高路博，畢華興，云 雷，劉李霞，朱 悅

(北京林業(yè)大學(xué)水土保持學(xué)院，水土保持與荒漠化防治教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山西吉縣森林生態(tài)系統(tǒng)國(guó)家野外科學(xué)觀測(cè)研究站，北京100083)

林草復(fù)合是農(nóng)林復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)的一部分，泛指由森林和草地在空間上有機(jī)結(jié)合形成的復(fù)合人工植被或經(jīng)營(yíng)方式[1]，林業(yè)上常稱之為林草混交、林草間作等，是一種工程應(yīng)用技術(shù)和土地利用系統(tǒng)的復(fù)合名稱，是有目的地把多年生木本植物與農(nóng)業(yè)、牧業(yè)用于同一土地經(jīng)營(yíng)單位并采取時(shí)空分布或短期相間的經(jīng)營(yíng)方式。林草復(fù)合能夠多層次上利用光能，充分地利用自然資源，提高初級(jí)產(chǎn)品的轉(zhuǎn)化率和利用率，緩解林牧矛盾，同時(shí)可以提高土壤中有機(jī)質(zhì)含量，改良土壤結(jié)構(gòu)，為林業(yè)的健康穩(wěn)定發(fā)展創(chuàng)造條件。人工林草復(fù)合種植模式是林草植被恢復(fù)不可或缺的部分，在一些地區(qū)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展以及生態(tài)環(huán)境建設(shè)中都發(fā)揮著重要的作用[2]，是我國(guó)干旱與半干旱地區(qū)陡坡農(nóng)林復(fù)合的主要模式之一[3]。

近年來(lái)，隨著林草業(yè)的相互滲透及對(duì)生態(tài)環(huán)境綜合治理的需要，林草復(fù)合經(jīng)營(yíng)模式越來(lái)越受到國(guó)內(nèi)外的重視[4-8]。目前，林草復(fù)合系統(tǒng)研究主要集中在林草植被建設(shè)的效益評(píng)價(jià)以及環(huán)境生態(tài)影響等方面[9-11]。造林種草、植被恢復(fù)是治理黃土高原水土流失、改善當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的根本措施之一。但是目前在黃土半干旱區(qū)林草植被建設(shè)中還存在著成活率低，生態(tài)效益不高等問(wèn)題，究其原因一方面在于該地區(qū)生態(tài)環(huán)境脆弱，植被覆蓋率低，降水量少但蒸發(fā)量大，另一方面林草植被的種類選擇和種植結(jié)構(gòu)缺乏科學(xué)的理論指導(dǎo)。本文在總結(jié)前人林草植被建設(shè)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)現(xiàn)有林草復(fù)合系統(tǒng)的研究，以水量平衡原理為基礎(chǔ)，重點(diǎn)考慮林草復(fù)合系統(tǒng)的水土保持效益并兼顧經(jīng)濟(jì)效益，提出較為適宜黃土半干旱區(qū)林草植被建設(shè)的造林樹(shù)種和草種，確定適宜于黃土半干旱區(qū)林分的合理密度計(jì)算公式，為該地區(qū)退耕還林及水土保持工作的開(kāi)展提供借鑒。

1 黃土高原發(fā)展林草復(fù)合模式的重要性及意義

黃土高原是我國(guó)水土流失最嚴(yán)重的地區(qū)，生態(tài)環(huán)境不斷惡化，嚴(yán)重制約著該地區(qū)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。黃土高原東西長(zhǎng)約1 300 km，南北寬約800 km，其中干旱、半干旱地區(qū)占該地區(qū)總面積的68.8%[12]。長(zhǎng)期的土壤侵蝕造成了這一地區(qū)丘陵、溝壑的侵蝕地貌。其中干旱半干旱地區(qū)，植被稀疏、生態(tài)環(huán)境惡化、水土流失極其嚴(yán)重、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力低下而且不穩(wěn)定導(dǎo)致人民生活異常貧困，因此進(jìn)行水土保持治理，改善當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)生活條件刻不容緩。

