张宗学，鲁时燕，牛 牧，陈俊华，龚固堂，朱志芳，黎燕琼，郑绍伟，慕长龙*

(1.长江造林局攀枝花分局，四川攀枝花 617000;2.德昌县林业局，四川德昌 615500;3.北京林业大学，北京 100083;4.四川省林业科学研究院，四川成都 610081)

川中丘陵区是典型的农林复合生态系统［1］，由于土壤质地松脆，极易被侵蚀和风化，加上丘坡较陡，雨水集中，导致该区域水土流失严重，是长江上游水土流失较为严重的区域。为了防止水土流失，20世纪60年代启动长防林以来，营建了大量的人工桤柏混交林。但随着时间的推移，昔日营建的桤柏混交林由于桤木的寿命较短，绝大部分向柏木纯林演变。加上原有的马尾松天然林分，由于缺乏科学的经营和管理，导致该区域产生了大量的低效防护林分，主要表现为林下植被稀少，灌草盖度低，天然更新不良，林分稳定性差，其生态功能得不到充分发挥，水土保持效果差。因此急需对现有防护林分进行结构优化，以最终形成混交、复层、多种功能充分发挥的稳定的生态系统。树种选择是林分结构优化和模式配置的关键。本文根据川中丘陵区的实际情况，初步筛选出20种适宜川中丘陵区的乔(灌)种，选择生长适宜性指标、抗逆性指标、生态功能指标作为控制层［2］，用层次分析法进行模型筛选，并对得分较高的树种分别在柏木纯林、马尾松林纯林、松柏混交林这三种典型林分进行改造后的栽培试验，最终选择出该区域的优良适宜植被材料，以期为低效林改造、长防林三期工程和森林健康经营提供依据。

1 试验地概况

本次试验分别选择了四川省绵阳市游仙区新桥镇官司河小流域和四川省盐亭县林山乡。官司河小流域地理坐标为东经 104°46'～104°49'、北纬 31°23'～31°37'。属浅—深切割的丘陵地貌，处于龙门山前缘向盆地的过渡地带。气候属北亚热带湿润季风气候，年均温16.1℃，年均降水量921.0mm，年均相对湿度79%，无霜期272 d［3］。土壤主要有发育在白垩系泥岩和砂岩风化物上的紫色土、灰白砂土和发育在第四系松散堆积物上的老冲积黄壤。该区域主要的森林类型有以桤柏混交林、柏木纯林为主的人工林和以松栎混交林、松柏混交林为主的天然次生林［4］。四川省盐亭县林山乡位于北纬31°16'，东经105°28'。土壤类型以钙质紫色土为主，质地为中壤至重壤，部分为砂质土;气候类型为中亚热带季风气候，年平均气温17.3℃，年均降雨量为825.5 mm，无霜期294 d［5］。植被以柏木纯林为主，此外还有马尾松纯林、松柏混交林、桤柏混交林和栎柏混交林等几种类型［6］。

2 试验方法及材料

本研究分别采用模型初选和树种栽培试验进行。树种选择模型采用层次分析法(AHP)。在模型初步筛选的基础上，选择得分较高的树种于2009年进行栽培试验。模型初选树种有20个(其中乔木15种，灌木5种)。树种选择试验林的参试树种有6个。种植后1 a调查成活率、高度、地径、冠幅生长情况，以后每年对其生长率和保存率进行定期测量，并对所取得的调查数据进行统计分析。模型初选树种见表1。参试树种试验地情况及栽培方法见表2。

表1 川中丘陵区优良适宜供选树种

表2 参试树种试验地情况及栽培方法

3 结果与分析

3.1 模型筛选

3.1.1 树种优化选择模型的建立

川中丘陵区的防护林树种选择应根据其生物学、生态学特性及其功能需要特征，充分考虑树种的生长周期、更新能力、生长速度、抗旱性、抗寒性、耐瘠薄性、冠层疏透性、根系特性［2］等因素，采用层次分析法对其进行筛选。将生长周期、更新能力、生长速度3个指标作为生长适宜性指标(A1)，抗旱性、抗寒性、耐瘠薄性3个指标作为抗逆性指标(A2)，冠层疏透性、根系特性2个指标作为生态功能指标(A3)。根据四川盆地的实际情况，初步筛选出15个乔木树种，5个灌木树种进行分析，建立树种选择模型(图1)。

