人工促进石灰岩山地侧柏纯林演替理论与实践

汪为群，葛成立*，林文涛，韩振美，苏振武，叶长珠，朱绍辉，赵孟芳

（1.徐州市农业老科技工作者协会，江苏 徐州 221003；2.铜山区林业局，江苏 徐州 221000）

人工促进石灰岩山地侧柏纯林演替理论与实践

汪为群1，葛成立1*，林文涛1，韩振美1，苏振武2，叶长珠2，朱绍辉2，赵孟芳2

（1.徐州市农业老科技工作者协会，江苏 徐州 221003；2.铜山区林业局，江苏 徐州 221000）

对徐州石灰岩山地侧柏纯林生态进程分析，找到了中龄林侧柏纯林生态退化原因，提出人工促进侧柏纯林演替的方向、原则和演替方法，通过开林窗补种演替树种，阐述人工促进演替的长期性、阶段性、连续性的生态营林理念和逐步建立乔灌混交，针阔混交的多树种、多功能较为稳定的和谐森林植物群落理念。用森林生态学原理，采取人工措施，按生态营林方向实现侧柏林进展演替。

侧柏纯林；生态进程；生态退化；演替方向；演替方法

徐州位于江苏西北，地跨东经116°22′～118°40′，北纬33°43′～34°58′，地处暖温带南缘。气候属半湿润季风气候，是暖温带向亚热带气候的过渡地带［1］。境内石灰岩山地有侧柏纯林13 333.333 hm2以上，目前已进入中龄林阶段，林龄50 a以上，由于侧柏是阳性的造林先锋树种，现生态功能已逐年退化，故生态演替已是刻不容缓的事，为此，2009年徐州农业老科协与铜山县林业局，赵疃林场合作，在林场狼山建立了7.8 hm2生态演替试验示范区，历经3 a，经过试验区区划，人工开设林窗，林窗内补植造林树种，一个多树种针阔混交，乔灌混交的雏形基本确定，阔叶树种已占林分面积30%，人工促进侧柏纯林演替可行性得到初显，现就其有关理念和实践论述如下。

1 国内外有关森林演替理论研究概述

1.1 森林演替

森林演替这一概念最初出现在18世纪欧洲林学家的一些著作中，演替一词是John Adlum在一封信首次应用。1830年以后，欧洲一些职业林学家和植物学家把观测到的关于森林组成改变的现象作为其专论的题目进行研究，发现森林在采伐后，形成森林的一些树木种类有相互代替现象，提出并确定森林演替和先锋树种的概念［2－4］。进入20世纪，美国和欧洲林学家进一步研究，才有一套较为完整演替的理论，其中主要有机体论学派和个体论学派。机体论学派把演替过程视为一个有机体生长发育过程，经过几个离散阶段发育发展到顶极的有序过程；个体论学派认为群落演替只是种群动态的总和，无序且不可预见，植物聚集偶然。

1.2 森林演替与森林动态化进程

森林演替是由干扰引起的，干扰又是森林动态化驱动力，促使森林演替，干扰又分内部因素（包括林木衰老，死亡，形成“小老树”病弱树、枯立木）和外部因素（包括自然灾害如火灾、台风、干旱、暴雨、涝灾、地震等），将干扰状况与林木的生长发育结合一起，就形成森林动态化进程，产生森林群落的变化，开始森林的演替。

1.3 关于森林群落演替的类型划分

按照演替发生的初始环境可分为原生演替和次生演替，原生演替指在原生裸地（植物完全没有生长过的地方）上植物群落的演替，次生演替指次生裸地上地面植物虽不存在，但仍保留原来群落中的植物繁殖体，如种子、根系等。按照演替发展的方向，又分为进展演替、逆行演替和循环演替，进展演替是植物群落由低级阶段向高级阶段发展的演替，逆行演替是植物群落由高级阶段退行至低级阶段的演替，循环演替是群落内部种类组成的循环变化。按照演替过程的时间长短，可分为地质演替和生态演替，现在通常所提及的演替都属于生态演替的范围，在时间上可分为几十年到几百年的长期演替和几年至几十年的快速演替。

1.4 森林群落演替的机制

很多学者研究认为演替有促进、忍耐、抑制3种模式。促进模式属于原生演替和次生演替，即在演替初期很多物种能够到达群落，但只有先锋树种能够生存，先锋树种改变了群落内部的环境，却有利于演替后期的发展，从而导致物种更替，而其他2种模式并没有先锋树种阶段，处于晚期演替的阶段，这3种演替模式可以相互交替，共同起作用。

