灌木林地改造黃連木+連翹混交林模式效益分析

劉洪勇，徐 慶，蘇 慶，孔 艷，屈 峰，趙 冬，孔令雷

（曲阜市自然資源和規劃局，山東 曲阜 273100）

黃連木（Pistacia chinensis）為漆樹科黃連木屬植物，是一種優良的綠化、用材、觀賞、藥用和油料樹種[1]，也是山東曲阜特產之一 “楷雕” 原材料。連翹（Forsythia suspensa）是木犀科連翹屬常用優良園林綠化落葉灌木，也是我國常用中藥材，藥食同源，應用歷史悠久，具有抗氧化、抗病毒、抗腫瘤、抗菌、抗炎、保肝等作用，用途廣泛，市場前景好[2]。黃連木為慢生樹種，深根性，主根發達，抗風折，萌芽力強。連翹發叢快，根系發達，主根不明顯，側根粗長，須根眾多，吸收和固土能力強，以上兩個樹種皆能夠充分發揮樹木的保水蓄水能力，因此，黃連木、連翹作為生態、經濟兩用樹種，具有很高的生態、經濟價值。通過對青石山香椿低產低效林改造黃連木+連翹混交林，既增加了林地的直接經濟收益，又豐富了林區樹種生物多樣性，使低產低效灌木林地快速達到了降低地表徑流量和土壤減蝕量的效果，現介紹如下：形成了一套低產低效灌木林地改造黃連木+連翹混交林樹種空間結構優化配置技術。

1 研究區概況

1.1 立地條件

研究區位于魯西南青石山區，青石又俗稱石灰巖。試驗林設在曲阜市國有尼山林場，面積5 hm2，灌木林，樹種以矮化香椿低產低效林為主，其次為合歡、扁擔木、構樹、酸棗等灌木，混生少量散生木，灌木平均覆蓋度35%。立地條件極差，土壤貧瘠，陽坡，坡度≦35°；土類褐土，質地粗骨土，石礫含量15%～45%，土層厚度20～60 cm，土壤pH 值7.1。該區屬暖溫帶大陸性氣候，年平均氣溫13.6℃，有效積溫5035.2℃，日照百分率54%，年平均降雨量691.4 mm，大氣相對濕度68%。

1.2 試驗材料

2021 年3 月15 日新建黃連木、連翹混交林；1992 年栽植已矮化的灌從狀香椿低產低效林；天然灌木扁擔木、構樹、酸棗、合歡等；少量散生木側柏、刺槐、山杏等喬灌樹種。

1.3 樣地設置

在尼山林場Ⅳ林班設A、B、C、D 4 個試驗林區，面積5 hm2，分別對應4 個喬灌混交林模式S1、S2、S3、S4和1 個對照林混交模式S0,每個混交林模式設2 個樣地和1 個對照林樣地。造林配置模式分別為黃連木+連翹星狀混交、株間混交、行間混交和帶狀混交，株行距3×4～5 m，初植密度833～667 株/hm2或多為依地形定植；對比試驗林為灌木林地，不規則塊狀或星狀混交。混交林模式S1、S2、S3、S0 樣地規格25.82×25.82 m，混交林模式S4 樣地規格35×19.05 m，樣地面積均為666.7 m2（見表1）。

表1 林地樣地因子調查數據

2 研究方法

2.1 林地土壤侵蝕效益研究

本文研究和監測內容：林地徑流量和土壤侵蝕量。監測以年為周期，起止時間為當年4 月1 日—翌年3月31 日，即第1 年（對照）2020 年4 月1 日—2021 年3 月31 日；第2 年2021 年4 月1 日—2022 年3 月31日；第3 年2022 年4 月1 日—2023 年3 月31 日。在試驗區每個造林模式選擇3 個監測點，對監測點進行標記、固定，每個監測點數據測定重復3 次，取其平均值。

