黄土高原塬区的植被属性探讨

王晗生

1.西北农林科技大学水土保持研究所, 陕西杨凌 712100 2.中国科学院、水利部水土保持研究所, 陕西杨凌 712100

黄土高原塬区的植被属性探讨

王晗生1,2,*

1.西北农林科技大学水土保持研究所, 陕西杨凌 712100 2.中国科学院、水利部水土保持研究所, 陕西杨凌 712100

塬区作为黄土高原上引人注目的重要人工植被区, 有关森林的问题多有不同的论述。为厘清事实而达到明辨,在分析植被地带性环境的基础上, 以人工林直接证据获取为重点, 采取直接证据与间接证据相结合的方法进行考证。着重于显域生境中龄林、成熟林, 尤其成熟林的渭北塬地人工林调查, 由区别于疏林的林冠郁闭程度(多数在 0.6以上)、持续稳定生长的过程(如从幼龄林起始终维持着较高的郁闭度)、特殊森林环境的形成(以林下特征灌木茅莓(Rubus parvifolius)以及层间植物杠柳(Periploca sepium)等的出现为反映)、大径材生产(林分的平均胸径可达14.36 cm)、成材利用和良好更新(采伐后第 2代萌芽林的发育)等正常立地反应, 表明了塬地人工林的森林特点。尽管广为种植的树种刺槐(Robinia pseudoacacia)在阳坡条件下的生长及成林状况较差(郁闭度0.27), 但耐旱树种油松(Pinus tabulaeformis)、侧柏(Platycladus orientalis)却相对较好。典型显域生境下的这种情况也符合森林地带森林生长分布的规律。除此直接说明塬地森林属性外, 主要根据关联程度高的现有天然林与塬面的空间关系以及土壤类型(褐土、粘黑垆土、灰钙土等)分布进行间接推证。并非所有塬面都是草原性的, 森林地带的塬面适合发育森林, 不能说因长期农作就不适宜。20—30多年来苹果(Malus pumila)等经济林的发展亦表明森林地带塬面森林潜在发育的普遍性。

黄土高原; 塬地; 人工林; 土壤类型; 天然林

1 前言

黄土高原农耕历史悠久, 受土地垦殖扩展的深刻影响, 该地区自然植被呈现破碎化的景观特征。现存天然林除在一些黄土沟谷中有少量分布外, 主要集中在多表现为垂直地带性现象的土石和石质山地[1-4], 诸如子午岭、黄龙山、崂山、六盘山、屈吴山、吕梁山等, 而广大黄土丘陵及塬地并无天然林存在。这种分布状况不仅密切表现为人类活动的干扰结果, 同时在本质上说也受制于植被水平地带性和垂直地带性主从关系规律的支配。与水热条件,尤其水分条件的变化相关, 黄土高原从东南至西北可区分为森林、森林草原、典型草原、荒漠草原等地带[1,3-9]。因此, 对于无天然林指示的黄土丘陵及塬地, 将其一概归于非森林区域, 或者认为它们原本就都是草原区域, 需要审慎对待。

黄土高原原生植被已破坏殆尽, 取而代之为各种次生植被以及人工植被。长期以来以治理水土流失为主要目标, 进行了大面积的人工林建设, 由目前成林、成材的情况看, 最成功的造林发生在其东南部; 愈往北及西北方向, 林木生长多不正常而形成了大量的所谓“小老树”。可见降水量较多的黄土高原东南部, 森林发育条件相对优越, 具有良好的宜林性质[9]。事实上, 东南部森林地带的划分, 除掌握残存自然植被的现状及演替关系、环境条件及空间关联、生态梯度变化外, 正常生长的人工林也是重要的参考依据。在原生植被无踪可循、天然林又缺失的情况下, 利用持续稳定生长的人工林来表征环境特征, 具有同样的可靠性[8,9]。

黄土高原东南部的沟壑中能够发育森林, 人们一般对此不产生怀疑, 但对其塬面却有不同的看法[6,7,10], 尤其从黄土中的孢粉、植物硅酸体、分子化石等多个方面揭示古植被, 其草原性质分析不支持塬面为森林发育环境[6,7,11-13], 尽管前述植被地带性已表明了其森林属性。被质疑的根源所在, 终究是因塬面长期规模化垦田而缺乏直接的森林植被证据。约在80年代初开展的塬区造林立地类型划分及适地适树研究[14-19], 其实就是从基本土地单元出发对塬区自然环境的剖析和认识, 但受“自上而下”自然区划的影响, 对塬区的植被地带性并没有进行明确的论述; 依据林木生长的效果评价[14-17]立地质量, 在指出不同土地类型或立地类型之间存在差异的同时, 并没有表明人工林发育的可能程度; 塬面甚至不涉及这样的评价[17-19]。鉴于人工林接近一个世代的生长表现是可靠判断立地宜林性或适地适树的关键[20], 本文重点通过样地调查, 进一步考察较高年龄人工林在黄土高原东南部塬区的生长反应,并结合分析其它方面的相关资料, 试图以充足的证据说明塬地的植被属性, 以期对确切认识黄土高原的自然环境以及对深入进行的植被建设有所裨益。

