中亚热带城市与丘陵多种阔叶树组合的生态林营造技术

潜伟平刘忠华李萍球陈 娟李 萍朱叶萍

1 萍乡市林业科学研究所 江西萍乡 337034 2 萍乡市南坑林场 江西萍乡 337034

中亚热带城市与丘陵多种阔叶树组合的生态林营造技术

潜伟平1刘忠华1李萍球2陈 娟1李 萍1朱叶萍2

1 萍乡市林业科学研究所 江西萍乡 337034 2 萍乡市南坑林场 江西萍乡 337034

采用近自然的生态设计，即 “投入较多的树种”进入生态系统试验，通过竞争过程观测研究，掌握不同树种的竞争特性；依据生态系统原理，应用生态分析方法，分析不同树种生长过程中的生态反应，进一步明确其在生态林系统中的生态地位和作用。文章所提出的4种适合中亚热带城市和丘陵的阔叶树多树种生态林营造新模式有利于丘陵荒山生态环境质量的提高，可应用于城市和丘陵地区生态林营建实践，促进低碳经济的发展。

阔叶树，生态林，城市，丘陵，中亚热带

1 试验地自然条件

试验地位于城郊的萍乡市林科所试验林场。造林时间为1987年，树种是以木兰科为主的34种阔叶树，面积15.78 hm2。地理位置为北纬27° 40′6″，东经113°50′18″。海拔125 m，山体相对高度35 m，平均坡度为18°。土壤为红壤，土层平均厚度83.0 cm。

试验地属中亚热带湿润季风气候，四季分明，光照充足，雨量充沛，无霜期长。年平均日照时间为1 600 h，年平均太阳辐射总量为100.38 kcal/cm2。气候温和多雨。

2 生态林营建

2.1 树种选择及数量组合

根据城市和丘陵生态林的设计思路，即近自然生态设计→竞争试验→ (生态分析＋种苗技术)→营造模式提出＋关键技术→应用推广[1]，本试验树种数量的确定主要依据如下原则:1)基本数量，即每个树种的基本数量为30株，少数种源采集很困难的树种为20株；2)种源富裕的树种可以适当增加试验株数至50株；3)均用2年生苗木种植。

2.2 造林设计

根据上述设计思路，第1次植树的株行距离均为2.0 m×2.0m至2.8 m×2.8m。这些树种经过生态林试验林生态系统的竞争和选择，将使个体之间的距离不断变化，最终导致个体距离的不均衡。而这种不均衡的空间距离是形成生态林空间结构分化的基础[2－3]，也是近自然生态林营建的主要分析目标，以便掌握生态选择的规律，指导实际生态林的营造。因此，初始密度并不重要，如果密度小则竞争提前，反之则推迟，但都要经过系统的自然选择。这里涉及的株行距近似相等，是依据树种生物学特性预测研究设计的[4]，不同的树种株行距作微细调整，以保障试验正常期间进入测试。

2.3 整地与种植

整地方式为穴垦，大小是长×宽×深＝0.6 m× 0.6 m×0.6 m，按正常的植树要求进行栽树种植。

2.4 生态林管理

1)土壤管理。种植后1～3年内进行松土培育，即以树体为中心1 m半径的圆内松土、除草、培兜。每年5月、7月、8月分别进行松土培育，以后让系统自然调节。

2)林下生物多样性管理。为了不影响试验树种生长，试验第1～3年对林下植物实施刈割。这样不同植物的繁殖体仍然保留在林地内，以后能恢复生长。每年6月、8月分别刈割一次。

3 生态林试验分析

生态林营造试验时间为1987—2010年，历经23年，生态过程有了明显的规律。这对研究分析城市与丘陵多种阔叶树组合生态林的生态营造规律较合适，因此，对试验林进行了全面调查和测定。

3.1 试验树种高生长的生态响应

树高生长对群落生态系统的响应很敏感。树种有没有生态竞争优势，关系到该树种能否进入主林层而对群落生态系统控制作用的发挥[5]。树高按2 m为一等级差，林冠垂直结构可划分为4个类型 (表1)。

表1 试验树种高生长的生态响应

表1 (续)