图1 树种选择评价模型

3.1.2 指标权重的确定与一致性检验

(1)控制层

控制层各指标的判断矩阵，权重见表3。由表3可以看出，生长适宜性指标权重最大，为0.6586，其次是生态功能性指标，权重为0.1852，权重最小的是抗逆性指标，权重为0.1852。

表3 控制层判断矩阵及权重

(2)指标层

根据各指标的重要程度进行两两比较所构建的判断矩阵及计算的各指标权重(见表4)。从表4可以看出，树种的根系特性(表征根固结土壤的能力)、冠层疏透性(用冠层树叶比来表示，其值越小，表明冠层越疏透，越易形成乔灌草多层次的林分结构，蓄水保土功能越强)、生长周期、更新能力的权重明显大于其它指标，这与防护林能充分发挥其生态功能分不开的。

表4 各指标判断矩阵及权重

3.1.3 树种选择优化选择结果

根据各树种的生物生态学特性和有关研究资料，对各树种选择指标作数量化处理［2］(表5)，再由此对待选树种各项特性进行逐项评价并作无量纲标准化处理，构成各树种的评价指标数据矩阵，将数据矩阵乘以指标权重矩阵，得到各树种优化选择结果(表6)。

表5 树种优化选择指标评价等级

表6 川中丘陵区优良适宜树种优先序列

从表6可知，由层次分析法模型筛选出适宜川中丘陵区的9个乔木树种为麻栎、栓皮栎，刺槐，桤木，喜树，香椿，马尾松、香樟、柏木。3个灌木树种为马桑，黄荆，火棘。9个乔木树种全部适宜在黄壤中生长，紫色土中，除马尾松不适宜生长外，其它8个树种均适宜。

3.2 树种栽培选择试验

根据上述模型筛选的树种，选择了桤木、刺槐、喜树、香樟、香椿5个树种分别在四川绵阳游仙区新桥官司河流域和四川盐亭县林山乡进行了栽培试验。其中，四川绵阳新桥官司河流域试验树种为台湾桤木、窄冠刺槐、香樟;四川盐亭试验树种为桤木、喜树、香椿。各试验点情况见表2。

3.2.1 试验树种成活率、生长情况分析

(1)绵阳新桥官司河流域试验点

①各新栽树种生长情况、成活率比较

3个树种均为2009年栽植，其中台湾桤木为1 a生营养袋苗，香樟和窄冠刺槐2 a生为大苗，香樟为带土苗，窄冠刺槐为祼根苗，栽植密度均为2 m ×2 m，采用穴状整地，块状混交。分别于2010年、2013年，即栽植后1 a和4 a调查其成活率，保存率和生长情况(见表7)。从表7可以看出，台湾桤木高生长最快。香樟和窄冠刺槐高生长较慢。从地径年生长率分析表明，台湾桤木生长最快，其次是窄冠刺槐，香樟的地径生长最慢。冠幅生长率以香樟最大，台湾桤木次之，窄冠刺槐最小。1 a后的成活率排序为香樟＞窄冠刺槐＞台湾桤木，4 a后保存率排序为香樟＞窄冠刺槐＞台湾桤木。由此可见香樟和窄冠刺槐的成活率和保存率均最高，而台湾桤木较低。究其原因是香樟和窄冠刺槐栽植时为2 a生苗木，植株较高，受光条件较好;台湾桤木为1a生，苗木弱小，且桤木受光条件差。

