不同栽培模式下林木生长和生态功能的比较研究

汪志红

随着全球生态环境问题的日益凸显，林木的生长和生态功能对于维持生态平衡、保护生物多样性以及促进可持续发展具有重要意义。林木栽培技术模式的选择对于林木的生长和生态功能具有重要影响。不同栽培模式所采用的管理措施、种植方式和土壤处理方法等，都会直接或间接地影响到林木的健康状况、生长速度以及所提供的生态系统服务。在过去的几十年里，人们逐渐意识到传统的自然更新模式在满足人类需求和保护环境之间存在一定的冲突。因此，出现了多种新型栽培模式，旨在提高林木产量、改善土壤质量、增加水源保护能力以及增强林木对气候变化等压力的适应能力。为了全面评估不同栽培模式下林木生长和生态功能的差异，需要进行比较研究。通过比较不同栽培模式下林木的生长指标如胸径、树高、材积等以及相关的生态功能指标如土壤养分含量、水分含量等，可以揭示出各种栽培模式的优势和局限性。

一、常见的几种林木栽培模式

1、传统自然更新模式

传统自然更新模式是一种基于自然生态系统的林木栽培模式，其核心理念是依赖天然种子播撒或自然繁殖，无需人工干预。在这种模式下，林木的生长过程主要依赖于自然环境中的气候、土壤和其他生物因素。在传统自然更新模式中，首先需要选择适宜的地点作为林木的生长区域。通常会选择有利于种子散布和萌发的地形条件，如山坡、河岸等。接下来，根据当地植被类型和物种组成，确定适宜的母树群体，并保护好这些母树。当母树结出成熟果实时，果实会散布到周围土壤上，并经过一段时间后开始发芽并形成新苗。

2、混交林模式

混交林模式是一种将不同树种混合种植的林木栽培模式。与传统自然更新模式相比，混交林模式通过人工选择和组合不同的树种，以达到多样性、互补性和协同效应的目标。在混交林模式中，树种的选择非常重要。通常会选择具有不同生长特点和生态功能的树种进行混合种植，例如快速生长、高产量的主要经济树种与耐寒、抗旱或改善土壤质量的次要树种。这样可以充分利用各个树种之间的优势互补，提高整个林木群落的稳定性和可持续性。

3、人工造林模式

人工造林模式是一种通过人工干预和管理的方式进行林木栽培的模式。与传统自然更新和混交林模式相比，人工造林模式更加注重人为选择、引种和管理树种，以达到特定目标。在人工造林模式中，首先需要进行合适的树种选择。根据不同地区的气候、土壤条件以及经济需求，选择适宜的树种进行种植。这些树种通常具有快速生长、高产量、抗病虫害等优势。接下来，进行适当的土壤改良和施肥措施，以提供充足的营养物质和水分供应。同时，对于疏松或贫瘠的土壤，可以采取措施改善土壤结构和肥力。在树木成长过程中，还需要进行定期的修剪、除草和防治病虫害等管理措施。这些措施有助于保持良好的生长环境，并确保林木能够健康茁壮地生长。

4、农田防护林模式

农田防护林模式是一种在农田周围或内部种植树木的模式，旨在保护农田免受自然灾害和环境恶化的影响。这种模式将林木作为屏障，起到防风固沙、保水保肥、调节气候和改善生态环境等多重功能。在农田防护林模式中，树种的选择非常重要。通常会选择耐盐碱、耐旱、耐寒的树种，并结合当地气候和土壤条件进行合理搭配。例如，在海岸地区可以选择海蒿、碱蓬等耐盐碱植物；在干旱地区可以选择柽柳、刺槐等耐旱树种。农田防护林的布局也需要考虑到不同地形和土地利用情况。一般来说，可以在农田周围或沿着河流、山坡等易发生侵蚀和风沙的边界位置种植防护林带。同时，在大片农田内部也可以设置分散分布的小面积防护林，起到局部保护的作用。

5、集约化栽培模式

集约化栽培模式是一种在农田中利用科学技术手段，以最大程度地提高农作物产量和经济效益的模式。这种模式注重高效利用土地、水资源和劳动力，通过合理的管理和技术措施来实现农业生产的可持续发展。在集约化栽培模式中，首先需要进行合理的土地利用规划。通过科学分析土壤质量、水源状况、气候条件等因素，确定适宜的农作物种植方式和密度。根据不同作物的需求和生长特点，选择合适的品种，并结合适时的播种、移栽和收割等操作。同时，集约化栽培还强调科学施肥和灌溉管理。通过土壤测试和营养需求分析，精确计算出每个作物所需的营养元素，并按照比例进行施肥。采用精准灌溉技术，根据土壤湿度、蒸散发情况等指标，合理控制灌溉量和频率，以避免浪费水资源。

