黃河三角洲低質(zhì)低效人工刺槐林分類(lèi)與評(píng)價(jià)

黃河三角洲低質(zhì)低效人工刺槐林分類(lèi)與評(píng)價(jià)

黃河三角洲的土壤結(jié)構(gòu)特殊，沉積物、海水侵蝕、嚴(yán)重堿性和植被覆蓋率低，生態(tài)環(huán)境脆弱。具有防風(fēng)固沙、水土保持功能的刺槐(低效林改造技術(shù)規(guī)程(LY/T1690—2007)中將低效林定義為:受人為因素的直接作用或誘導(dǎo)自然因素的影響,林分結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性失調(diào),林木生長(zhǎng)發(fā)育衰竭,系統(tǒng)功能退化或喪失,導(dǎo)致森林生態(tài)功能、林產(chǎn)品產(chǎn)量或生物量顯著低于同類(lèi)立地條件下相同林分平均水平的林分總稱(chēng)。曾思齊等11.1新淤地的主要?dú)庀筚Y料研究區(qū)位于黃河三角洲,地理坐標(biāo)為117°32′—119°10′E,36°56′—38°12′N(xiāo),東營(yíng)市河口區(qū)的黃河故道刺槐林地和濟(jì)南軍區(qū)軍馬場(chǎng)生產(chǎn)基地,屬于暖溫帶半濕潤(rùn)地區(qū),大陸性季風(fēng)氣候,年均氣溫12.1℃,無(wú)霜期長(zhǎng)達(dá)201d,≥10℃的積溫約4200℃,年降水量500～600mm,年蒸發(fā)量1800mm左右,春季是強(qiáng)烈的蒸發(fā)期,蒸發(fā)量占全年的51.7%。土壤以鹽化潮土和濱海鹽土為主,土壤鹽分組成以氯化物為主,占可溶性鹽總量80%以上,0—100cm土體加權(quán)平均含鹽量0.58%,局部地段0.5%～1.0%,最高達(dá)3.56%,新淤地土壤含鹽量較低,一般在0.3%以下。土壤pH值6.79～8.87,平均7.94;地下水埋深一般2～3m,地下水礦化度10～40g/L,高者達(dá)200g/L1.21.2.1樣地設(shè)置與樣品采集2010年10月中旬,在黃河三角洲軍馬場(chǎng)生產(chǎn)基地選擇26a人工刺槐林為研究對(duì)象,分別選取(10～15)m×(15～20)m的標(biāo)準(zhǔn)地23個(gè),在黃河故道附近選擇36年生人工刺槐林標(biāo)準(zhǔn)地8個(gè),在每標(biāo)準(zhǔn)地內(nèi)按S型均勻布設(shè)6試驗(yàn)樣點(diǎn),對(duì)10—30cm的土層進(jìn)行土壤樣品的采集與混合測(cè)定。2種林齡的人工刺槐林株行距均為2.5m×3.0m,同時(shí)在每標(biāo)準(zhǔn)地內(nèi)進(jìn)行樹(shù)木樹(shù)高、胸徑及郁閉度的測(cè)定,共測(cè)定樹(shù)木463株。1.2.2土壤理化性質(zhì)的測(cè)定pH值采用pH計(jì)(水土比5∶1),可溶性鹽采用重量法測(cè)定(水土比5∶1),烘干法測(cè)定土壤含水量,環(huán)刀浸水法測(cè)定土壤容重和孔隙度等各項(xiàng)水文物理參數(shù);利用滲透筒法測(cè)定土壤入滲特性;土壤有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀氧化—外加熱法測(cè)定,以上指標(biāo)測(cè)定采用駱洪義等利用SPSS13.0,Excel進(jìn)行有關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析。22.1鹽堿含量與鹽堿郁閉度的相關(guān)分析相關(guān)分析表明(表1),26a和36a刺槐林胸徑、樹(shù)高、材積與土壤容重、孔隙度狀況、有機(jī)質(zhì)含量、入滲特性及鹽堿含量并未表現(xiàn)出顯著的相關(guān)性,但郁閉度除了與鹽堿含量相關(guān)性不顯著外,與其他指標(biāo)均具有顯著相關(guān)性。