琅琊山风景名胜区退化黑松人工林自然演替规律的研究

肖成宝

（南谯区林业局，安徽 滁州 239050）

琅琊山风景名胜区位于江淮之间的皖东丘陵，属于亚热带北缘，四季分明，气候温和，雨量充沛，适合针叶树树种和南北方绝大部分落叶阔叶树种的生长，具有典型的落叶阔叶林群落特征。由于岩石种类多为分化困难的石灰岩，山体岩石裸露比例高达40%～70%，土层非常瘠薄和易干旱，导致上世纪七八十年代营造的黑松（Pinus thunbergii）人工林逐步退化为小老树林，局部山地直接退化为林木稀疏的疏林地；加上不合理的“割灌除草”和海洋性气候孕育的黑松对内陆干旱气候的不适应性，使原生植被破坏殆尽，林木陆续死亡，水土流失严重，林地退化沙化、森林景观弱化；而原来作为人工林除治对象的朴树、黄檀、黄连木、榔榆、盐肤木等乡土树种在封禁保护条件下，通过天然下种和飞籽成林方式逐步成为森林演替的主导树种，退化的黑松人工林得到有效的自然修复，实现了由针叶纯林向针阔混交林、单一树种向多样性树种、人工景观向原生态景观的自然演替，不仅丰富了风景名胜区生物多样性，提升了石质山地生态防护功能，并且有效促进了退化人工林自然更新复壮能力，构建了石灰岩山地森林生态系统和丰富多彩的落叶阔叶林自然景观。

1 试验地概况与试验方法

试验地选择在安徽省东部的滁州市琅琊山林场汤大山黑松林地，海拔150～350 m，基岩为石灰岩，土壤厚度 20～40 cm，pH 值 7.5，呈中性偏碱，土壤肥力偏下。试验区属亚热带北缘，年降水量1 048 mm，年平均气温14.5℃，无霜期220 d，四季分明，雨热丰沛，但雨量极不均匀，主要集中在典型的“梅雨”季节，春旱、倒春寒、夏涝、干热风和夹秋干特征明显，并且不同年份之间差异明显，对人工造林成功存在着不确定性；当地的土壤和气候条件非常适合多种落叶阔叶树种生长，使琅琊山地区成为落叶阔叶树天然的资源库，乡土乔灌木树种达到230余种，具有极大的科研价值和景观价值。

试验地面积32 hm2，原地类为上世纪70年代营造的黑松人工林，初植密度2 700株/hm2；由于黑松栽植容易、成活率高，对琅琊山地区石质荒山绿化起到了“先锋树种”的作用。但随着时间的推移、树木的老化，干旱瘠薄的生态环境的不适应性特征凸显，枝叶稀疏、生长不良、干枯退化，加上松材线虫病的感染性极强，黑松不仅成为“小老树”，而且成为感病死亡和蔓延的“病死树”，林木数量急剧下降，试验区林木保有量仅220株/hm2。由于景观林不允许大面积改造更新，自然修复成为重要的课题。1988年对试区进行全林保护和封山育林，禁止放牧、人为樵采、开垦种植和商业性森林采伐等；且试验地远离农村居民点，人为活动稀少，为朴树、黄连木等乡土阔叶树种天然下种和飞籽成林提供了良好条件；与此同时，山胡椒、白檀、胡枝子、盐肤木等各种灌木种群数量迅速增加，为石灰岩山地退化林地生态修复提供了可能性。在全面踏查的同时，设置25.82 m×25.82 m的固定样地进行长期跟踪调查，定期调查树种动态变化、立木数量、树高、胸径等因子。

