作用，被作為人工固沙林的先鋒樹種進行大規模引種栽植[2]。20世紀末期，沙地樟子松人工林不斷顯露出病蟲害侵染、枝梢枯黃、長勢衰弱甚至于全株死亡等森林衰退現象。導致人工林衰退、枯死是多種生物、非生物因子綜合作用的結果，并非單一因素所致。如引種地與原產地氣候差異、林區土壤水分含量下降、養分短缺、營林措施不當等等[3-5]。位于毛烏素沙漠榆林區域的樟子松人工林是“三北”防護林工程實施的主要樹種，在抵御自然災害、控制土地荒漠化、維護國家生態安全方面發揮著巨大的作用。近年來，榆林沙地樟子松人工林也出現了不同程度的衰退問題，緩減和控制人工防護林的衰退枯死刻不容緩，是直接關系到區域生態安全、社會經濟健康持續發展的重大課題。

為進一步明確榆林沙地樟子松的衰退機制，對林區展開實地考察與調研，結合室內試驗，對毛烏素沙地樟子松人工林存在的現實問題進行討論分析，提出適合于榆林沙地獐子松人工林可持續發展的營林措施。

1 引起榆林沙地樟子松人工林衰退的問題分析

1.1 采礦和墾荒引起地下水位下降，干旱少雨

榆林毛烏素沙區大規模的礦產資源開發，對生態環境造成了很大的干擾與破壞，最直接的影響就是造成地下水系流失、水位下降[6]；另一方面，榆林多年來致力于墾荒治沙、植樹造林，并大力發展沙漠農業和墾荒項目，使原有的地下水利用失衡、供不應求，連年下降。另外，幾年來持續的干旱少雨氣候也嚴重影響了區域水分資源的補給。多方因素造成沙地樟子松人工林土壤水分匱缺，多數年份水量輸出大于輸入，存在嚴重虧缺，當地下水位下降到植物難以利用的深度，勢必會引起樟子松的衰退甚至死亡。

1.2 土壤養分短缺、失衡

研究發現，榆林沙地樟子松人工林林下土壤養分短缺，土壤有機質含量低，對照全國土壤養分含量分級標準[7]，土壤中各養分元素含量處于中下水平。其中速效K含量處于4級，有機質、堿解N、速效P含量均處于最低的6級水平，整體養分含量低下，表明該地區樟子松林土壤肥力較差；且土壤中的速效K和速效P含量在27a達到最高，速效N在33a達到最高，表明榆林沙地樟子松人工林系統土壤肥力狀況并不理想，存在潛在的地力衰退趨勢，另外，該地區土壤pH呈微堿性，堿性環境不利于有機質的分解及各養分元素的釋放、轉化、遷移等，在一定程度上影響了土壤的肥力性質，詳見表1。

表1 不同齡林樟子松林地的土壤養分含量及pH值

1.3 營林措施不當，林分密度過大

調查發現，位于毛烏素沙漠南緣的榆林市沙地樟子松人工林存在林分密度過大、結構不夠合理的問題，林分密度為1 650株hm-2，20a～40a樟子松平均郁閉度為0.78，20a、27a、33a、40a樟子松平均胸徑分別為9.76 cm，11.76 cm、13.58 cm、14.34 cm，平均樹高分別為8.84 m、12.48 m、13.95 m、14.12 m，見表2。林分密度過大，導致林內微環境水平質量低下，植物生長發育受限或受阻。

表2 榆林沙地樟子松人工林林分概況

2 榆林沙地樟子松人工林可持續經營措施

與純林相比，沙地樟子松混交林可顯著提高土壤有機C、全N及P含量[8]。營造混交林在增加林分水分、增加物種多樣性、提高土壤肥力、改善養分狀況及提高林分結構的穩定性和生產力、增強森林整體抗逆性等方面具有明顯優勢[9]。因此，提出通過實施混交造林來解決人工林衰退、提高人工林生態系統的穩定性，促進森林可持續經營技術與模式的形成[10]。從群落穩定性、生態效益、社會效益等角度選擇科學合理的植物種類、及植物配置方式，轉變樟子松人工純林為混交林，形成多功能復合的森林經營模式，不僅可以提高區域生態系統的穩定性，控制樟子松人工林的衰退，還可大力促進地區經濟、社會效益的提升。

(1)區域生態效益。首先，通過林地植被的增加，提高林下冠層的郁閉度，減小陽光直射地面面積，降低土壤溫度，減少土壤水分蒸發；同時，通過植被層截留降雨雨量，補充植物蒸騰作用所需耗水量。其次，林下植被能夠提高樟子松針葉分解速率，促進土壤微生物的生物量碳儲量。再次，沙地土壤腐殖質含量低，土壤類型以風沙土(沙粒含量占95%以上)為主，分的固持能力差，林間植被的增加一定程度上能夠防止土壤中有效磷的流失，從而形成生產率高、功能復合的森林生態系統，在維護生物多樣性、提高生態系統穩定性等方面起著重要作用。