2 塬区概况

2.1 塬地及其分布

在以丘陵为主的黄土高原上, 塬地以比较平坦、宽广的地面而有别于丘陵的峁梁状。非连续集中的塬地主要分布于黄土高原西部、北部及中南部。西部塬地是在屈吴山、六盘山一线以西的祖厉河、宛川河流域, 甘肃会宁、榆中、靖远县一带。北部塬地位于鄂尔多斯高原以南的长城沿线最南端及无定河源头白于山, 陕西定边、靖边县一带。中南部塬地是在陕西延安、甘肃庆城、宁夏固原一线以南, 陕西关中“北山”以北, 东西介于吕梁山与六盘山之间的宁夏东南、甘肃陇东、陕西渭北、吕梁山南段西侧, 涉及千山以南的千河流域, 陕西千阳、陇县一带; 漆水河流域, 陕西麟游县一带; 漠西河流域, 陕西永寿县一带;泾河流域, 宁夏彭阳县, 甘肃庆阳和平凉市, 陕西麟游、长武、彬县、永寿、旬邑、淳化县一带; 石川河流域, 陕西淳化县、铜川市一带; 北洛河流域, 陕西延安市、宜君、白水县一带; 晋陕黄河峡谷两侧, 陕西延川、延长、宜川县以及山西大宁、乡宁、永和、吉县、隰县、蒲县一带。可见, 中南部是塬地主体。子午岭两侧的陇东、渭北塬地分布较广且塬面较大而相对完整, 其余因严重的土壤侵蚀和沟壑发育, 多表现为小塬和梁塬。著名塬地有董志塬、洛川塬、长武塬、白草塬等, 其中董志塬和洛川塬是黄土厚度中心地带之一, 可达150—170 m。

台塬多见于较大河谷两侧的高阶地, 由于高平地的地貌形态与塬地极为类似, 一般也将其称作塬地, 所谓黄土塬区包括台塬在内。虽零散分布于黄土高原, 但汾渭河谷平原及豫西黄土区以存在较大面积而显著突出, 其它如晋东南台塬。台塬亦可分为完整和破碎二种类型, 前者如渭河谷地平原北侧接壤“北山”南麓呈连续分布的渭北台塬, 后者如南侧接壤秦岭北麓呈断续分布的岐山五丈塬、蓝田白鹿塬、渭南阳郭塬等。

2.2 自然条件及植被地带

塬面向沟谷逐渐倾斜, 但坡度一般在1—3 °以下,唯有塬边的坡面比较明显, 尤其破碎塬的塬边坡度可达7—15 °。土壤主要为土、黑垆土、灰钙土等,不同区域的塬地或台塬有所差别。西部塬地属温带干旱、半干旱偏旱气候, 年均气温 6—7 ℃, 降水量250—400 mm; 植被地带为荒漠草原、典型草原。北部塬地属温带半干旱、半干旱偏旱气候, 年均气温7—8 ℃, 降水量 330—500 mm; 植被地带为灌丛草原、典型草原。中南部塬地属暖温带半湿润偏旱、半干旱气候, 年均气温8—13 ℃, 降水量500—620 mm;植被地带为森林草原、森林。汾渭河谷台塬、豫西及晋东南台塬都属暖温带半湿润偏旱气候, 年均气温8—14 ℃, 降水量 500—700 mm; 植被地带均为森林。若将中南部塬地区分, 包括子午岭西侧或甘肃陇东毗邻陕西渭北的区域, 即合水、正宁、泾川、灵台、宁县一带的部分塬地在内, 子午岭以东的陕西渭北塬地以及吕梁山南段西侧的晋西塬地, 同样都属黄土高原东南部森林地带, 其余为森林草原地带。森林草原地带的年均降水量一般为420—520 mm, 为半干旱气候, 而森林地带的年均降水量一般都在550 mm以上,为半湿润偏旱气候。