2 结果与分析

2.1 黑松人工林自然演替树种种群数量变化

2.1.1树种群落变化调查与分析

根据调查结果分析（见表1），封山育林措施能够有效提升石灰岩山地目的树种种群数量和单位面积立木株数，并呈现逐年上升趋势。

1988年本底调查，作为对照参数，样地共有4个树种30株，林木稀疏，分布不均。黑松14株，占种群数量的46.7%；自生的黄连木逐渐占据了一定优势，数量达到13株，占种群数量的43.3%；朴树1株，占种群数量的3.3%；棠梨2株，占种群数量的6.7%。

表1 黑松人工林自然演替对目的树种种群数量的影响调查

1993年复查，样地种群数量达到33株，增幅9.0%，处于生态相对平衡和阔叶树种群孕育期，新生幼树基本处于较小的径阶，进阶木小幅增长。但黑松个体枯死严重，株数逐年减少，只保存8株，占种群数量的24.2%；黄连木株数稳步增加至19株，占种群数量的57.6%，成为林地的主要树种；黄檀、鼠李各1株进入径阶木，各占种群数量的3.0%；另外，朴树增加1株，共2株，占种群数量的6.1%；棠梨2株，没有增加，占种群数量的6.1%。由此可见，黑松生长势在迅速减弱，黄连木、朴树等硬阔树种种群数量迅速增加，由16株增加到25株，占种群数量的75.7%，首次突破黑松种群，成为种群竞争的优势树种。

1998年复查，样地种群数量达到35株，增幅6.1%，表明森林生态修复仍然处于缓慢增长阶段；其中，黑松有2株进入径阶木，数量达10株，占种群数量28.5%，表明黑松天然下种有较小的阶段性成效。10年间，受到生态环境持续改善和林木良性竞争、乡土阔叶树优越的适应性等原因，生长速度明显增加，乡土阔叶树种群数量小幅增长，黄连木由13株扩大到20株，增幅明显，占本底调查数量的153.8%，处于竞争的优势地位。

2003年复查，样地种群数量33株，减少2株，表明森林生态修复仍然处于缓慢增长阶段，但林木种群之间竞争加剧。黑松数量减少1株，棠梨和鼠李被自然淘汰，而黄连木种群数量呈现平稳增长趋势，达到21株，占种群数量的63.6%，继续保持竞争的优势地位。

2008年复查，样地种群数量由33株减少至32株，表明森林生态修复继续处于缓慢增长阶段，但种群间数量结构发生变化较大。即实施生态修复20年后，黑松由14株减少为2株，仅占种群数量的6.3%；黄连木种群数量达到26株，占种群数量的81.2%，处于林分的主导地位；新增了榔榆新树种进阶木1株，朴树等主要树种仍然处于“蓄势待发”阶段。

2013年复查，样地种群数量52株，比2008年的32株增加了162.5%，出现了较大增幅。即实施生态修复25年后，林木种群之间竞争达到峰值，黑松仅存1株、黄檀1株没有变化；而朴树和黄连木等硬阔树种种群数量增长较大。其中黄连木达35株，占种群数量的67.4%，处于顶级群落优势地位；朴树增加迅猛，由1株增加到11株，尤其是近5年调查周期由2株剧增到11株，提升了5倍，种群数量占比提高到21.2%，成为种群第二大群体；此外，还自然增加了臭椿、化香、桑树等乡土阔叶树种，生物多样性优势凸显，丰富了森林景观可览性功能。

2018年复查，样地种群数量51株，与2013年51株持平，表明森林生态修复处于新一轮稳定周期，林分结构也有小幅度变化。即实施生态修复30年后，黑松、黄檀树种灭失，表明黑松成为下层林木和病死树被优胜劣汰，黄檀生长速度缓慢，成为被压木，同样成为“物竞天择”的牺牲品。现有种群中，黄连木27株，比5年前的35株锐减33%，占种群数量的比例由67.4%下降到52.8%，呈迅速下降趋势；与此相反，朴树种群由11株增加至17株，占种群数量的33.2%，成为增长速度最快的树种；此外还新增了木芙蓉、无患子、盐肤木等阔叶树种，树木种群之间竞争愈演愈烈。