因地制宜，將治理與開(kāi)發(fā)結(jié)合起來(lái)，在保持環(huán)境效益的同時(shí)，兼顧社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益是該地區(qū)水土保持工作的重中之重。降水是黃土半干旱區(qū)農(nóng)林牧業(yè)發(fā)展的(天然)水分供給的唯一來(lái)源，也是土壤侵蝕發(fā)生的主要?jiǎng)恿陀绊懸蜃印?jù)研究[13-14]，該地區(qū)土壤坡面侵蝕，主要來(lái)源于暴雨產(chǎn)生的徑流，即洪水。在該地區(qū)，一年的侵蝕量常由幾次大暴雨洪水侵蝕所造成，一次大暴雨的侵蝕產(chǎn)沙量可占全年總產(chǎn)沙量的40%～86%。這主要是因?yàn)?，該地區(qū)年均降水量少，但年際變化大，季節(jié)分配不均，雨量集中于夏季，易出現(xiàn)暴雨，而冬季降水少，易干旱。針對(duì)于特定的地貌特征，改善植被覆蓋情況是該地區(qū)水土流失治理的主要措施。地面植被能夠?qū)涤赀M(jìn)行再分配，同時(shí)植物根系能固結(jié)土壤，提高土壤的抗蝕性和抗沖性，提高土壤的入滲性能，涵養(yǎng)水源并有效減小表面徑流的產(chǎn)生。因此在黃土半干旱區(qū)必須充分合理利用降水資源，發(fā)展水土保持型生態(tài)農(nóng)業(yè)。

余新曉[13]等在山西吉縣對(duì)不同覆蓋度的油松林調(diào)查發(fā)現(xiàn)，林分覆蓋度越高，林地土壤入滲性能越好，土壤侵蝕量越低，水土保持效益越顯著。但由于林木生長(zhǎng)耗水量大，受降水條件的影響，林分覆蓋度不可能達(dá)到一個(gè)很高的水平，否則就會(huì)出現(xiàn)林地土壤水分短缺干化，形成低效低產(chǎn)林，影響防護(hù)效益的發(fā)揮，如果降低林分覆蓋度又不能夠充分發(fā)揮出水土保持林應(yīng)有的防護(hù)作用。因此純粹的發(fā)展喬木水土保持林是不可取的，而采取林草復(fù)合可以有效地解決這個(gè)矛盾。根據(jù)尹忠東的研究，黃土高原不同氣候區(qū)均存在同樣的趨勢(shì)，即草地耗水量顯著小于喬木林耗水量[15]。余新曉[13]等人的研究發(fā)現(xiàn)草地也能夠明顯改善土壤滲透性能，在干旱半干旱地區(qū)，大力種植草本植物，能起到增加入滲改善地表徑流的作用。因此在降低林分密度的同時(shí)，增加林下草本植物的種群數(shù)量，可以達(dá)到兩面兼顧。黃土半干旱區(qū)陡坡地通過(guò)林草混交經(jīng)營(yíng)，可提高植被覆蓋度和林下地被物生物量，大大降低水土流失量。

采取林草復(fù)合技術(shù)，建立林草植被是黃土半干旱區(qū)發(fā)展生產(chǎn)，改善生態(tài)環(huán)境的必要措施，對(duì)防治土壤侵蝕、控制泥沙具有明顯的生態(tài)效益和社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。

2 黃土高原林草復(fù)合效益分析

黃土高原營(yíng)建林草復(fù)合系統(tǒng)的主要目的就在于充分發(fā)揮土地的生態(tài)效益、社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。通過(guò)調(diào)整系統(tǒng)的組成及時(shí)空結(jié)構(gòu)，改善生態(tài)環(huán)境，發(fā)展經(jīng)濟(jì)，進(jìn)而提高人民生活水平。林草結(jié)合，林牧結(jié)合，可以有效緩解林牧矛盾，為林業(yè)的健康穩(wěn)定發(fā)展創(chuàng)造條件。

2.1 林草復(fù)合系統(tǒng)的生態(tài)效益

2.1.1 林草復(fù)合系統(tǒng)在改善小氣候方面的效益 林草復(fù)合，由于草本植物的遮蔭及風(fēng)障作用可以減少日光的直接輻射，對(duì)系統(tǒng)內(nèi)風(fēng)速及溫度都有不同程度的影響，可以改善局域的小氣候。小氣候的改善有益于林木生長(zhǎng)，在林間放牧，可以調(diào)節(jié)水熱狀況[16]，促進(jìn)牲畜發(fā)育。炎熱季節(jié)，林內(nèi)溫度比外部低，而濕度相對(duì)較高;寒冷季節(jié)，林木可以阻擋風(fēng)寒，減少畜體的熱量散失，進(jìn)而保障畜牧業(yè)發(fā)展。林內(nèi)小氣候的改善還可以延長(zhǎng)牧草青綠期，減輕或防止草本植物的日灼現(xiàn)象[17]，為畜牧業(yè)提供優(yōu)質(zhì)牧草。