表1反映了34个试验树种在城市和丘陵人工生态林系统中的竞争规律，这种规律是系统选择压力的反映。在这4种类型中最有竞争优势的树种是类型Ⅰ，其次是类型Ⅱ，类型Ⅲ和类型Ⅳ的树种竞争力较差。这种规律表明，在人工林系统中根据营造目标掌握树种的竞争特性非常重要，它关系到人工生态林能否成功。如果竞争特性相差太大及空间结构不合理，将导致竞争力差的树种被淘汰，营造目标不能实现。因此，树种在人工生态系统中的竞争特性和空间结构设计是城市和丘陵生态林营造的关键。

3.2 试验树种胸径生长的生态响应

胸径生长与树高生长有一定的相关性，但其受空间结构影响更大，即树体拥有的空间更大则胸径生长较大[5]。胸径按6 cm为一等级差，胸径结构可划分为5个类型 (表2)。

表2 试验树种胸径生长的生态响应

由表1和表2可知:1)同时进入树高类型Ⅰ的树种与胸径类型1的树种只有乐昌含笑和樟树2种。2)同时进入树高类型Ⅰ和Ⅱ和胸径类型Ⅰ和Ⅱ的树种有乐昌含笑、樟树、木莲、翅荚木、南酸枣、苦楝、醉香含笑、木荷、白花泡桐、桂楠木莲、灰毛含笑、广玉兰、阔瓣白兰花，共13种，其中桂楠木莲为树高类型Ⅱ和胸径类型Ⅱ共有。只进入树高类型Ⅰ的树种为乳源木莲、红花木莲，只进入树高类型Ⅱ的为白玉兰、金叶含笑、天目木莲、秃瓣杜英。只进入胸径类型Ⅰ的树种为白花泡桐、木荷、灰毛含笑、阔瓣含笑、广玉兰－翅荚木，只进入胸径类型Ⅱ的树种为杜英。3)同时进入树高类型Ⅲ与胸径类型Ⅲ的只有乐东拟单性木兰。树高生长进入到类型Ⅰ和Ⅱ，而胸径生长只进入到类型Ⅲ的为乳源木莲、红花木莲、金叶含笑、天目木兰、白玉兰5种。此外，杜英与秃瓣杜英比较特殊。秃瓣杜英高生长为类型Ⅱ，而胸径生长为类型Ⅳ；杜英高生长为类型Ⅲ，而胸径生长为类型Ⅱ。这说明秃瓣杜英具有较强的竞争力，适合混交种植；杜英适合孤植或行植。4)除了杜英、秃瓣杜英和乐东拟单性木兰外，高生长类型Ⅲ对应胸径类型Ⅳ，高生长类型Ⅳ对应胸径类型Ⅴ，黄心夜合高生长类型与胸径类型一致。

综合上述分析，以群落竞争敏感性较强的树高生长为主，结合胸径生长类型，可以将34种试验树种的群落生态反应划分为4个类型:1)生态反应类型一。树种为同时进入树高类型Ⅰ和Ⅱ、胸径类型Ⅰ和Ⅱ的树种 (乐昌含笑、樟树、木莲、翅荚木、南酸枣、苦楝、醉香含笑、木荷、白花泡桐、桂楠木莲、灰毛含笑、广玉兰、阔瓣白兰花)，共13种。2)生态反应类型二。树种为树高生长进入到类型Ⅰ和Ⅱ而胸径生长只进入到类型Ⅲ (乳源木莲、红花木莲、金叶含笑、天目木兰、白玉兰、乐东拟单性木兰、秃瓣杜英)，合计7种；3)生态反应类型三。树种为高生长类型Ⅲ及其对应的胸径类型Ⅳ的树种(构树、江西石栎、桂花、大叶女贞、云南含笑、黄心夜合、杜英、深山含笑、厚朴)，共9种。4)生态反应类型四。树种为高生长类型Ⅳ及其对应的胸径类型Ⅴ的树种 (黄山木兰、厚叶红淡比、合欢、阿丁枫、软荚红豆)，共5种。