2.3 植被培育的有关特点

塬地和台塬易于耕作, 几乎均为农田, 基本上都经营旱作农业, 是黄土高原上重要的粮食生产基地。70年代渭北塬面上以北京杨(Populus pekinensis)、大官杨(P.dakuanensis)、新疆杨(P.albavar.pyramidalis)、合作杨(P.opera)、加拿大杨(P.canadensis)等为主营造的护路林, 以及以新疆杨、大官杨、箭杆杨(P.nigravar.thevestina)、泡桐(Paulownia elongata)等为主营造的农田防护林, 都曾有着成功的实践,成材利用尤为突出; 还可见到柿树(Diospyros kaki)、泡桐、核桃(Juglans regia)、花椒(Zanthoxylum bungeanum)等地埂林, 以及泡桐、枣树(Zizyphus jujuba)、柿树等与农作物的间作林。陇东、晋西塬地以及南部其它台塬也存在类似的混农林形式。

人工林多出于固沟保塬目的而营造, 因而在森林草原及森林地带的塬区沟壑中一般都有自 50年代, 尤其60—70年代以来建植的人工林, 树种主要是刺槐(Robinia pseudoacacia), 其它如油松(Pinus tabulaeformis)、侧柏(Platycladus orientalis)、山杏(Prunus armeniacavar.ansu)、小叶杨(Populus simonii)等。在个别塬面, 尤其偏远的一些塬面也可见人工林。刺槐引种栽培有近百年的历史, 在塬区已是被广泛应用的外来乡土化树种。据近期的森林资源清查, 陕西渭北(含部分低山丘陵)人工林的面积、蓄积分别占该区域森林总计的90.0%和89.8%, 而人工林的优势在于刺槐, 其面积、蓄积分别占人工林总计的 75.6%和 81.3%, 其它树种所占比例分别在6.7%和5.4%以下。

塬面尽管是旱作农业用地, 但值得注意的是,自80年代中期, 特别是90年代以来, 过去塬面零星种植的苹果(Malus pumila)、核桃等经济林, 尤其苹果, 深受当地群众的喜爱而得到大面积的栽培, 洛川、长武、白水等一些发展较早的地方, 塬面旱作果园蔚然成林, 现已完全改变了传统农业粮食生产的景观。洛川、富县、白水、淳化、长武、旬邑、彬县、乾县、礼泉等渭北塬区已成为陕西省乃至中国的苹果主产区。塬面苹果的日益扩增种植是森林地带甚至森林草原地带的显著植被变化特征。

3 研究方法

3.1 考证设计

包括许多塬区在内的黄土高原森林地带, 大量存在的以刺槐为代表的人工林为本项研究提供了现成的对象, 其中考察重点是显域生境人工林, 尤其可作为直接证据的塬面人工林。林龄偏低, 林木性状尚未充分展现, 不足以说明林分的长远稳定生长和森林特点, 因此也主要考察林分趋于稳定的中龄林、成熟林, 尤其成熟林。

在对中国科学院长武农业生态试验站所在地,即陕西长武县王东沟塬区的梁塬坡及沟谷人工林调查的基础上, 以及在得知山西吉县红旗林场[14]、甘肃陇东南部[15]、陕西渭北[16]、豫西黄土区的塬面上具有刺槐人工林生长的情形下, 面上扩大调查, 搜寻塬面人工林的生长、成林状况。通过向林业单位了解情况, 到访并勘察了人工林相对集中的一些林场, 如甘肃泾川县官山林场(高平镇, 1974年建立),以及陕西彬县西庙头林场(底店乡, 1963年建立), 长武县红星林场(巨家镇, 1970年建立), 永寿县槐平林场(永平乡, 1958年建立)、马莲滩林场(渡马乡, 1965年建立)和马坊林场(马坊镇, 1965年建立)。西庙头林场、槐平林场是在千山余脉永寿梁自身范围内的梁状丘陵区, 其余林场位于永寿梁南北的塬区, 塬面均有人工林。根据地貌特征上提供证据的直接性或间接性以及考虑林分的代表性和典型性, 最后选择在马坊林场、红星林场进行调查。

除上述森林地带调查外, 为充分说明塬面的植被属性, 还从黄土高原整体出发, 对比分析标志植被地带性的环境, 并采用关联性原则, 由关联程度高的间接证据来辅助或补充论证。

3.2 样地调查

每个地点的详细调查都是在落实树种、林龄、坡向、坡位、密度等不同情况的人工林之后, 在植物生长盛期 7—8月, 采用标准地及样方法确定测树因子、林下植被参数等。林分标准地面积100—200 m2; 林下植被样方面积, 灌木4 m2, 草本植物1 m2。每块样地在标准地内重复设置3个样方。同时兼顾调查邻近的有关草地, 方法如同所述的草本植物。主要通过计算重要值(IV)确定优势种, 即将具有较大值者列入。

