砒砂巖溝坡沙棘群落冠層結構特征及密度調控思考

胡建忠,劉麗穎,殷麗強

(1.水利部水土保持植物開發管理中心,北京 100038;2.中國林業科學研究院,北京 100091)

砒砂巖區沙棘種植工程是一項浩大的人工種植生態工程[1]。在干旱、貧瘠的嚴酷砒砂巖區種植沙棘,有許多方面的基礎研究需要給予關注。如光能利用效率,直接與植株冠層垂直結構特別是與葉的結構密切相關,最終體現于沙棘人工群落的生物量。研究砒砂巖區沙棘群落地上生物量的垂直分布結構,探索優化沙棘群落冠層垂直結構模式,可為這一區域沙棘資源的可持續利用提供可靠的理論依據。

1 沙棘群落總生物量隨樹高的分布

一般來說,植物群落隨著高度層次的增加,其對應生物量總體呈下降趨勢[2]。為了掌握沙棘人工群落的垂直分布特征,選取砒砂巖沙棘種植工程區不同林齡、不同立地條件類型的28塊標準地 (表1),在每一標準地內選擇標準木測定沙棘分層生物量,并同時對草本層 (含下木)用樣方測定生物量,沙棘群落總生物量為兩者之和(表2)。

表1 砒砂巖溝坡沙棘群落標準地情況

表2 砒砂巖溝坡沙棘群落分層鮮重生物量

從表2中可以發現,總體來看,在沙棘人工群落中,鮮重生物量主要居于位于相對高大的沙棘層次,平均占89%,而草本層僅占11%,加之草本層一般位于地上30～50cm以下的層次,對群落整體影響較輕。因此,以下僅對沙棘層的鮮重生物量隨高度的空間變化規律進行揭示。為了簡明起見,選取了林齡分別為 2、4、6、8、10a的5株沙棘標準木進行分析,詳見圖1至圖5。

各沙棘標準株鮮重生物量隨樹高分布模型,經用SPSS16.0軟件,發現最為適合的模型為Cubic模型,其相關系數R2和F值均較高 (表3)。這種模型的特點有點反“S”型,即最下層生物量較小 (圖4稍有例外),向上增加很快,然后隨著高度的上升,生物量逐漸減少。

表3 砒砂巖溝坡沙棘鮮重生物量隨高度的垂直分布模型

2 沙棘枝干和葉鮮量隨樹高的分布

從圖1～圖5可以看出,枝干重主要分布在下層,而葉重主要分布在上層。為了定量化地掌握枝干和葉隨高度的分布特征,表4、表5分別列出了2a、4a、6a、8a、10a等5個林齡,沙棘枝干、葉鮮重隨高度的分布數據。

表4 砒砂巖溝坡不同林齡沙棘枝干鮮重隨高度的變化特征 單位:(g)

由于枝干鮮重主要聚集于樹體的下部 (表4),如果以80%作為一個劃分枝干鮮重聚集的分界值,這樣,以枝干鮮重累計比例達到80%的層次 (從地面向上累加),作為沙棘枝干的主要分布層次。通過計算得知,2a、4a、6a、8a、10a等5個沙棘林齡枝干鮮重的主要分布層次分別為 0～40cm、0～120cm、0～140cm、0～160cm、0～210cm,即枝干重量分別隨林齡的增加,而不斷向上延伸。枝干鮮重占樹體總重的比例也由2a時的67.4%增加到10a時的90.4%。

同理,由于葉鮮重主要聚集于樹體上部 (表5),如果以20%作為一個劃分葉鮮重聚集的分界值,這樣,以葉鮮重累計比例達到20%的層次 (從地面向上累加)以上部分,作為沙棘葉的主要分布層次。通過計算得知,2a、4a、6a、8a、10a等5個沙棘林齡葉鮮重的主要分布層次分別為 20～70cm、60～140cm、70～180cm、60～190cm、120～230cm,即葉重量也隨林齡的增加,其聚集部位不斷向上轉移。葉是所有植物進行光合作用的主要器官,因此,隨著林齡的增加,沙棘樹體變得越來越龐大,下部由于受光不足而使葉子數量逐漸減少,光合部位也隨之上移。葉鮮重占樹體總重的比例也由2a時的32.6%減少到10a時的9.6%。

同時,葉的鮮重也并沒有隨著林齡的增加而增加。從表5中可以看出,6a時沙棘的葉鮮重比8a、10a時分別高21.4%和17.3%。這與樹體下部枯枝不斷增加、樹體內膛葉片不斷減少是密不可分的。

表5 砒砂巖溝坡不同林齡沙棘葉鮮重隨高度的變化特征 單位:(g)

3 對沙棘群落密度調控的一些思考

沙棘葉重隨林齡增加而不斷上移的事實,也是植物生長的普遍規律。但由于砒砂巖區沙棘種植工程,不僅是一項生態工程,同時也是一項富民工程,當地農牧民要依靠沙棘果葉的采摘,而獲取經濟收入。因此,要通過調節密度 (如帶狀間伐、隔株疏伐等),使葉的分布層次下移,這樣將有利于沙棘果、葉的采摘;同時,由于該區環境的極端干旱事實,沙棘群落密度一定要加以控制,才能不致枯死或感染病蟲害而致死亡。

在調查中發現,本區種植較早 (10a左右)、分布在梁峁頂 (或坡)及灘地的沙棘林,一般生長在8～10a后,會出現沙棘木蠹蛾等病蟲危害[3]。因此,以生態經濟為目標的沙棘林分,為了防止沙棘林分老化,并結合沙棘木蠹蛾等病蟲害防治,應該實施以平茬更新為主的撫育管護措施。實踐證明,“生態經濟型”沙棘林如長期不進行平茬利用,尤其在干旱、質地粘重的荒坡荒溝上,就會出現生長停滯不前、枝梢干枯甚至全株死亡的現象。

從砒砂巖區的實際出發,建議沙棘平茬在造林后每8～10年開展一次,平茬方式采用倒帶方式,即每隔10～20m沿水平方向砍去10～20m的沙棘林,3年左右時間過后,再砍去保留帶沙棘植株,以起到更新復壯,特別是防止病蟲害發生的作用。平茬更新復壯是砒砂巖區沙棘林經營的重要手段,一定要給予高度重視。

與中國“三北”其他地區一樣,砒砂巖區沙棘種植后的4～5年是沙棘生長勢最好的時期,而在8～10a后,往往會發生干旱與病蟲害相伴而導致的沙棘木蠹蛾暴發。密度調整是有效防止沙棘木蠹蛾發生的重要手段。沙棘木蠹蛾的防治,還必須與沙棘生態林的栽培管理、更新利用結合起來,必須走“害蟲綜合管理”的軌道,即要從沙棘林分生態系統建設的總體出發,以預防為主,充分利用自然界抑制病蟲的各種因素,有機地組裝林學、生物、化學、物理、遺傳的綜合措施,綜合防治病蟲害,才能從根本上杜絕沙棘木蠹蛾等病蟲危害現象,以在砒砂巖區維護一個能夠在較長時期披覆砒砂巖的沙棘優勢群落,發揮其很好的攔沙作用。

[1]胡建忠.砒砂巖區生態建設的一種創舉-沙棘模式.中國水利.2007,(6):25-27.

[2]胡建忠.黃河上游退耕地植被恢復重建與可持續經營.北京:中國環境科學出版社,2006.

[3]周章義.從百萬畝沙棘林大面積死亡看沙棘生態林必須農作式栽培管理.中國水利報.2004.