半干旱地區(qū)櫟樹人工造林試驗初報

半干旱地區(qū)櫟樹人工造林試驗初報

鸛類在中國廣泛分布（鄭萬軍等，1985；王良民等，1985）。具有多種經濟用途（木材，1994）和良好的土壤變化和侵蝕效果（趙榮輝等，1984）。這是一種有用和寶貴的樹種。世界上很多國家都非常重視櫟樹造林(王長福,1994)。我國雖然也把櫟樹作為主要造林樹種(中國樹木志編委會,1978),并且早在20世紀50年代初,山西省的中條山森林經營局就進行了栓皮櫟播種造林試驗(中條林局皋落林場,1982),60年代初也曾在北京的妙峰山營造了栓皮櫟人工林(陳義,1987),但總起來講櫟樹造林開展不多,有關半干旱地區(qū)櫟樹造林技術的研究更少(韓有志等,1998)。我國遼西地區(qū)氣候干旱,水土流失嚴重(姜鳳岐等,1993)。為了改變這種生態(tài)失調現象,解放后開展了大規(guī)模的造林工作,形成了大約5.3×105?hm2的人工油松林,占遼西森林總面積的50%以上,且90%以上為純林,70%以上為低產林或小老樹(馬興華,1995)。大面積的油松純林由于樹種結構單一,已經暴露出多種弊端:林木生長緩慢,林分生產力低,松毛蟲猖獗成災,火險性強,不能形成穩(wěn)定高效的森林生態(tài)系統(tǒng)(趙榮慧等,1983)。油松(Pinustabulaeformis)和蒙古櫟(Quercusmongolica)、遼東櫟(Q.liaotungensis)等落葉櫟樹形成的松櫟混交林是遼西的地帶性森林頂極(中國植被編輯委員會,1980;劉慎諤,1955),是一種優(yōu)良的混交類型(趙榮慧等,1984)。因此,如何在現有油松純林中引入櫟樹,使之恢復演變?yōu)樗蓹祷旖涣?對提高林分穩(wěn)定性,促進林分生長,實現油松純林的可持續(xù)經營具有重要意義。建國以來,在遼西曾不斷地開展了櫟樹造林工作,但由于對櫟樹的生物學、生態(tài)學特性缺乏研究,沒有抓住櫟樹幼苗幼樹水分生理生態(tài)特性這一關鍵,在遼西嚴酷的自然條件下不能保持櫟樹地上地下部分的水量平衡,因此難以提出適宜的造林技術,導致櫟樹造林成活率不高,保存下來的極少,從而嚴重制約著松櫟混交林的恢復和油松純林的可持續(xù)經營。從1982年開始,我們對遼西現存櫟樹進行了全面系統(tǒng)的測定分析,在深入研究櫟樹幼苗幼樹的生物學特性和水分生理生態(tài)特性的基礎上,重點開展了一系列櫟樹庇護造林試驗,取得了良好的效果,并據此提出了適合該區(qū)櫟樹人工造林的技術措施。1降水量、濕度分布遼西地區(qū)位于東經118°50′20″～120°15′,北緯40°24′25″～42°34′20″,地形起伏,多為低山丘陵,海拔400～1200m。氣候屬半干旱季風氣候區(qū),年均氣溫7.1～8.2℃;年均降水量為400～600mm,但各年降水量分布極不均勻,最多年份曾達1190mm,最少年份只有230mm。降水量在一年中分布也不均衡,多集中在7—8月份,占全年降水量的60%～70%;春冬少雨雪,春季4—5月份,干旱頻率為25%～31%。年平均蒸發(fā)量1700～1900mm,為降水量的3～4倍,年平均相對濕度53%～55%,最少月份平均相對濕度常在20%以下。因此,該區(qū)干旱頻繁,為“十年九旱”之地。地帶性土壤為褐土。原生地帶性植被已被破壞殆盡,現有植被以人工油松純林為主。