松花湖水源涵養林植被恢復模式探析

王峰潔，廖宇翔，王俊鵬，宋彩民，孫勇，劉玉波

(1.吉林省重點國有林技術服務中心，吉林 長春 130000；2.吉林省林業勘察設計研究院，吉林 長春 130000；3.吉林市林業科學研究院，吉林 吉林 132000)

松花湖發源于長白山天池，水力資源十分豐富，承擔了下游11個縣市的城市供水、農田灌溉等項目的用水。松花湖水源涵養林以地帶性植被為主體構成，其類型為以紅松(Pinuskoraiensis)為主的復層異齡針闊混交林[1]。由于周邊山地受到歷史因素的大規模損毀，再加上近代以來人們過度經營，天然林或發生演替，或逐步消失，造成了林地內生物多樣性的急劇下降，且局部地區土壤侵蝕現象嚴重。

近年來，為了提高松花湖水源涵養林生態功能，增加水源涵養效果，保持水土，政府采取了多種措施進行保護和改善松花湖生態環境，積極努力建設松花湖生態模范示范區[2]。但通過生態學原理，采取恢復水源涵養林植被、發展植物多樣性而構建水源涵養林模式，逐步恢復湖區原有的針闊混交林森林面貌的專題研究尚少。本文通過對試驗林進行植被多樣性調查和群落結構分析，豐富水源涵養林模式類型，逐步尋找松花湖水源涵養林的恢復模式，為進一步培育水源涵養林地帶性植被朝頂級群落發展演替尋找方向[3-7]。

1 自然概況

試驗地坐落于吉林省吉林市林業科學研究院松花湖試驗林場，地理坐標為43°40′ N，126°41′ E。全域位于吉林省中東部松花湖生態區內，東靠松花湖，西南與旺起林場交界，北與實驗林場相接；距吉林市區約30 km，距豐滿大壩約12 km；南北寬4.3 km，東西寬3.8 km，轄核桃木溝、楊木溝2個溝系，占地1 010 hm2。北溫帶大陸性季風氣候，年溫差較大，年平均氣溫3.4 ℃，夏季極端最高溫度可達38 ℃，冬季極端氣溫可達-40 ℃，降水量750 mm，全年降水量的65%多在7—9月；年平均風速3.5 ms-1，四季分明，無霜期130 d左右[8]。

試驗地現有林地面積710.4 hm2，林木覆被率超70%，森林植被面積532.8 hm2，森林覆被率為53%。多為低山，坡向多變，以東向為主，屬長白山低山丘陵地帶；林下土壤類型為暗棕壤，土層厚度16～50 cm；最高海拔280 m。

自20世紀70年代以來，通過林木引種與造林，先后在林地內栽培數十種樹種，其中包括東北三大硬闊(水曲柳、黃波欏、胡桃楸)、常綠樹種(紅松、東北紅豆杉、華北落葉松、東部白松、北美短葉松、云杉等)、闊葉樹種(蒙古櫟、紫椴、白樺、稠李、山櫻桃、花曲柳、刺槐、紫穗槐、茶條槭等)，以及外來引入樹種(歐洲白樺、沙松、大葉山楊、皂角、歐洲赤松、楓楊、刺楸、千金榆、大葉榆等)。

2 調查方法

全域設置臨時樣地20個，每個樣地為20 m×20 m，樣地內按10 m×10 m設置喬木樣方4個；在每個喬木樣方內按5 m×5 m設置2個灌木樣方(對角線)；在灌木樣方內按1 m×1 m設置2個草本樣方(對角線)，分別調查喬灌草種類和數量。

每年進行2次調查，分別為早春調查和夏秋季調查。應用SPSS17.0對調查數據進行統計分析。

3 結果與分析

3.1 林型分析

根據樣地內樹種的優勢度，將樣地劃分為針闊混交林型Ⅰ(針葉為主)、針闊混交林型Ⅱ(闊葉為主)、闊葉混交林型、針葉混交林型、純針葉林型、純闊葉林型。

針闊混交林型Ⅰ包括落葉松+楓楊混交林、紅松+白樺混交林、紅松+胡桃楸混交林、紅松+水胡林等；針闊混交林型Ⅱ包括水曲柳+落葉松混交林、白樺+紅松混交林、紫杉+蒙古櫟混交林等；闊葉混交林型包括楓楊+紅瑞木混交林、蒙古櫟+毛脈衛矛混交林、珍貴闊葉樹混交林等；針葉混交林型包括東部白松+白云杉混交林、東部白松+班克松混交林等；純針葉林型包括落葉松純林、紅松純林、班克松純林、沙松純林、樟子松純林、華山松純林等；純闊葉林型包括大葉山楊純林、白樺純林、大青楊純林、山桃稠李純林等。

3.2 林型內植物種類分析

通過調查發現，研究區域內樣地類型主要有5種形式，詳細統計數據見表1。

表1 樣地主要類型統計表

從表1可以看出，針闊混交林型Ⅰ樣地內的植物種類最為豐富，針闊混交林型Ⅱ次之，而純針葉林型樣地中的植物種類最少。這種差異符合森林發展的趨勢，即森林在培育的過程中，從純林向混交林發展，并逐漸形成穩定形態，物種豐富度越來越高。

