丰宁县防护林建设现状及退化修复措施

2024-05-13 06:43李艳丰
南方农业 2024年6期
关键词:丰宁县防护林人工林

李艳丰

(丰宁满族自治县茂元林业发展有限公司,河北丰宁 068350)

防护林作为一项重要的生态工程,在防风固沙、保持水土、调节气候等方面发挥着关键作用。近年来,由于气候变化、人为活动等多种因素影响,我国部分地区的防护林出现了不同程度的退化,直接影响和制约了林业可持续发展。河北省丰宁县属于典型温带大陆性干旱气候,防护林退化问题尤为突出。本文在调研的基础上,着重从土壤养分流失、林地生态破坏、林木病虫害等角度,探讨退化防护林修复措施,并结合典型案例,评估修复效果,期望研究结果能为丰宁县及类似地区防护林的可持续发展提供借鉴。

1 防护林类型和分布情况

丰宁县地势平坦,属于华北平原区域。该县土地肥沃,有不少天然湖泊湿地,是水禽栖息的良好场所。这些自然环境对保持当地水土、调节气候、涵养水源等起到重要作用[1]。根据丰宁县林业局统计资料,该县防护林总面积约为32.6 万hm2,林地覆盖率达到18.2%。其中,封山育林面积18.3万hm2,主要有马尾松、油松、云杉等速生树种;一级和二级涵养林面积12.4 万hm2,以白桦、蒙古栎等阔叶树种为主;沿河及水库拦沙治沙林1.9 万hm2,种植柳杉、杨树等树种。这些防护林具有防风、固沙、保水等生态功能[2-3]。

近10 年来,随着局地气候变干及林区生态环境恶化,丰宁县防护林普遍出现了不同程度的退化。根据2020 年林业调查结果,丰宁县马尾松、云杉等人工林存量减少,立地质量较差林分的平均蓄积量仅有56 m3·hm-2,远低于设计存储量;树龄30 年以上近熟人工林疏密度差异大,更新不良;混交林及阔叶林树种组成单一,平均蓄积量仅为85 m3·hm-2,结构简单;主要林分的生长量也普遍低于区域平均水平。

2 防护林退化现象原因分析

2.1 土壤养分流失

丰宁县属于草原向森林过渡地带,土壤类型主要为棕壤和黑钙森林土。这些土壤养分相对贫乏,腐殖质和速效氮含量较低。随着近年来气候变化,该区域蒸发量持续增加,年降水量减少,导致土壤水分条件变差。数据显示,该地区0~100 cm 土层平均含水量已从1990 年的60%下降到2019 年的50%以下[4]。土壤水分条件恶化直接导致养分流失加剧。研究表明,水分条件是影响土壤养分释放和吸收的关键因素。土壤中磷、钾等养分主要以矿物结合态固定,依赖水分进行溶解和迁移;而氮素则主要以有机形态存在,其矿化作用也依赖微生物的活性,同样需要充足的土壤水分。数据监测结果显示,丰宁县防护林土壤2022 年有机质、全氮、速效钾流失量较20 世纪90 年代分别增加了8%、10%、15%,养分贫瘠化现象明显。水分条件变差还导致根际土壤pH 值升高,平均上升了0.5 个单位。过高的pH 值会抑制部分营养元素的有效性。研究表明,在pH 值为8.5 的条件下,铁、锰、铜、锌等微量元素的有效性仅为最适pH 值条件的30%~60%,这些微量元素在树木光合作用和其他生命活动中发挥重要作用[5]。