2.1.2 树种群落总体变化趋势分析

经过30年的自然演替变化，黑松由于不能适地适树生长而逐渐消亡。通过封山育林等措施，以朴树、黄连木为代表的硬阔叶树种逐渐成为主导树种，居于统治性地位，实现了自然演替的目标。

2.2 黑松人工林自然演替林木胸径增长调查与分析

2.2.1 进阶木胸径生长量调查与分析

表2调查结果显示，黑松人工林通过30年自然演替，以1988年本底调查为对照，林木总胸径值从1988年的2 218 mm逐步增加到2 733 mm、3 175 mm、3 346 mm、2 917 mm、4 390 mm、4 248 mm，增长幅度分别达到 23.2%、16.2%、5.4%、-12.8%、50.5%、-3.2%，表明除了1998-2003年、2013-2018年度，由于黑松大幅度消亡造成总胸径下降外，其他阶段总趋势为林木生长平稳增长。

2.2.2 黑松胸径生长变化分析

主要树种黑松林木胸径总量值呈现逐步下降趋势。1988-2003年，林木胸径总量为1 119 mm和1 175 mm，基本持平。但从2008-2018年调查显示，原始栽植的黑松全部死亡，仅出现天然下种2株，2018年也灭失。

表2黑松人工林自然演替对目的树种种群胸径生长的影响调查

2.2.3 黄连木胸径生长变化分析

黄连木作为天然下种和飞籽成林的乡土树种，是种群数量和质量变化最明显的树种。林木胸径由866 mm逐步增加到1 511 mm、1 667 mm、1 875 mm、2 283 mm、3 060 mm、2 443 mm，至 2013年最高，增长幅度达到253.3%；种群数量由1988年的13株逐步增加到19株、20株、21株、26株和2013年的35株，但在2013-2018年间，由于朴树等乡土树种的异军突起，加剧了种群结构变化，导致8株黄连木自然消亡，种群数量减少为27株，同时胸径总生长量有下降现象。

2.2.4 朴树胸径生长变化分析

朴树是表现最为活跃的乡土树种，种群数量呈现几何数增长，由1988年的2株增加到2018年的17株；林木胸径由75 mm逐步增加到195 mm、217 mm、238 mm、258 mm、804 mm、1 294 mm，总体增长幅度达到16.2倍，且是原始种群极少的前提下，由非目的树种能够最终成为最有发展潜力、速生丰产性强的目的树种。

2.3 黑松人工林自然演替林分蓄积量增长的调查

2.3.1主要树种蓄积量总体变化趋势分析

从表3调查分析，通过30年自然演替，以1988年为参照，林木总蓄积量从1988年的0.500 m3逐步增加到 0.747 m3、0.995 m3、1.829 m3、0.992 m3、1.324 m3、1.349 m3，表明封山育林后，林分蓄积量总体趋势是稳步增长的，逐步实现了近自然林经营目标；与此同时，由于原始种群中主要树种黑松逐步死亡灭失，导致林分蓄积量呈现巨大的动态变化。

表3黑松人工林自然演替对林分蓄积量的影响调查

2.3.2 黑松蓄积量变化趋势分析

黑松作为原始主栽的目的树种变化较大，林木总蓄积量由1988年的0.254 m3变化为0.187 m3、0.390 m3、1.120 m3、0.102 m3，最终与棠梨、黄檀、鼠李一起成为被淘汰的树种。

2.3.3黄连木蓄积量变化趋势分析

黄连木作为原生态树种，种群数量缓慢增长，林木生长速度稳步加快，林木蓄积量由1988年的0.187 m3逐步增加到 0.405 m3、0.476 m3、0.592 m3、0.721 m3、0.980 m3、0.842 m3，增长幅度分别达到117.0%、17.4%、24.5%、21.8%和35.9%；而到了2013年以后，受到种群激烈竞争影响，数量减少8株，蓄积量呈现负增长，到2018年增幅为-14.1%。

