华家岭防护林带不同树种的生长特征和环境适应性

　　黄土丘陵区气候干旱，降水集中，植被稀疏，水土流失严重，是我国实施退耕还林还草以及"三北"防护林体系建设的重点区域。人工生态防护林的建设，是增加该区域森林覆盖率、改善生态环境的有效措施。

　　华家岭防护林带位于陇东黄土丘陵区，是甘肃中部黄土丘陵区"三北"防护林体系工程建设的重要组成部分，也是甘肃省最大的人工防护林带。近年来依托退耕还林、三北四期、天然林保护等国家重点林业建设工程，华家岭防护林建设突飞猛进，林分质量得到了有效地改善，林带生态防护效益日益显现，为甘肃中部黄土丘陵区生态屏障体系建设起到示范作用。文中通过对华家岭不同立地条件下林分生长状况的样地调查，分析研究其防护林带中不同树种的生长特征和环境适应性，为促进该区域防护林带的健康、持续发展提供科学依据。

　　1、 材料与研究方法

　　1． 1 研究区概况

　　华家岭位于西北黄土高原丘陵沟壑区，地处甘肃省中部，位于安定、通渭、会宁三县接壤地带。境内沟谷纵横，岭梁交错，属二阴温寒山区。华家岭防护林带分布于以华家岭为中心、半径 50km 的区域内，地理坐标 E104°52' ～105°28'、N35°22' ～35°43'，属中温带湿润区向半干旱区过渡地带，海拔 2000m ～ 2457m。

　　年平均气温 3． 4℃，年平均降水量 467． 4mm，年平均蒸发量 1212． 4mm，年平均相对湿度 70%，年日照平均时数2749h，无霜期148d，土壤类型以黄绵土、黑垆土为主，区域地带性植被为温带黄土高原中东部草原类型区。

　　华家岭防护林带始建于上世纪七十年代初期，后经两次扩建，形成了以西兰公路(旧 312 国道) 为主线，沿黄土梁峁向二侧延伸的一条主林带、十条支林带所组成的大型人工防护林带，全长 300 多 km，累计造林面积 6200 多 hm2。多年建设，林带也暴露出树种结构不合理，林分总体质量偏低，经营管理粗放，低产低效林所占比重大等问题。该林带前期造林树种以小叶杨(Populus simonii Carr． ) 、大官杨(P． ×dakuanensis Hsu． ) 、青杨(Populus cathayana Rehd． ) 等为主。由于生态环境恶劣，部分杨树防护林带近年来出现了生长不良、生态效益不佳、林分总体质量偏低等状况。1982 年起，本区开始引入适合当地生长的云杉(Picea asperata Mast． ) 、油松(Pinus tabulaeformis Carr． ) 、落叶松(Larix principis － rupprechtii Mayr． ) 、沙棘(Hippophae rhamnoides Linn． ) 、柠条(Caragana Korshinskii Kom． ) 等乔、灌木树种，对低质低效杨树防护林带进行改造。目前，已初步形成了以阔叶纯林(杨树纯林) 、针叶纯林(云杉纯林、油松纯林) 、针阔混交林(云杉 × 杨树) 以及针叶混交林(云杉 × 油松、云杉 × 落叶松) 相结合的林分结构格局。

　　1． 2 研究方法

　　1． 2． 1 样地设置与调查

　　样地调查于 2012 年 5 月底进行。按华家岭防护林带不同树种、不同林龄、不同密度类型设置样地 59 块，样地面积为 400m2(20m ×20m) 。对样地的每株林木实测其胸径(树高低于 2m，测量地径) 、树高、年龄、枝下高、冠幅，调查记录林分的结构类型及郁闭度，并记录每块样地的海拔、坡向、坡位、坡度等立地条件因子。样地概况(表 1) 。

　　1． 2． 2 分析方法

　　利用 Excel 软件，计算各样地林木平均胸径、平均树高、平均密度、平均郁闭度、平均单株蓄积量等值，利用 SPSS 软件分析海拔、坡向等立地条件因子对林木生长的影响。通过对不同类型样地间林木生长指标的比较分析，研究揭示华家岭人工防护林带不同树种的生长特征。