姜艷等[18]在陜北安塞縣對(duì)林草混交林、人工灌木林、野生灌木林及林中草地4種不同類型的退耕還林還草模式進(jìn)行了小氣候觀測(cè)，結(jié)果表明不同類型的退耕模式溫度要素變化趨勢(shì)基本一致。其中林草混交林在6月高溫期對(duì)空氣及地表溫度的日均值的影響最為顯著，較對(duì)照裸地可以降低1.2℃，并有效減少了土壤水分無(wú)效蒸發(fā)，增加了林下空氣濕度。

2.1.2 林草復(fù)合系統(tǒng)改良土壤的效益 林草復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)對(duì)土壤的質(zhì)地和機(jī)械組成具有較好的改善作用。

草本植物根系密集，能夠固結(jié)土壤，在腐解時(shí)提供大量有機(jī)質(zhì)和氮素，改善土壤結(jié)構(gòu)，從而增強(qiáng)土壤滲透性和蓄水能力。李會(huì)科等[19]在渭北洛川的研究發(fā)現(xiàn)，蘋果園中生草區(qū)相對(duì)于清耕區(qū)0-40 cm土壤容重下降6.5%，田間持水量增加了7.19%，土壤孔隙度顯著增加，土壤有機(jī)質(zhì)含量也有所增加。林草復(fù)合可以提高林地土壤中的N、P含量而使土壤K含量有所降低[20]。國(guó)外的相關(guān)研究也表明，由于林草復(fù)合系統(tǒng)中的土壤有機(jī)質(zhì)含量和土壤生物活性較高，林草復(fù)合系統(tǒng)土壤N的礦化率較對(duì)照提高了約20%[21]。

林草復(fù)合在增加土壤肥力的同時(shí)，能提高土壤中營(yíng)養(yǎng)元素的活性，有利于林木對(duì)營(yíng)養(yǎng)元素的吸收，但需要注意適時(shí)對(duì)間作牧草進(jìn)行刈割，以減輕林草對(duì)土壤肥力的競(jìng)爭(zhēng)，促進(jìn)林木的生長(zhǎng)[22]。

2.1.3 林草復(fù)合系統(tǒng)保持水土方面的效益 林草復(fù)合系統(tǒng)形成的空間立體結(jié)構(gòu)在水土保持方面效果明顯。研究表明[20]，林草復(fù)合系統(tǒng)在保持水土方面，同樣有著顯著的作用。林草復(fù)合能逐層截留降雨，而且草本植物生長(zhǎng)迅速，可以盡快覆蓋地面，減輕雨滴直接擊濺，減少地面徑流的產(chǎn)生。劉斌[23]等對(duì)甘肅慶陽(yáng)的南小河溝流域研究顯示，人工草地徑流場(chǎng)14 a的平均產(chǎn)流降雨量為174.3 mm，徑流模數(shù)為4 499.2 m3/(km2?a)，侵蝕模數(shù)為 15.2 t/(km2?a)，相對(duì)于農(nóng)坡地徑流場(chǎng)產(chǎn)流降雨量減少了13.8%，徑流量減少了74.9%，侵蝕量減少了97.7%，草地對(duì)于減輕坡面土壤侵蝕的作用明顯;人工林地產(chǎn)生的水土流失，與同年度坡度接近的農(nóng)坡地對(duì)比觀測(cè)顯示，其徑流量平均減少95%以上，侵蝕量平均減少98%以上，采取林草復(fù)合經(jīng)營(yíng)可以使水土流失得到有效的控制。

2.1.4 林草復(fù)合系統(tǒng)能夠提高生物多樣性和穩(wěn)定性

林草復(fù)合能夠調(diào)整系統(tǒng)內(nèi)部食物鏈結(jié)構(gòu)，有效控制病蟲害的發(fā)生。林草復(fù)合不僅有效利用了空間和自然資源，增加了生物多樣性，改善了系統(tǒng)內(nèi)部的生態(tài)環(huán)境，而且提高了有害昆蟲天敵的種群數(shù)量，同時(shí)增加了捕食性天敵控制害蟲的穩(wěn)定性和可持續(xù)性，提高生物之間互生互利作用，增加邊際效益。國(guó)內(nèi)大量的關(guān)于林草復(fù)合系統(tǒng)的研究[24-26]表明:復(fù)合系統(tǒng)中節(jié)肢動(dòng)物豐富度、多樣性指數(shù)、均勻性指數(shù)和害蟲天敵數(shù)量都明顯大于清耕對(duì)照。國(guó)外對(duì)生草果園的研究結(jié)果也表明生草能夠增加果園的生物多樣性，增加害蟲天敵數(shù)量[27]。

