半干旱地区樟子松人工林合理密度研究——以三道河口林场为例

翟溟赜，余 雁

(1.北京市东城区第171中学，北京 100013；2.国家林业局国际竹藤中心，北京 100102)

半干旱地区樟子松人工林合理密度研究
——以三道河口林场为例

翟溟赜1，余 雁2

(1.北京市东城区第171中学，北京 100013；2.国家林业局国际竹藤中心，北京 100102)

在以往的林分密度控制试验中，对降水环境容量问题或土壤水分承载量问题关注较少，未充分考虑到土壤的水分、养分等重要环境因子对植物数量与种类的限制作用。在浑善达克沙地南缘的三道河口林场范围内，首次通过探索应用土壤水分和养分承载力来确定樟子松人工林的林分合理密度，研究结果表明，若林分郁闭度大于0.8时，水耗严重，在干旱年份易导致林分大面积死亡，当樟子松人工幼林40 cm土层的土壤含水量小于3.8%时，立木出现旱死现象。建议将当地樟子松人工林的郁闭度控制在0.6～0.7为宜。

樟子松人工林；合理密度；土壤含水量；土壤养分；林分郁闭度；半干旱地区

樟子松(Pinussylvestrisvar.mongolica)为常绿乔木，是欧洲赤松(Pinussylvestris)的一个变种。樟子松为强喜光、深根性树种，适应性很强，能在半干旱、半湿润、干旱3个气候温度类型区生长。樟子松耐寒性强，能忍受-40℃～-50℃低温，是三北地区防沙治沙、水土保持和速生用材的优良树种[1]。

对林分密度的控制是林业生产上的核心技术之一，林分密度的管理对林分的生产力以及稳定性有着直接的影响[2]。目前我国大部分林业生产还主要依赖于自然生产力，要提高生产力，除了通过水肥管理实施人为干预外，还要通过合理的密度调控来实现对自然条件的充分利用[3-4]。在生产实践中，林分密度控制主要是以单纯培育用材林为目标，把材质的优良性与林分蓄积量作为判别林分合理密度的重要依据；另一方面，在温带湿润地区植物生长的主要限制因子是光照，因此，通常以林分的光能利用率来衡量该区域中林分密度的合理性[5-8]。

在浑善达克沙地南缘三道河口林场这样的半干旱地区，应充分考虑到降水环境容量问题或土壤水分承载量问题，也就是土壤养分、水分对森林类型和规模的限制作用，但以往在半干旱地区经营人工林时，常因林分密度过大导致林分大面积衰退[9-12]。鉴于此，本研究首次探索应用土壤水分和养分承载力来确定三道河口林场范围内樟子松人工林的林分合理密度(郁闭度)，以期为国内其他同类地区今后开展林分密度管理提供有益的借鉴与参考，避免在极干旱年份出现人工林的灾难性毁灭，确保区域生态安全。

1 试验地概况

试验地三道河口林场始建于1962年，位于河北省围场县西北部、浑善达克沙地南缘，东与千层板林场羊场营林区交界，南与御道口牧场毗邻，西与多伦县蔡木山乡接壤，北与内蒙古自治区克什克腾旗隔河相望，南北长12 km，东西宽19 km，地理坐标为东经116°53′40″～117°8′，北纬42°22′6″～42°28′46″，海拔 1 350～1 650 m，年均降水量430 mm，年均蒸发量 1 250 mm，无霜期约60 d，年均温约21℃，属于典型的半干旱地区。

由于林场地处内蒙古高原南缘，阴山山脉与大兴安岭余脉的交接地带，是森林—沙漠和森林—草原交错地带，乔木种类有樟子松、兴安白桦、山杨、落叶松、水曲柳、柞树、山榆、云杉等；灌木种类有沙棘、山杏、杜鹃、花楸、山刺玫、河柳和毛榛等；草本植物以禾本科、菊科、伞形科、十字花科和毛茛科为主，主要有金莲花、柳兰、羊草、莎草和白茅等；菌类有蘑菇、木灵芝、木耳和猴头等。