2 徐州石灰岩山地生态恢复的进程

历史上的徐州石灰岩山地是岩石裸露的荒山，始于何年已无从查起，原生森林植物种类也无法认定。从现代沉积物中采集到植物散落的花粉和孢粉分析，可以从中找到一些线索［3］。针叶树花粉中以松柏属植物为主，阔叶树花粉中，以栎属、榆属、桦属植物为主，另外还有木兰属、槭属、漆属等植物，依据这些花粉判断距今3 000 a以上，现在石灰岩山地保存的一些古树名木与上述分析结果基本一致。

2.1 建国前石灰岩山地的状况

建国前石灰岩山地生态恢复未能取得成功，根据近代历史资料，徐州石灰岩山地生态恢复始于清代末年。1903年时任徐州知府袁大化曾发布公告，制定奖励办法，鼓励群众承包荒山造林或集资入股承包荒山，辛亥革命后民国政府也将荒山绿化列入政府议事日程。从1919年徐州成立农事试验场以来，相继建立铜山县林场、徐州林务局、林业试验场，每年植树节，政府对社会无偿发放树苗，号召群众植树造林，并在各地举行义务植树纪念活动，但由于兵荒马乱、战争频繁，这些活动均未取得成效，仅徐州云龙山兴化寺、大士岩周边6.667 hm2以上保留一些残存的阔叶树，如朴树、青桐等，其他地方仍是荒山秃岭，石灰岩山地生态环境仍处于恶化状态。

2.2 石灰岩山地的生态绿化治理

建国后石灰岩山地生态环境着手治理，1948年徐州解放后，立即制定了保护山林的法规，把恢复生态环境列入政府议事日程。1951年3月成立以市长张光中为主任的植树造林委员会，1952年10月25日毛泽东主席来徐州视察又登上云龙山发出了“绿化荒山，发动群众上山造林，把穷山变富山”的号召。1960年3月，胡耀邦同志又在徐州召开了全国10省市青年向“三荒”进军誓师大会，又在3月13日在凤凰山东坡举行了义务植树活动，自此徐州人民历经十余年艰苦奋斗，动员开展工、农、兵、学、商全民义务植树活动，在这个过程中不断总结经验教训，最终选择了以侧柏、刺槐作为造林先锋树种取得成功，使石灰岩山地生态环境开始恢复。据1964年统计，80%的荒山得到绿化，总面积为20 000 hm2以上，其中侧柏林13 333.333 hm2，成为石灰岩山地生态进程的转节点。

2.3 幼龄期石灰岩山地侧柏林森林群落的状况

进入幼龄期侧柏林植物群落较为丰富。这个时期林内光照充足，物种丰富，侧柏生长势旺盛、树冠丰满，乔灌结构明显，森林小气候，土壤肥力得到提高，据1983年泉山保护区5个样地调查，林龄25 a侧柏林，每667 m2平均300～400株，林分郁闭度0.45～0.55，平均胸径4～5 cm，灌木层总盖度40%。出现频度较高的截叶铁扫帚、多花胡枝子、柘树、酸枣等，草木层总盖度20%～24%，出现频度较高的是地榆、荩草、茜草、益母草等10种以上草类。随着林龄增长，生态逐年变化，在森林自然保护区的泰山西北部调查，30年生侧柏林林木密度每667 m2508株，平均胸径6 cm，林分郁闭度大于0.9，灌木层盖度仅4%［1］。以上说明随着幼龄林年龄增加，郁闭度加大，侧柏林内生物种类也逐年减少。

3 步入中龄林侧柏纯林的生态退化

20世纪末，徐州人工侧柏林林龄40 a以上，已步入中龄林，这个时期森林结构、林木生长量、林内物种数量，林内土壤、气候等都发生了明显的变化。反映以阳性树种侧柏组成的纯林生态功能已逐年退化。

3.1 林木长势老化严重

据调查，40年生侧柏林，平均胸径6～8 cm，单株立木材积0.013 5 m3，而同龄林孤立木侧柏胸径20 cm左右，单株立木材积0.165 4 m3，分别是侧柏纯林平均生长量的2.86和12.25倍，反映林木长势老化，呈现“小老树林”现象。