4 结果与分析

4.1 地带性环境

水平地带是探讨黄土高原植被属性的基础, 从其要素可概括为植物生长不受地下水或其它来源水分的影响, 排水良好, 土壤质地为壤土, 并占据大部分空间的平原或丘陵(相对高差不大, 一般低于200 m)正地形。主要受大气候的支配而呈现连续的带状分布, 实际上就是区域一般性的环境。黄土高原除土石和石质山区外, 还可区分为高原沟壑区、丘陵沟壑区和黄土阶地区, 可以说塬地、丘陵、台塬具有区域性的代表特征。此类地形部位的黄土厚度一般都在50 m以上, 地下水埋藏深, 植物生长难以利用[8,10]。黄土母质上发育的土壤, 其质地均属适中的类型, 如沙壤土、轻壤土、中壤土、重壤土等。由此可见, 黄土台塬以及黄土沟间地丘陵梁峁(包括梁峁顶和梁峁坡)和塬地(包括塬面和梁塬坡), 就是指地带性环境或显域生境。由于地形存在对大气候条件的重新分配, 从对大气候的直接反映看, 塬面、梁峁顶以及阳向的沟间地坡面最为典型。相伴随的河漫滩和河成阶地, 也即川地(一般地下水位浅, 具备灌溉条件), 以及黄土沟缘线以下的沟谷地(负地形)为非地带性环境或隐域生境。

黄土高原各水平地带的显域生境上是能够发育体现自身特点的植被类型, 即显域植被或地带性植被。这是植被地带性的实质内容。由前述可见, 西部和北部塬地在一般情况下仅能发育草原植被; 宁夏东南、甘肃陇东森林草原地带的塬地可发育草甸草原基础上的疏林[9], 其余中南部塬地以及南部台塬均可发育森林。并非所有塬地为草原性, 在确定森林地带的同时又认为其显域生境不能发育森林,显然是矛盾的。将塬地、台塬、丘陵视为隐域生境是不妥当的, 黄土覆盖均为非地带性不符合实际情况。隐域生境是区域局部的特殊环境, 其上发育的植被为隐域植被或非地带性植被, 可在不同的水平地带重复出现。以隐域植被来说明区域植被属性, 实属错误, 沟谷中发育的森林不具有区域代表性。明确显域生境与隐域生境是必要的, 塬区立地研究未将二者区分, 因而未能对塬地森林属性作出判断。

4.2 塬地人工林的发育

梁塬坡是塬地的组成部分, 表1中除有1块沟谷地刺槐林外, 其余均为梁塬坡林。由表1可见, 26龄的王东沟阳坡刺槐林, 尽管林木密度较高, 但其林冠郁闭程度(0.27)远低于同龄的阴坡刺槐林(0.60—0.82), 而且树高和胸径生长也较为逊色。甚至 20龄的沟谷地阴坡刺槐林的树高生长也优于该林分。究其原因, 这与沟间地阳坡水分条件不佳有着较大的关系。虽然刺槐林在阳坡生长得较差, 但油松林、侧柏林的生长却较好, 即使二者的林龄比其低5 a。尤其油松林的密度远低于同属阳坡的刺槐林, 而其郁闭度却高出 0.17。显然这与油松、侧柏具有较强的抗旱性有关。红星林场沟间地坡面及其梯田人工林的生长及成林状况尚好, 油松林郁闭度0.84, 刺槐林 0.56—0.80, 其中的坡面刺槐林, 从坡向看, 可能主要由于坡面阳向性比王东沟阳坡刺槐林相对削弱之故。同为36龄的阳坡刺槐林, 梯田上的林木树高、胸径可达8.16 m和8.35 cm的较高水平, 生长明显比坡面上的突出。这一方面与梯田刺槐林的密度较低有关, 另一方面也是梯田保持水分的能力比坡面强的缘由。32龄阴坡梯田油松林的密度虽然远高于36龄阳坡刺槐林, 但其树高已相当接近后者, 胸径比后者大40.5%。除阴坡因素外, 梯田的作用也是不可忽视的。梯田与塬面特性类似。据研究[14,16-18]①②, 塬区不同立地类型中, 沟底的土壤水分状况良好, 其次为阴坡、塬面, 阳坡较劣。刺槐幼龄林、中龄林的生长亦有类似的表现[14-17]①, 毕竟土壤水分对干旱影响下的林木生长起着主导作用。塬面应当说是在显域生境下比较有利的地形部位。