2.1.5 林草復(fù)合系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益 林木成長(zhǎng)周期普遍較長(zhǎng)，短期內(nèi)很難獲得較好的經(jīng)濟(jì)收益，易挫傷農(nóng)民積極性，不利于黃土區(qū)退耕還林工作的開(kāi)展實(shí)施。幼齡林地間作牧草能夠很好地解決這個(gè)矛盾，牧草的生長(zhǎng)周期短，投資回報(bào)快，當(dāng)年即可得到收益，且可以較快覆蓋地面，減少土壤表面侵蝕。林草復(fù)合高矮搭配，充分利用了立體空間，增加系統(tǒng)內(nèi)光能利用率，減緩內(nèi)部環(huán)境的劇烈變化，可以增加經(jīng)濟(jì)林的產(chǎn)量，促進(jìn)林木生長(zhǎng)，提高林產(chǎn)品的品質(zhì)，為當(dāng)?shù)氐陌l(fā)展創(chuàng)造良好的經(jīng)濟(jì)效益。

據(jù)研究[28-29]，林草復(fù)合系統(tǒng)中夏季生草區(qū)土壤濕度比清耕區(qū)高3%～4%，夏季0-20 cm土層土壤溫度明顯低于清耕區(qū)，冬季比清耕區(qū)溫度高1℃左右，生草區(qū)土壤溫度較清耕區(qū)變化平穩(wěn)，有效緩解了溫度的劇烈變化對(duì)林草生長(zhǎng)的影響，為牧草的良好生長(zhǎng)創(chuàng)造了條件，為當(dāng)?shù)匦竽廉a(chǎn)業(yè)發(fā)展提供了良好動(dòng)力，具有很好的社會(huì)效益。不僅林木對(duì)其下的牧草生長(zhǎng)有利，而且另有部分研究表明，在幼林地或疏林地種植牧草，特別是豆科牧草，能顯著促進(jìn)林木生長(zhǎng)，縮短郁閉年限，提高林地生產(chǎn)力[30]。

同時(shí)林下草本植物可以增加土壤中鮮根量，培肥地力，增加單位面積的經(jīng)濟(jì)效益[31]。劉蝴蝶等[32]在山西萬(wàn)縣的研究發(fā)現(xiàn)，蘋果生草栽培可使單位面積經(jīng)濟(jì)收益提高15.17%～36.22%。一般來(lái)說(shuō)，只要種類搭配科學(xué)、設(shè)計(jì)合理，不管林分密度是否相同，均可做到林、草雙豐收。彭鴻嘉[33]在甘肅中部的研究結(jié)果也認(rèn)為，林草復(fù)合的生態(tài)效益和經(jīng)濟(jì)效益均高于林農(nóng)復(fù)合，在黃土丘陵溝壑區(qū)具有較高的推廣價(jià)值。

3 黃土區(qū)林草復(fù)合系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究

目前在黃土半干旱區(qū)林草復(fù)合系統(tǒng)建設(shè)中還存在著成活率低、生態(tài)效益低等問(wèn)題，究其原因，主要在于林草植被的種類選擇和種植結(jié)構(gòu)缺乏科學(xué)的理論指導(dǎo)，特別是適宜的造林密度。

黃土半干旱區(qū)人工林草植被多為一次建植，不按照植被的地帶性分布規(guī)律選擇相應(yīng)的林草品種和種植結(jié)構(gòu)，盲目造林種草，就會(huì)導(dǎo)致林草生長(zhǎng)不良，而且會(huì)造成土壤結(jié)構(gòu)的破壞，水肥狀況惡化，不能充分發(fā)揮林草復(fù)合系統(tǒng)效益，甚至于影響當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境的安全。如果系統(tǒng)林木的密度過(guò)大，會(huì)導(dǎo)致林內(nèi)光照嚴(yán)重不足，水分短缺，土壤干化，使得林下無(wú)草本及灌木出現(xiàn)而成為光板地，導(dǎo)致“小老樹(shù)”的形成，影響經(jīng)濟(jì)效益。如果林分密度過(guò)小，則會(huì)造成土地資源浪費(fèi)，同時(shí)也會(huì)使林木樹(shù)干彎曲，降低林木出材率和材質(zhì)，同樣不利于水土保持效益的發(fā)揮[34-35]。