　　2、 结果与分析

　　2． 1 华家岭不同树种防护林带的生长状况

　　样地调查表明，华家岭杨树纯林的平均年龄达到 37． 5a，已属于成(过) 熟林，杨树林带总体表现为生长衰退、林相残败; 而云杉林的平均年龄 22a，油松林的平均年龄 20a，均属幼龄林，且林带生长状态良好。

　　不同树种防护林带的平均树高、平均胸径、平均郁闭度、单株平均蓄积量(表 2) 。由表 2 可看出，该区域20a 生油松纯林的平均胸径、平均树高、单株蓄积量均已超过了平均林龄 37． 5a 的杨树纯林，22a 生云杉纯林的各项生长指标也同 37． 5a 生杨树纯林接近。

　

　　2． 2 华家岭不同密度防护林带中不同树种的生长特征

　　在森林培育的整个过程中，林分密度是制约林木群体生长发育过程的关键因素，对人工林生态系统的稳定性及生物生产力产生重要影响。从表 3 可以看出，华家岭人工防护林带的林分密度分布在 956． 80(N/hm2) ～1464． 50(N/hm2) 。不同密度林分平均胸径、平均树高存在明显差异。随着林分平均密度的增加，不同林分类型的平均胸径、平均树高都有不同程度的下降。云杉纯林和含云杉混交林中，混交林的林分密度比纯林大 34．6% ，云杉平均胸径则低 23． 6% ，平均树高低 19． 6%; 油松纯林和含油松混交林中，混交林的林分密度比纯林大 27． 8%，油松平均胸径、树高分别低 11． 6% 和 7． 3%。

　　云杉纯林、油松纯林与云杉 × 油松、云杉 ×落叶松混交林相比，均为纯林的生长指标优于混交林; 杨树纯林和含杨树混交林中，纯林林分密度比混交林大 16． 8%，杨树平均胸径、树高分别低 3． 1%、10． 3%，杨树纯林的平均胸径为 10．35cm、平均树高为 6． 10m，云杉 × 杨树混交林的平均胸径为 10． 68cm、平均树高为 6． 80m，杨树针阔混交林的生长状况略好于杨树纯林。从数据比较中可以看出，各类林分的平均胸径、平均树高均与林分密度呈负相关性。但随着林分密度的变化，针叶树种平均胸径的变化幅度大于平均树高的变化幅度，而阔叶树种则是平均树高的变化幅度更明显。

　　2． 3 华家岭不同林龄云杉防护林带的生长特征

　　2． 3． 1 不同林龄云杉林胸径、树高生长量特征

　　将 32 个云杉纯林样地，按林龄不同分为 6 组(10a、15a、20a、25a、30a、40a) ，对其各项生长指标进行比较分析表明(表 4) ，该区域云杉人工林林龄分布在 10a ～40a，均属幼龄林。胸径年平均生长量在 0． 11cm～ 0． 90cm 之间，树高年平均生长量在 0． 13m ～ 0． 5m 之间，样地平均密度分布在 725． 0N / hm2～ 1275． 0N /hm2之间，除 20a 云杉郁闭度偏大外，云杉纯林平均郁闭度、单株平均蓄积量与林龄总体呈现正相关分布。

　　根据图 1、2 中胸径、树高的生长趋势反映，幼龄云杉林在 10a ～30a 生长速度较快。其中，10a ～15a、25a ～ 30a 期间的胸径生长尤为显著(10a ～ 15a 期间的胸径生长量为 4． 5cm，25a ～ 30a 期间的胸径生长量为 3． 0cm) ; 20a ～25a 期间的树高生长最为显著，达到 2． 5m。

　

　　2． 3． 2 立地条件对云杉林生长特征的影响

　　在不同的海拔条件下，树木胸径、树高呈现不同的分布状态。如图 3、4 以及表 5 所示，6 块林龄同为20a 的云杉样地平均胸径、平均树高与海拔均为正相关性，其中平均胸径与海拔为显著正相关。说明在云杉分布的低海拔区域，一定程度的升高海拔更有利于云杉的胸径生长及树高生长，与以往研究结果一致。