林地徑流量與森林降水量密切相關，地表徑流量采用地表徑流系數法來計算，計算公式為：

地表徑流量（mm）=降雨量（mm）×地表徑流系數

林地土壤侵蝕量測定，分別在樣地內設置標尺，測定徑流沖刷使標尺裸露的高度，計算各樣地土壤侵蝕模數的平均值。計算公式為：

侵蝕模數［t/（hm2·a）］=侵蝕深度（mm）×土壤容重（g/cm3）×10

與對照林相比減少的土壤侵蝕量［t/（hm2·a）］=對照區的侵蝕模數［t/（hm2·a）］-試驗區的侵蝕模數［t/（hm2·a）］。

2.2 經濟樹經濟價值效益評估方法

由于黃連木未進入結實期，所以只評估香椿椿芽和連翹果實產生的直接經濟效益。在不同造林模式樣地中選取所有的連翹樣株作為研究對象，調查定植2 年的連翹果實產量，從而計算不同造林模式連翹果實產量及產值。香椿以樣地為單位推算椿芽平均產量，不對不同造林模式的產量、產值進行調查分析。連翹單株產量采用BSM-120.4 卓精分析天平測定，每個樣地調查數據測定重復3 次，取其平均值。

2.3 樹種空間結構優化配置技術方法

林地改造和幼林生長過程中，保留林地原生灌木和散生木，通過人工撫育措施，只對新植目標樹樹盤周邊1.5 m 各類原生灌木進行清理，拓展新植樹木立體生長空間，留足新植黃連木樹冠周邊50～80 cm、連翹樹冠周邊80～100 cm 橫向生長空間，生長季節定期切斷向樹盤里面延伸生長的原生灌木根系，避免對目標樹種造成光照、水分和養分競爭。對地堰香椿低產低效林通過伐除老樁，剪除枯死枝、病死枝等方式，保留部分健壯枝條復壯香椿二代萌條；對原生灌木疏密留稀，對保留的散生木有目的的進行修枝、疏伐或衛生伐，逐步形成以目標樹種為主的闊葉喬灌混交林。

2.4 數據處理

采用Excel2019 進行數據處理與制圖，使用SPSS19.0 軟件對不同造林模式相關數據之間差異顯著性進行方差分析。

3 結果與分析

3.1 土壤侵蝕監測分析

監測數據表明(見表2)，不同造林模式林地地表徑流量、土壤侵蝕量存在一定差異，各造林模式S1、S2、S3、S4 同部位地表徑流量分別比對照減少37.75%、38.42%、40.08%、42.16%；土壤侵蝕量分別比對照減少23.61%、24.53%、25.31%、27.14%。各造林模式土壤侵蝕程度由強到弱為S1>S2>S3>S4。造林模式S1 地表徑流量最大為673.4m3/hm2·a，造林模式S4 地表徑流量最小為435.1m3/hmhm2·a，經方差分析，各造林模式均與對照林有顯著差異，說明對低產低效灌木林地改造喬灌混交林后對減少地表徑流有較為顯著的效果。造林模式S1 土壤侵蝕量最大為1.78t/hm2·a，造林模式S4 土壤侵蝕量最小為1.02 t/hm2·a，經方差分析，各造林混交模式均與對照林有顯著差異，說明對低產低效灌木林地改造喬灌混交林后對減少土壤侵蝕有較為顯著的效果。混交林減少土壤侵蝕與地表徑流方面比純林更顯著，針闊葉混交林要比單純的針葉林要好[3]。在該試驗區，石灰巖山地具有坡度陡、坡長短、土層薄的特點，而且降雨一般集中在夏季，多以暴雨形式出現，降雨流速大、匯流快，極易造成土壤侵蝕。土壤侵蝕直接影響到水土資源的流失，土壤層變薄，土地生產力降低，生態環境惡化。土壤流失量的大小不但與土壤自身的抗侵蝕性質有關，而且與降雨特性、下墊面條件密切相關[4]31。通過數據分析，林地植被覆蓋度與地表徑流量、土壤侵蝕量呈負相關，林地坡度與地表徑流量、土壤侵蝕量呈正相關（見圖1、圖2）。

圖1 林地植被蓋度與地表徑流、土壤侵蝕的變化規律

圖2 林地坡度與地表徑流、土壤侵蝕的變化規律

表2 林地地表徑流與泥沙監測數據

3.2 連翹結實能力分析

通過數據調查分析（見表3），栽植2 年連翹已進入開花結實期，各造林模式S1、S2、S3、S4 單株產量分別為0.163kg/株、0.150kg/株、0.185kg/株、0.166kg/株，平均0.167kg/株。各造林模式連翹結實產量由高到低為S3>S4>S1>S2，單株產量S3、S4>S1、S2，分析認為主要由于前者土層較厚、土壤肥力稍好、植被覆蓋度較低有一定相關性（見圖3）。