林场总经营面积达1.03万 hm2，土壤类型主要为风沙土，土层薄，土壤养分含量低。林场中有林地面积0.80万 hm2，林木总蓄积量52.62 m3，其中，樟子松0.42万 hm2，蓄积32.50万 m3；落叶松0.22万 hm2，蓄积16.35万 m3，其它树种0.15万 hm2，蓄积3.77万 m3，森林覆盖率77.36%。

2 材料与方法

根据三道河口林场建场以来的降水情况和樟子松人工林的生长表现，采取定性与定量相结合的方法确定樟子松人工林的合理密度(郁闭度)。

2016年6月至8月，在三道河口林场四道河口林区，选择立地条件基本一致，其林分郁闭度分别为0.6、0.8和1.0的15年生樟子松人工林，掘取并测定不同郁闭度林分40 cm土层的土壤养分与水分状况，从土壤营养与水分平衡方面对林分经营密度进行分析。

土壤养分的测定由国家林业局竹藤中心重点实验室完成。土壤水分采用烘干法(105℃，8 h)进行测定。有机质测定采用稀释热法；速效磷测定采用碳酸氢钠法；速效钾测定采用醋酸铵溶液浸法；速效氮测定采用蒸馏法；pH值测定采用电位法。

3 结果与分析

3.1 林分密度的定性分析

樟子松人工林是三道河口林场的主要造林树种。在干旱年份均不同程度地造成樟子松人工林的成片死亡，过密的樟子松人工幼林也出现小片旱死现象。观察结果表明，在干旱年份成片死亡的樟子松人工林其郁闭度均>0.7，而低于此郁闭度的林分未发生成片死亡现象。这说明水分是当地樟子松人工林发育的限制性因子，若林分密度过高，水耗严重，林分凋敝。

2016年，选择生长在平缓地带风沙土上的郁闭度分别为0.6和0.8的15年生樟子松人工林进行观察比较，发现郁闭度为0.6的林分，其优势木的树高平均生长量为85 cm，胸径平均生长量为1.6 cm，而相同立地条件下郁闭度为0.8的人工林，其优势木的平均树高生长量仅为46 cm，平均胸径生长量为0.8 cm。这表明樟子松人工林的密度不宜过大，否则会造成树势衰减、林分生长趋缓。因此，通过定性分析，表明樟子松人工林，尤其是幼龄林，其经营密度应以郁闭度不高于0.7为宜。

3.2 林分密度的定量分析

3.2.1 土壤含水量分析

郁闭度为0.6、0.8和1.0时，15年生樟子松人工林40 cm土层土壤含水量测定结果如表1所示。

表1 不同郁闭度樟子松人工林40 cm土层土壤含水量对比

从表1可见，随着林分郁闭度的增加，40 cm土层的土壤含水量呈降低的趋势。7月份当郁闭度0.6和0.8的林分40 cm土壤含水量维持5%左右时，郁闭度1.0的林分，其40 cm土层的土壤含水量已下降至4.0%，甚至更低。根据以往经验，对于不足20年生的樟子松幼林，40 cm土层的土壤含水量<3.8%时就会出现旱死现象。2016年的降水量达到433 mm，属于平水年量级，此时郁闭度>0.8的过密林分已出现立木旱死现象。

根据对不同郁闭度樟子松人工林土层含水量的调查，发现樟子松人工林40 cm土层的土壤含水量从6月至8月均经历了“增加-减少-再增加”的波动。6月初，不同郁闭度林分的土壤含水量均开始增加，峰值出现在6月中、下旬，之后开始减少，至7月下旬达到最低值，8月份土壤含水量又开始增加。樟子松人工林的主根系集中分布在40 cm土层，该层土壤的含水量和养分状况较能反映出林分土壤的营养和水分供给状况。