這表明如僅從樹(shù)木生長(zhǎng)等級(jí)、樹(shù)高、生長(zhǎng)率、蓄積量等指標(biāo)來(lái)對(duì)該區(qū)域人工刺槐林進(jìn)行分類(lèi)將會(huì)比較困難,即黃河三角洲人工刺槐林低質(zhì)低效的出現(xiàn)并不主要表現(xiàn)在生長(zhǎng)狀況方面,與長(zhǎng)江中上游低質(zhì)低效次生林以林分生長(zhǎng)過(guò)程劃分林分生長(zhǎng)等級(jí),確定低質(zhì)低效的分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)不一致2.2各主成分的因子貢獻(xiàn)率及分配用標(biāo)準(zhǔn)差法對(duì)胸徑、樹(shù)高、材積、郁閉度、土壤容重、總孔隙度、毛管孔隙度、非毛管孔隙度、孔隙比、有機(jī)質(zhì)、初始入滲率、穩(wěn)定入滲率、pH值及含鹽量14個(gè)指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理,建立系數(shù)相關(guān)矩陣,計(jì)算各主成分的因子負(fù)荷率及貢獻(xiàn)率(表2)。主成分分析表明,第1主分量的貢獻(xiàn)率為80.87%,為最大主分量。前2個(gè)主分量的累積貢獻(xiàn)率為97.655%,能夠反映14項(xiàng)指標(biāo)的大部分信息,因此取前2個(gè)主分量,符合綜合數(shù)值分析的要求。在第1主分量中,大部分因子的負(fù)荷量均較大,其中土壤容重最大,其次為初始入滲率、穩(wěn)定入滲率、郁閉度及孔隙比,而反映樹(shù)木生長(zhǎng)狀況的胸徑及樹(shù)高負(fù)荷量相對(duì)較小。第1主分量中材積量負(fù)荷量最大,其次為有機(jī)質(zhì)、含鹽量和毛管孔隙度。因?yàn)橥寥廊葜嘏c土壤孔隙狀況密切相關(guān)2.3刺槐不同林型的生長(zhǎng)特征依據(jù)上述14項(xiàng)指標(biāo)對(duì)31個(gè)樣地進(jìn)行聚類(lèi)分析,依據(jù)樣地標(biāo)準(zhǔn)化指數(shù)和頻率分布特點(diǎn),最后將樣地聚為5類(lèi),類(lèi)平均值見(jiàn)表4所示。從表4可以看出,第Ⅰ—Ⅲ類(lèi)26年生3種林分類(lèi)型其胸徑、樹(shù)高、材積、郁閉度呈現(xiàn)降低趨勢(shì),土壤容重、鹽堿含量呈現(xiàn)增高趨勢(shì),而孔隙度、有機(jī)質(zhì)呈現(xiàn)降低趨勢(shì),即樹(shù)木生長(zhǎng)狀況、土壤通氣透水性能及降鹽改土功能均表現(xiàn)出減弱趨勢(shì),可分別稱(chēng)其為生長(zhǎng)潛力型、輕度低效型、中度低質(zhì)低效型,分別占總調(diào)查樣地的10.0%,25.0%,33.3%。在相同林齡的26年生刺槐林分中,第Ⅳ類(lèi)林分,其樹(shù)高、胸徑、材積參數(shù)均最低,同時(shí)其改良土壤水文物理性狀、有機(jī)質(zhì)含量及降鹽改土功能也較弱,即該類(lèi)林分主要是由于樹(shù)種選擇不適宜、生長(zhǎng)滯后造成的改良土壤效應(yīng)受到限制,可稱(chēng)其為極度低質(zhì)低效型,即生長(zhǎng)狀況較差,改良土壤效能也較弱,該林分類(lèi)型占總調(diào)查樣地的11.7%,產(chǎn)生原因主要是以刺槐作為造林樹(shù)種不適宜,同時(shí)與受鹽分條件限制及營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)競(jìng)爭(zhēng)等造成其生長(zhǎng)較弱有一定關(guān)系。