结构调控对沙地樟子松人工林生长及枯梢病的影响

徐贵军，陈江燕，宋晓东，王恩利，刘敏

（辽宁省固沙造林研究所，辽宁 阜新123000）

从2003年开始，辽宁省固沙造林研究所开展樟子松人工固沙林寄主主导性病害松枯梢病生态控制技术研究。生态控制实践的核心问题是，通过生态化的方法，实现对森林生物灾害发生的生态环境及其相关生物的合理或最优利用和最适调控，以实现生态系统高生产力和生态化的目标。在理论上是自然控制论的具体工程技术问题。期望找出合理的控制措施，恢复沙区的森林生态系统稳定性，抑制和延缓沙地樟子松人工林衰退病的发生与发展。

由于制约森林生态系统功能的关键不仅是生态系统的优化组成，更重要的是森林生态系统的优化结构，因此，人工林森林生态系统持续稳定高生产力的优化结构是森林生态系统有害生物生态控制的技术依据。持续稳定高生产力的优化结构一方面通过人为干预来实现，另一方面通过生态系统本身的自我调控来实现。

本文主要从樟子松人工林的组成结构、垂直（层次）结构和年龄结构等方面，通过人为设计和培育而得到科学合理的调控，以优化人工林分结构为出发点，探讨樟子松人工林的生长与健康，使林分生长、林地生产力及森林功能的发挥达到最大和最优。

1 研究区概况

章古台位于科尔沁沙地的东南边缘，地处42°43′N，122°22′E，海拔226.5m。属亚湿润干旱区，年降水量500mm左右，且多集中于6—8月，年蒸发量约为降水量的3倍，空气相对湿度60.4%。年均气温6.0℃，≥10℃积温3 000～3 300℃，无霜期154d。该地区降水年际变化也很大，每6～7a出现1次干旱年，近年来干旱频率增大。这里光照充足，日照时数为2 680～2 853h［1］。

土壤主要为风沙土。该地区共有维管束植物89科338属，570多种，其中天然植物501种。代表性植物有五角枫（Acer mono）、山里红（Crataegus pinnatifida）、家榆（Ulmus pumila）、胡枝子（Lespedeza bicolor）、小黄柳（Salix gordejevii）、差巴戈蒿（Artemisia halodendron）、中华隐子草（Cleistogenes chinensis）等［2］。

2 研究方法

2.1 测定方法

设立固定标地，每个标地调查株数大于100株。实行定期、定株、定位观测记录，测定内容包括树高、胸径、发病率、土壤水分、感病指数等。

叶面积指数（Leave Area Index）又称叶面积系数，可定义为单位面积上所有叶子向下投影的面积总和，它是群体的绿叶总面积与其覆盖土地面积的比值，是生态系统研究中重要的参数之一，其大小的变化取决于生态环境、群落结构等条件。叶面积指数通过Licor LAI 2000线性方法（5个圆148°视角），它用线性回归来通过5个视角的林窗片段计算叶面积指数。叶面积指数LAI（Leave Area Index）是群体结构的重要参数，也是衡量林分质量的重要指标。

林冠开阔度：即在镜头上方不被植被遮盖空间的百分数，是指从林地一点向上仰视，未被树木枝体所遮挡的天空球面的比例，是图像得来的林隙分数经过补偿计算剔除了植被阻隔的影响得出的实际冠层林隙分数。在数值上，林冠开阔度 ＝1－ 郁闭度。

2010年7月，运用加拿大产的冠层分析仪（WinSCANOPY2004a）在各样地内对冠层进行拍照，为了排除地面灌草层的干扰，拍摄高度为2m，为了消除太阳直射产生的巨大光斑，拍摄时间选在天气晴朗的8：00—9：00或13：00—16：00，既能保证光线充足又能排除掉光斑的影响，每个处理分3个点，每1点拍1张照片。

表1 病级划分标准

2.2 数据分析方法

树高、胸径、蓄积等分析采用EXCEL整理原始数据，去除奇异值后用SPSS进行单因素方差分析、多重比较（LSD或Tamhane）。立木蓄积计算公式采用辽宁省樟子松一元立木材积表（辽Q1665－83）的经验公式V＝0.000 149 118 79 D2.309158238。

冠层结构参数包括较多因子，本研究使用的指标包括林冠开阔度（openness）和叶面积指数（LAI）等内容。根据宋子炜等北京山区油松林光辐射特征及冠层结构参数的研究，LAI（2000）－Log数据相关性最高［3］，故分析叶面积指数时采用LAI（2000）－Log数据。用Winscanopy For Canopy Analysis软件中可直接得出林冠开阔度和叶面积指数。

2.3 试验地设定

2.3.1 疏林 2003年实施，试验地设在后坨子工区，试验对象为40年生左右、生长停滞、染病较重的樟子松人工林。技术方法为伐除濒死木和枯死木，保留未染病或染病较轻的树木，改造成疏林草地。设疏林草地区保留密度为198株·hm－2和对照区保留密度525株·hm－2，共2个处理，各为2hm2。

