榆林沙地樟子松人工林可持续经营措施研究

白晓霞 ，鱼慧利，张 静，艾海舰

(1.榆林学院 生命科学学院，陕西 榆林 719000；2.榆林市榆阳区城郊林场，陕西 榆林 719000)

早在1923年，Werdeman报道称德国云杉人工林出现衰退现象，20世纪50年代，瑞典南部也发现了森林大面积黄化枯梢、落叶等衰退现象，随后欧美等发达国家相继出现森林衰退现象。我国20世纪80年代在重庆南山首次发现马尾松(Pinus masoniana)林衰退现象，在此之前已有专家对人工林衰退机制做了大量的研究试验。随着全球气候环境的不断变化，世界范围内人工林领域出现了越来越多的“森林衰退病”[1]，如何保持人工林长期稳定成为了世界性的技术难题。

原产于我国大兴安岭、呼伦贝尔红花尔基地区的樟子松具有抗旱、耐瘠薄、耐寒等优良特性，在防风固沙及水土保持等防护林领域具有十分重要的地位和作用，被作为人工固沙林的先锋树种进行大规模引种栽植[2]。20世纪末期，沙地樟子松人工林不断显露出病虫害侵染、枝梢枯黄、长势衰弱甚至于全株死亡等森林衰退现象。导致人工林衰退、枯死是多种生物、非生物因子综合作用的结果，并非单一因素所致。如引种地与原产地气候差异、林区土壤水分含量下降、养分短缺、营林措施不当等等[3-5]。位于毛乌素沙漠榆林区域的樟子松人工林是“三北”防护林工程实施的主要树种，在抵御自然灾害、控制土地荒漠化、维护国家生态安全方面发挥着巨大的作用。近年来，榆林沙地樟子松人工林也出现了不同程度的衰退问题，缓减和控制人工防护林的衰退枯死刻不容缓，是直接关系到区域生态安全、社会经济健康持续发展的重大课题。

为进一步明确榆林沙地樟子松的衰退机制，对林区展开实地考察与调研，结合室内试验，对毛乌素沙地樟子松人工林存在的现实问题进行讨论分析，提出适合于榆林沙地獐子松人工林可持续发展的营林措施。

1 引起榆林沙地樟子松人工林衰退的问题分析

1.1 采矿和垦荒引起地下水位下降，干旱少雨

榆林毛乌素沙区大规模的矿产资源开发，对生态环境造成了很大的干扰与破坏，最直接的影响就是造成地下水系流失、水位下降[6]；另一方面，榆林多年来致力于垦荒治沙、植树造林，并大力发展沙漠农业和垦荒项目，使原有的地下水利用失衡、供不应求，连年下降。另外，几年来持续的干旱少雨气候也严重影响了区域水分资源的补给。多方因素造成沙地樟子松人工林土壤水分匮缺，多数年份水量输出大于输入，存在严重亏缺，当地下水位下降到植物难以利用的深度，势必会引起樟子松的衰退甚至死亡。

1.2 土壤养分短缺、失衡

研究发现，榆林沙地樟子松人工林林下土壤养分短缺，土壤有机质含量低，对照全国土壤养分含量分级标准[7]，土壤中各养分元素含量处于中下水平。其中速效K含量处于4级，有机质、碱解N、速效P含量均处于最低的6级水平，整体养分含量低下，表明该地区樟子松林土壤肥力较差；且土壤中的速效K和速效P含量在27a达到最高，速效N在33a达到最高，表明榆林沙地樟子松人工林系统土壤肥力状况并不理想，存在潜在的地力衰退趋势，另外，该地区土壤pH呈微碱性，碱性环境不利于有机质的分解及各养分元素的释放、转化、迁移等，在一定程度上影响了土壤的肥力性质，详见表1。

表1 不同龄林樟子松林地的土壤养分含量及pH值

1.3 营林措施不当，林分密度过大

调查发现，位于毛乌素沙漠南缘的榆林市沙地樟子松人工林存在林分密度过大、结构不够合理的问题，林分密度为1 650株hm-2，20a～40a樟子松平均郁闭度为0.78，20a、27a、33a、40a樟子松平均胸径分别为9.76 cm，11.76 cm、13.58 cm、14.34 cm，平均树高分别为8.84 m、12.48 m、13.95 m、14.12 m，见表2。林分密度过大，导致林内微环境水平质量低下，植物生长发育受限或受阻。

表2 榆林沙地樟子松人工林林分概况

2 榆林沙地樟子松人工林可持续经营措施

与纯林相比，沙地樟子松混交林可显著提高土壤有机C、全N及P含量[8]。营造混交林在增加林分水分、增加物种多样性、提高土壤肥力、改善养分状况及提高林分结构的稳定性和生产力、增强森林整体抗逆性等方面具有明显优势[9]。因此，提出通过实施混交造林来解决人工林衰退、提高人工林生态系统的稳定性，促进森林可持续经营技术与模式的形成[10]。从群落稳定性、生态效益、社会效益等角度选择科学合理的植物种类、及植物配置方式，转变樟子松人工纯林为混交林，形成多功能复合的森林经营模式，不仅可以提高区域生态系统的稳定性，控制樟子松人工林的衰退，还可大力促进地区经济、社会效益的提升。

(1)区域生态效益。首先，通过林地植被的增加，提高林下冠层的郁闭度，减小阳光直射地面面积，降低土壤温度，减少土壤水分蒸发；同时，通过植被层截留降雨雨量，补充植物蒸腾作用所需耗水量。其次，林下植被能够提高樟子松针叶分解速率，促进土壤微生物的生物量碳储量。再次，沙地土壤腐殖质含量低，土壤类型以风沙土(沙粒含量占95%以上)为主，分的固持能力差，林间植被的增加一定程度上能够防止土壤中有效磷的流失，从而形成生产率高、功能复合的森林生态系统，在维护生物多样性、提高生态系统稳定性等方面起着重要作用。

