灌木林地改造黄连木+连翘混交林模式效益分析

刘洪勇，徐 庆，苏 庆，孔 艳，屈 峰，赵 冬，孔令雷

（曲阜市自然资源和规划局，山东 曲阜 273100）

黄连木（Pistacia chinensis）为漆树科黄连木属植物，是一种优良的绿化、用材、观赏、药用和油料树种[1]，也是山东曲阜特产之一 “楷雕” 原材料。连翘（Forsythia suspensa）是木犀科连翘属常用优良园林绿化落叶灌木，也是我国常用中药材，药食同源，应用历史悠久，具有抗氧化、抗病毒、抗肿瘤、抗菌、抗炎、保肝等作用，用途广泛，市场前景好[2]。黄连木为慢生树种，深根性，主根发达，抗风折，萌芽力强。连翘发丛快，根系发达，主根不明显，侧根粗长，须根众多，吸收和固土能力强，以上两个树种皆能够充分发挥树木的保水蓄水能力，因此，黄连木、连翘作为生态、经济两用树种，具有很高的生态、经济价值。通过对青石山香椿低产低效林改造黄连木+连翘混交林，既增加了林地的直接经济收益，又丰富了林区树种生物多样性，使低产低效灌木林地快速达到了降低地表径流量和土壤减蚀量的效果，现介绍如下：形成了一套低产低效灌木林地改造黄连木+连翘混交林树种空间结构优化配置技术。

1 研究区概况

1.1 立地条件

研究区位于鲁西南青石山区，青石又俗称石灰岩。试验林设在曲阜市国有尼山林场，面积5 hm2，灌木林，树种以矮化香椿低产低效林为主，其次为合欢、扁担木、构树、酸枣等灌木，混生少量散生木，灌木平均覆盖度35%。立地条件极差，土壤贫瘠，阳坡，坡度≦35°；土类褐土，质地粗骨土，石砾含量15%～45%，土层厚度20～60 cm，土壤pH 值7.1。该区属暖温带大陆性气候，年平均气温13.6℃，有效积温5035.2℃，日照百分率54%，年平均降雨量691.4 mm，大气相对湿度68%。

1.2 试验材料

2021 年3 月15 日新建黄连木、连翘混交林；1992 年栽植已矮化的灌从状香椿低产低效林；天然灌木扁担木、构树、酸枣、合欢等；少量散生木侧柏、刺槐、山杏等乔灌树种。

1.3 样地设置

在尼山林场Ⅳ林班设A、B、C、D 4 个试验林区，面积5 hm2，分别对应4 个乔灌混交林模式S1、S2、S3、S4和1 个对照林混交模式S0,每个混交林模式设2 个样地和1 个对照林样地。造林配置模式分别为黄连木+连翘星状混交、株间混交、行间混交和带状混交，株行距3×4～5 m，初植密度833～667 株/hm2或多为依地形定植；对比试验林为灌木林地，不规则块状或星状混交。混交林模式S1、S2、S3、S0 样地规格25.82×25.82 m，混交林模式S4 样地规格35×19.05 m，样地面积均为666.7 m2（见表1）。

表1 林地样地因子调查数据

2 研究方法

2.1 林地土壤侵蚀效益研究

本文研究和监测内容：林地径流量和土壤侵蚀量。监测以年为周期，起止时间为当年4 月1 日—翌年3月31 日，即第1 年（对照）2020 年4 月1 日—2021 年3 月31 日；第2 年2021 年4 月1 日—2022 年3 月31日；第3 年2022 年4 月1 日—2023 年3 月31 日。在试验区每个造林模式选择3 个监测点，对监测点进行标记、固定，每个监测点数据测定重复3 次，取其平均值。

