砒砂岩区人工林的研究现状

兰建 冯伟风 蒋林葳 殷会玲 刘亚东 张春光

1河南建筑材料研究设计院有限责任公司（450002）2天津市建筑科学研究院有限公司（300000）

砒砂岩区人工林的研究现状

兰建1冯伟风2蒋林葳1殷会玲1刘亚东1张春光1

1河南建筑材料研究设计院有限责任公司（450002）2天津市建筑科学研究院有限公司（300000）

文章对砒砂岩区人工林的研究进行总结，分析了人工林的不同配置现状，不同乔木、灌木的纯林和混交林在砒砂岩区的适应性、生长状况、对环境的影响及其产生或存在的问题。

人工林；油松；沙棘；小叶杨

砒砂岩广泛分布于黄河流域以晋陕蒙接壤区为中心的区域,面积约1.7万平方公里[1]。由于该地区气候干旱、降雨量少、植被稀疏且呈破碎状分布、风大沙多且暴雨集中，再加上其特殊的地形及土壤组成物质，使得这一区域土壤侵蚀模数高达3~4万t/km2·a[2],成为我国土壤侵蚀强度最大的区域。这一被称为“环境癌症”的水土流失问题历来受到国家的高度重视，自20世纪80年代以来，通过不断加强对砒砂岩区的水土保持综合治理，一定程度上遏制了砒砂岩地区水土流失的恶化。人工林不同的配置模式对环境的适应性、对环境产生的影响有所不同，是人工林研究的重要方向。

1 人工林配置模式

自退耕还林、还草工程实施以来，经过人工植被的种植、管理和自我修复更新，目前已经在一定程度上改变了砒砂岩区光秃秃的面貌，形成了斑状分布的生态系统。目前砒砂岩区的人工植被主要是乔木、灌木和半灌木。乔木主要包括杨树、山杏、山桃、油松、樟子松、刺槐等，灌木主要包括沙棘、柠条、羊柴、沙柳、乌柳、黄刺玫、花棒等，较少种植草本植物，其中包括沙打旺、胡枝子、紫花苜蓿、羊草、冰草等。在砒砂岩区进行人工林的种植一般包括纯林和混交林两种。

1.1 以乔木为主的人工林地

1.1.1 油松为主的人工林

1）油松纯林

油松是砒砂岩区的乡土树种，抗干旱、耐贫瘠，为浅根系树种，可在砒砂岩坡度小于30°的坡面上良好生长。一般选择1~2年生的油松幼苗进行栽种[3]。马飞等[4]通过研究油松对干旱胁迫的生理生态反应，认为油松通过调节自身特性、生物量分配模式以及水分利用效率来增强应对干旱的能力。李吉跃等[5]的研究表明，油松的抗旱特性属于耐旱性中延迟脱水(即抗脱水)一类，具有较高的植物水合补偿点和较低的土壤水合补偿点,能在严重的干旱条件下进行微弱的光合作用。通过对准格尔旗试验区引种栽培的45种针叶和阔叶树进行试验和数据分析，表明油松在砒砂岩、黄土和风沙土上的生长均好于其他树种[6]。金争平[7]对油松在不同土质坡面的生长状况调查表明，油松在砒砂岩坡地的生长量>沙土坡生长量>黄土坡地生长量。在对油松林地密度的研究中表明[8]，油松林密度为1 m×3 m时郁闭度最高。虽然由于郁闭度高造成蒸腾增多，但其总蒸散量小于2 m×3 m、3 m×3 m等种植密度较小的油松林。不过，当密度较大时，林间草地面积、种类和长势较差，有不少地段裸露，畜牧业利用效益低，同时固土能力有限。李国雷[9]则通过对不同树龄的油松人工林地土壤质量进行研究，提出土壤碱性磷酸酶、速效钾、有机质和转化酶可以作为其林地土壤评价指标，为林地伴生物种的选择提供依据。另外，关于油松的研究多集中于油松的抗旱性和生长量等方面的研究，砒砂岩区油松人工林伴生物种以及病虫害方面的研究还很少涉及。

2）油松×沙棘混交林

油松×沙棘混交林，在幼林期，沙棘生长比油松快，水平根系发达，而且有根瘤的沙棘根系增加林地的氮素含量，使土壤得到改良并给油松幼树生长提供了营养物质丰富的土壤环境。王愿昌[10]的调查结果显示，与油松混交的沙棘长势不良、成活率低，这主要是因为油松成林后往往影响到灌木树种的生长，这也是次生树种沙棘长势不良的原因。