4 松花湖水源涵養林模式選擇

根據調查結果，初步選定5種模式作為松花湖水源涵養林營造模式進行定向培育，為進行下一步研究奠定基礎。

選定的模式包括穩定類型模式：紅松+水胡林混交模式、東北紅豆杉+闊葉樹下更新模式、蒙古櫟+毛脈衛矛混交模式等；過渡類型模式：紅松+白樺混交模式、云杉+大葉山楊混交模式等。

4.1 紅松+水胡林模式

20世紀90年代在皆伐跡地以2 m×2 m株行距進行造林，經25年的自然演替，對現有紅松人工林進行調查，結果表明：紅松保存率為45%；在伴生樹種中，胡桃楸株數占70%，水曲柳占20%，其他伴生樹種色木槭、蒙古櫟、稠李等總株占10%左右。經過自然演替，紅松人工純林已經演化成紅松+水曲柳+胡桃楸混交林，除水曲柳、胡桃楸外其他樹種數量相對稀少。這說明，湖邊生態環境較適宜紅松、水曲柳、胡桃楸混交林生長。紅松+水胡林能夠更好地向森林頂級群落發展，形成自然生態環境，提高產量，經濟效益更加顯著。

4.2 東北紅豆杉+闊葉樹下更新模式

在坡度較緩、郁閉度適中的闊葉雜林冠下進行東北紅豆杉造林，利用合適的陽光透性對東北紅豆杉幼苗進行保護，結果生長良好。對林齡超10年的東北紅豆杉林進行調查與分析，結果表明：成活率和保存率均可達80%以上，全坡位生長狀況相似，無明顯差異，可全坡位造林。

4.3 蒙古櫟+毛脈衛矛模式

蒙古櫟、毛脈衛矛是吉林地區重要的鄉土樹種，在松花湖生態區種群數量大，其在園林、邊坡綠化及造林的使用上越來越多。在松花湖生態區選擇山地水源涵養林地帶與沿岸水源涵養林地帶設置調查樣地進行植被調查。結果表明：毛脈衛矛在山坡中下部呈集中分布，與蒙古櫟形成混交狀態，混交林內喬灌草種類較為豐富。因此，將蒙古櫟、毛脈衛矛列為松花湖水源涵養林植被恢復適宜樹種，在湖岸和山地起伏地帶進行培育，形成具有鮮明特點的蒙古櫟+毛脈衛矛模式，對松花湖水源涵養能夠起到積極作用。

4.4 紅松+白樺混交模式

紅松在松花湖區具有獨特的生態地位，是造林與培育的重要目的樹種。作為頂級群落優勢樹種，配合白樺形成紅松+白樺混交模式。白樺作為皆伐跡地先鋒樹種，其生態價值尤為重要。白樺林冠覆蓋大部分區域，在林冠下栽植紅松，為幼齡紅松林提供有效遮陰，保證存活率，最終形成穩定的森林生態群落。隨著紅松+白樺混交林內喬、灌、草種類逐漸豐富，整個模式形成以紅松為主的復層異齡針闊混交林結構。

20世紀80年代，在松花湖次生林皆伐地，首先用密度2 m×2 m進行白樺造林，隨著白樺逐年長高，在林冠下以1 m×2 m的密度栽植紅松，并任其自然生長。通過樣地調查，結果表明：樣地內紅松保存率最高，占喬木總數的56%；基本蓋度白樺最高，占喬木總蓋度的84%；樣地內樹高、胸徑、冠幅差異明顯；灌木及草本植物種類多樣，毛脈衛矛、寬葉薹草等隨處可見。調查區域內以白樺、紅松占主導地位，地帶性喬、灌、草群落結構相對合理，因此在次生林內構建以紅松+白樺為主導的水源涵養林地帶性植被可行，紅松+白樺模式是松花湖水源涵養林植被恢復的重要過渡類型之一。

4.5 云杉+大葉山楊混交模式

在松花湖生態區引進栽培大葉山楊(Populusdavidianavar.macrophylla)，可豐富水源涵養林樹種結構。隨后在大葉山楊間隙內栽植云杉，生長態勢良好，較一般造林地成活率高。調查結果表明：大葉山楊表現出速生性，7年生大葉山楊樹高6.98 m，胸徑8.23 cm；25年樹齡平均胸徑19 cm、平均樹高24 m、單株材積0.311 0 m3，對比山楊，分別超出1.3倍、1.1倍和2.5倍；通過對云杉+大葉山楊構建區植被調查，幼樹中喬木樹種出現14科22種，伴生灌木11科19種，草本植物30科48種，表現出良好的植物多樣性。因此，可以將云杉+大葉山楊混交模式列為松花湖水源涵養林植被恢復過渡模式之一，增加恢復手段，提高松花湖水源涵養林植被恢復效果。

5 結語

以“結構決定功能原理”和“植被演替規律”為理論指導，依托現有林種和歷史資料，對松花湖水源涵養林植被多樣性進行跟蹤調查和群落結構分析，將是接下來重點研究目標。

在研究的過程中用不同方法，探尋松花湖水源涵養林的恢復模式，將鄉土樹種造林和外來樹種引進列為重點，進一步培育地帶性植被，促進水源涵養林植被朝穩定的頂級群落發展演替，以達到利用水源涵養林保持水土、凈化環境、提高生態效益的最終目的。