試驗地分別設在朝陽縣朝陽林場孫家灣工區(qū),凌源市欺天林場聶虎溝工區(qū)和北山工區(qū),凌源市大河北鄉(xiāng)魏杖子,阜新縣王府鎮(zhèn)羊圈子,基本狀況見表1。2學習方法2.1種子貯藏方法9月中下旬,櫟樹種子成熟后及時采收盛果期的種子并立即凈種,用水浸清除混雜物、蟲蛀粒、腐爛粒、損傷粒等,水浸期間常換水,防霉爛,時間為1周。凈種后一部分用于直接造林,一部分用于培育植苗造林苗木。凈種后的種子陰干至含水率30%～40%,采用倉庫混沙貯藏法越冬貯藏。具體做法是將準備貯藏的種實混入30%～40%的細沙,放在溫濕度適宜(溫度0～3℃,濕度70%),無鼠等為害的倉庫中,種實上方再覆蓋細沙,加蓋草簾,并設通風筒。翌年4月份,將越冬的種子進行播種育苗。育苗采用條播法,行距30cm,在播種行內每隔10cm下種1粒,播種后覆土5～8cm,踩實并澆透水1次。2.2穴狀整地與覆土造林將凈種后的一部分種子進行秋季播種造林試驗。時間為9月底10月初。首先進行穴狀整地,整地規(guī)格為30cm×30cm,株行距為1m×2m,采用植生組配置方式,每穴播種4～5粒,播后覆土5～8cm,踩實后再覆浮土1cm。2.3裸根苗種栽植造林前1a雨季之前進行穴狀整地,整地規(guī)格為40cm×40cm×40cm,植植裸根苗,每株灌水5～7kg。第1年根據旱情加灌水1～2次,每次5kg左右。2.4樹木生長狀況研究采用標準地調查法調查櫟樹出苗率、成活率、保存率、枯梢率及樹高、地徑和年高生長。2.5測定指標和方法在生長季末,根據平均高和平均地徑兩個指標選擇平均標準木,將其根系挖出,測量根長、根系風干重和直徑<1mm的須根風干重,并用掃描電鏡觀察菌根分布。2.6蒸騰力的測量采用離體快速稱重法(張憲政等,1989)。2.7地上部分含水量在冬春季節(jié)不同月份測定苗木鮮重、在室內風干后測定風干重,按下式計算苗木地上部分含水量。Wp=(Wf?Wd)Wf×100%Wp=(Wf-Wd)Wf×100%,式中,Wp為苗木地上部分含水量;Wf為苗木鮮重;Wd為苗木風干重。3結果與分析3.1蒙古櫟樹幼苗生長緩慢,根系生長勢力強櫟樹雖然成林以后生長穩(wěn)定,抗逆性強,但在幼齡期生長相當緩慢。植苗造林2年生櫟幼樹地上高僅為30cm左右,直播造林4年生幼樹地上高僅為10cm左右。櫟樹在頭3～4a以根系生長為主,地上部分生長極為緩慢,一般地下生物量是地上的2～3倍。當形成比較強大的根系以后(6～7a后),地上部分生長才能加速。雖然造林初期以根系生長為主,但主要是主根的伸長,4年生蒙古櫟根長可達38.0cm,生長良好的2年生苗可達60.0cm,在沈陽農業(yè)大學植物園苗圃地1年生苗根長超過70.0cm,可是側根纖細,根幅窄,須根量極少,2～4年生直播蒙古櫟苗直徑≤1mm須根風干重只有0.01～0.06g。因此,櫟樹幼苗幼樹根系吸收能力非常弱,難以維持地上地下水量平衡,生長處于脆弱期,對遼西地區(qū)的高溫、強光、燥熱的自然條件難以適應。這是荒山櫟樹造林難以成功的主要原因。3.2林分的耐充性由于櫟樹幼苗幼樹特殊的生物學特性,在遼西半干旱的氣候條件下,山地造林單獨栽植櫟樹難以成林。但櫟樹幼苗有一定的耐蔭性(王昌杰等,1983;文詩韻等,1991),B.A.保得洛夫也認為櫟樹幼齡期有相當的耐蔭性,在只有側方光照的條件下,也能維持生長。遼西現有人工櫟林也是在油松等樹種創(chuàng)造的庇蔭條件下成長起來的(趙榮慧等,1990)。這些經驗對我們進行櫟樹庇蔭造林試驗提供了啟示。