1.1.2 以小叶杨为主的人工林

1）小叶杨纯林

小叶杨喜阳、生长速度快，耐贫瘠、耐干旱，根系发达，其作为黄土高原丘陵沟壑区荒地植树造林的主要树种已经有60年的历史[11]。就目前而言，小叶杨人工林在砒砂岩区仍是植树造林的主要树种之一，林地坡度多小于15°。张婷等[12]对小叶杨人工林物种多样性及群落稳定性进行分析，认为小叶杨林地的闭郁度并不高，林下阳性植物入侵，形成相对浓密的灌木层和草本层，乔木层盖度为0.4~0.6，灌草层盖度为0.3~0.5，达到了水土保持的效果。但认为其不能较好的实现自我更新，不适于作为造林树种。焦峰等[13]通过对不同坡位的土壤环境进行研究，认为坡下部的含水率高于中部和上部，小叶杨的长势也相对较好。同时，研究表明小叶杨林地在100 cm以下土层均存在明显的干层，厚度可达270 cm。他们认为由于速生对水分需求大，造成土壤干化程度过高，即使降雨也很难补充。从目前的研究来看，虽然小叶杨耐旱、耐贫瘠，但是由于生长快，需水量大，蒸腾量大，当地的降雨很难维持其大面积的成林，认为可有限度的在沟道内少量栽种成疏林，不宜大面积成林，否则难以避免小老林等经济效益低下的林地。

2）小叶杨×沙棘混交林

小叶杨与沙棘混交林是一种乔灌混交林，小叶杨是林地的骨架林木。研究表明，该混交林可有效提高生物量，可达到纯林生物量的195%。这主要是混交林改善了林地养分和水分状况，改善了林地的小气候，增强了生态系统的稳定性，提高了抗病虫害能力[14]。而沙棘是一种非豆科固氮树种，能与弗兰克发射菌形成非豆科固氮系统，将大气中的分子态氮同化形成植物器官的营养物质，混入土壤后使得土壤系统内氮素储量大幅度增加，显著改善了小叶杨的土壤环境[15]，混交林通过改善土壤有机质，改善小气候条件，保持水土，从而促进了小叶杨的生长，是适于黄土丘陵区发展的混交林类型。但也有研究表明，混交林虽然改善了土壤环境，提高了地表植被覆盖率，但是由于形成林地闭郁度高，蒸腾量大，土壤干层严重[16]。目前，针对小叶杨沙棘混交林的研究集中在沙棘对土壤以及小叶杨生长的影响方面，证明了这种配置模式的优越性，但是缺乏对混交林中不同植物相互影响机制的研究以及林木生长机制和抗病虫害能力的研究。但是，综合当地气候、水分条件以及造成的林地土壤干层问题，这种混交林在砒砂岩区的推广受限。

1.2 以灌木为主的人工林

1）沙棘林

沙棘是半干旱地区水土保持的先锋物种、经济林种。沙棘耐旱、耐寒，能耐60℃地面高温和-50℃的严寒。对立地条件要求不严，在山顶、沟谷均可以良好生长，特别是沙棘可以向70°的陡坡地扩展生长[17]。沙棘属于浅根系树种，水平根系发达，生长可以超过10 m，能从土壤中吸收水分和营养。沙棘依靠根瘤菌固氮提高土壤肥力，根蘖繁殖能力强，一般3~5年可萌生许多根蘖苗。根据调查，人工种植沙棘林2~3年后开始萌檗出串根，每年水平扩展1~3 m，平均单株沙棘第二年可产生10多株幼苗。当沙棘覆盖度超过50%，土壤侵蚀量可减少70%。当沙棘栽种5~6年,即可逐步形成茂密的林草群落，覆盖率可达到80%以上。另外，沙棘营造的林地中，土壤含水率有明显提升,土壤中微生物也较为丰富，其在改善生态环境中起着至关重要的作用。调研结果表明，沙棘的种植有效的改善了生态环境，对沟谷的溯源侵蚀、下切侵蚀和侧蚀行为起到了很好的遏制作用[18]。但是，当该区长时间过度干旱，沙棘会遭遇木蠹蛾病虫害，而出现大面积死亡，主要原因是缺水造成沙棘抗病虫害能力低，同时由于树种品种单一，管理不善，营造林地出现退化。同时，沙棘需要三五年一次平茬，否则影响其生长和无性繁殖。由此可见，沙棘可以在砒砂岩区大面积推广种植，但是需要适当的人工管理，同时要加强对沙棘抗病虫害能力的研究，并进行混交林的建设或者改良沙棘品种，提高其抵抗自然灾害的能力[19]。