由表2可见, 红星林场塬面上存在着不同年代营造起来的刺槐林, 其中较早的 70年代人工林(35龄)仍然生长正常, 郁闭度可达 0.86, 树高、胸径与阴坡梯田油松林相当(表1)。16龄刺槐林密度明显较低, 但郁闭度(0.78)并不弱小; 树高、胸径为9.68 m和 10.27 cm, 反而高于较大林龄的刺槐林。马坊林场塬面上60—70年代所营造的刺槐林, 不仅第1代林生长正常, 而且 90年代以来采伐(皆伐)后发育起来的第 2代萌芽林, 也显示出良好的更新效果。更新林郁闭度0.64—0.71, 其中更新7 a的郁闭度已与相同密度(每公顷2400株)的第1代林(33龄)相近。更新19 a的树高、胸径已抵近80年代所造的第1代林(27龄)。33龄刺槐林的树高、胸径已分别超过10 m和10 cm; 40龄刺槐林达到11.27 m和14.36 cm,是本次调查的最大尺度。80年代所营造的塬面油松林(24龄)对比一些林龄较大的林分, 也可见其有着良好的生长势。

人工林即使同处森林地带, 由于降水量的差异,其生长情况并不等同。由表2可见, 塬面林木密度同为每公顷 2400株的刺槐林, 红星林场林龄 35 a,马坊林场33 a, 但前者的树高和胸径都明显小于后者, 降低35.5%和32.7%。陕西省长武县王东沟的年平均降水量为584.1 mm, 巨家镇约600 mm, 而位于长武县南部的永寿县马坊镇为610.7 mm。

一般地说, 刺槐林10 a以下为幼龄林, 10 a以上为中龄林, 16 a以上为近熟林, 20 a以上为成熟林。人工油松林、侧柏林20 a以下为幼龄林, 20 a以上为中龄林; 油松林30 a以上为近熟林, 侧柏林60 a以上才为近熟林。由表1、2可见, 调查油松林、侧柏林为中龄林(＜30龄)或近熟林(32龄); 刺槐林多为成熟林, 个别为近熟林(16龄), 还有部分为塬面幼龄林(4—6龄)。塬面第2代萌芽林兼有幼龄林、中龄林、近熟林。具有高密度的刺槐幼龄林的郁闭度可达 0.67—0.80, 而近熟林和成熟林的郁闭度不因林木密度较幼龄林下降而降低, 仍维持在较高的水平。这也反映了人工林不断生长的过程。据2012年对刺槐幼龄林的再次调查, 林木胸径达到 5.35—6.82 cm; 树高达到7.69—8.52 m, 较5年前(2007年)增高82.9%—124.8%; 郁闭度达到 0.82—0.98, 较 5年前增大 2.5%—38.8%; 密度下降为每公顷2900—5400株, 较5年前降低14.3%—50.8%。人工林的生长受区域、立地条件、密度、林龄、树种等因素的影响而存在差异, 但从树高和胸径的较高记录来看,不仅在梁塬坡, 塬面也可如同在沟底培育大径材。由于阳坡立地条件差, 刺槐林可培育小径材(直径＜6 cm)。

值得注意的是, 自80年代以来, 在干旱发生周期变短、旱情加剧的情况下, 人工林经受胁迫而保持了稳定。陡坡环境下的人工林成林状况正常(表1)。森林是乔木比较密集生长的植物群落, 郁闭度一般在 0.2—0.3以上。调查人工林的郁闭度多在 0.6以上(表1、2), 即使生长较差的阳向梁塬坡刺槐林也还有一定的郁闭度(0.27)。从中龄林开始, 森林外貌及结构已基本定型。可见塬地人工林具有森林的基本特征。能够发育成材及利用, 进一步表明塬地适合森林生长。

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林下植被状况受林龄、郁闭度、树种等的制约,如高郁闭度(0.84—0.86)的油松林, 其林下零散生长着单个的植物体, 地面几乎为裸地(表1、2)。幼龄林的林下植被不稳定, 地块之间盖度差异较大(表2);据2012年的调查, 由于林龄的增大以及郁闭度的增高, 林下地表面也成为无植被的裸地。林下植被的最低盖度出现在幼龄林, 而中龄林、成熟林的盖度普遍比较大且相对稳定。第2代萌芽幼林的情况与此不同, 这可能与土地利用情况有关, 因为它们是在原有林地上生长, 而前述幼龄林开始是被种植在退耕地上。对比裸地上发育的幼龄林, 可较好地说明森林的建成。中龄林、成熟林的林下植被中多有灌木茅莓以优势种出现, 而在幼龄林(包括第 2代)下却不见其存在(表2)。据调查, 茅莓在邻近草地植被中也未曾有发现。可以说它是一个特征种, 具有指示森林环境的意义。在近熟林、成熟林中出现了杠柳、南蛇藤、钝齿铁线莲、掌裂草葡萄等层间植物(表1、2), 其中杠柳较为突出。尤其阳坡条件下层间植物的出现, 充分说明了有别于林外空间的特殊森林环境的形成。