3.2.1溫度和濕度在油松林冠下或油松砍伐帶內,由于上層林冠的遮蔭作用,光照強度大大降低,溫度降低,相對濕度升高,蒸騰強度減小,從而減少了水分的無益消耗。氣候越干旱這種作用越明顯(圖1、2)。由于遮蔭效應的存在,櫟樹造林成活率保存率大大提高(表2、3)(Lietal.,2003)。3.2.2不同林分類型對枯梢率的影響在遼西,除了夏季高溫、強光、燥熱使蒸騰強度增大,引起櫟樹幼苗幼樹大量失水,影響櫟幼樹生長外,冬季和冬春之交,由于強風吹刮,亦引起苗木大量失水,造成嚴重枯梢和枯干,影響櫟樹的保存和生長。大量實測表明,一般苗木含水量在40%以上時不會出現枯梢,在30%時大部分苗木出現枯梢,在35%～30%之間出現部分枯梢?？萆业闹仓?翌年春可從根部或地上未枯部分萌生新葉;嚴重的導致死亡。冬季降雪越少,枯梢率越高。苗木含水量一般在2月份達到最低值(圖3),在油松砍伐帶小區(qū),由于兩側油松林遮蔭保護,靠近油松的櫟樹苗木含水量有較大幅度提高(圖3),從而使枯梢率降低(表3)。由于林冠庇蔭,小氣候條件大為改善(圖1、2),表現出明顯的庇蔭效果(表2、3、4,圖3),在油松砍伐帶兩側靠近油松的地方,出現林緣庇蔭效應,即邊行苗木含水量高,枯梢率低,保存率高,生長較好。從櫟幼樹在遼西地區(qū)的生長狀況分析,結合油松純林改造,油松砍伐帶寬6～8m為宜,亦可在林間空地或疏林地內造林,但不宜在郁閉度較大的林冠下造林。因為在林冠下造林,雖然初期成活率、保存率可高達100%(表2),但高徑生長量很小,而且隨林齡增加,表現得越發(fā)明顯(Lietal.,2003;Kelly,2002;韓國輝等,1998)。3.3橡膠造林技術3.3.1不同覆土厚度對林分生長的影響在遼西秋季櫟樹直播造林,當年土壤凍結前就能萌發(fā)長3cm左右的胚根,翌春土壤化凍后,苗根即開始萌動生長,成活率、保存率均較高(表2、3)。造林時采用簇式插入法,每穴播種4～5粒,有利于在穴內創(chuàng)造小環(huán)境,抵御遼西惡劣條件。近年雖連年干旱,冬季少雪,但目前6年生直播櫟樹保存率在90%以上,平均地徑0.45～0.93cm,平均樹高19.5～32.3cm,根深70.5cm,粗1.728cm,挖斷處粗0.334cm,側須根增多,吸收能力增強,已進入穩(wěn)定生長期。直播造林成活生長狀況與下述因子有關:(1)種粒大小與出苗率和苗木生長的關系從表5可見,百粒重越大的種子,出苗率越高,生長越好。因為從種子萌發(fā)到幼苗開始進行光合作用,主要利用種子中貯藏的養(yǎng)分,種粒越大貯藏的營養(yǎng)物質越豐富,生活力越強,成活率越高,生長越旺盛。Collins等(2002)的研究也表明,櫟樹(Q.michauxii)頭兩年的存活率主要受幼苗大小影響。這表明造林前有必要對種粒進行篩選分級,選用較大橡實進行造林。(2)覆土厚度對櫟苗成活生長的影響覆土厚度對櫟樹造林成活率和生長具有顯著影響。覆土過薄,易使種粒處于干土層中不能萌發(fā)或回芽致死;覆土過厚使幼芽所受阻力過大,難以出土或出土晚,幼苗生長衰弱,死亡率增高(Lietal.,2003)。本試驗表明,櫟樹直接造林覆土厚度以5～8cm為宜(表6)。(3)整地對櫟幼樹生長的影響表7表明,適當加大整地規(guī)格,有利于櫟苗生長。因為雨季前整地,降低了土壤容重,增大了土壤孔隙度,增強了土壤入滲和涵蓄水分的能力,提高了土壤含水量,為櫟幼苗的生長創(chuàng)造了良好的水分條件。