(2)社会效益。“林药间作”、“林草共植”等农林(牧)复合经营模式的形成，必然刺激和带动一系列相关产业的形成和发展，产生广泛而持久的社会效益。不仅可以极大地激发广大农民治理生态环境的积极性，推动樟子松人工纯林与药用植物、食用植物、饲草等结合形成农林复合经营模式，调整地区产业结构，增大农林产业的比重，推动地区经济结构向低碳、经济模式转变。同时吸纳大量农村劳动力，缓减二、三产业就业压力，提高劳动力配置的合理性。通过参加育苗，种植等劳务活动，开展生态农业、生态旅游等经营项目创收。

(3)经济效益。林地生产率是综合反应土地利用效果的技术经济指标，可用单位林地面积上的立木蓄积产量和单位林地面积的产值来表示。樟子松属于速生林木，人工纯林林地生产率高于一些普通的乡土树种，也高于一些经济作物的土地生产率。通过林区增加地被、灌木、乔木等乡土植物，诱导形成混交林结构之后，提高林地综合生产率。另外，依照科学合理的营林方案，保证混交林结构促进林木的生长，使混交林中目的树种的蓄积大于纯林，同时凸显乡土植物的经济效果。发挥乡土植物药用、食用、饲草、编制材料等多种价值，提高区域经济收益。

2.1 人工林纯林结构调整

对于现有的沙地樟子松人工林的具体经营应从以下三个方面考虑：一是在现已衰退的林分中，清除已彻底衰退的林分，对清除后的林地进行封育；二是对于现在尚未明显衰退的林分，由于大面积沙地樟子松纯林消耗当地大量的水资源，对不同年龄的林分进行不同强度间伐，使现有林分生长与当地的水资源情况基本达到平衡；三是对于将来重新营造或改造的林分，应根据当地具体情况，确定未来林分营建发展目标，参见表3[11]。

表3 不同林龄、胸径保留株数表

2.2 混交林植物选择

考虑到樟子松人工林生态条件劣势，选择抗性强、价值较高的乡土植物作为混交林造林植物。乡土植物长期生长在特定的环境中，并受到该环境条件的特定影响，通过新陈代谢，在植物生活过程中形成了对光照、土壤、水分等生态因子的特定需要；另一方面，环境也为植物的正常生长提供了载体。榆林乡土植物资源丰富，具有药用、食用、饲用等多种价值，通过充分发挥乡土植物的生态效益与经济效益，一方面，可作为榆林地区的特色经济植物，进行大规模人工种植，与人工林形成针阔混交、“林药间作”、“林草共植”的生产模式，大力发展农林(牧)等复合经营模式。另一方面，采用科学合理的混交林结构抑制森林病虫害，通过实施樟子松人工纯林变混交林的方式来缓减、控制沙地樟子松人工固沙林的早衰枯死现象。

2.3 混交林营林措施

2.3.1 樟子松+地被：形成“林药间作”、“林草共植”的农林(牧)复合经营模式

从群落稳定性、生态平衡等角度选择科学合理的植物配置方式，在现有樟子松人工纯林的基础上栽植射干、马蔺、沙葱等药用、食用价值较高的乡土植物，形成“林药间作”的农林经营模式；选择蒙古冰草、燕麦草等牧草形成“林草共植”的林牧经营模式，改良樟子松纯林的土壤、水分、温度等生态环境的同时，实现了长短期效益的有机结合，是对既有樟子松人工林经营成果的进一步完善和发展，兼顾了区域生态效益、经济及社会效益。

2.3.2 樟子松+灌木：形成针阔混交的复合经营措施

研究表明，灌木丛有明显的肥力作用，对森林土壤性状的维持十分重要。为调整林分结构，提高人工林的综合生产力，在樟子松纯林内栽植胡枝子、沙棘、暴马丁香等乡土灌木，阔叶灌木枝叶茂密且枯枝落叶量大，能有效地减少林区水分蒸发，显著改善土壤结构；同时利用胡枝子的固氮特性，来改善樟子松土壤养分组成。在此基础上，发挥乡土灌木药用、实用、绿肥及饲料等多种价值，实现生态与经济社会效益的综合提升。

2.3.3 樟子松+乔木：形成“针+针”、“针+阔”的带状混交林

沙地防护林往往采用带状混交。在现有纯林间伐的基础上，选择彰武松、赤松、油松形成“针+针”的带状针叶混交林，也可选择榆树、小钻杨、河北杨、山杏、刺槐等阔叶乔木形成“针+阔”的带状针阔混交林。

3 结论

引种地樟子松人工林的衰退是多种生物与非生物因素综合作用的结果。通过文献查阅、野外调查研究，明确了造成榆林沙地樟子松人工林衰退的主要原因，并在此基础上提出了三种混交林营林措施：(一)樟子松+地被：形成“林药间作”、“林草共植” 的农林(牧)复合经营模式；(二)樟子松+灌木：形成针阔混交的复合经营措施；(三)樟子松+乔木：形成“针+针”、“针+阔”的带状混交林。通过营造混交林来增加林分水分、增加物种多样性、提高土壤肥力、改善养分状况及提高林分结构的稳定性和生产力、增强森林整体抗逆性等，可为解决人工林衰退、提高人工林生态系统的稳定性、促进森林可持续经营技术与模式的形成提供理论参考。