2.3.2 林分改造 对30年生左右，生长迟缓，已经开始染病的纯林进行行状伐除，并对保留行或带中的树木进行“留优去劣”式的间伐，伐除弱小和已经染病的林木个体，同时对保留木进行适当修枝。

试验地为1972年造林，行状间伐于2003年实施，当年整地，2004年实行混农作业，恢复地力，2005年引进优良灌木（大果沙棘）。伐2留2、伐1留1和对照的保留密度分别为357、353和822株·hm－2。

2.3.3 树种引进 2003年对一块状林实施伐2留2、伐1留1行状间伐，当年整地，2004年实行混农作业，恢复地力，2005年引进优良灌木大果沙棘。该试验地为1972年造林，伐2留2、伐1留1和对照的保留密度分别为357、353和822株·hm－2。

2007年在原有的五行带状林带间的15m的区间内引进彰武松、杜松、银中杨、五角枫、怀槐等。乔木株行距为3m×3m，灌木株行距为1.5m×3m。

配置乔木和乔木混交、乔木和灌木混交、阔叶树和针叶树等3种带状混交类型，共10hm2。采用樟子松＋彰武松模式、樟子松＋杜松＋五角枫、樟子松＋银中杨、樟子松＋怀槐、樟子松＋沙棘等5种。春季造林，为常规方式。苗木规格：彰武松、杜松为2＋2年生一级容器苗，其他树种为2～3年生一级苗；栽植前，苗木提前浸足水。杨树浸泡2～3d，松树提前5d灌足水。苗木做到随起、随运、随栽，确保造林成活率。造林当年3次穴状抚育，分别于6、7、8月进行；造林第2年抚育2次，分别于6、8月进行。造林后头3年在行间进行混农间种，选择作物种类为具有增加土壤肥力作用的豆科植物，可提供氮素5kg·hm－2。

3 结果与分析

3.1 疏林对生长状况的影响

3.1.1 疏林对胸径的影响 经t检验，疏林处理和对照的胸径生长量差异显著（Sig.＝4.89E－31），7年疏林处理胸径比对照的胸径高62.96%，见表2。

表2 疏林对胸径的影响

3.1.2 疏林对蓄积的影响 疏林处理和对照的总蓄积分别为70.561m3和71.519m3，总体收获量差异不大，见图1。

图1 后坨子疏林蓄积量比较

3.1.3 疏林对叶面积指数的影响 疏林处理林冠开阔度数值为37.45%，叶面积指数数值为0.83。疏林对照林冠开阔度数值为25.87%，叶面积指数数值为1.25，处理的冠层结构发生了明显的变化，群落的透光率上升，见图2、图3。

图2 疏林对叶面积指数的影响

图3 疏林处理冠层分析照片

3.1.4 疏林对土壤水分的影响 疏林草地模式可有效缓解水分供需矛盾，特别是在干旱年份。如2006和2007年降水量较常年少，分别为346.6mm和345.2mm，由图4看出，2006—2009年对照林分5、6月土壤含水率分别为1.96%和1.76%。樟子松在土壤含水率小于2%（萎蔫系数）时会发生萎蔫［2］，持续的低土壤含水率会导致持续萎蔫，可使生长减缓甚至停滞，加重病害的发生，往往不可逆转。

图4 疏林对土壤水分的影响

3.1.5 疏林对健康状况的影响 疏林处理的感病指数呈下降趋势，且基数较小，趋于稳定；对照感病指数基数较大，呈上升趋势，见图5。

图5 不同处理感病指数比较

3.2 不同林分改造措施对生长状况的影响

3.2.1 不同林分改造措施对胸径的影响 由表3看出，3种处理的初始胸径差异不显著。随着年限的增加，林分改造对胸径生长的促进作用愈发明显，伐1留1从伐后第3年、伐2留2从伐后第5年，胸径生长量显著超过对照。

表3 不同林分改造措施对胸径的影响

经作直线趋势线可看出，伐1留1的斜率值最大，CK的最小，说明林分改造措施对胸径生长有不同程度的促进作用，伐1留1最明显，见图6。

图6 不同林分改造措施对胸径生长量的影响比较

3.2.2 不同林分改造措施对林分蓄积的影响 处理的伐2留2、伐1留1和对照的总蓄积分别为87.104、77.690和81.606m3，伐1留1的总蓄积最大，分别比对照和伐2留2高6.7%和12.1%，见图7。

图7 不同林分改造措施对林分蓄积的影响

3.2.3 不同林分改造措施对叶面积指数的影响不同林分改造措施樟子松林的林冠开阔度明显不同。伐2留2、伐1留1、对照林冠开阔度数值分别为50.34%、37.43%和18.72%。而叶面积指数数值分别为0.66、0.89和1.63，见图8、图9。