3.2.2 土壤养分分析

郁闭度为0.6、0.8和1.0时，樟子松人工林分40 cm土层土壤养分测定结果如表2所示。

表2 不同郁闭度林分40 cm土层土壤养分对比

由表2可见，随着林分郁闭度的提高，40 cm土层的土壤pH值、有机质含量、速效氮、速效磷和速效钾的含量呈下降趋势，其中速效氮波动最大，变幅高达28.3%，说明林分密度的增加，加剧了土壤酸化，林分对土壤有机质、速效磷、速效钾和速效氮的消耗升高，其中对速效氮的消耗最为明显，加剧了土壤退化。这可能是随着林分密度降低，林下草本植被盖度和高度增加，加速了物质分解和养分回归土壤。此外，林分密度下降，拓展了单株立木的营养空间，进而减少了林分总体养分消耗。

根据定量分析结果，认为在三道河口林场，林分的经营密度应控制在郁闭度0.6为宜。

4 结论与讨论

1)三道河口林场降雨量较少，人工灌溉设施较为缺乏，加之蒸发强烈，极易发生干旱胁迫。所以提出半干旱地区的林分“合理经营密度”概念，即在极端干旱时段不致发生大面积死亡，能够成林，能基本正常生长并发挥生态效益的林分郁闭度。

2)水分是三道河口林场樟子松人工林生存与发育的限制性因子，若林分郁闭度>0.8，水耗严重，在干旱年份易导致林分大面积死亡。即便在平常年份，樟子松人工林的密度也不宜过大，否则容易引起立木树势衰减，诱发病虫害，林分整体的稳定性变差，生长也会放缓。

3)在平常年份，随着林分密度的升高，其40 cm土层的含水量呈下降趋势。7月份当郁闭度0.6和0.8的林分40 cm土层含水量维持5%左右时，郁闭度1.0的林分其40 cm土层的土壤含水量已下降至4.0%，甚至更低。当樟子松幼林40 cm土层的土壤含水量<3.8%时，立木出现旱死现象。

4)樟子松人工林的林分密度增加，加剧了土壤酸化，林分对土壤有机质、速效磷、速效钾和速效氮的消耗升高，其中对速效氮的消耗最为明显，加剧了土壤退化。这可能是随着林分密度降低，林下草本植被盖度和高度增加，加速了物质分解和养分回归土壤。此外，林分密度下降，拓展了单株立木的营养空间，进而减少了林分总体养分消耗。

5)综合本次研究的定性与定量分析结果，为促进当地樟子松人工林的林分发育，减缓地力衰退，建议三道河口林场樟子松人工林的林分经营密度控制在郁闭度0.6～0.7为宜。

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Optimum Density ofPinussylvestrisvar.mongolicaPlantation in Semi-arid Region

ZHAI Mingze1, YU Yan2

(1.No. 171 Middle School, Dongcheng District, Beijing 100013, China; 2. International Center for Bamboo and Rattan of State Forestry Administration, Chaoyang District, Beijing 100102, China)

The restriction function of soil water and nutrients on the species and number of plants was not considered fully in previous experiments on forest stand density, i.e. the issue of environmental capacity of precipitation resource or the issue of bearing capacity of soil water. Based on the investigation for the bearing capacity of soil water and nutrition, the optimum stand density ofPinussylvestrisvar.mongolicaplantation was analyzed for the first time in the Sandaohekou forest farm which was in the south edge of the Hunshandake sand land. The results showed that the water consumption was serious and mass forest was dead when the canopy density was over 0.8, and that the standing trees began to dry out when water content of 40 cm soil layer of youngP.sylvestrisvar.mongolicaplantations was less than 3.8%. Therefore, this paper suggested that the optimum density of localP.sylvestrisvar.mongolicaplantations would be 0.6～0.7.

Pinussylvestrisvar.mongolicaplantation; optimum density; water content of soil; soil nutrients; canopy density; semi-arid region

2017-06-19.

翟溟赜(2000-)，女(满族)，河北人.主要从事森林生态和森林培育方面的研究.Email:hongbozhai@sina.com

余 雁，男，博导，教授.主要从事森林生态及竹木加工方面的研究.Email:yuyan9812@icbr.ac.cn

10.3969/j.issn.1671-3168.2017.05.026

S791.253;S725.6;S728.2

A

1671-3168(2017)05-0128-04