第Ⅴ類(lèi)為36年生的刺槐林,其樹(shù)高、胸徑、材積參數(shù)表現(xiàn)出一定的優(yōu)勢(shì),但郁閉度明顯較低;同時(shí)土壤孔隙度狀況、有機(jī)質(zhì)含量、穩(wěn)滲速率明顯較低,土壤容重、含鹽量均較高,表明其土壤通氣透水性能、降鹽改土功能較差,表現(xiàn)出明顯的退化趨勢(shì),因此可確定其為重度低質(zhì)低效型林分。與極度低質(zhì)低效型的區(qū)別為生長(zhǎng)狀況占優(yōu)勢(shì),但改良土壤效能較弱,該林分類(lèi)型占總調(diào)查樣地的20.0%,其產(chǎn)生原因主要在于樹(shù)齡過(guò)大。2.4(1)林地的通水能力Ⅰ類(lèi)林分類(lèi)型。該林分類(lèi)型主要特征為樹(shù)木生長(zhǎng)狀況及林分結(jié)構(gòu)較好,樹(shù)木材積量最高,郁閉度平均為0.95,未出現(xiàn)枯稍現(xiàn)象,林冠健康;林地的通氣透水性能、降鹽改土功能較好,生長(zhǎng)潛力較大,未出現(xiàn)退化趨勢(shì)。這部分林分主要為軍馬場(chǎng)林場(chǎng)的26年生刺槐林,造林方式以刺槐和白榆、臭椿、白蠟等樹(shù)種混交為主。隨著樹(shù)齡的增大,結(jié)合黃河三角洲灘地的水鹽運(yùn)移規(guī)律,在今后的經(jīng)營(yíng)中應(yīng)加強(qiáng)以保護(hù)和恢復(fù)合理的經(jīng)營(yíng)密度、病蟲(chóng)害防治為主的經(jīng)營(yíng)目標(biāo),同時(shí)避免過(guò)度干擾,以保持較高的地表植被覆蓋率,防止次生鹽堿化的發(fā)生。(2)喬木層生長(zhǎng)量較高的林分Ⅱ類(lèi)林分類(lèi)型。該林分類(lèi)型主要特征為樹(shù)木生長(zhǎng)狀況及林分改良土壤理化性狀僅低于生長(zhǎng)潛力型,郁閉度在0.84左右,健康林冠和枯稍現(xiàn)象同時(shí)存在,即樹(shù)木生長(zhǎng)量較高,林下草本生長(zhǎng)較好,地表植被覆蓋率較大。這部分林分主要為軍馬場(chǎng)林場(chǎng)的26年生刺槐林,造林方式以刺槐和楊樹(shù)混交及刺槐純林為主。隨著樹(shù)齡的增大,樹(shù)木生長(zhǎng)緩慢,改良土壤功能受到一定限制,建議經(jīng)營(yíng)性擇伐,調(diào)整密度結(jié)構(gòu),注意純林病蟲(chóng)害的發(fā)生。(3)造林密度、方式及密度對(duì)林分生長(zhǎng)的影響Ⅲ類(lèi)林分類(lèi)型,屬于經(jīng)營(yíng)不當(dāng)林。該林分類(lèi)型因經(jīng)營(yíng)措施不當(dāng)、管理不善等原因,導(dǎo)致樹(shù)木生長(zhǎng)不良,林分功能與效益顯著低下,樹(shù)木生長(zhǎng)狀況及生長(zhǎng)量處于中等,改良土壤效能也較弱,郁閉度在0.70左右,基本無(wú)健康林冠,存在一定的枯稍現(xiàn)象,即樹(shù)木生長(zhǎng)狀況及改良土壤理化性能均表現(xiàn)出一定的退化趨勢(shì)。這部分林分主要為軍馬場(chǎng)林場(chǎng)的26年生刺槐林,造林方式主要以刺槐純林為主,其產(chǎn)生原因除了與樹(shù)齡較大、過(guò)度修枝、地下水鹽脅迫限制外,過(guò)度放牧、砍伐等人為干擾致使草本層踐踏嚴(yán)重,初始入滲率降低,加劇了地表徑流的發(fā)生,表現(xiàn)出一定的地力衰退現(xiàn)象。對(duì)該部分林分首先應(yīng)加強(qiáng)封育,嚴(yán)禁放牧或砍伐枝干,同時(shí)應(yīng)有目的的進(jìn)行補(bǔ)置造林,以提高草本層蓋度、林分郁閉度,防止水土流失和次生鹽堿化的發(fā)生。(4)造林密度小、土壤理化性質(zhì)惡化Ⅳ類(lèi)林分類(lèi)型,屬于樹(shù)種不適林。