表7 官司河流域各新栽树种1 a和4 a的生长情况

②不同森林类型同一栽植树种保存率比较

表8表示各补植树种在不同森林类型中的保存率。从表8可以看出，不同树种在不同森林类型中的保存率不尽相同。香樟和窄冠刺槐在3种森林类型中的保存率均表现为柏木纯林中最高，松柏混交林中次之，马尾松纯林中最低，并在3种森林类型中存在显著差异。在柏木纯林中的台湾桤木保存率显著高于其它2种森林类型，而在松柏混交林和松树纯林之间没有显著差异。

表8 官司河流域不同森林类型各树种4 a后保存率比较(%)

③不同森林类型同一栽植树种高生长状况比较

从同一乔木树种栽植4a后在不同森林类型中的高生长状况可以看出(表9)，香樟和窄冠刺槐均在柏木纯林中生长最好，松柏混交林中次之，马尾松纯林中最差;台湾桤木在柏木纯林中高生长显著高于其它2种森林类型。每个树种高生长在3种森林类型之间均存在显著差异。

表9 不同森林类型内各树种栽植4 a后苗高(cm)

(2)盐亭林山乡试验点

本试验点中，桤木、喜树2009年栽植，桤木为1 a生营养袋苗，喜树为2 a生苗。香椿为2011年栽植，2 a生苗。桤木栽植密度为2 m ×3 m，喜树、香椿栽植密度为3 m ×4 m。桤木、喜树栽植1 a后和3 a后分别调查其成活率、保存率及生长量，香椿1 a后调查其成活率，生长量，见表10。从表10中可以看出，香椿1 a后的苗高生长率最高，喜树次之，桤木1 a后的高生长率最低。喜树的苗高年生长率明显高于桤木。从地径生长来看，喜树1 a后的地径生长率最高，其次是香椿，桤木最低，但桤木地径连年生长量高于喜树。从成活率来看，香椿的成活率最高，喜树次之，桤木最低，保存率喜树高于桤木。

表10 林山乡各新栽树种1 a和3 a生长情况

4 结论及讨论

防护林体系树种配置的最基本工程是树种选择［7］，国内外专家多年研究认为，适地适树是树种选择必须遵从的原则［8-12］。前苏联专家在草原造林时，首先考虑乔灌木树种对土壤条件的适应性，再根据乔灌木树种的根系、生长发育状况进行分类选择。而美国早在上个世纪30～40年代就通过对常用树种进行筛选比较，选出了大平原防护林常用树种，如美国黄松、铅笔柏、落基杨等。上个世纪70年代末，关君蔚教授对我国近30年来的防护林实践进行总结，提出了我国防护林的基本林种，包括7个水土保持专用林种、4个沙地防护林专用林种、6个风害防护林林种、4个环境保护及其它专用林种。通过多年来国内外专家研究认为树种选择应以乡土树种为主，适当搭配经过实验的引种树种。所选择的树种应具有抗性大、适应性强、寿命长、防护效益好等特征，还应兼顾一定的景观功能和经济效益，以提高区域景观效果和农民的收入。本研究以“川中丘陵区优良适宜植被材料”作为目标层，选取生长适宜性指标、抗逆性指标、生态功能指标作为控制层，以生长指标等8个指标作为指标层，对15个乔木树种，5个灌木树种用层次分析法进行了模型筛选，然后对得分较高的树种选择了香樟、栓皮栎、台湾桤木、窄冠刺槐、桤木、喜树6种阔叶树种分别在柏木纯林、马尾松纯林和松柏混交林中作改造后的树种栽培试验。从不同森林类型新栽植的这几个树种的成活率、保存率和生长状况来看，香樟、台湾桤木、桤木、喜树、香椿、窄冠刺槐均可用于在柏木纯林中补植，立地条件较高的地块以补植香椿为宜，立地条件差的林分中以补植窄冠刺槐为宜。马尾松纯林中应补植香樟和栓皮栎，但补植香樟时应选择土层较厚，土壤含水量较高的林分。所有补植的苗木以2a生大苗为宜。本研究的栽培试验仅仅做了乔木树种，有些适宜在川中丘陵区生长、水土保持效果好且具有一定经济价值的灌木树种有待下一步研究实验。

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