2.2 林地生态破坏

丰宁县防护林长期以来遭受了不同程度的生态破坏,具体如下。1)随着气候变干,该地区部分顶级捕食性动物如狼、狐等数量明显减少。根据丰宁县统计局资料,2001—2020 年狼的栖息密度已从3.5 只·万hm-2下降到1.5 只·万hm-2,这些顶级捕食者的减少打破了食物链平衡,导致啮齿目等食草动物数量加速增加,对林下植被形成新的破坏压力。此外,单一化人工林所提供的野生动物栖息环境和食物过于贫乏,也限制了物种多样性的维持。2)由于地形条件复杂,该地区人工林细根系统发育普遍存在问题,加上气候变干导致的水分压力,使树木对土壤的固结作用被削弱,表层土壤结构普遍出问题。根据调查,30%以上的测点土壤渗透性分类已由良好转变为欠佳,导致雨水无法有效渗入地下水补给源,加剧了林地生境干旱化。根系对土壤的支撑作用减弱也导致不同程度的坡面垮塌和土层流失。3)气候变干还直接导致林分和林地微气候条件的恶化。观测结果显示,人工林平均湿度比自然次生林低5~8 个百分点,而平均气温则高1.5~2.5 ℃,这改变了林木正常的生长环境,加速了水分胁迫的发生,抑制了光合作用和养分吸收,促使病虫害发生概率增加,形成恶性循环。

2.3 林木病虫危害

丰宁县防护林主要树种如马尾松、黑松、油松等都易遭受各种病虫害的侵扰。随着近年来气候变暖和林分生态环境恶化,部分病虫害发生频次和危害程度呈增加趋势,成为导致林木加速衰退和死亡的重要原因。根据统计,该县马尾松和黑松的主要害虫——松毛虫发生周期已从过去的5~7 年缩短为3~4 年,发生面积增长约40%。水分胁迫可诱导松树产生更多可食用的滋养组织,进而诱发松毛虫数量暴发。数据监测显示,在发生灾情的林分,松毛虫的平均密度已由每株20 余头增加到50~60 头。高密度的松毛虫食叶可使乔木在2~3 个月内完全丧失光合作用的能力,最终导致立木枯死。随着气温升高,丰宁县油松和云杉根腐病也呈现蔓延态势。病原体对树木的感染多发生在根系受损时。统计数据表明,近5 年,该县30%以上有病害发生的人工针叶林分都存在不同程度的根系损伤。而干旱等极端气候可加重根系损伤,并抑制树木形成有效防御组织,从而加剧病害的发生与扩散,这可导致20~30 年生油松和云杉的立木枯死率超过15%。

3 修复措施探讨

3.1 改善土壤质量

为改善丰宁县防护林土壤质量,可从调节土壤pH值、增加有机质输入、优化微生物区系等方面入手。pH 值过高会降低部分养分的有效性,因此需要采取措施适度降低土壤pH 值。研究表明,施用适量硫酸钙或硫酸镁肥料,配合腐熟芽孢杆菌制剂,可有效调节土壤pH 值,提高铁、锰、铜、锌等微量元素的有效性,增强林木对养分的吸收利用[1]。同时,间作豆科绿肥植被,可酸化土壤,改善丰宁县土壤条件。提高土壤有机质含量,是维持土壤肥力的关键。除白桦等阔叶林自然补充有机质外,针叶人工林可采取间作豆科绿肥植被或秸秆覆盖,增加土壤有机输入;施用完全发酵腐熟的堆肥,也可直接增加土壤有机质含量,改善土壤孔隙度、保水保肥能力。相关文献表明,应用生物菌肥后1 年,土壤氮磷活性可提高15%~25%,林木活力也显著优于对照,这是因为菌根共生可增加树木的根际吸收面积,促进矿质养分的溶解和吸收[3]。

3.2 恢复林地生态功能

恢复丰宁县防护林的生态系统功能,需要从拓展物种多样性入手。1)在纯人工林基础上,适当引入适生的乔灌木及草本植物,丰富林分物种多样性,丰富野生动物的食物来源和栖息环境。建议选择透光率高、根系发达、生长快速的树种,如白桦、山杨、红豆杉等。相关数据表明,复杂度更高的间作林分,土壤水分含量可比纯人工林提高5%以上[2]。2)针对性修整林地地形,改善立地条件,促进树木根系生长。例如,利用梯田式渗水平沟,引导雨水渗入,提高植被对土层下渗水的利用效率,可使土壤含水量比不修整处提高8%以上[5];修建硬质培土沟,也可有效保护和延伸树木主根系的生长范围。3)根据立地条件科学配置树种,调节蒸腾作用,改善微气候环境。例如,在干旱缺水地块,可适量引进油松等耐旱树种;调高针叶树比例,提升冠层密度,减少地表径流。