3.2 林相衰退

据调查，40年生侧柏林密度每667 m2平均为200～350株，在拉犁山及泉山部份地区，林分密度高为每公顷10 500～12 000株，郁闭度达0.95左右，林内无光照，地表光秃，林下无植被，林木内膛干枯，产生的大量枯枝、树叶集中于树冠表层，仅占树冠体积15%～20%，林相严重衰退。

3.3 森林内物种逐年减少

林下灌木层、草本层已经不存在，酸枣、柘树、胡枝子、茅莓也很少见，近10 a森林鸟类和森林动物（如野兔等）也逐年减少，林内呈现“绿色沙漠”的境界，与20 a前相比，物种多样性也明显衰退。

3.4 森林生态功能减弱

由于绿色枝叶减少，其森林调节气候及吸尘能力、净化空气能力、涵养水源能力、分泌杀菌素能力随之下降，生态效益明显减退。同时，森林病虫害明显增加［5］。由于林内物种减少，天敌生存发育受到抑制，一旦适宜，森林病虫害可能大暴发。因林木衰弱，也给侧柏蛀干性害虫大发生创造了机会，有毁灭侧柏林的可能。

4 石灰岩山地生态演替进程分析

森林群落是一个动态化发展过程，当侧柏作为先锋树种取得造林成功形成侧柏纯林时，随着时间向前推移，群落就不断发生变化，在每一个生长发育阶段，森林群落具有不同的特征，幼林龄的侧柏林植物种群丰富，乔、灌木层次明显，植物群落与其生长环境相适应和谐发展，但步入中龄林后，先锋树种需要强阳光照射，环境逐步不适应，森林群落发生变化，形成缓慢衰退，因此石灰岩山地植物群落是一个动态化发展进程。

4.1 石灰岩山地新中国成立前森林植物群落的演替分析

徐州石灰岩山地新中国成立前，自然演替未能取得成功。在这段历史中，未有山林成林记载。按现在研究理论认为，植物群落演替应该是裸露岩石－地衣群落－苔藓群落－旱生草本群落－灌木群落－乔木群落，而徐州新中国成立前石灰岩山地恢复到了草本和灌木相互交错的时候，便停止了群落演替，几百年都没有进入乔木群落阶段。分析其原因有①土层浅薄，土壤瘠薄，气候干旱，缺乏种子发芽的土壤；②缺乏演替树种的种源；③缺少生态营林理念；④军阀混战导致人工林破坏严重。

4.2 生态退化的侧柏纯林自然演替分析

生态退化的侧柏纯林有逆行演替的可能。逆行演替是植物群落由高级阶段退行至低级阶段的演替。按侧柏纯林现状分析，有2种逆行演替可能性。第1种演替，衰退侧柏林会引起森林病虫大发生，如侧柏毒蛾大发生会造成林木枯死或林木老化，随之蛀干害虫小蠹虫大发生，侧柏纯林将毁于一旦，与南方马尾松林一样会形成裸地；第2种演替，侧柏纯林退化后，病弱林木逐年增加，部分林木死亡，林木稀疏后，如构树等一些非目的演替树种种子随鸟类传入侧柏纯林中，迅速长大后又制约侧柏纯林正向演替，构树进入后将会形成片林，随之桑天牛大发生，又会造成林木大片死亡，生态环境又会退化至裸地。

4.3 人工促进侧柏林生态演替分析

人工促进侧柏纯林进展演替是徐州石灰岩山地侧柏纯林演替的正确选择。进展演替是植物群落由低级阶段向高级阶段的演替。从徐州石灰岩山地生态进程分析，它是在人工促进下形成的侧柏纯林，又在人工培育下进入了中龄林，这是一种进展演替的体现，当前中龄林侧柏林生态退化实现进展演替还必须依靠人工促进的方法。按照森林生态学理论，自然演替从先锋阶段到过渡阶段演替时间较长，存在很多不确定因素，因此只有通过人工方法增加地带性植物种类，才可以改善森林结构，促进森林植物群落的稳定性，快速演替的方式实现进展演替。

