刺槐林不同林龄林分形态及植被特征分析

于耀峰

(辽宁省旱地农林研究所，辽宁 朝阳 122000)

辽宁西部地区是辽宁省水土流失最为严重的区域，生态环境遭到了严重的破坏，生态环境非常脆弱，再加上人为活动、干旱性气候条件的影响，水土流失恶化、土壤退化的趋势非常明显，生态安全形势严峻，对当地经济发展极为不利[1-2]。近年来辽西地区各县市积极开展生态建设、退耕还林生态工程，明显提高了土壤植被的覆盖率，在一定程度上对当地生态环境起到了很好的改善效果[3]。

刺槐Robiniapseudoacacia又被称为洋槐，属于豆科乔木植物，原产地在北美洲，因其生长速度快、适应能力强、易繁殖、固氮能力强、耐寒耐旱，目前在辽西干旱地区广泛栽植，对当地生态环境的改善、水土流失的治理、土壤质量的提高起到了非常重要的作用[4-5]。

不同林龄的刺槐林在生长发育过程中，地表的植被群落结构的演替、土壤理化性质的改变，这些共同的作用推进了林地的生态系统恢复、土壤结构的调节[6]。为了研究不同林龄人工刺槐林的地表植物特征、林分形态特征等，选择了4种不同林龄的刺槐林，对其形态特征、林下植被特征、土壤理化性质以及养分含量等进行调查分析，旨在对生态恢复过程中刺槐林植被的演变特征进行分析探讨，对干旱地区刺槐林的生态效应进行准确评价，制定出合理的管理措施，为评价辽西干旱地区不同植被恢复模式下产生的生态环境效益差异提供理论参考，以指导干旱地区植被的合理布局[3]。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

研究区位于辽西地区朝阳境内北部的沙地边缘，地处119°14′～120°03′E，41°19′～41°23′N，为北温带半干旱大陆性季风气候，年均气温8.4 ℃左右，年均降水量380 mm左右，降雨年际变化大且分布不均匀，年均日照时数2 600 h以上；土壤类型主要为栗钙土、风沙土，抗冲抗蚀能力弱，乔木多以油松、杨树和山杏为主，灌木主要有小叶锦鸡儿，草本植物主要有狗尾草、白草、灰绿藜、三芒草等。

1.2 试验设计

2019年8月在研究区范围内结合人工刺槐林的地貌特征、植被以及树龄等进行试验样地的确定，以典型性、代表性为原则，采用时空互代法选择4种不同林龄的刺槐人工林作为4个处理，分别为6、12、18、24 a，要求营造林方法、管理方法均保持一致，土壤以及成土母质的类型基本相同[1，7]。各处理样地的面积均选择800 m2(40 m×20 m)。试验地土壤为栗钙土，pH值7.65，容重1.49 g·cm-3，有机质41.21 mg·kg-1，碱解氮29.96 mg·kg-1，速效磷136.85 mg·kg-1，速效钾70.23 mg·kg-1。

1.3 调查内容

在4个林龄的刺槐人工林中，随机选择采样点3个(面积约10 m×10 m)作为重复，每个采样点之间的距离至少在10 m以上；对采样点的地表植被特征进行统计，包括草本植物的物种数、密度、盖度、平均高度以及刺槐树的冠幅、高度、分枝数、胸径等。在每个样地上按照四分法采集土壤，进行土壤主要理化性质(电导率、容重、总孔隙度等)以及土壤主要养分含量(有机碳、全氮、全磷、全钾、碱解氮、有效磷等)的测定。各林龄3个采样点数据最后取平均值[8]。