6、生态恢复模式

生态恢复模式是一种通过人工干预和管理手段，促进受损生态系统的自然修复和恢复功能的模式。它旨在修复和改善受到污染、破坏或退化的自然环境，重建健康、稳定的生态系统。生态恢复模式涉及多个方面，包括土壤修复、植被恢复、水体治理等。在土壤修复方面，可以采用物理、化学和生物等方法，去除或降解有害物质，并改善土壤结构和肥力。植被恢复则通过引入适宜的植物物种，促进植被覆盖和生物多样性的增加。水体治理包括净化水源、保护湿地、防止水污染等措施，以提高水体质量和保护水资源。

二、不同栽培模式下林木生长和生态功能的比较试验

1、材料

本文在进行实验过程中选择的是中国林业科学研究院宣化实验基地所构建的6000亩林木基地。该地区地处洋河北岸，年平均气温8℃左右。本次试验选择的是该林木基地种植的柏树为对象，柏树是杉科柏属的常绿乔木植物。它是一种古老而常见的树种，在世界各地都有分布。高大挺拔，可以生长到30m以上；树干笔直，树皮红褐色或灰色，并呈现出垂直纹理；叶子为鳞片状，密集排列在枝条上，呈现深绿色或蓝绿色；雌雄异株，花序为球形或卵形的球果，成熟后会散发出浓郁的香气；种子小而扁平，带有两个薄而透明的翅膀。

2、试验设计

本次试验选取的栽培模式主要包括传统自然更新模式、混交林模式、生态恢复模式三种。在试验进行过程中，每个栽培模式都需要设置3个重复。每个重复的面积应为7m×8m，并且每个重复小区内应包括9株柏树。这样的设计可以确保实验的可靠性和准确性。通过对不同栽培模式进行多次观察和测量，可以得出更加客观和可信的结论。

3、采样和检验方法

在本研究中，于2022年的1月和8月，在每个重复小区随机选择了4个位于土壤深度为0到20cm之间的土样，并将它们混合成一个样品。随后，对这些土样进行了风干和筛选处理，并检测了土壤中的全磷、速效磷、铵态氮和硝态氮含量。具体地，使用HClO4-HF溶液对土壤中的全磷进行消解，并使用iCAP7400仪器进行测定。而在测定速效磷之前，首先对土样进行了pH值的测定。对于碱性土壤样品，使用0.5 mol·L-1NaHCO3进行浸提；而对于酸性土壤样品，则采用0.03 mol·L-1NH4F-0.025 mol·L-1HCl溶液进行浸提。随后，使用Auto Analyzer 3仪器对速效磷进行测定。至于铵态氮和硝态氮的检测，采用2 mol·L-1KCL溶液进行提取，并借助Auto Analyzer 3仪器进行测定。此外，在2022年的1月、5月至12月以及2023年的1月期间，还对柏树胸径进行了监测。截至2022年1月和2023年1月为止，柏树已经生长了分别为2年8个月和3年8个月的时间。

4、数据处理

在这项研究中，采用了SAS软件（8.0版）对不同栽培处理下的全磷、速效磷、铵态氮、硝态氮、柏树胸径和材积等指标进行了方差分析。通过方差分析，可以比较不同栽培处理之间是否存在显著差异（P≤0.05）。为了更直观地呈现数据，使用了SigmaPlot 10.0软件进行了制图。在对柏树胸径进行统计分析时，首先计算了每个重复样地的柏树胸径均值，然后使用这些均值进行方差分析。这样做可以减少误差，并更好地反映出不同栽培处理对柏树生长的影响。此外，还整理了80年代收集的1238个柏树胸径和2.7m茎干材积数据。通过对这些数据进行回归分析，可以探究柏树胸径和茎干材积之间的关系。这有助于进一步了解柏树的生长规律和发展趋势。

