松花湖水源涵养林植被恢复模式探析

王峰洁，廖宇翔，王俊鹏，宋彩民，孙勇，刘玉波

(1.吉林省重点国有林技术服务中心，吉林 长春 130000；2.吉林省林业勘察设计研究院，吉林 长春 130000；3.吉林市林业科学研究院，吉林 吉林 132000)

松花湖发源于长白山天池，水力资源十分丰富，承担了下游11个县市的城市供水、农田灌溉等项目的用水。松花湖水源涵养林以地带性植被为主体构成，其类型为以红松(Pinuskoraiensis)为主的复层异龄针阔混交林[1]。由于周边山地受到历史因素的大规模损毁，再加上近代以来人们过度经营，天然林或发生演替，或逐步消失，造成了林地内生物多样性的急剧下降，且局部地区土壤侵蚀现象严重。

近年来，为了提高松花湖水源涵养林生态功能，增加水源涵养效果，保持水土，政府采取了多种措施进行保护和改善松花湖生态环境，积极努力建设松花湖生态模范示范区[2]。但通过生态学原理，采取恢复水源涵养林植被、发展植物多样性而构建水源涵养林模式，逐步恢复湖区原有的针阔混交林森林面貌的专题研究尚少。本文通过对试验林进行植被多样性调查和群落结构分析，丰富水源涵养林模式类型，逐步寻找松花湖水源涵养林的恢复模式，为进一步培育水源涵养林地带性植被朝顶级群落发展演替寻找方向[3-7]。

1 自然概况

试验地坐落于吉林省吉林市林业科学研究院松花湖试验林场，地理坐标为43°40′ N，126°41′ E。全域位于吉林省中东部松花湖生态区内，东靠松花湖，西南与旺起林场交界，北与实验林场相接；距吉林市区约30 km，距丰满大坝约12 km；南北宽4.3 km，东西宽3.8 km，辖核桃木沟、杨木沟2个沟系，占地1 010 hm2。北温带大陆性季风气候，年温差较大，年平均气温3.4 ℃，夏季极端最高温度可达38 ℃，冬季极端气温可达-40 ℃，降水量750 mm，全年降水量的65%多在7—9月；年平均风速3.5 ms-1，四季分明，无霜期130 d左右[8]。

试验地现有林地面积710.4 hm2，林木覆被率超70%，森林植被面积532.8 hm2，森林覆被率为53%。多为低山，坡向多变，以东向为主，属长白山低山丘陵地带；林下土壤类型为暗棕壤，土层厚度16～50 cm；最高海拔280 m。

自20世纪70年代以来，通过林木引种与造林，先后在林地内栽培数十种树种，其中包括东北三大硬阔(水曲柳、黄波椤、胡桃楸)、常绿树种(红松、东北红豆杉、华北落叶松、东部白松、北美短叶松、云杉等)、阔叶树种(蒙古栎、紫椴、白桦、稠李、山樱桃、花曲柳、刺槐、紫穗槐、茶条槭等)，以及外来引入树种(欧洲白桦、沙松、大叶山杨、皂角、欧洲赤松、枫杨、刺楸、千金榆、大叶榆等)。

2 调查方法

全域设置临时样地20个，每个样地为20 m×20 m，样地内按10 m×10 m设置乔木样方4个；在每个乔木样方内按5 m×5 m设置2个灌木样方(对角线)；在灌木样方内按1 m×1 m设置2个草本样方(对角线)，分别调查乔灌草种类和数量。

每年进行2次调查，分别为早春调查和夏秋季调查。应用SPSS17.0对调查数据进行统计分析。

3 结果与分析

3.1 林型分析

根据样地内树种的优势度，将样地划分为针阔混交林型Ⅰ(针叶为主)、针阔混交林型Ⅱ(阔叶为主)、阔叶混交林型、针叶混交林型、纯针叶林型、纯阔叶林型。

针阔混交林型Ⅰ包括落叶松+枫杨混交林、红松+白桦混交林、红松+胡桃楸混交林、红松+水胡林等；针阔混交林型Ⅱ包括水曲柳+落叶松混交林、白桦+红松混交林、紫杉+蒙古栎混交林等；阔叶混交林型包括枫杨+红瑞木混交林、蒙古栎+毛脉卫矛混交林、珍贵阔叶树混交林等；针叶混交林型包括东部白松+白云杉混交林、东部白松+班克松混交林等；纯针叶林型包括落叶松纯林、红松纯林、班克松纯林、沙松纯林、樟子松纯林、华山松纯林等；纯阔叶林型包括大叶山杨纯林、白桦纯林、大青杨纯林、山桃稠李纯林等。

3.2 林型内植物种类分析

通过调查发现，研究区域内样地类型主要有5种形式，详细统计数据见表1。

表1 样地主要类型统计表

从表1可以看出，针阔混交林型Ⅰ样地内的植物种类最为丰富，针阔混交林型Ⅱ次之，而纯针叶林型样地中的植物种类最少。这种差异符合森林发展的趋势，即森林在培育的过程中，从纯林向混交林发展，并逐渐形成稳定形态，物种丰富度越来越高。