据在陕西淳化县的调查[17], 20龄核桃林的生长如同前述, 沟底较好, 塬面次之, 坡地较差; 坡地仅有个别植株开始挂果, 而塬面挂果已9 a, 虽较沟底晚一些, 但也同样处于盛果期。据2009年调查, 马坊林场海拔1.23 km的塬面上, 70年代所营造的核桃林(39龄), 每公顷密度225株, 冠幅4.2 m×4.8 m,冠高1.5 m, 树高5.24 m, 地径达17.6 cm, 仍正常结实, 每公顷产量约 1500kg。经济林在坡地上的种植一般选择背风向阳的部位, 但需要同时改善其生长的水分环境。核桃的林冠往往是疏开的, 但苹果却有着相当的郁闭度。人工施加肥力影响下的生长,也可见降水条件的协同促进作用和满足性。由前述20—30多年来在洛川塬、长武塬等地建立的大面积苹果园, 也可为塬面森林发育环境提供佐证。栽培实践表明, 由于柿树为热带遗留树种, 对热量条件的要求比苹果、核桃高, 适宜的年平均温度大于10 ℃,陕西渭北的西北部塬面已不适于培育, 而正常部位只有川地和阳向坡地。在不适宜的塬面, 柿树虽能生长, 但果实较难成熟, 不能形成有效产量。这也从一个侧面表明了黄土高原东南部塬面的独特性。

4.3 间接推证

子午岭位于黄土高原东南部森林地带的西北边缘, 地跨陕、甘两省, 范围上涉及陕西富县、黄陵县、铜川市(宜君县、耀州区、印台区)、旬邑、淳化县和甘肃华池、合水、正宁、宁县, 地貌上并非如名称所示为山地, 其实仍是黄土丘陵沟壑区, 部分为残塬[1,3,8]。与前述人工林的生长相同, 不同的地形部位均可发育天然林, 即使阳向梁峁坡[1]②。阳坡天然侧柏林也可进一步被天然油松林或辽东栎(Quercus liaotungensis)林所演替。森林地带内的崂山、黄龙山与此类似, 它们的显域生境特征及天然林分布状况,从水平地带上说, 均可间接反映附近塬面, 尤其所在位置南部及东南方向塬面的森林属性。因为黄土高原的植被地带特点与降水量密切相关, 由降水量从东南至西北呈递减趋势的水分梯度关系看, 这种推理是成立的。如前所述, 在森林地带内, 较多的降水量更有利于森林的发育。就近位置的水平地带性环境是相似的, 既然具有丘陵地貌的陕西彬县西庙头林场、永寿县槐平林场的人工林能够正常生长并成材, 其邻近的塬面也必然能发育森林。事实上, 永寿县马坊林场、马莲滩林场就在相邻的位置上。秦岭北坡的基带为森林[9], 与其相邻的台塬亦可生长,因为山地基带与水平地带性植被是一致的。

5 讨论

沟底水分条件优越而成为人工林生长的最佳部位, 但由于是隐域生境, 本文没有更多涉及。显域生境塬地(梁塬坡、塬面)人工林的生长状况受多种因素的影响而有所差异, 而这种差异本身就说明了其持续生长的过程。从幼林阶段至成熟, 塬面刺槐林始终保持较高的郁闭度, 也可见其生长的稳定性和成林特征。典型显域生境阳坡条件下, 刺槐林的生长较差, 但其林冠郁闭状况与所谓的疏林略有区别,而且相对差的水分环境仍可较好满足耐旱树种油松、侧柏的生长及成林需要。这符合森林地带森林生长分布的规律[9]。由林下植被及层间植物所反映的森林环境, 大径材生产以及成材利用的状况, 也都进一步证明塬地人工林的森林特点。这与黄土高原西北部、北部显域生境丘陵上存在的没有木材利用价值, 即不成材的“小老树”对比鲜明。“小老树”是从建植起因环境不良而未老先衰的不正常成熟林,过早生长衰退停滞和过早老龄化, 使得树冠窄小、枝叶稀疏, 长期缺乏较高郁闭度的过程, 甚至根本就不能郁闭, 从而也难以形成特有的森林环境。在此换句话说, 如果塬地不适于林木生长, 上述发育良好的人工林也早就成为了“小老树”。黄土高原不同区域之间的土壤水分含量差异显著[15], 从成林情况看, 东南部阳坡的水分条件要好于西北部、北部的阳坡。以果实生产为目的的经济林树种对水分条件要求高, 阳坡上种植应在整修梯田、大规格鱼鳞坑等的基础上进行, 否则其生长发育一般较差。这是特殊情况, 并不是说阳坡原坡面不能发育森林。