三、不同栽培模式下林木生长和生态功能的比较结果

1、不同栽培模式下土壤养分变化情况

根据研究结果显示，在2022年的1月和8月期间，不同栽培处理之间的土壤全磷含量并没有出现显著性差异（见图1）。而在2023年的1月时，也没有观察到不同栽培处理之间土壤速效磷含量的显著差异。但是在2022年1月至8月期间，传统自然更新模式的土壤速效磷呈下降趋势，而混交林模式和生态恢复模式的土壤速效磷含量分别增加了5.54mg·kg-1和10.72mg·kg-1。这表明不同栽培处理对土壤速效磷含量有着不同的影响。另外，从2022年1月到2022年8月，所有栽培处理的土壤铵态氮含量都显著降低，同时硝态氮含量显著提高。尤其是生态恢复模式的土壤硝态氮含量增加了126.32mg·kg-1。这说明不同栽培处理对土壤中铵态氮和硝态氮的变化也有重要影响。综上所述，研究结果揭示了不同栽培处理之间在土壤全磷、速效磷、铵态氮和硝态氮方面的差异，并为进一步理解栽培处理对土壤养分动态变化的影响提供了重要线索。

2、不同栽培处理林木胸径和材积变化

在试验开始前，传统自然更新模式、混交林模式和生态恢复模式的柏树胸径分别为22.4cm、21.8cm和24.6cm。经过1年的栽培处理之后，这三种种植模式下的柏树胸径均有所增加。具体来说，传统自然更新模式的柏树胸径增加了3.5cm，从22.4cm增至25.9cm；混交林模式的柏树胸径增加了3.6cm，从21.8cm增至25.4cm；生态恢复模式的柏树胸径增加了4.3cm，从24.6cm增至28.9cm（见图2）。这些数据表明，在相同的时间段内，生态恢复模式下的柏树生长速度最快，其次是混交林模式，传统自然更新模式的柏树生长速度最慢。

在2022年，柏树胸径的增加量在雨季明显高于旱季。这表明雨水对于柏树生长具有重要影响，为合理安排种植管理提供了依据。其次，在不同种植模式下，雨季胸径增加量占全年胸径增加量的比例也有所不同。具体来说，传统自然更新模式下的柏树雨季胸径增加量占全年增加量的58.3%，混交林模式下为61.1%，生态恢复模式下为61.4%。这说明在雨季进行适当的管理措施，可以进一步促进柏树的生长发育。最后，在胸径和2.7m柏树茎干材积之间存在着显著的二次幂函数关系。这意味着随着柏树胸径的增加，其茎干材积也会呈现出非线性的增长趋势。

3、不同栽培处理土壤贮水量变化

在2022年1月—2023年1月以及2022年4月—2022年11月这两个时间段内，0～100cm土层的土壤贮水量在不同栽培处理之间并没有显著性差异。这意味着传统自然更新模式、混交林模式和生态恢复模式对土壤贮水量的影响相对较小，可能需要更长的时间或者其他因素的综合作用才能显现出明显差异。

其次，在2022年1月—2023年1月期间，传统自然更新模式、混交林模式和生态恢复模式的0～100cm土层土壤贮水量增长分别为27.19mm、44mm、47mm。值得注意的是，混交林模式和生态恢复模式相较于传统自然更新模式，土壤贮水量分别高出16.81mm和19.81mm。这表明在相同时间段内，混交林模式和生态恢复模式可以更有效地提升土壤贮水量，具有更好的保水能力。

最后，在2022年4月—2022年11月期间，传统自然更新模式的0～100cm土层土壤贮水量降低了13.19mm。与此相反，混交林模式和生态恢复模式的土壤贮水量分别提高了29.11mm和21.74mm。这说明混交林模式和生态恢复模式能够有效地增加土壤的水分储存量，从而改善土壤湿度和保持水分平衡。

综上所述，混交林模式和生态恢复模式相较于传统自然更新模式，在土壤贮水量方面表现出更好的效果。这些研究结果对于合理选择种植模式、优化土壤管理以及水资源利用具有重要指导意义。

随着全球生态环境问题的日益凸显，不同栽培模式对林木的生长和生态功能可能产生不同的影响。本研究旨在比较传统自然更新模式、混交林模式、人工造林模式、农田防护林模式、集约化栽培模式和生态恢复模式下林木的生长情况和相关的生态功能。通过采集样本并进行试验设计，测量了林木的胸径、树高、材积等生长指标，并对土壤养分、水分含量等进行了采样和检验。经过数据处理和分析，发现不同栽培模式下土壤养分变化情况存在差异，科学合理的栽培处理能够促进林木快速生长并提高产量，并增加土壤贮水能力。基于实验结果，得出结论并提出建议，为优化林木培植策略、促进森林资源可持续发展提供参考。