林地径流量与森林降水量密切相关，地表径流量采用地表径流系数法来计算，计算公式为：

地表径流量（mm）=降雨量（mm）×地表径流系数

林地土壤侵蚀量测定，分别在样地内设置标尺，测定径流冲刷使标尺裸露的高度，计算各样地土壤侵蚀模数的平均值。计算公式为：

侵蚀模数［t/（hm2·a）］=侵蚀深度（mm）×土壤容重（g/cm3）×10

与对照林相比减少的土壤侵蚀量［t/（hm2·a）］=对照区的侵蚀模数［t/（hm2·a）］-试验区的侵蚀模数［t/（hm2·a）］。

2.2 经济树经济价值效益评估方法

由于黄连木未进入结实期，所以只评估香椿椿芽和连翘果实产生的直接经济效益。在不同造林模式样地中选取所有的连翘样株作为研究对象，调查定植2 年的连翘果实产量，从而计算不同造林模式连翘果实产量及产值。香椿以样地为单位推算椿芽平均产量，不对不同造林模式的产量、产值进行调查分析。连翘单株产量采用BSM-120.4 卓精分析天平测定，每个样地调查数据测定重复3 次，取其平均值。

2.3 树种空间结构优化配置技术方法

林地改造和幼林生长过程中，保留林地原生灌木和散生木，通过人工抚育措施，只对新植目标树树盘周边1.5 m 各类原生灌木进行清理，拓展新植树木立体生长空间，留足新植黄连木树冠周边50～80 cm、连翘树冠周边80～100 cm 横向生长空间，生长季节定期切断向树盘里面延伸生长的原生灌木根系，避免对目标树种造成光照、水分和养分竞争。对地堰香椿低产低效林通过伐除老桩，剪除枯死枝、病死枝等方式，保留部分健壮枝条复壮香椿二代萌条；对原生灌木疏密留稀，对保留的散生木有目的的进行修枝、疏伐或卫生伐，逐步形成以目标树种为主的阔叶乔灌混交林。

2.4 数据处理

采用Excel2019 进行数据处理与制图，使用SPSS19.0 软件对不同造林模式相关数据之间差异显著性进行方差分析。

3 结果与分析

3.1 土壤侵蚀监测分析

监测数据表明(见表2)，不同造林模式林地地表径流量、土壤侵蚀量存在一定差异，各造林模式S1、S2、S3、S4 同部位地表径流量分别比对照减少37.75%、38.42%、40.08%、42.16%；土壤侵蚀量分别比对照减少23.61%、24.53%、25.31%、27.14%。各造林模式土壤侵蚀程度由强到弱为S1>S2>S3>S4。造林模式S1 地表径流量最大为673.4m3/hm2·a，造林模式S4 地表径流量最小为435.1m3/hmhm2·a，经方差分析，各造林模式均与对照林有显著差异，说明对低产低效灌木林地改造乔灌混交林后对减少地表径流有较为显著的效果。造林模式S1 土壤侵蚀量最大为1.78t/hm2·a，造林模式S4 土壤侵蚀量最小为1.02 t/hm2·a，经方差分析，各造林混交模式均与对照林有显著差异，说明对低产低效灌木林地改造乔灌混交林后对减少土壤侵蚀有较为显著的效果。混交林减少土壤侵蚀与地表径流方面比纯林更显著，针阔叶混交林要比单纯的针叶林要好[3]。在该试验区，石灰岩山地具有坡度陡、坡长短、土层薄的特点，而且降雨一般集中在夏季，多以暴雨形式出现，降雨流速大、汇流快，极易造成土壤侵蚀。土壤侵蚀直接影响到水土资源的流失，土壤层变薄，土地生产力降低，生态环境恶化。土壤流失量的大小不但与土壤自身的抗侵蚀性质有关，而且与降雨特性、下垫面条件密切相关[4]31。通过数据分析，林地植被覆盖度与地表径流量、土壤侵蚀量呈负相关，林地坡度与地表径流量、土壤侵蚀量呈正相关（见图1、图2）。

图1 林地植被盖度与地表径流、土壤侵蚀的变化规律

图2 林地坡度与地表径流、土壤侵蚀的变化规律

表2 林地地表径流与泥沙监测数据

3.2 连翘结实能力分析

通过数据调查分析（见表3），栽植2 年连翘已进入开花结实期，各造林模式S1、S2、S3、S4 单株产量分别为0.163kg/株、0.150kg/株、0.185kg/株、0.166kg/株，平均0.167kg/株。各造林模式连翘结实产量由高到低为S3>S4>S1>S2，单株产量S3、S4>S1、S2，分析认为主要由于前者土层较厚、土壤肥力稍好、植被覆盖度较低有一定相关性（见图3）。