圖3 連翹產量對比分析

表3 連翹產量調查數據

3.3 生態經濟效益價值分析

3.3.1 固土效益價值

根據各造林模式減少的土壤侵蝕量，利用機會成本法計算固土量價值，土壤容重按1.22t/m3，在山上挖土機取土單價16 元/t。各造林模式S1、S2、S3、S4 比對照林地分別減少土壤侵蝕量0.55t/hm2·a、0.52t/hm2·a、0.41t/hm2·a、0.38t/hm2·a，計算得出，減少的土壤侵蝕直接價值分別為8.8 元/hm2·a、8.32元/hm2·a、6.56 元/hm2·a、6.08 元/hm2·a，平均7.44 元/hm2·a。經方差分析，造林模式S3、S4 與S1、S2 差異較為顯著，各造林模式固土效益價值由高到低為S1>S2>S3>S4。

3.3.2 經濟樹經濟效益產值

根據各造林模式的單株結實產量，結合2023 年5 月市場行情，以連翹果實220 元/kg 計算，單株果實產值各造林模式S1、S2、S3、S4 分別35.8 元/kg、33 元/kg、40.7 元/kg、36.5 元/kg，產值由高到低為S3>S4>S1>S2。由于林地地形復雜，新植苗木只能依地勢定植，且項目林又設計為黃連木+連翹混交林，所以單位面積連翹保有株數較少，栽植2 年連翹平均產量僅28.47 kg/hm2，產值僅有6263 元/hm2。香椿產量225 kg/hm2，以現行市場價30 元/kg 計算，椿芽產值為6750 元/hm2。

4 討論與結論

試驗證明，栽植2 年連翹果實平均產值6263 元/hm2，椿芽平均產值6750 元/hm2，根據王兵等[5]研究成果，灌木林地生態系統服務功能價值33500 元/hm2·a，通過全國CPI 數據得出2022 年灌木林地生態系統服務功能價值為44154 元/hm2·a，進一步計算得出林地直接經濟效益和生態系統服務功能價值達57167 元／hm2·a。4 種造林模式與對照林相比，平均植被覆蓋度由35%上升到85%，平均土壤侵蝕模數下降25.1%，由1.87t／hm2·a降為1.40t ／ hm2·a，有效降低了林地地表徑流量和土壤侵蝕量。原因在于通過創建、推廣低產低效灌木林地改造黃連木+連翹混交林樹種空間結構優化配置技術，使林地植被覆蓋度迅速提高。影響土壤侵蝕的重要因素有氣候、土壤、水文、地形等,其中前3 個影響因素在一定程度上以一定方式受植被的影響[6]。林分有減少土壤侵蝕的作用，林下枯落物層可以起到吸持和攔截降水、抑制降雨侵蝕力和減少徑流沖刷的作用[7]。對于地表侵蝕,植被(尤其是草本和低矮灌木)可以顯著降低由降雨引起的土壤侵蝕[8]。不同林分類型與對照相比減少土壤侵蝕量與枯落物層蓄積量呈正相關，即隨著枯落物層蓄積量的增大與對照相比減少土壤侵蝕量增加[9]。該項目，通過穴狀、魚鱗坑整地、保護原生植被、營造混交林等方式有效地減少了地表徑流和土壤侵蝕，特別是營造多樹種、多層次的混交林加強了林冠層截持降雨、灌草植被與枯落物層攔截地表徑流的功能，枯落物層厚度達2～3 cm，增加了蓄水能力，減少了地表徑流，涵養了水源、保持了水土，水土流失得到有效控制[10]。土壤的抗蝕性與多種因素相關，通過土壤結構的改良、有機質含量的提高等因素，都能夠增加土壤抗蝕性，減少土壤侵蝕。因此在林木管理中，應該注意松土除草改善土壤物理性質，增施有機肥料，來提高土壤的抗蝕性能，減少土壤侵蝕與地表徑流[4]46。