　

　　3、 讨论

　　(1) 华家岭防护林带所处地理位置表现为阴湿风大、地势高寒、沟壑纵横、坡陡沟深等特征，自然环境恶劣。根据华家岭气象站常年观测，光、热、水资源严重不足，风力资源丰富。杨树由于其速生性等生态学特性，在林带建设初期对当地调节区域小气候、防止水土流失起到了重要作用。

　　但随着林带的生长，对当地自然环境的不适应性逐渐显现，总体表现出了生长衰退，发育不良，主枝枯梢，侧枝丛生，树皮粗糙度厚，树冠平顶、偏冠、旗形、叶形变小，厚度增加，林相残败，树体未老先衰等低质低效特征。而后期防护林带改造中引入的耐阴性较强、喜寒冷与冷湿气候的云杉、油松等针叶树种，其油松纯林的平均胸径、树高及单株蓄积量均已超过杨树纯林，云杉纯林的平均胸径、树高、单株蓄积量也已接近杨树纯林。云杉、油松针叶纯林虽属幼龄林，但各项生长指标均优于或接近成(过) 熟的杨树纯林。研究表明，幼龄期的云杉、油松适宜在华家岭地区生长。但树木生长周期较长，对其中龄林到成熟林阶段的适宜性问题，以及用云杉、油松等针叶树种改造杨树低质低效林的防护林经营方法是否成功等问题，还有待于今后长期的跟踪研究。

　

　　(2) 防护林带林木密度受到初植密度、树木间伐更新、人工混交种植等多因素影响。从表 2、表 5 反映的数据可以看出，华家岭人工防护林带的林分密度分布在 956． 80(N/hm2) － 1464． 50(N/hm2) 。林分密度与树木胸径呈负相关性，调查区域内纯林、混交林林木密度与平均胸径均呈现此规律; 林分密度对树高的影响比较复杂，结论不一。有研究表明，密度对树高有影响，但影响较弱，在相当宽度的一个中等范围内无显著影响。也有研究结果是树高生长随林分密度的增大而增大。该地区调查数据显示，林分平均树高随密度的增大而降低，与以往研究结果一致。林分密度作为影响林分平均树高、胸径的重要指标，今后在华家岭防护林带的建设中，应调整林分密度，使生长不良的杨树充分利用林分空间，使其生存状态得以缓解; 在混交林中，随着针叶树种的逐渐生长，可通过阶段性伐除杨树方法来控制总体林分密度，以促进华家岭人工防护林带更加科学合理健康发展。

　　(3) 华家岭海拔 2000m ～2457m，通过对不同海拔云杉林的生长指标对比，发现海拔与云杉生长状况为正相关，符合云杉耐阴、耐寒的生态学特性及海拔适应范围，因此云杉群落在该区域表现出良好的生长状态; 受地形条件的影响，华家岭防护林带阴、阳坡林木生长具有显著的差异性，阴坡分布的林分平均胸径、平均树高均优于梁顶、阳坡林分。在今后的防护林带改造中，条件允许的情况下，根据所选树种特性，应优先考虑阴坡栽植。

　　4 、结论

　　(1) 华家岭防护林带中，已属成(过) 熟的杨树林带总体表现为生长衰退、林相残败，而属幼龄林的云杉、油松林带则生长状态良好。目前，其 22a 生云杉纯林和 20a 生油松纯林的平均胸径、平均树高、单株蓄积量均已超过或接近平均林龄 37． 5a 的杨树纯林。

　　(2) 林分密度是制约林木生长的重要因素。本研究表明，华家岭防护林带中不同树种的平均胸径、平均树高均与林分密度呈负相关性。受林分密度的影响，区域内云杉 × 杨树混交林的生长状况略好于杨树纯林，云杉纯林和油松纯林的生长状况优于云杉 × 油松、云杉 × 落叶松混交林。

　　(3) 华家岭云杉防护林带的平均树高、平均胸径均与海拔呈正相关性，且阴坡环境更利于云杉防护林带的生长。

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