通過整地,還能使幼苗處在穴壁保護之下,避免陽光直射,降低溫度,形成良好的庇蔭小環(huán)境,有利于提高幼苗周圍的空氣濕度,有利于櫟苗生長。(4)直播造林不成苗原因分析雖然在庇蔭條件下櫟樹直播造林成活率保存率較高,但在有些地塊成苗率并不理想。分析其原因主要有以下幾項:一是鼠兔危害,如1992年在欺天林場北山工區(qū)造林,由于鼠害嚴重,出苗率只有30%～40%,不過鼠類主要危害橡實(Kelly,2002)。二是櫟樹種實蟲害較嚴重,造林前應進行種實殺蟲處理。三是土層薄、石塊多,土壤保水持水性能差,根系不能下扎,難以維持地上地下水分平衡。四是遼西地帶性土壤為褐土,土質粘重,降雨吸水后透氣性差,雨后又很快變干,不利于種實萌發(fā)出苗。3.3.2櫟樹植苗造林鑒于遼西櫟樹結實存在2～3a的間隔期,欠收年采種甚少,甚至顆粒不收,在鼠兔危害嚴重地區(qū)播種造林效果很差,我們還進行了櫟樹植苗造林試驗。試驗結果表明,植苗造林成活率保存率不甚理想(表2),主要原因是櫟幼苗幼樹吸收根量極少,櫟苗固有的細長的主根,使起苗時根系損失多,造成吸收根量進一步減少。雖經數次澆水,效果并不好。因此,遼西地區(qū)有些地方適不適宜進行櫟樹植苗造林,尚需進一步研究。通過培育主根短,側須根多,吸收能力強的苗木也許會緩解這一問題。3.3.3種櫟樹生物量的分布試驗表明,土層厚度對櫟幼樹樹高和地徑生長具有顯著影響,在試驗的3個土層厚度中,以40cm最好(表8)。這與櫟樹自然分布區(qū)土層較厚的事實一致(東北林學院,1981)。只有在土層較厚的立地上,根系才能順利下扎,吸收到足夠的水分,維持地上地下水分平衡。另據電鏡觀察,3種櫟樹均有大量外生菌根形成。只有在較厚的土層中,才有利于形成良好的菌根。3.3.4適時撫育權櫟樹幼苗幼樹期生長脆弱,難以適應遼西高溫、干旱、強光、燥熱的自然條件,所以細致的幼林撫育是櫟樹造林成功的重要保證。在夏季,為給幼樹創(chuàng)造一定的庇蔭通風通氣條件,除草松土只在苗穴周圍進行,如草過高過密,也只在穴周圍略加擴大。冬春季節(jié),為防止強風引起生理干旱造成枯梢,也要保留穴間草叢。4～5a時,隨著幼樹生長,逐漸加大除草松土面積。到6～7a后,根系生長穩(wěn)定,地上部分生長加快,需光量增大,則需將遮蔭灌草割去。對植苗造林幼樹,在造林的最初1、2a,應視土壤墑情,適當補充灌水。櫟樹直播造林由于種實大小、覆土厚度的差異及小氣候因子的影響,引起蒸騰和枯梢的差異,造成幼林分化嚴重。對此,可利用櫟樹萌生力強的特點,對櫟樹進行平茬。試驗結果(表9)表明,平茬可促使櫟林提早郁閉,形成整齊的林相。平茬時選留主干好于普通平茬。4建設農業(yè)生物技術系統(tǒng)的必要性在深入研究櫟樹幼苗幼樹的生物學生態(tài)學特性,特別是根系生長發(fā)育特性和水分生理生態(tài)特性的基礎上,針對遼西半干旱的自然條件,抓住櫟樹幼苗幼樹水分生理生態(tài)特性這一關鍵,對櫟樹直播、植苗造林技術進行了較為全面系統(tǒng)的研究,為在遼西半干旱地區(qū)進行櫟樹人工造林,總結出了重要的科學技術措施,對促進遼西櫟樹人工造林工作的開展和松櫟混交林的恢復具有重要意義。(1)油松混交造林在高溫、強光、干旱、強風俱全的遼西地區(qū),櫟樹造林成功的關鍵在于維持地上地下水量平衡。為此,必須在油松等樹種的庇護下造林,使櫟幼苗幼樹在春夏季免于大量蒸騰失水,在冬季和冬春之交,免于生理干旱引起的枯梢甚至枯死。具體造林方式可結合油松純林改造進行。在油松砍伐帶內造林,砍伐帶