4 松花湖水源涵养林模式选择

根据调查结果，初步选定5种模式作为松花湖水源涵养林营造模式进行定向培育，为进行下一步研究奠定基础。

选定的模式包括稳定类型模式：红松+水胡林混交模式、东北红豆杉+阔叶树下更新模式、蒙古栎+毛脉卫矛混交模式等；过渡类型模式：红松+白桦混交模式、云杉+大叶山杨混交模式等。

4.1 红松+水胡林模式

20世纪90年代在皆伐迹地以2 m×2 m株行距进行造林，经25年的自然演替，对现有红松人工林进行调查，结果表明：红松保存率为45%；在伴生树种中，胡桃楸株数占70%，水曲柳占20%，其他伴生树种色木槭、蒙古栎、稠李等总株占10%左右。经过自然演替，红松人工纯林已经演化成红松+水曲柳+胡桃楸混交林，除水曲柳、胡桃楸外其他树种数量相对稀少。这说明，湖边生态环境较适宜红松、水曲柳、胡桃楸混交林生长。红松+水胡林能够更好地向森林顶级群落发展，形成自然生态环境，提高产量，经济效益更加显著。

4.2 东北红豆杉+阔叶树下更新模式

在坡度较缓、郁闭度适中的阔叶杂林冠下进行东北红豆杉造林，利用合适的阳光透性对东北红豆杉幼苗进行保护，结果生长良好。对林龄超10年的东北红豆杉林进行调查与分析，结果表明：成活率和保存率均可达80%以上，全坡位生长状况相似，无明显差异，可全坡位造林。

4.3 蒙古栎+毛脉卫矛模式

蒙古栎、毛脉卫矛是吉林地区重要的乡土树种，在松花湖生态区种群数量大，其在园林、边坡绿化及造林的使用上越来越多。在松花湖生态区选择山地水源涵养林地带与沿岸水源涵养林地带设置调查样地进行植被调查。结果表明：毛脉卫矛在山坡中下部呈集中分布，与蒙古栎形成混交状态，混交林内乔灌草种类较为丰富。因此，将蒙古栎、毛脉卫矛列为松花湖水源涵养林植被恢复适宜树种，在湖岸和山地起伏地带进行培育，形成具有鲜明特点的蒙古栎+毛脉卫矛模式，对松花湖水源涵养能够起到积极作用。

4.4 红松+白桦混交模式

红松在松花湖区具有独特的生态地位，是造林与培育的重要目的树种。作为顶级群落优势树种，配合白桦形成红松+白桦混交模式。白桦作为皆伐迹地先锋树种，其生态价值尤为重要。白桦林冠覆盖大部分区域，在林冠下栽植红松，为幼龄红松林提供有效遮阴，保证存活率，最终形成稳定的森林生态群落。随着红松+白桦混交林内乔、灌、草种类逐渐丰富，整个模式形成以红松为主的复层异龄针阔混交林结构。

20世纪80年代，在松花湖次生林皆伐地，首先用密度2 m×2 m进行白桦造林，随着白桦逐年长高，在林冠下以1 m×2 m的密度栽植红松，并任其自然生长。通过样地调查，结果表明：样地内红松保存率最高，占乔木总数的56%；基本盖度白桦最高，占乔木总盖度的84%；样地内树高、胸径、冠幅差异明显；灌木及草本植物种类多样，毛脉卫矛、宽叶薹草等随处可见。调查区域内以白桦、红松占主导地位，地带性乔、灌、草群落结构相对合理，因此在次生林内构建以红松+白桦为主导的水源涵养林地带性植被可行，红松+白桦模式是松花湖水源涵养林植被恢复的重要过渡类型之一。

4.5 云杉+大叶山杨混交模式

在松花湖生态区引进栽培大叶山杨(Populusdavidianavar.macrophylla)，可丰富水源涵养林树种结构。随后在大叶山杨间隙内栽植云杉，生长态势良好，较一般造林地成活率高。调查结果表明：大叶山杨表现出速生性，7年生大叶山杨树高6.98 m，胸径8.23 cm；25年树龄平均胸径19 cm、平均树高24 m、单株材积0.311 0 m3，对比山杨，分别超出1.3倍、1.1倍和2.5倍；通过对云杉+大叶山杨构建区植被调查，幼树中乔木树种出现14科22种，伴生灌木11科19种，草本植物30科48种，表现出良好的植物多样性。因此，可以将云杉+大叶山杨混交模式列为松花湖水源涵养林植被恢复过渡模式之一，增加恢复手段，提高松花湖水源涵养林植被恢复效果。

5 结语

以“结构决定功能原理”和“植被演替规律”为理论指导，依托现有林种和历史资料，对松花湖水源涵养林植被多样性进行跟踪调查和群落结构分析，将是接下来重点研究目标。

在研究的过程中用不同方法，探寻松花湖水源涵养林的恢复模式，将乡土树种造林和外来树种引进列为重点，进一步培育地带性植被，促进水源涵养林植被朝稳定的顶级群落发展演替，以达到利用水源涵养林保持水土、净化环境、提高生态效益的最终目的。