图8 不同林分改造措施对林分叶面积指数和林冠开阔度的影响

图9 不同林分改造措施冠层分析照片

3.2.4 不同林分改造措施对土壤水分的影响 处理的伐2留2、伐1留1的土壤含水率比对照高，不同林分改造措施在一定程度上改善了水分状况，见图10。

图10 不同林分改造措施对土壤水分的影响

3.2.5 不同林分改造措施对枯梢病的影响 30年生樟子松林分感病开始加重，经不同林分改造措施的林分则表现出不同程度地抑制病情指数上升的趋势，且伐1留1较为明显，见图11。

图11 不同林分改造措施对林分感病指数的影响

3.3 树种引进对林分生长状况的影响

3.3.1 引进混交树种的作用 不同生物学特性的树种适当混交，能够比较充分地利用营养空间，有利于改善林地小气候；混交林枯落物量多而成分复杂，分解后利于改良土壤的结构和理化性质、调节水分、提高土壤肥力，而可以较好地促进林木生长，维持和提高林地生产力。另外，配置合理的混交林还可增强森林的美学价值、游憩价值、保健功能等，使林分发挥更好的社会效益。由于混交林林冠交错，提高了林分郁闭度，改变了小气候和林下植被，一些害虫和菌类失去大量繁殖的生态条件，因而可以控制病虫害的大量发生［4］。

因此，选择混交树种主要考虑了以下条件：无共同的病虫害或抗病性较强，对病虫害的传播起到阻隔作用，减少时空格局中的有害生物数量；具有更强的适生性，在混交结构中起稳定作用；具有较高的经济和观赏价值，增加经济效益和景观异质性；耗水量较低；利于改良土壤，固氮树种增加土壤中的氮，使混交林的养分增加；具较强的萌芽力，更新时易恢复。引进混交树种可使带内各行种间竞争关系较晚出现，种间关系容易调节，施工方便，可以形成复层林冠，能有效防止病虫害的发生蔓延。

3.3.2 混交树种生长表现 2005年和2008年调查了成活率和保存率，2009年－2011年调查了生长量，见表4。

表4 樟子松人工林引进树种成活和生长情况

3.3.3 新植混交树种经济价值 在樟子松带间栽植五角枫、彰武松、杜松、银中杨、怀槐等树种，形成异龄复层混交林。以株行距3m×3m，林地内改造面积的40%～50%计算，林地内栽植五角枫、彰武松、杜松、银中杨、怀槐等苗木667～834株·hm－2，成本为8 000～10 000元·hm－2（苗木、栽植、抚育、管护等费用12元·株－1），10年后保存率70%，即467～584株·hm－2，市场价为50～60元·株－1，产值为23 350～35 040元·hm－2，利润为13 350～27 040元·hm－2。每年可增加产值2 335～3 504元·hm－2，利润1 335～2 704元·hm－2。

4 结论

4.1 对40年生左右染病较重的樟子松人工林进行卫生伐引导成疏林草地，疏林处理和对照的胸径生长量差异显著，7年间疏林处理的胸径生长量比对照的胸径高62.96%。疏林处理和对照的蓄积收获总量差异不大。与对照相比，疏林的树势得到增强，病害防控效果明显。

4.2 对30年生左右的樟子松人工林进行改造后，随着年限的增加，林分改造对胸径生长的促进作用愈发明显，伐1留1从伐后第3年、伐2留2从伐后第5年，胸径生长量显著超过对照。伐1留1的总蓄积最大，分别比对照和伐2留2高6.7%和12.1%。伐1留1和伐2留2改造措施均对病害有抑制作用，且伐1留1效果更明显。

4.3 处理的冠层结构发生了明显的变化，群落的透光率上升。疏林处理林冠开阔度为37.45%，叶面积指数为0.83。疏林对照林冠开阔度为25.87%，叶面积指数为1.25。伐2留2、伐1留1、对照林冠开阔度分别为50.34%、37.43%和18.72%。而叶面积指数分别为0.66、0.89和1.63。

4.4 疏林模式和林分改造措施，有利于改善林分水分状况，在干旱年份效果更加明显。

4.5 对30年生左右的沙地樟子松带状人工林，选用6个树种进行树种结构调整，保存率均在85%以上，建立了5种混交模式林，增加了树种多样性，改善了林分树种、年龄结构，带内各行种间关系则出现较晚，种间关系容易调节，可以形成复层林冠，能有效防止病虫害的发生蔓延，丰富了樟子松人工林景观，提高了林地生产力。

［1］王国晨，白雪峰.章古台沙区气候特征分析［M］//辽西北沙漠化土地恢复治理技术研究［M］.沈阳：辽宁大学出版社，2000：228－233

［2］焦树仁.章古台固沙林生态系统的结构与功能.沈阳：辽宁科学技术出版社，1989：114

［3］宋子炜，郭小平，赵廷宁，等.北京山区油松林光辐射特征及冠层结构参数［J］.浙江林学院学报，2009，26（1）：38－43

［4］张建国.人工造林技术概论［M］.北京：科学出版社，2007