2）柠条林

柠条是砒砂岩区分布最广、面积最大的豆科灌木树种。调查资料显示，准格尔旗有13.3万hm2柠条林，主要包括中间锦鸡儿、小叶锦鸡儿、狭叶锦鸡儿等。柠条抗干旱、耐贫瘠、易成活、寿命长，抗病虫害能力强，还是一种优良的牧草作物[20]。研究资料表明，在干旱频发的1997~1999年，人工沙棘林遭遇大面积的干旱和病虫害，但是柠条长势良好，成为饲料主要来源[21]。柠条对立地条件要求不严，但是研究表明，柠条适宜在梁上生长，适宜生长在疏松的沙地土壤上。柠条可以在干旱地区进行条状播种种植，能促进当地草本植被的恢复。柠条群落的伴生物种单一，不如沙棘林多，主要是百里香、绵蓬、针矛等野生草本植物。由于柠条根据长势一般3年需要平茬，否则生长受限，极大影响其水土保持效果，其种植也受到一定限制。

[1]黄宝林.扎根砒砂岩不渝水保情——记内蒙古有突出贡献的水保科技工作者侯福昌[J].中国水土保持,1994(1):54-55.

[2]姚文艺,时明立,崔长江.黄河泥沙问题研究综述[J].黄河水利职业技术学院学报,2004,16(1):1-4.

[3]侯卫东,蒋莉莉.浅谈油松的育苗种植技术[J].甘肃林业, 2003,3(27):30-31.

[4]马飞,姬明飞,陈立同.油松幼苗对干旱胁迫的生理生态响应[J].西北植物学报,2009,29(3):548-554.

[5]李吉跃.油松侧柏苗木抗旱特性初探[J].北京林业大学学报,1988,10(2):23-30.

[6]金争平.砒砂岩区水土保持与农牧业发展研究[M].黄河水利出版社,2003.

[7]金争平,贾志斌.不同治理措施植被恢复效果的初步研究[J].干旱区资源与环境.2001,15(3):57-62.

[8]金争平,苗宗义.水土保持与土地资源和环境——以黄土高原准格尔旗试验区为例[J].土壤侵蚀与水土保持学报, 1999,5(2):1-7.

[9]李国雷,刘勇.油松人工林土壤质量的演变[J].林业科学, 2008,44(9):76-81.

[10]王愿昌,吴永红.砒砂岩区水土流失治理措施调研[J].国际沙棘研究与开发,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]张婷,张文辉.黄土高原丘陵区不同生境小叶杨人工林物种多样性及其群落稳定性分析[J].西北植物学报.2007,27 (2):340-347.

[13]焦峰,温仲明,焦菊英.黄土丘陵区人工小叶杨生长空间差异及其土壤水分效应[J].西北植物学报,2005,25(7): 1303～1308.

[14]宋西德,侯琳.黄土高原丘陵沟壑区小叶杨沙棘混交林研究[J].西北林学院学报,2001,16(2):15-17.

[15]宋西德,罗伟祥,侯琳.侧柏、沙棘混交林效益研究[J].水土保持学报,1995(4):113-117.

[16]苏炳林.沙棘特性及在生态系统建设中的作用[J].河北农业科技,2004(7):4-5.

[17]贺斌,李根前,徐德兵.沙棘克隆生长及其生态学意义[J].西北林学院学报,2006,21(3):54-59.

[18]王鑫.沙棘病虫害研究进展[J].防护林科技.2010,99(6): 58-60.

[19]朱岷,张义智.柠条在库尔勒的适应性分析[J].草业科学, 2008,25(8):148-149.

[20]王志会,夏新莉.我国柠条抗旱性研究现状.河北林果研究.2006,21(4):388-391.

[21]李耀林,郭忠升.平茬对半干旱黄土丘陵区柠条林地土壤水分的影响[J].生态学报,2011,31(10):2727-2736.