5 人工促进中龄侧柏纯林演替的方向与原则

5.1 人工促进演替的方向

人工促进中龄侧柏纯林演替应该建立以地带性树种为主体的和谐森林植物群落。按照营林目标，选择不同类型的树种，实行定向演替。如风景林树种演替区，选择调整森林季相、色相树种，如黄栌、枫香树、鸡爪槭、盐肤木、黄连木等。保健林树种演替区，选择有芳香、能分泌杀菌素及产生负氧离子的树种，如苦楝、核桃、国槐、紫薇、桧柏等。药用林树种演替区，选择可以花、果、叶为药用的树种，如杜仲、连翘、桑树等；地带生态林树种演替区，选择代表地带性，生长好，防护能力强的树种，如青桐、栾树、青檀、榔榆、五角枫、苦楝等，以此进一步形成侧柏生态林的生态环境，最终建立多树种、多层次、多功能的森林植物群落。

5.2 人工促进演替的原则

人工促进森林演替应按照自然规律，采取人工措施，加快演替，建立和谐森林群落。为此遵循如下原则。

5.2.1 循序渐进原则 现阶段科学研究尚没有完整的森林演替模式，人工促进森林演替尚需要有一个过程，即演替树种与环境（土壤、气候、光照）的适应过程和树种与树种搭配适应过程，因此要在人工促进的措施中遵守循序渐进的原则。

5.2.2 点面结合原则 徐州13 333.333 hm2以上的石灰岩山地侧柏纯林历经50 a以上，石灰岩山地立地条件存在差异，导致生态退化状况也存在差异，因此要按生态退化状况，选择有代表性林班、小班设立示范试验区，取得经验后再给予推广。同时，在示范区实施过程中，对其他侧柏林定期开展抚育间伐，改善中龄光照条件，恢复树势，延缓生态退化。

5.2.3 适地适类型适演替树种原则 以立地类型为单位，配置适合的演替树种，选择适当造林方法种植，人工促进演替。徐州石灰岩山地土壤瘠薄，裸石在地表的分布无一定规律，土壤分布无规律，故1个山坡或1个山头存在多样立地类型。因此选择演替树种也有明显差别，需以立地类型挑选适宜演替树种和选择造林方法，才能确保人工促进演替的效果。5.2.4 演替树种多样化原则 选择演替树种要多样化，即要有乔木树种，又要有灌木，实现阴、阳、中性树种搭配，以地带性树种为主，对引种成功的树种也应该纳入演替树种选用的范围。

6 人工促进侧柏纯林演替的主要作业内容

6.1 做好人工侧柏纯林专业调查

通过历史档案和实地调查，了解侧柏纯林各林班、小班现状，找出其林分郁闭度、密度、林木生长量、立地条件、土壤种类，土壤肥力及地面岩石裸岩情况。根据档案资料，逐一核实，查找侧柏纯林生态退化的主导因素，制定人工促进侧柏纯林演替方案。明确每个林班小班演替方向，排列分年度计划，编制工程技术规程，有序、逐步实施。

6.2 普遍实施人工侧柏林抚育间伐

通过抚育间伐强度调整密度，改善林内透光条件，促进林下有机质分解，提高森林土壤肥力，让保留的侧柏再产生新枝叶，恢复林木生长势。同时，去除林内病弱树、枯立木、过密树，遏制侧柏纯林生态退化。

6.3 开设林窗，窗内人工辅助造林

打开林冠，分阶段、分年、分批开设林窗，在林窗内采取人工措施辅助造林（包括植苗造林，容器苗造林、直播造林），每阶段林窗面积不突破林分总面积30%，以复式林窗为主。让一些地带性阔叶树在林窗内正常光照条件下生长发育，为调整森林结构和树种组成成份奠定基础。

依据适地适树原则，精心整地、精心选择树种，采用良种壮苗造林，将现有侧柏纯林逐年分批向针阔混交林过渡，再逐步过渡到以地带性落叶阔叶树为主体，侧柏为辅助的地带性森林植被。

6.4 人工促进生态更新演替

6.4.1 扩大种植母树种源 有目的沿山坡和风向上方种植演替树种，让其结实，借助风力等将种子传播到林中，常见乡土树种有臭椿、枫杨、青桐、青檀等。

6.4.2 注重鸟类传播种源 鸟类捕食森林果实，将种子带到林中，为演替提供了种源，最常见可用的树种有构树、桑树、苦楝、重阳木、棠梨、乌桕等。

6.4.3 为传播的种子提供发芽生长条件 主要保持林下土壤疏松湿润，有利种子发芽；保持林分有一定的光照，有利种苗生长，并加强管理，有利于成活生长。

6.4.4 建立森林生态监测体系 主要是掌握侧柏林生态演替进程，防止偏离地带性森林植物群落方向，随时采取营林措施调整森林结构，促进山地森林向生物多样性稳定的森林群落方向发展，更好发挥其生态屏障功能。