3.3 城市和丘陵人工生态林空间竞争模型

基于表1和表2，不同树高类型的存留率反映了该树种竞争的优势程度 (图1)。通过引入树种生长发育的生态响应机理分析，人工生态林树种优势生态响应模型可拟合为 dh∕dt＝r(1－DH/DmaxHmax)－a。其中，D为胸径，H为树高，DMax为最大胸径 (人工生态林中)，HMax为最大树高 (人工生态林中)，r为树种特性指数[4]。

表1中不同高生长类型通过系统选择和竞争后的存留株数如图2所示，即基本呈正态分布，接近于天然成熟阔叶林的结构特征。分析结果表明，通过23年的生长和系统选择、竞争等生态过程，试验林向生态系统复杂化方向发展，符合生态规律。

图1 各树高类型树种存留概率

图2 各树高类型株数分布

3.4 环境的生态效应

3.4.2 枯枝落叶量变化

试验林内3个剖面平均枯枝落叶干重为400 g∕m2，与井冈山天然成熟阔叶林枯枝落叶干重659 g∕m2比较虽然相差159 g∕m2，但反映了向生态系统较好的方向演进[4]。

3.4.3 枯枝落叶与水分富集作用

将各剖面的枯枝落叶晾干后称重，然后放在恒温箱105℃干燥8 h并立即称重；再放在盛有自来水盆中浸24 h，捞起沥干 (不滴水为止)，称重。结果表明，试验林枯枝落叶干重高于荒山；试验林枯枝落叶富水量为荒山的2倍。此外，山顶剖面枯枝落叶的富水量比山坡中、下部较少。枯枝落叶的含水将逐渐释放补充土壤水分，促进植物生长。

3.5 林内植物物种多样性恢复

对试验林内进行全面调查发现，林下植被较丰富，即草本植物有狗脊蕨、蕗蕨、鳞毛蕨、日本薯芋、柳叶箬、海金沙、耳草、苎蔴、宿星菜、积雪草、铁角蕨、海金沙、大叶麦冬、扁莎草、鸭趾草、野枯草等17种，灌木有小叶女贞、长叶冻绿、空心泡、茅梅、光叶拔葜、淡竹、大青、称星树、柃木等9种，藤本植物有、鸡矢藤、冷饭藤、南蛇藤、亮叶崖豆藤、哥兰叶等5种。此外，林下出现乔木树种的小苗，发现有木荷、樟树、翅荚木、乐昌含笑、杜英、泡桐、冬青。其中冬青是新增加的乔木树种，说明试验林植被恢复较好。

4 生态林营建技术

4.1 多层次空间结构模式

采用多层次空间结构模式目的在于营造近自然的生态林系统结构，形成垂直结构多层、水平结构多样的森林群落。

树种结构为:1)主林冠层可选树种有乐昌含笑、樟树、木莲、翅荚木、南酸枣、苦楝、醉香含笑、木荷、白花泡桐、桂楠木莲、灰毛含笑、广玉兰、阔瓣白兰花等，第二林冠层可选树种有乳源木莲、红花木莲、金叶含笑、天目木兰、白玉兰、乐东拟单性木兰、秃瓣杜英等，第三林冠层可选树种有即构树、江西石栎、桂花、大叶女贞、云南含笑、黄心夜合、杜英、深山含笑、厚朴、黄山木兰、厚叶红淡比、合欢、阿丁枫、软荚红豆等。2)树种比例为2∶5∶3。3)落叶:常绿为1∶10。4)个体距离设置为主林冠层7 m×7 m、第二林冠6.7 m×6.7 m、第三林冠5.6 m×5.6 m。

4.2 大尺度生态景观模式

采用大尺度生态景观模式在于营造空间大于3 km2的生态林系统结构，形成垂直结构1～2层的森林景观、水平结构多样的森林群落。

树种结构为:1)主林冠层树种有乐昌含笑、樟树、木莲、翅荚木、南酸枣、木荷、桂楠木莲、灰毛含笑、广玉兰等，第二林冠层可选树种有金叶含笑、天目木兰、白玉兰、乐东拟单性木兰、秃瓣杜英，江西石栎，黄心夜合、厚朴、黄山木兰等。2)树种比例为3∶7。3)落叶:常绿为2∶8。4)个体距离设置为主林冠层7×7 m、第二林冠5.6×5.6 m。