3.3 加强病虫害防治

为有效防治丰宁县防护林的主要病虫害,可从调整林分结构、提高树木抗性、病虫生物防治等方面入手。1)采取混交经营措施,适当调整树种比例,引入抗病性更强的乔木,如马尾松等。构建复层异龄的立体结构,可以抑制单一病虫种群的大面积暴发,相比纯林,针阔混交林病虫发生量降低30%以上[2]。保持林分边缘复杂,也可为天敌昆虫提供适宜的过冬场所。2)采取精确计量和释放化学农药的防治技术。例如,使用含有伊维菌素和毒死蜱等有效成分的微生物农药,这些农药能够诱导或增强病原体对寄主的抗性反应,有效抑制害虫的取食和活动,从而迅速控制退化林中的病虫害问题。3)充分利用和培育天敌昆虫种群,发展生物防治技术。例如,大量释放寄生蜂等捕食性天敌,可有效抑制松毛虫等鳞翅目害虫种群的暴发。春季释放1 万头·hm-2特定寄生蜂种群,可使松毛虫天敌寄生率超过45%,实现对松毛虫等害虫的有效生物防治[5]。

4 实证研究及案例分析

4.1 退化修复案例背景

丰宁县油松人工林是当地典型的中度退化防护林。该林分于1995 年人工种植而成,林分结构较单一,主要乔木层树种仅油松1 种,部分立地条件差的林边、林隙处种植有少量白桦林木。林分蓄积量仅为105 m3·hm-2,与当地正常油松林相比低了约30%,更新不良。

经历2002 年、2012 年2 次低强度的森林火灾后,该林分土壤理化性质恶化,土壤渗透性能由“良好”转为“欠佳”。此外,林分北侧和西侧坡度较大,受火灾和水土流失的影响,表层土壤严重退化。草本植被和林下灌木层发育不良,生物多样性较低,林木主要病虫害有松材线虫病等。

4.2 修复措施效果评估结果

针对该退化油松人工林的问题,于2015 年开始实施了主要包括调整混交结构、搭配坡面沟培土、引入豆科绿肥植被、病虫生物防治等综合治理措施。经过5 年治理,当地林分生态环境显著改善,树木生长速度加快。调查评估结果表明,采用25%白桦和10%山杨的植被配置方式,结合坡面沟培土技术,可明显改善该林地的立地条件,有效提高白桦和山杨的成活率,显示出良好的生态恢复效果。治理5 年后,林分平均立木高度增加了11.1%,平均胸径增加了16.7%,平均蓄积量增加了33.3%(见表1)。通过生防菌剂防治和大量释放寄生蜂等措施,松材线虫病的发生量已从每树20 余头减少为5 头以下,寄生蜂寄生率达到76%,病害发生程度也有所减轻。

表1 修复前后指标对比

5 结语

丰宁县防护林的退化问题已经引起了广泛关注。通过对退化现状、原因的深入分析,本文提出了一系列针对性的修复措施,包括改善土壤质量、恢复林地生态功能、加强病虫害防治。在实际案例中,应用这些措施可取得明显成效,为丰宁县及其他类似地区实现防护林可持续发展提供了有益的借鉴。然而,防护林的修复与保护是一个长期、复杂的过程,需要政府、企业和社会各界的共同努力。未来,林业人员应继续关注防护林的健康状况,加强科研与技术创新,提高防护林管理水平,确保其在维护生态安全、促进可持续发展方面发挥更大的作用。

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