2.3.4 朴树蓄积量变化趋势分析

朴树作为最为活跃的目的树种，种群数量增幅较快。林木总蓄积量由0.017 m3逐步增加到0.071 m3、0.089 m3、0.109 m3、0.129 m3、0.246 m3、0.375 m3，增长幅度分别达到330.3%、25.4%、22.5%、18.3%、90.3%、52.8%，单个树种蓄积量基本达到当地一般人工林标准，成为未来目的树种的首选。

2.4 黑松人工林自然演替对目的树种种群数量结构的影响

从表1分析结果显示，加强封育前，黑松占46.7%，经过30年自然演替，由主要树种变成自然淘汰的树种；而朴树、黄连木等天然自生能力较强的乡土树种种群数量由 14 株逐步增加到 21、22、23、28、46、44株，结构比例由46.7%提升到86.0%，成为石灰岩山地退化人工林自然演替过程的顶级群落；此外，还有榔榆、臭椿、化香、桑树、木芙蓉、无患子、盐肤木等阔叶林里常见的伴生树种，进一步丰富了生物多样性，提升了景观价值。

2.5 黑松人工林自然演替对主要树种胸径生长结构的影响

从表2结果分析，经过30年自然演替，黑松树种胸径总量曾经由1988年的1 119 mm增长到1 175 mm，最后下降到0，占林分比重由50.5%下降到3.7%，直至减少为0。表明，引进的外来树种生态环境的适应性有局限，生长速度缓慢，在与乡土树种竞争中处于劣势，最终被淘汰出局。而天然生态修复的朴树和黄连木两个主要阔叶树种胸径总量由1988年的941 mm提高到2018年的3 737 mm，占林分比重由42.4%提高到88%，成为森林顶级群落树种；其中朴树由封育前的3.4%提高到30.5%，黄连木由封育前的39.0%提高到57.5%，表明这两种树种是自然演替最为稳定或不可或缺的树种，共同组成森林演替的主要目标树种。

2.6 黑松人工林自然演替对各树种蓄积量生长结构的影响

从表3结果分析，经过30年自然演替，黑松人工林蓄积量由1988年的0.254 m3增加到2003年的1.113 m3，最后下降到0，占林分比重由1988年的50.8%下降到0，成为被淘汰的首选树种；黄连木由1988年封育前的37.4%上升到62.4%；朴树由封育前的3.4%提高到27.8%；这两种树种共同组成自然演替的目标树种，蓄积量占比由1988年封育前40.8%提高到90.2%。

3 结论与讨论

（1）琅琊山风景名胜区退化黑松人工林，可以不通过人工造林方式进行更新；通过10年时间封禁保护，基本达到自然生态修复的目的，是衰退人工林和稀疏落叶阔叶林自然更新的有效方式，20年后林分达到稳定的树种结构和群落结构。

（2）琅琊山风景名胜区所在的江淮丘陵乡土阔叶树种资源丰富，对于土壤瘠薄的石灰岩等石质山地的退化人工林，实施自然演替方式进行更新复壮技术上是可行的；通过严格的封山育林措施，不仅实现人工林自然的生态修复，还能够确保种群数量稳定增长，树种结构更加多元和丰富，减少了人力、物力投入，保护了原始生境条件，维护了生物多样性，有效提高了林地利用率和景观利用价值。

（3）江淮丘陵最具代表性的乡土落叶阔叶树种主要有朴树、黄连木、榔榆、榉树、麻栎等，它们具有适应性广、速生丰产性稳定、生态修复能力强、种群数量增长快、保持水土、有效改善林分土壤和小气候环境的优点，是石灰岩山地和风景名胜区生态修复中值得重点关注和保护的树种；通过自然演替，可逐步恢复江淮丘陵地区典型的落叶阔叶林群落类型，丰富森林景观效果，为人类回归自然和假日旅游提供了新的平台。