2 结果与分析

2.1 不同林龄刺槐林主要形态特征

由表1可知，不同林龄的刺槐林内林分形态特征的差异很明显，随着林龄增加，刺槐的平均冠幅、高度、分枝数、胸径均有不同程度的变化；随着林龄增加，平均冠幅先以较快的速度增加，在林龄18 a左右时平均冠幅最大，达到4.09 m，树龄24 a时冠幅稍有降低，且18 a与24 a之间差异不明显，2个处理与其他2种林龄之间达到了显著性差异水平，其原因主要在于人工刺槐林生长18 a后趋于老化，有些树冠部位外缘的枝条开始枯萎脱落，导致平均冠幅在24 a时有所降低；随着林龄增加，平均树高逐渐增加，18 a与24 a的平均树高差异不明显，均显著高于6 a、12 a的平均树高；平均分枝数随着林龄增加均表现为先增加后降低，均在林龄18 a时达到最大，与24 a差异不显著，与其他2个林龄差异显著，其原因主要在于刺槐林在18 a后老化趋势明显，一些枝条开始枯萎脱落，24 a调查时表现为稍有降低。胸径表现为随着树龄的增加而逐渐增加，18 a前随着树龄增加胸径增加趋势明显，18 a后增幅减慢，24 a时胸径较18 a增幅不明显。

表1 各林龄人工刺槐林主要形态特征

2.2 不同林龄林下草本植物主要特征

由表2可知，不同林龄的人工刺槐林内地表草本植物的物种数、密度、盖度、高度等有不同程度的差异；随着林龄增加，刺槐林内的物种数先降低再逐渐增加，表现为6 a>24 a>18 a>12 a；随着林龄增加，林下草本植物的密度先逐渐降低，在18 a时达到最低值，之后有所增加，各林龄之间的密度差异不明显；随着林龄的增加，草本植物的盖度逐渐降低，林龄6 a、12 a、18 a的差异不明显，6 a、12 a与24 a差异显著；随着林龄增加，草本植物的平均高度先降低再增加，6 a、12 a、24 a之间差异不明显。

表2 各林龄刺槐林下草本植物主要特征

2.3 不同林龄林下土壤主要理化性质及养分特征

由表3可知，不同林龄的刺槐林下土壤电导率、容重、总孔隙度、有机碳等养分均表现出不同程度的差异；随着林龄增加，土壤电导率、容重变化趋势表现一致，均为先增加再降低，在18 a时达到最大，电导率、容重分别为89.47 μs·cm-1、1.26 g·cm-3，与其他林龄之间差异显著；总孔隙度表现为林龄6 a>12 a>24 a>18 a；各处理有机碳含量表现为林龄18 a>24 a>12 a>6 a；全氮含量随着林龄增加而逐渐增加，6 a、12 a、18 a的增幅显著；随着林龄增加，全磷含量表现出先增加后降低的趋势，全钾、有效磷表现出先增加后降低的趋势，在树龄18 a时达到最大值，各林龄之间均差异显著，其原因可能是刺槐林对土壤养分改善的效果有一定的阈值，超过一定的年限，其改善效果逐渐降低；碱解氮的含量随着各林龄的增加而逐渐增加。

表3 各林龄刺槐林土壤主要理化性质及养分特征

3 结论与讨论

3.1在一定年限内，随着林龄增加，刺槐林的冠幅、分枝数、胸径等也在增加，在林龄18 a左右达到最大值，这一结果与董生健等[9]的研究结果保持一致，区别在于本研究结果中树高在18 a后还保持一定的增长趋势，24 a时树高最大，其原因可能是选择的刺槐品种差异以及试验期间不同地区之间的气候差异明显。

3.2不同林龄地表草本植物的生长情况有所差异，生长6 a的刺槐林下草本植物种类多于其他林龄；18 a、24 a的刺槐林下草本植物的分布差异明显；由此可知在刺槐林生长6 a时林下植物的种类、平均高度、分布密度等受到林龄的影响相对不大，林龄12 a之后的影响程度逐渐明显。

3.3不同树龄刺槐林土壤理化性质及养分含量均出现不同程度的变化。随着刺槐林龄的增加，土壤中的养分整体变化趋势为先增加后降低，由此可知刺槐林可以对土壤中的养分含量起到一定的改善作用，其原因主要是刺槐林大量的枯枝落叶将养分返还到生态系统中，增加了土壤中的养分含量，但24 a的土壤养分含量较18 a有所降低，由此说明刺槐林对土壤的改善效果具有一定的阈值；土壤中的全磷养分含量随着林龄增加没有明显差异，主要在于磷元素属于一种沉积性的元素，存在于土壤中的形式比较稳定，不容易发生流失现象。

3.4林下植被的物种数越多，大量的根系活动对土壤的团聚体结构产生影响，增加土壤的疏松度，表现为降低土壤容重、增加土壤孔隙度，本试验的结果与此保持一致。