7 问题与讨论

（1）森林演替是森林生态学的核心内容之一，人工促进演替过程就是建立和谐森林的过程，而和谐森林就是在植物群落之间，森林与动物之间，森林动物之间以及森林植物群落与环境（土壤、地形、气候、水分）之间建立的相互依存、相互补充、互相促进、协调发展、和谐相处的森林植物群落。它是采取人工辅助措施最终完成的一个较为稳定的可持续发展的地带性森林植物群落。

（2）要充分认识人工促进侧柏林演替的长期性，连续性，阶段性。分阶段采取人工措施，才能保证侧柏纯林演替进程，实现这个目标初步预测大约需30 a。

第1阶段，在第5～10 a内开设林窗，人工辅助造林，让引入的演替树种成林，形成林冠上层林木，并具结果能力，使混交林雏形初步形成。第2阶段为第10～20 a，进一步开林窗，扩大演替树种种植面积，让新森林植物群落初步形成。第3阶段为第20～30 a，演替树种开始大量结果，人工促进演替。调整森林各树种组合和密度，森林郁闭度，保证林内通风透光条件。人工促进演替30 a后，侧柏林林龄开始进入近熟龄期。这时森林应以演替树种为主，侧柏树种为辅，实施搭配，使之形成相互依托，相互促进，多树种的格局，最终形成地带性稳定森林群落。在这长期过程中，生态监测极为重要，要掌握人工促进演替中森林变化过程，防止偏离演替方向。

（3）必须明确侧柏树在人工促进森林演替中的地位。徐州石灰岩山地立地条件恶劣，裸石多，土层薄，土壤保肥保水能力差，对部分演替树种，很难长成胸径40 cm以上大树［6］。而侧柏的生命力极强，根系发达有穿透力，耐干旱、瘠薄土壤，对稳定石灰岩山地生态环境能起很大作用。当前石灰岩山地侧柏纯林生态退化是生态环境不平衡造成的。侧柏生长需要良好的营养和光照，郁闭度大的侧柏林地难以满足。过分疏伐和开窗透隙解决光照又易产生林间大空间，故必须让稍耐阴树种进入侧柏林内才能调整森林结构。侧柏是寿命长的树种，主伐年龄应在100 a左右，而其他阔叶树种的主伐年龄仅50～60 a左右，因此石灰岩山地森林植物群落演替中，应当考虑侧柏在不同阶段群落中的地位。

（4）要促进石灰岩山地侧柏林良好的生态演替，必须创建侧柏纯林演替的科技示范园。人工促进侧柏纯林演替工程是一项系统工程，周期性长，当前国内科研工作也正在起步，但大部分是单项研究，尚未见演替周期性研究报道。因此该项工作有一定深度，急需很多技术依托，科研和实践的积累。为保证此项事业开展，政府决策部门应将其列入生态环境建设的范围，列入国家、地方科技长远规划，分片、分地、分点由科研单位、大专院校、森林林权单位进行全方位密切合作，组建科技示范园，不断摸索新技术，为人工促进侧柏林生态演替提供有效的模式和技术示范。

［1］ 江苏省徐州泉山石灰岩森林自然保护区考察报告［C］.1983.

［2］ 黄志强.江苏北部沂沭河流域胡泊演变的研究［M］.徐州：中国矿业大学出版社，1990.

［3］ 李俊清.森林生态学［M］.北京：高等教育出版社，2006.

［4］ 苏智先，王仁卿.生态学概要［M］.北京：高等教育出版社，1989.

［5］ 黄宝龙.江苏森林［M］.南京：江苏科学技术出版社，1998.

［6］ 徐州市农业区划办公室.徐州市农业资源与综合区划［M］.南京：江苏科学技术出版社，1991.

S791.38；S718

A

10.3969/j.issn.1001－7380.2015.01.011

1001－7380（2015）01－0048－05

2014-11-06；

2014-12-05

徐州市科技发展项目“徐州石灰岩山地侧柏纯林生态演替技术的研究”（除科技［2010］137号）

汪为群（1941－），男，安徽歙县人，高级农艺师，大学本科毕业，研究方向：农林业发展。

*通信作者：葛成立（1940－），男，江苏泰州人，高级工程师，主要从事造林与森林经营等工作。