4.3 观赏性休闲生态林模式

采用观赏性休闲生态林模式在于营造休闲的生态林系统结构，形成垂直结构1层的森林景观、水平结构多样的森林群落。

树种结构为:1)林冠层树种有乐昌含笑、樟树、醉香含笑、阔瓣白兰花、乳源木莲、红花木莲、金叶含笑、白玉兰、乐东拟单性木兰、江西石栎、桂花、大叶女贞、云南含笑、黄心夜合、深山含笑、厚朴、厚叶红淡比、合欢、阿丁枫、软荚红豆等。2)落叶:常绿为2∶8。3)个体距离设置为主林冠层7 m×7 m。

4.4 中小尺度生态景观模式

采用该模式目的为营造空间小于2 km2的近于自然的生态林系统结构，形成垂直结构多层，水平结构多样的森林群落。

树种结构为:1)第一林冠层树种有乳源木莲、红花木莲、金叶含笑、天目木兰、白玉兰、乐东拟单性木兰、秃瓣杜英等，第二林冠层树种有构树、江西石栎、桂花、大叶女贞、云南含笑、黄心夜合，第三林冠层可选树种有杜英、深山含笑、厚朴、黄山木兰、厚叶红淡比、合欢、阿丁枫、软荚红豆等。2)树种比例为2∶5∶3。3)落叶:常绿为1∶10。4)个体距离设置为第一林冠6.7 m×6.7 m、第二林冠5.6 m× 5.6 m、第三林冠5 m×5 m。

5 结论

通过对试验生态林的研究，发现了一些人工生态林的生态过程规律，掌握了城市和丘陵生态林的营造技术:

1)应用生态技术管理城市和丘陵人工生态林，土壤肥力逐渐增加，植物多样性较高，枯枝落叶量较多而且富水量较大，有利于补充土壤水分，促进林木生长。

2)人工生态林树种优势生态响应模型为dh∕dt ＝r(1－DH/DMaxHMax)。

3)遵从生态系统规律，4种新模式适合在中亚热带城市和丘陵地区进行阔叶树多树种生态林营造。这些模式都包括了相应的生态技术、种子处理技术、苗木培育技术、生态营建技术和生态管理技术，形成了一套较完整的技术体系。

[1]林翠新，杨学成，廖庆文.乡土阔叶树种在园林绿化上开发利用的初探[J].林业经济问题，2003，23(3):165－168.

[2]邹春静，徐文铎.沙地云杉种内、种间竞争的研究[J].植物生态学报，1998，22(3):269－274.

[3]李博.生态学[M].北京:高等教育出版社，2004.

[4]章家恩.生态学常用实验研究方法与技术[M].北京:化学工业出版社，2007.

[5]姜汉侨，段昌群，杨树华，等.植物生态学[M].北京:高等教育出版社，2004.

Ecological Forest Establishment Technique with Multiple Broadleaved Species in Mid-tropical Cities and Hilly Area

QianWeiping1Liu Zhonghua1Li Pingqiu2Chen Juan1Li Ping1Zhu Yeping2

(1.Pingxiang Institute of Forestry Science，Pingxiang 337034，Jiangxi，China；2.Nan Keng Forest Farm，Pingxiang 337034，JIangxi，China)

Near-nature ecological design method is to usemultiple species in a ecological forest to know the competiveness ofeach species through observation and analyze the ecological response ofeach species in their growth process by following ecosystem principle and applying ecological analysismethod so as to further identify the ecological position and roles of each species in ecological forest system.The paper proposed the new ecological forest establishment mode with 4 species suitable for growing in mid-tropical cities and hilly area.Themode can help improve the quliaty of eco-environment in bare hilly area，which can be applied to the practices of ecoloigcal forest establishment in mid-tropical cities and hilly area and promote the growth of low-carbon economy.

broadleaved species，ecological forest，city，hilly area，mid-tropical

2015－03－09

潜伟平，萍乡市林业科学研究所研究员，江西省林学会遗传育种分会常务委员，常年从事森林培育和遗传育种等科研工作，E－mail:pxlksqwp＠126.com