与黄土高原西北部、北部不同的是, 其东南部低山丘陵区、塬区现成片分布着较大面积的以刺槐为主的人工林, 其中不乏中龄林、成熟林。据森林资源清查统计, 陕西渭北刺槐幼龄林的面积占该树种总面积的 27.99%, 而中龄林及成熟林的面积占72.01%。对于正常生长的中龄林、成熟林, 森林形态一般已建成, 不能认为它们不能表征自然环境特点。在明确水平地带的情况下探讨塬区植被属性,不应忽视发育良好人工林的客观存在。人工林与天然林在结构、功能、物种多样性、演替等方面确实有较大的差异, 存在的土壤干化问题多年来也被人们所高度关注, 然而这些差异和存在问题的解决,正是人工林合理经营的努力所在。当前人工林自然化经营理念就是针对此而提出。也就是说只要经营方向明确或转变, 人工林可以是天然林的近似反映,甚至完全可以成为天然林。塬面苹果等经济林不允许自然化经营, 不是说它不具有这方面的潜力。可以说人工林包括经济林在内所具有的森林基本特点是无可否认的, 否则难免有失偏颇。它们的良好生长至少表明了天然林发育的环境条件。塬区缺乏天然林主要在于典型天然林种源, 尤其演替顶级种源的缺失。甘肃陇东森林草原地带的塬面上发展苹果等经济林, 除非具备灌溉条件, 否则其种植密度应当比森林地带塬面大为降低。因为森林草原地带显域生境上自然发育的典型植被是疏林草原, 而且林木生长即使在水分条件相对好的沟谷地也比森林地带差[9]。前述黄土塬面大面积发展苹果之前的局部片林、窄林带、稀疏零散种植的一般形式更适合于森林草原地带的塬面。森林草原地带不同于森林地带的疏林背景特征是值得注意的。

单方面“自上而下”的粗略区划往往会有偏差,通过土地或立地分类以及林木生长效果的检验,“自下而上”的探讨显然也是需要的[9], 可补充或矫正“自上而下”途径对塬区自然环境的认识。直接说明和间接推证相结合而进行的区域森林考证, 实际上也是审视植被区划的基本思路。现有天然林之所以成为说明塬地的间接证据, 一是因天然林分布在与塬地同样为显域生境的丘陵上或为山地基带,二是因环境在空间关系上的趋同性。塬地、丘陵区的沟间地梁塬坡、梁峁坡有时也称作山坡, 应当注意一些山岭并非完全是山地地貌类型。即使山地,也有必要明确山麓或山脚部分(有时亦称丘陵带)的植被性质。森林地带的塬地、台塬占地面积大而比较显著, 不能因自古是农田就不可以发育森林, 子午岭、崂山、黄龙山、千山、关中“北山”等低山丘陵的地带性环境上所发育的天然林及人工林也是重要的指针。由于地带性植被与地带性土壤的统一性, 根据土壤类型确定塬区的植被属性也是妥当的。以人工植被为主的塬区, 为说明起见, 间接证据是不可或缺的。