图3 连翘产量对比分析

表3 连翘产量调查数据

3.3 生态经济效益价值分析

3.3.1 固土效益价值

根据各造林模式减少的土壤侵蚀量，利用机会成本法计算固土量价值，土壤容重按1.22t/m3，在山上挖土机取土单价16 元/t。各造林模式S1、S2、S3、S4 比对照林地分别减少土壤侵蚀量0.55t/hm2·a、0.52t/hm2·a、0.41t/hm2·a、0.38t/hm2·a，计算得出，减少的土壤侵蚀直接价值分别为8.8 元/hm2·a、8.32元/hm2·a、6.56 元/hm2·a、6.08 元/hm2·a，平均7.44 元/hm2·a。经方差分析，造林模式S3、S4 与S1、S2 差异较为显著，各造林模式固土效益价值由高到低为S1>S2>S3>S4。

3.3.2 经济树经济效益产值

根据各造林模式的单株结实产量，结合2023 年5 月市场行情，以连翘果实220 元/kg 计算，单株果实产值各造林模式S1、S2、S3、S4 分别35.8 元/kg、33 元/kg、40.7 元/kg、36.5 元/kg，产值由高到低为S3>S4>S1>S2。由于林地地形复杂，新植苗木只能依地势定植，且项目林又设计为黄连木+连翘混交林，所以单位面积连翘保有株数较少，栽植2 年连翘平均产量仅28.47 kg/hm2，产值仅有6263 元/hm2。香椿产量225 kg/hm2，以现行市场价30 元/kg 计算，椿芽产值为6750 元/hm2。

4 讨论与结论

试验证明，栽植2 年连翘果实平均产值6263 元/hm2，椿芽平均产值6750 元/hm2，根据王兵等[5]研究成果，灌木林地生态系统服务功能价值33500 元/hm2·a，通过全国CPI 数据得出2022 年灌木林地生态系统服务功能价值为44154 元/hm2·a，进一步计算得出林地直接经济效益和生态系统服务功能价值达57167 元／hm2·a。4 种造林模式与对照林相比，平均植被覆盖度由35%上升到85%，平均土壤侵蚀模数下降25.1%，由1.87t／hm2·a降为1.40t ／ hm2·a，有效降低了林地地表径流量和土壤侵蚀量。原因在于通过创建、推广低产低效灌木林地改造黄连木+连翘混交林树种空间结构优化配置技术，使林地植被覆盖度迅速提高。影响土壤侵蚀的重要因素有气候、土壤、水文、地形等,其中前3 个影响因素在一定程度上以一定方式受植被的影响[6]。林分有减少土壤侵蚀的作用，林下枯落物层可以起到吸持和拦截降水、抑制降雨侵蚀力和减少径流冲刷的作用[7]。对于地表侵蚀,植被(尤其是草本和低矮灌木)可以显著降低由降雨引起的土壤侵蚀[8]。不同林分类型与对照相比减少土壤侵蚀量与枯落物层蓄积量呈正相关，即随着枯落物层蓄积量的增大与对照相比减少土壤侵蚀量增加[9]。该项目，通过穴状、鱼鳞坑整地、保护原生植被、营造混交林等方式有效地减少了地表径流和土壤侵蚀，特别是营造多树种、多层次的混交林加强了林冠层截持降雨、灌草植被与枯落物层拦截地表径流的功能，枯落物层厚度达2～3 cm，增加了蓄水能力，减少了地表径流，涵养了水源、保持了水土，水土流失得到有效控制[10]。土壤的抗蚀性与多种因素相关，通过土壤结构的改良、有机质含量的提高等因素，都能够增加土壤抗蚀性，减少土壤侵蚀。因此在林木管理中，应该注意松土除草改善土壤物理性质，增施有机肥料，来提高土壤的抗蚀性能，减少土壤侵蚀与地表径流[4]46。