該林分類(lèi)型因樹(shù)種或種源選擇不當(dāng),未能做到適地適樹(shù),林木生長(zhǎng)極差,功能與效益低,且無(wú)培育前途的林分。該林分類(lèi)型的典型特征是樹(shù)木生長(zhǎng)較差,生長(zhǎng)量最小,土壤密實(shí),通透性能較差,林分郁閉度僅在0.45左右,占有一定比例的中度、重度枯稍或死亡刺槐林,林下草本覆蓋率較低。這部分林分主要為軍馬場(chǎng)林場(chǎng)的26年生刺槐林,造林方式主要以刺槐純林為主,其產(chǎn)生原因可能與微立地條件下鹽堿含量本底值較大或次生鹽堿化嚴(yán)重,選擇刺槐作為栽植樹(shù)種不合適有關(guān),同時(shí)經(jīng)營(yíng)管理不善、放牧踐踏或人為砍伐嚴(yán)重及與草本層競(jìng)爭(zhēng)等也有一定關(guān)系,上述原因致使樹(shù)木在生長(zhǎng)初期就表現(xiàn)出較弱趨勢(shì),土壤理化性質(zhì)惡化,從而反過(guò)來(lái)影響林分的生長(zhǎng)。對(duì)該部分林分,建議進(jìn)行全面皆伐,以耐鹽性較強(qiáng)的新植物材料更新栽植為主進(jìn)行低效林改造。(5)林木枯豐富、生長(zhǎng)迅速,生長(zhǎng)環(huán)境惡化Ⅴ類(lèi)林分類(lèi)型,屬于衰退過(guò)熟林。該林分類(lèi)型進(jìn)入衰老期,喪失自然更新能力,為整體衰敗的林分。該林分類(lèi)型的典型特征是由于樹(shù)齡較長(zhǎng),材積量相對(duì)較大,樹(shù)木死亡及中度、重度枯稍嚴(yán)重;改良土壤效應(yīng)隨著林分郁閉度的減少、枯稍死亡率的增加表現(xiàn)出明顯的減弱趨勢(shì),即土地退化嚴(yán)重。這部分林分主要為黃河故道的36年生刺槐林,造林方式主要以刺槐純林為主,相關(guān)研究表明3樣地的基本特征(1)26年和36年生刺槐林樹(shù)高、胸徑及材積與土壤容重、孔隙度狀況、入滲特性、有機(jī)質(zhì)及鹽堿含量均未表現(xiàn)出顯著相關(guān)性;郁閉度與pH值和含鹽量相關(guān)性不顯著,但與其他指標(biāo)相關(guān)性均顯著。表明黃河三角洲人工刺槐林樹(shù)齡結(jié)構(gòu)較為單一,僅依據(jù)林分生長(zhǎng)過(guò)程和林分結(jié)構(gòu)為主的低質(zhì)低效林分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)不適合該區(qū)域退化人工刺槐林,需將樹(shù)木生長(zhǎng)狀況及改良土壤效應(yīng)結(jié)合起來(lái)進(jìn)行分類(lèi)與評(píng)價(jià)。(2)主成分分析表明,在所測(cè)定分析的14個(gè)指標(biāo)中,可表征黃河三角洲低質(zhì)低效人工刺槐林的主分量有兩個(gè),累積貢獻(xiàn)率為97.655%。第1主分量主要為土壤容重和孔隙度狀況,其次為林分郁閉度;第2主分量主要為樹(shù)木材積,其次為有機(jī)質(zhì)和含鹽量。(3)依據(jù)測(cè)定分析的14個(gè)指標(biāo)對(duì)31個(gè)樣地進(jìn)行聚類(lèi)分析,可聚為5類(lèi),其中26年生的人工刺槐林可分為生長(zhǎng)潛力型、輕度低效型、中度低質(zhì)低效型和極度低質(zhì)低效型等4種類(lèi)型,主要分布在黃河三角洲軍馬場(chǎng)林場(chǎng),分別占總調(diào)查樣地的10.0%,25.0%,33.3%,11.7%,36年生的人工刺槐林為重度低質(zhì)低效型,主要分布在黃河三角洲原黃河故道附近,占總調(diào)查樣地的20.0%。其中中度低質(zhì)低效型、極度低質(zhì)低效型、重度低質(zhì)低效型產(chǎn)生的主要原因分別為經(jīng)營(yíng)不當(dāng)、