(2)社會效益?！傲炙庨g作”、“林草共植”等農林(牧)復合經營模式的形成，必然刺激和帶動一系列相關產業的形成和發展，產生廣泛而持久的社會效益。不僅可以極大地激發廣大農民治理生態環境的積極性，推動樟子松人工純林與藥用植物、食用植物、飼草等結合形成農林復合經營模式，調整地區產業結構，增大農林產業的比重，推動地區經濟結構向低碳、經濟模式轉變。同時吸納大量農村勞動力，緩減二、三產業就業壓力，提高勞動力配置的合理性。通過參加育苗，種植等勞務活動，開展生態農業、生態旅游等經營項目創收。

(3)經濟效益。林地生產率是綜合反應土地利用效果的技術經濟指標，可用單位林地面積上的立木蓄積產量和單位林地面積的產值來表示。樟子松屬于速生林木，人工純林林地生產率高于一些普通的鄉土樹種，也高于一些經濟作物的土地生產率。通過林區增加地被、灌木、喬木等鄉土植物，誘導形成混交林結構之后，提高林地綜合生產率。另外，依照科學合理的營林方案，保證混交林結構促進林木的生長，使混交林中目的樹種的蓄積大于純林，同時凸顯鄉土植物的經濟效果。發揮鄉土植物藥用、食用、飼草、編制材料等多種價值，提高區域經濟收益。

2.1 人工林純林結構調整

對于現有的沙地樟子松人工林的具體經營應從以下三個方面考慮：一是在現已衰退的林分中，清除已徹底衰退的林分，對清除后的林地進行封育；二是對于現在尚未明顯衰退的林分，由于大面積沙地樟子松純林消耗當地大量的水資源，對不同年齡的林分進行不同強度間伐，使現有林分生長與當地的水資源情況基本達到平衡；三是對于將來重新營造或改造的林分，應根據當地具體情況，確定未來林分營建發展目標，參見表3[11]。

表3 不同林齡、胸徑保留株數表

2.2 混交林植物選擇

考慮到樟子松人工林生態條件劣勢，選擇抗性強、價值較高的鄉土植物作為混交林造林植物。鄉土植物長期生長在特定的環境中，并受到該環境條件的特定影響，通過新陳代謝，在植物生活過程中形成了對光照、土壤、水分等生態因子的特定需要；另一方面，環境也為植物的正常生長提供了載體。榆林鄉土植物資源豐富，具有藥用、食用、飼用等多種價值，通過充分發揮鄉土植物的生態效益與經濟效益，一方面，可作為榆林地區的特色經濟植物，進行大規模人工種植，與人工林形成針闊混交、“林藥間作”、“林草共植”的生產模式，大力發展農林(牧)等復合經營模式。另一方面，采用科學合理的混交林結構抑制森林病蟲害，通過實施樟子松人工純林變混交林的方式來緩減、控制沙地樟子松人工固沙林的早衰枯死現象。

2.3 混交林營林措施

2.3.1 樟子松+地被：形成“林藥間作”、“林草共植”的農林(牧)復合經營模式

從群落穩定性、生態平衡等角度選擇科學合理的植物配置方式，在現有樟子松人工純林的基礎上栽植射干、馬藺、沙蔥等藥用、食用價值較高的鄉土植物，形成“林藥間作”的農林經營模式；選擇蒙古冰草、燕麥草等牧草形成“林草共植”的林牧經營模式，改良樟子松純林的土壤、水分、溫度等生態環境的同時，實現了長短期效益的有機結合，是對既有樟子松人工林經營成果的進一步完善和發展，兼顧了區域生態效益、經濟及社會效益。

2.3.2 樟子松+灌木：形成針闊混交的復合經營措施

研究表明，灌木叢有明顯的肥力作用，對森林土壤性狀的維持十分重要。為調整林分結構，提高人工林的綜合生產力，在樟子松純林內栽植胡枝子、沙棘、暴馬丁香等鄉土灌木，闊葉灌木枝葉茂密且枯枝落葉量大，能有效地減少林區水分蒸發，顯著改善土壤結構；同時利用胡枝子的固氮特性，來改善樟子松土壤養分組成。在此基礎上，發揮鄉土灌木藥用、實用、綠肥及飼料等多種價值，實現生態與經濟社會效益的綜合提升。

2.3.3 樟子松+喬木：形成“針+針”、“針+闊”的帶狀混交林

沙地防護林往往采用帶狀混交。在現有純林間伐的基礎上，選擇彰武松、赤松、油松形成“針+針”的帶狀針葉混交林，也可選擇榆樹、小鉆楊、河北楊、山杏、刺槐等闊葉喬木形成“針+闊”的帶狀針闊混交林。

3 結論

引種地樟子松人工林的衰退是多種生物與非生物因素綜合作用的結果。通過文獻查閱、野外調查研究，明確了造成榆林沙地樟子松人工林衰退的主要原因，并在此基礎上提出了三種混交林營林措施：(一)樟子松+地被：形成“林藥間作”、“林草共植” 的農林(牧)復合經營模式；(二)樟子松+灌木：形成針闊混交的復合經營措施；(三)樟子松+喬木：形成“針+針”、“針+闊”的帶狀混交林。通過營造混交林來增加林分水分、增加物種多樣性、提高土壤肥力、改善養分狀況及提高林分結構的穩定性和生產力、增強森林整體抗逆性等，可為解決人工林衰退、提高人工林生態系統的穩定性、促進森林可持續經營技術與模式的形成提供理論參考。