白樺+紅松人工混交林生態效益的研究

陳杰

(遼寧省森林經營研究所,遼寧 丹東 118002)

闊葉紅松林是中國東北東部山區的地帶性森林植被，是溫帶針闊混交林的典型代表，和全球同緯度地區的森林相比，以其建群種獨特、物種多樣性豐富而著稱，具有林地生產力高、森林生態環境優良、林分生物多樣性良好、穩定性強等優點[1]。但是，過去一方面由于種種原因，東北林區的闊葉紅松林遭到掠奪式采伐、放火燒山、開荒種地等重復、多次的破壞，使東北東部林區原始闊葉紅松林絕大多數被毀，森林生態環境惡化，生物多樣性減少，林地生產力降低，水災、旱災頻繁；另一方面，由于人們在追求單一的經濟利益而大量廣泛的人工營建落葉松、紅松等針葉純林，致使東北林區面臨樹種單一，森林生態環境惡化，水源涵養能力低下，病蟲害及森林火災頻發等現象，因此廣泛地營建闊葉紅松混交林勢在必行，但如何培育闊葉紅松混交林是急待解決的重要問題之一。為了解決此問題，我所于20世紀80年代，在遼寧省本溪滿族自治縣偏嶺鎮新農村羊門臉營造了第一塊白樺-紅松塊狀混交林試驗林[2]。該試驗林經過30余年的生長，現已進入中齡林階段，我們對該試驗林進行了調查研究，對人工白樺紅松混交林及紅松純林生態效益、經濟效益等進行分析，并集成了白樺+紅松人工針闊混交林培育技術。

1 研究區概況

試驗區位于遼寧省本溪滿族自治縣偏嶺鎮新農村，該區域屬長白山余脈千山山脈，境內山地多，平地少，平均海拔500～700 m；本區屬于北溫帶濕潤氣候區，為溫帶季風型大陸性氣候[3]，主要氣候特點是四季分明，雨量充沛，日照充足，溫度適中，雨熱同期。境內季風特點比較明顯，冬季盛行干冷的偏北風，夏季盛行濕熱的偏南風。年平均氣溫6.34 ℃，相對濕度69%，無霜期147 d，年日照時數2 411.2 h，年降水量在700～1 000 mm。本區土壤主要為棕色森林土，少數地區為暗棕壤。成土母質多為花崗巖、片麻巖、石英巖和少量的沉積巖的風化殘積物。土壤酸性反應為微酸性，pH為5～6，土壤質地比較疏松，肥沃，腐殖質層較厚，土壤中水分充足，排水良好，適宜紅松及各種伴生闊葉樹種生長。

2 研究方法

2.1 標準地設置

在白樺+紅松人工針闊混交林及紅松純林內，分別在紅松與闊葉樹銜接的位置設置臨時標準地，標準地由2部分(紅松與闊葉樹)組成，其中紅松與闊葉樹分別處于對角的位置。

2.2 林分因子調查

在設置好的標準地內開展樣地調查，包括：喬木層每木檢尺、生物量調查，灌木層的生物量，草本層的生物量，森林群落生物量總量等。

2.3 土壤理化性質

2.3.1 土壤物理性質測定 在樣地內設置3個取樣點，分別用土壤環刀取2層土壤樣品(0～10 cm，10～20 cm)，在中間部位取樣，用一次取樣，連續測定的方法，測定土壤的物理性質；土壤調查采用剖面法，用環刀在每個剖面按0～10 cm，10～20 cm的深度分層取樣；帶回室內用環刀法測土壤容重、含水率、毛管孔隙度、總孔隙度及土壤持水能力。