古植被研究对黄土中孢粉、植物硅酸体、有机碳同位素、分子化石、古土壤等的分析, 显然都不是直接出自真实的植被, 而仍表现为对真实植被的间接推导。在以草原性分析结果断定黄土塬面为非森林发育环境时, 其实是有假定或前提条件的, 即它们的特征、数量等与真实的地上部分植被高度相关。然而这种关联性到目前为止并未得到证实。据对现实栎林中表土孢粉成分及含量的测定[21], 孢粉的数量组合特征与现实植被的物种组成并不一致,植被优势种或建群种的花粉含量往往远低于草本植物。在此若以高花粉数量的草本植物说明地上部分,必然会得出矛盾的结论。孢粉组合中草本植物比例较大是黄土古植被研究所揭示的一般特征, 但应注意到碳酸钙及微生物对孢粉的破坏、不同植物种类孢粉的产量及抗腐蚀性差异、孢粉飞散的外来性等因素的影响[21-23]。孢粉量多的植物不一定就反映着地上植被的特征, 孢粉量少的植物却反而能够反映。一些木本成分并不出现在现实的草原植被中,况且草本植物不一定就代表草原, 也即草地并不完全就是草原, 有可能是草甸, 而草甸在一般情况下是次生的, 可演变为森林。草本植物花粉往往以蒿类为主, 但森林地带以铁杆蒿、茭蒿为优势种的草地属于次生草甸。因此, 对地上植被的推断, 仅以孢粉数量多少说明, 可能存在一定的问题, 在注意数量的同时, 需要更多地考虑孢粉的种类组合特征。可见, 在与真实植被的关联性不确定的情况下, 包括孢粉分析在内的古植被研究所作结论是不可靠的。这类间接证据所揭示的黄土高原无林的草原植被面貌是不可信的, 因为显域生境并非都如此。黄土高原森林的发育不在于黄土层的厚薄与否, 与其没有直接的联系[8], 塬地、丘陵等厚层黄土分布区的树木生长不能利用地下水[10], 恰恰也说明这些区域是表达植被地带的显域生境, 而目前在东南部的这种生境上森林是存在的。认为薄层黄土区适宜森林发育而厚层黄土区不适[10]是不确切的, 不能完全概括黄土高原的整体情况。

6 结论

人工林在显域生境塬地上的正常生长及成林,特别是塬面第 2代萌芽林的良好更新, 直接证明当地气候条件可保证森林的持续发育, 说明黄土高原东南部具有地带性的森林发育环境。塬面上人工林并不多见, 但经济林的栽培, 尤其苹果已不是个别现象, 其种植的普遍性以及产生的突出经济效果,亦可充分表明区域的森林属性。一些现存天然林以及土壤类型的分布状况与塬地植被特征相关紧密,可靠的关联性也使其作为区别森林地带与草原地带塬地的有效证据, 可间接支撑说明。

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Vegetation attributes over tableland areas in the Loess Plateau

WANG Hansheng1,2,*

1.Institute of Soil and Water Conservation,Northwest A&F University,Yangling,Shaanxi712100,China2.Institute of Soil and Water Conservation,Chinese Academy of Sciences and Ministry of Water Resources,Yangling,Shaanxi712100,China

Loess tableland areas are the important artificial vegetation ones in the Loess Plateau.There are different discussions about their forest attribute.In this study, we emphatically took direct proofs and also combined indirect proofs with them to clarify some facts of forest attribute based on analyzing vegetation zonal environments.The forest plantation investigation stressed middle-aged and mature plantations, especially mature plantations in the Weibei tableland, which showed that the tableland plantation enjoyed forest characteristics through normal site condition.The result indicated that steadily persisting growth and canopy closure were different from the sparse woodland.Production of timber with large diameter, and utilization logging after growing into useful timber and then fine regeneration formed distinct forest environment.Although the plantation ofRobinia pseudoacaciawas poor in the sunny slope, drought-tolerantPinus tabulaeformisandPlatycladus orientaliswere relatively well under the same condition.This case belongs to the typical zonal habitat according with the regularity of forest growth and distribution in the forest zone of the Loess Plateau.Besides the direct explanation of the tableland forest attribute, the reliable indirect inference was mainly based on the spatial relationship among the present natural forest, the tableland top surface, and the distribution of soil types.Those results showed that not all the tableland was dominated by steppe.The tableland top surface in the forest zone of southeastern Loess Plateau was suitable for the development of the forest.Thinking about unsuitability for forest growth owing to long-term crop cultivation in history could be wrong.Over last twenty to thirty years or more, wide expansion of the economic forest largely consisting of apple trees has showed that there would be the potential universality that the forest might grow up on any tableland top surface in the forest zone of the Loess Plateau.

Loess Plateau; tableland; forest plantation; soil type; natural forest

10.14108/j.cnki.1008-8873.2017.05.012

Q948, Q142, S717

A

1008-8873(2017)05-085-011

王晗生.黄土高原塬区的植被属性探讨[J].生态科学, 2017, 36(5): 85-95.

WANG Hansheng.Vegetation attributes over tableland areas in the Loess Plateau[J].Ecological Science, 2017, 36(5): 85-95.

2016-07-26;

2016-09-28

国家自然科学基金项目(41271526, 41171225)

王晗生(1965—), 男, 甘肃武威市人, 博士, 副研究员, 主要从事旱区植被建设及生态学研究.E-mail: hswang@ms.iswc.ac.cn

*通信作者: