增加种源树种促进侧柏林演替技术及短期效果1)

李云岘 杨学民 马占元 秦 飞 关庆伟 杨瑞卿

(徐州市市政园林局，徐州，221009) (南京林业大学) (徐州工程学院)

增加种源树种促进侧柏林演替技术及短期效果1)

李云岘 杨学民 马占元 秦 飞 关庆伟 杨瑞卿

(徐州市市政园林局，徐州，221009) (南京林业大学) (徐州工程学院)

根据徐州市云龙山侧柏林的现状及社会发展需要，制订了人工促进侧柏纯林演替的目标、原则，确定了间伐抚育和林窗开设的标准，提出了种源树种及其配置方式和栽植、管护技术方案。林分改造后各树种生长良好，植物多样性显著增加，景观质量明显改善，风景林的效能已初步形成。

徐州市云龙山;石灰岩山地;侧柏林;森林演替

林分改造是根据当地的地带性森林植被类型，有目的地选择一些适合当地生长的树种，通过人为措施对现有生态等级较差的森林进行改造，从而促进森林向地带性森林群落演替或按设计目标形成某种植物群落的一种造林方式。作为一种森林景观营建技术，国外的研究多以工业用材林为对象，作业方式以主伐乔林占主导地位，对抚育间伐较少应用[1-2]。与国外的情况相反，我国的研究主要集中在低效林分抚育改造方面[3-5]，研究内容包括空间结构分析与量化抚育采伐对象[6]、郁闭度与林内景观的美景度关联性[7]、色彩丰富度和色彩均匀度与风景林的合理经营措施[8]、立地质量对风景林构建的影响[9]、林内林冠下套种、隔带皆伐更新、小块状皆伐造林的效果[10-14]等。在侧柏林(Platycladus orientalis forests)方面，程金华、梁波等对间伐抚育技术等进行了探讨[15-16]，李效文等采用SBE法对北京山区低山厚土中龄侧柏游憩林的合理构成及抚育技术模式进行了研究[17]。但是，有关在侧柏纯林中人工增植大规格的种源树种以促进侧柏纯林演替方面少见报道。笔者通过对徐州市云龙山人工侧柏林植被以及立地条件的调查分析，从生态健康、景观优美目标出发，开展以增加种源树种为中心的人工促进侧柏林演替技术的研究，着力解决其因立地质量差、造林密度大、自然演替进程非常缓慢等造成的生态和景观质量低的问题，为同类工作提供参考。

1 立地条件及森林资源概况

徐州市位于淮河以北、黄淮海平原的南缘(117°06′～117°18′E，33°43′～34°58′N)。研究地云龙山位于徐州市区中心，是云龙风景区的核心区，也是徐州环城国家森林公园的组成部分，从东北向西南连绵九节，全长约3km，总面积120 hm2，最高海拔142m。

气象条件:徐州市属暖温带半湿润季风气候，全年太阳总辐射量平均为499.9 kJ/m2，日照时数2 284～2295h，日照百分率52％～57％。年平均气温13.9℃，≥0℃年积温5 148.8℃。年无霜期210d。年降水量864mm，主要集中在7、8、9月份，年降水相对变率15％～19％。

土壤条件:云龙山为泰山山脉的余脉，构造单元属华北地区东南部徐州凹陷带。成土母质石灰岩，土壤以石灰岩发育而成的淋溶褐土为主，隶属喀斯特山地类型，但未显现喀斯特地貌特征。土壤厚度10～50cm。其中，山脚土壤平均厚度为30cm，一般分为3层;中部土壤平均厚度小于10cm，一般为两层，岩石裸露严重，裸露率约40％～65％;海拔80m以上的上部土层厚度降至5cm左右。在岩石裸露面积较大的区域，土壤质地以砂质土为代表性土壤;在岩石裸露不明显、林下植被丰富的区域，土壤质地以粉壤土为代表性土壤。不同样地各土层的土壤平均密度不同，范围在1.50～1.69g/cm3，表层土壤较疏松、密度小，底层土紧实、密度大。土壤整体孔隙度偏小，持水性能差[18]。

森林资源:云龙山森林营建于20世纪50年代。据记载，解放前，除北端第1节山零星分布有侧柏、槐(Sophora japonica)、柳(Salix matsudana)、楝(Melia azedarach)等少量乡土树木外，均为童山秃岭。1955—1960年，参照第1节山遗留树种，选择侧柏、臭椿(Ailanthus altissima)、槐、楝等进行人工植苗造林，因立地条件过差等原因，除侧柏外，大部分阔叶树均未保存下来，形成今天以侧柏为主的生态景观。经过50 a演变，目前山脚以侧柏及次生的青桐(Firmiana simplex)、刺槐(Robinia pseudoacacia)、构树(Broussonetia papyrifera)等混交的形式存在，林下有灌木和草本分布;中部除阳坡部分地区有构树次生外，基本以侧柏纯林形式存在，林下可见部分灌木和草本植物，但随海拔升高，数量和盖度逐渐减少，到海拔80m以上，鲜见灌木及草本植物。

2 人工促进侧柏林演替技术方案设计

2.1 侧柏纯林的改造目标与原则

根据云龙山兼属云龙风景区的核心区和徐州环城国家森林公园的属性，以及森林为主体的景观建设特点，人工促进森林演替应围绕以下目标和原则展开。

2.1.1 改造目标

生态目标:充分考虑立地条件特点，按照适地适树原则引入建群乡土树种和伴生树种，景区森林的异质性显著增加，结构优良，可持续，生态功能进一步增强。

景观目标:显著增强森林的自然色彩，使之达到森林生态功能与绿化美化自然协调一致，初步形成具有多品种、多色彩、多层次、多香味、多功能、有特色、步移景异的森林景观。

文化目标:体现当地的自然特征和文化特色，挖掘和烘托景区的文脉，塑造景区风貌和个性。

2.1.2 改造原则

生态原则:以维护人类身心健康、维护自然生态过程作为核心，在符合自然生态原则的同时，符合景观生态原则和社会生态原则。

因地制宜原则:充分发挥景区土地资源的特点，与景区分区发展目标紧密结合，促进多样化的森林生态系统的形成与发展。

景观美学原则:合理布局景区森林植被的空间形态(平面与立面构图)、色彩(色相、季相)变化以及嗅觉、意境特征，使之符合景区功能分区目标，景观更加优美。

文化原则:注重与景区历史文脉与内涵相结合，以开放的森林生态系统为基础，精心布置富有丰富文化内涵特色森林景观。

2.2 抚育间伐与林窗开设

2.2.1 侧柏林抚育

世界各国对森林间伐强度研究取得了大量成果，但它们大都是针对用材林的，关于风景林抚育间伐强度能够查到的文献很少。王爱珍和陆兆苏认为树冠系数较适用于风景林，其利用树冠系数确定风景林的间伐强度公式为:N=1×104/(K·H)2。式中，N为单位面积保留木株数;K为树冠系数，即冠幅与树高之比;H为林分平均高度;(K·H)2实质上是林分平均木单株营养面积[19]。根据该间伐强度公式，参考云龙山侧柏林与邻近皇藏峪国家森林公园天然次生林空间结构对比研究结果[20]，确定云龙山侧柏纯林的间伐量一般为现有侧柏总株数的20％～45％、间伐后的林分郁闭度保持在0.6～0.7的间伐目标。具体做法为首先现场踏查，确定间伐对象木，并做好标记，然后组织间伐作业。间伐木的确定，必须满足保留木的空间分布要求，在此原则下伐密留疏，伐小留大，促进立木实现均匀分布(角尺度均值小于0.475)。

2.2.2 林窗开设

林窗开设位置，根据景区的景观规划要求，依据地势规划好各种形状，并注意其规模，形状的末端与起始的位置要靠近(借)地形中的特征物(多样性要素)，做到因势成形，巧于凭借，精在体宜，多样统一。同时，适当考滤混交树种配置的均匀性。根据云龙山山势特征及主要的观赏方向，林窗主要开设于山腰线上下。一方面，随山势起伏，形成蜿蜒起伏的森林景观;另一方面，有利于种子向上、下两侧山坡散布，从而促进整个侧柏山林的全面演替进程。

林窗大小，根据景观营建需要和拟增植的种源树的种类、规格(树高、冠幅)、配置方式及其所需营养面积确定。基本的计算公式为S= ∑(Ki.j·Hi.j)2。式中，S 为林窗理论面积，Ki.j为树种 i第j株的树冠系数，Hi.j为树种 i第j株的树高。

2.3 种源树种选择

石灰岩地区自然分布的植物种类具有一般的共性:喜钙、耐旱，根系强壮而发达，能攀附岩石、穿窜裂隙，在裂隙土壤、土壤水、岩溶水中求得水分、养分的补充。根据石灰岩地区植物区系特有化发展的客观规律[21-22]，在区域木本植物资源调查[23-24]等基础上，根据云龙山侧柏林风景林改造的目标要求，采用专家评价法进行综合评价，筛选适生造林树种，乔木为栾树(Koelreuteria paniculata)、刺槐、三角枫(Acar buergerianum)、五角枫(Acar mono)、青桐、苦楝、乌桕(Sapium sebiferum)、枫香(Liquidamba formosana)、黄连木(Pistacia chinesis)、青檀(Pteroceltistata rinowii)、榆树(Ulmus pumila)、朴树(Celtis sinensis)、榉树(Zelkova schneideriana)、臭椿等;灌木为黄栌(Cotinus coggygria)、石榴(Punica granatum)、木槿(Hibiscus syriacus)、紫薇(Lagerstroemia indica)、火棘(Pyracantha fortuneana)、黄刺玫(Rosa xanthina)、绣线菊(Spiraea salicifolia)、山桃(Prunus davidiana)、酸枣(Ziziphus jujuba)等。

为增强种源树的竞争力，选用乔木树种的树高应不低于侧柏林高度的1/3，且已经结种。

2.4 种源树栽植及管理措施

2.4.1 工程整地方案

由于云龙山山坡较陡，林中整地施工困难，根据保证树木成活和投资效果最大化的原则，分别设计3种规格的栽植穴或鱼鳞坑，以满足不同地形、不同树种及树木规格的栽植需要。

穴状整地:适用坡度≤15°。设计3种规格:1号为D(口径)＞50cm、h＞40cm，2号为D＞70cm、h＞50cm，3号为D＞90cm、h＞60cm。穴底径＞0.7倍口径，不准挖成圆锥或锅底形。

鱼鳞坑整地:适用坡度＞15°。设计3种标准规格:1号为a(穴口短径)＞50cm、h(穴深)＞40cm，2号为a＞60cm、h＞50cm，3号为a＞70cm、h＞50cm。鱼鳞坑围堰用碎石和黏土砌筑牢固，不得用碎石摆垒。

表1 保水剂、生根促进剂及肥料基准用量

2.4.2 栽植措施

栽植时，土壤肥力改良采取土壤结构调整和施肥相结合的方法。客土上山、回填土石砾清理，改善土壤结构;栽植穴施有机基肥，提高土壤肥力。保水剂选用林果专用的聚丙烯酰胺型，使用方法为在回填种植土壤时，将保水剂水凝胶与适量的填土掺混，将其回填到土球表层10cm以下的根土周围。鉴于山地浇水特别困难，不准直接使用干粒保水剂，以防止保水剂干旱现象的发生。ABT3号生根促进剂配制成需要的质量浓度，作为定植水直接灌根。浇透定植水后，覆盖(60～100m)×(60～100m)的塑料薄膜，起防风、防热、保温、保水、抑制杂草等作用。

3 调查方法

3.1 增植种源树的生长情况调查

对增植的种源树，在定植时进行编号，并标记胸径测量位置、测量胸径值，定植满1 a后，调查成活情况，再次在相同位置测量其胸径，计算胸径生长量。

3.2 植物多样性调查

为考查增植种源树种后的植物多样性变化情况，以典型配置模式的主乔木种源树丛为中心，设25m×25m的样地，各样地内设置5块5m×5m的灌草样方，灌草样方的设置方法为取四角和对角线交叉点，对定植2 a的样方进行林下灌草种类及数量进行调查。

多样性测度方法，选用几种应用广泛而有效的多样性和均匀度指数公式，来测度不同样地林下植物群落的物种多样性和结构多样性。其中:物种丰富度的测定，分别采用Patrick指数dp=S和Menhinick指数多样性指数的测定，分别采用Simpson多样性指数和 Shannon-Wiener多样性指数均匀度的测定，采用基于Shannon-Wiener多样性指数的均匀度指数和基于Simpson多样性指数的均匀度指数上述公式中，N为全部种的个体数量，S为面积A内的种数量，Ni为第i个物种的个体数量，Pi=Ni/N。

3.3 景观效果变化评价

采用美景度评判法对侧柏林间伐和增植大规格种源树种前后的美景度进行评价。以多样性调查的5个样地的夏季景观作为评判对象，调查拍照时，在每个样地的中心点向4个方向各拍l张，再从样地4边向中心点各拍1张，然后一个样地选取有代表性的4或5张照片制成幻灯片。对每一张幻灯编号，按随机次序排列，并记录下各幻灯片的序号，以避同类景观连续出现和降低评判者的感知敏感度。评判采用10分制，最看好的为10分，最不喜欢的为1分，一般5～6分。每张幻灯片放映停留时间7s，打分时间1s。由于评判结果是由景观本身的特征和评判者的审美尺度两方面决定的，而评判者的身份效应是明显的，所以评判值必须进行标准化处理，以消除不同观察者由于审美尺度的严格与宽松而使评判值受到的影响。标准化值为Zi，j=(Ri，j-)/Sj。式中，Zi，j为第j个观察者对第i个景观的标准化得分值，Ri，j为第j个观察者对第i个景观的打分值为第j个观察者所有打分值的平均值，Sj为第j个观察者所有打分值的标准差。

4 结果与分析

4.1 增植种源树的生长

从表2可知，增植树木经过1 a的生长，林木保存率都达到85％以上的国家造林合格率标准要求。其中，五角枫、栾树都达到95％以上，乌桕最低也达到86.9％，其它树种均在90％上下。栽植1 a的胸径生长量，也以五角枫、栾树最高，分别达到6.13、6.3mm/a，黄连木、臭椿生长量较小，分别为2.13、2.73mm/a，其它各树种约在 4～6mm/a。所选树种都能够适应云龙山侧柏林改造的生境条件，保持正常的生长。

表2 增植的主要乔木种源树的生长情况

4.2 植物多样性变化

增植种源树后的植物多样性变化测度结果如表3。结果表明，①在高密度侧柏纯林为基础，人工促进侧柏林演替过程中，虽然短期内其林下灌木和草本种类和数量都较稀少，无论是作为优势乔木树种的侧柏，还是其他树种都未能在灌草2层形成明显层次;但对侧柏纯林的适当人为干扰，光、水、肥等生境条件得到改善，为先锋物种的入侵创造了条件，对增加林下物种数量，改善林分结构有利。②不同改造模式下，灌木和草本层多样性指数存在较大变化，且与丰富度指数变化趋势相近。其中，灌木层植物多样性指数为样地5(对照)＞样地2＞样地4＞样地1＞样地3，草本层植物多样性指数是样地1＞样地2＞样地4＞样地3＞样地5(对照)。③样地5(对照)在灌木层的物种丰富度均高于其他样地，而草本层物种丰富度低于其他样地，主要原因是针阔混交林成林时间较短(2 a)，且前期抚育、混交阔叶树种时损毁了部分林下植物，在短期内造成林下植物多样性降低。这与赵平等提出的乔木层、灌木层的变化不同步及草本层物种数峰值的出现要晚于乔木层和灌木层的观点相一致[25]。

表3 不同模式的植物多样性特征

4.3 景观效果变化

从表4可以看出，所有样地间伐后的美景度明显高于间伐前，说明通过间伐，增强了林内的通视性与可及性，样地内侧柏排列整齐，干形较通直，无枯树倒木，树干的排列较为规则，整个景观有一种幽静、深远、隐秘的氛围，能对评判者产生强烈的吸引力。特别是样地5间伐前后美景度变化最大，由间伐前的-71上升为-21，说明在一定范围内，林分景观现状越差，间伐对其景观质量的提升效果越明显。增植种源树种后，高大古朴肃穆的侧柏与青翠的落叶乔木互相映衬，形成一种强大的视觉冲击，尽管其分值变动幅度较大，但美景度较高，说明此类景观受到了大多数评判者喜爱。

表4 侧柏林间伐和补植前后美景度变化

5 结束语

随着人民生活水平的提高，人们休闲时间的增多，到森林中游憩的需求量也迅速增加，风景林作为游憩旅游场所，在城市生活中的重要性大大提高。风景林抚育是美化森林景观的活动，不仅是一种生态工程，也是森林美学的艺术实践。风景林作为一种有生命的自然景观，受到如栽植密度、立地条件、林分结构、色彩配置、叶面积指数等诸多因素的影响。对于纯林的景观改造也越来越受到人们的重视。本研究根据徐州市云龙山侧柏林的现状及社会发展需要，制订了人工促进侧柏纯林演替的目标、原则，确定了间伐抚育和林窗开设的标准，提出了种源树种及其配置方式和栽植、管护技术方案。林分改造后各树种生长良好，植物多样性显著增加，景观质量明显改善，风景林的效能已初步形成。但由于研究时间较短，增植的种源树种的自然下种能力、幼苗竞争能力等还需进一步后续观察研究。

致谢:本文由秦飞整理。参加本研究的还有万福绪、邱海伦、陈平、闫家峰、申晨、盖军元、孙昌举、柴湘辉等，特此致谢。

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Succession of Platycladus orientalis Forests Promoted by Supplementary Planting of Native Tree Species and Its Short-term Effect

/Li Yunxian，Yang Xuemin，Ma Zhanyuan，Qin Fei(Xuzhou Municipal Works and Gardens Administration Bureau，Xuzhou 221009，P.R.China);Guan Qingwei(Nanjing Forestry University);Yang Ruiqing(Xuzhou Institute of Technology)//Journal of Northeast Forestry University.-2011，39(6).-16～19

Yunlong hill;Limestone hill;Platycladus orientalis forests;Forest succession

S727.5

1)国家“十一五”科技支撑项目(2006BAD03A0602)、江苏省“333”工程项目(BRAZ010020)和徐州市科技计划(XM09B025)。

李云岘，女，1962年12月生，徐州市市政园林局，研究员级高级工程师。

秦飞，徐州市市政园林局，研究员级高级工程师。E-mail:xzlyqf@126.com。

2010年12月29日。

责任编辑:戴芳天。

The goals and principles of promoting the succession of Platycladus orientalis forests were given based on the actuality of P.orientalis forests and the need for social development.The standards for intermediate cutting and tending as well as the forest gap opening in the forest were determined.Moreover，the planting and management of native tree species and their allocation modes were also put forward.All the tree species grew well and the plant diversity increased after the forest alteration.The landscape quality was obviously improved，and an aesthetic value of the forest had begun to take shape.