2.3.2 土壤化學性質測定 在每個樣地中隨機選取9個采樣點，首先去除土壤表面的凋落物和腐殖質層，利用直徑為5 cm的土鉆，按0～10 cm(表層)和10～20 cm(亞表層)分層取樣，將同一土層的9個取樣點取得的土壤樣品混合放入一個自封袋內，作為一個混合樣。土樣帶回實驗室后去除可見的植物細根及凋落物，并過2 mm孔徑的篩。過篩后的土樣分為兩份，一份于4 ℃冰箱內保存，用于測定土壤銨態氮和硝態氮；一份風干保存，用于測定土壤pH、土壤全碳、全氮、全磷和有效磷等。

土壤pH值的測定采用玻璃電極法(土水比為1∶2.5)；土壤全碳和全氮含量采用干燒法，用元素分析儀測定；全磷和有效磷分別通過濃硫酸-高氯酸消煮和鹽酸-氟化銨提取，采用鉬銻抗分光光度法測定；土壤無機氮(銨態氮與硝態氮之和)通過氯化鉀溶液提取(土和浸提液比約為1∶5)，利用流動分析儀測定。

3 結果與分析

3.1 紅松+白樺針闊混交林生長表現

白樺+紅松人工針闊混交林造林至今已三十多年，經過幾次撫育間伐，現生長趨于穩定，見表1。

表1 白樺+紅松人工針闊混交林現狀

從表1可見：在胸徑、樹高、蓄積方面，混交林中的紅松均優于紅松純林。

3.2 白樺+紅松人工針闊混交林生態效益

3.2.1 白樺+紅松人工針闊混交林土壤化學性質及肥力變化 土壤pH與有機質：從表2中可見，人工紅松純林的土壤pH值最低為5.86、5.87，土壤偏酸性，白樺+紅松混交林的土壤pH值為5.98、6.10均高于紅松純林，接近中性，說明混交林能夠有效地降低土壤酸性，并能提高土壤的有機質含量。

全N、全P、全K：由表2可以看出：白樺+紅松人工針闊混交林的不同土層的全N、全P、全k及堿解氮、速效P、速效K等各項指標均高于紅松人工純林，混交林土壤養分含量高于紅松純林。

表2 白樺+紅松人工針闊混交林土壤化學性質

因此，營造闊葉紅松混交林能夠防止針葉純林土壤酸化，提高地力，是防止針葉純林地力衰退一個很好的措施。

3.2.2 白樺+紅松人工針闊混交林能提高森林土壤持水能力 對白樺+紅松人工針闊混交林和紅松純林土壤持水性能進行測定，結果表明：與紅松純林比較，白樺+紅松人工針闊混交林能夠大幅提高森林的持水量(見表3)，土壤非毛管蓄水量達紅松純林2倍以上。

表3 白樺+紅松人工針闊混交林與紅松純林土壤持水能力對照表

3.2.3 白樺+紅松人工針闊混交林碳匯能力 森林碳匯是森林吸收并儲存二氧化碳的能力，森林植物吸收空氣中的二氧化碳并將其固定在植被或者土壤中，從而減少二氧化碳氣體在空氣中的濃度，并釋放出氧氣。由表4可以看出：白樺+紅松人工針闊混交林比紅松純林能夠吸收更多的CO2，釋放更多的O2，從而有效地增強森林的碳匯能力。

表4 白樺+紅松人工針闊混交林與紅松純林碳匯能力對照表 thm-2

表4 白樺+紅松人工針闊混交林與紅松純林碳匯能力對照表 thm-2

林型有機物生產量吸收二氧化碳量釋放氧氣量白樺+紅松混交林146.85215.38156.64紅松純林120.67176.98128.71

4 結論

通過對白樺+紅松人工針闊混交林土壤理化性質的研究表明：白樺+紅松人工針闊混交林能有效改善土壤化學性質，降低土壤酸性，提高土壤的有機質含量及土壤肥力，并能大幅增強混交林水源涵養功能；在森林生物量及碳匯方面，白樺+紅松混交林類型優于紅松純林；因此，營建白樺+紅松人工針闊混交林不僅能有效地解決紅松純林地力衰退問題，又能提升森林生態系統服務功能。