因此對(duì)林草復(fù)合模式進(jìn)行研究，尋找出適宜于黃土半干旱區(qū)的栽植的林草種類和種植結(jié)構(gòu)就顯得尤為重要。

3.1 樹(shù)草種選擇

黃土高原的主要造林樹(shù)種有刺槐、油松、側(cè)柏、核桃、楊樹(shù)、遼東櫟、蘋果、杏樹(shù)、梨樹(shù)等，其中刺槐和油松等喬木樹(shù)種作為水土保持林主要造林樹(shù)種[36]，具有很強(qiáng)的固溝護(hù)坡、防風(fēng)固沙作用，對(duì)植被的恢復(fù)、水土流失的防治和水文狀況的調(diào)節(jié)效果明顯，這已經(jīng)被眾多研究證實(shí)[37-40]，并得到了廣泛接受和普遍應(yīng)用。

黃土高原草種繁多，主要草種有苜蓿(Madicago sativa)、冰草(Agropyron cristatum)、黃芩(Scutellaria baicalensis)、甘草(Glycyrrhiza uralensis)、紫花地丁(Viola philippica)、益母草(Leonurus artemisia)等。黃土高原草地建設(shè)的關(guān)鍵點(diǎn)在于篩選和培育耐牧、耐瘠、抗旱的適生草種[41]。李會(huì)科等[19]的研究發(fā)現(xiàn)，在提高土壤的有機(jī)質(zhì)方面，豆科牧草優(yōu)于禾本科牧草。高峻等[42]在山西中陽(yáng)黃土丘陵溝壑區(qū)的研究也表明，沙打旺、草木樨及紫花苜蓿3種豆科牧草均適合于試驗(yàn)區(qū)幼林地種植。孫立達(dá)等[43]對(duì)黃土高原廣泛栽種的人工水保牧草沙打旺、優(yōu)良水土保持灌木小葉錦雞兒(Caragana microphy lia Lam)的根莖對(duì)斜坡穩(wěn)定性的影響與紫花苜蓿進(jìn)行比較分析，發(fā)現(xiàn)3種植物中紫花苜蓿的增強(qiáng)作用效果最大。苜蓿還可固定大氣中游離的氮素，提高土壤N含量，營(yíng)養(yǎng)豐富，牲畜適口性好，蓄水保土能力好，抗旱耐寒能力極強(qiáng)，適宜栽種于水土流失嚴(yán)重的黃土高原區(qū)。在國(guó)內(nèi)各地區(qū)多年、多點(diǎn)重復(fù)試驗(yàn)表明，苜蓿產(chǎn)品干物質(zhì)量可達(dá)10%～15%，在所有綠色飼料作物中苜蓿營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)處于較高水平[46]。其春夏秋冬皆可種植，并可單種、套種、復(fù)種，再生能力特別強(qiáng)，可以保證畜牧業(yè)的穩(wěn)定，優(yōu)質(zhì)，高產(chǎn)。

綜上研究表明，以苜蓿為代表的豆科類優(yōu)質(zhì)牧草適宜于黃土半干旱區(qū)的林草復(fù)合系統(tǒng)的建設(shè)，應(yīng)予以推廣。

3.2 林草復(fù)合系統(tǒng)林分密度調(diào)控

在黃土高原，如不考慮降水、土壤等其他因素，林草植被覆蓋度越高，其防治水土流失的效果越好。余新曉等[13]在山西吉縣蔡家川流域的研究發(fā)現(xiàn)，隨著林分覆蓋度的上升，林地土壤侵蝕量急劇下降，林地水土保持效益愈加顯著，當(dāng)林分覆蓋度由10%增加為90%時(shí)，林地土壤侵蝕模數(shù)則由507 t/km2減少為29 t/km2。但受自然條件、人類生產(chǎn)生活需求及其他因素的影響，林草植被的覆蓋度不可能永遠(yuǎn)是越高越好。

在黃土高原半干旱區(qū)，養(yǎng)分和光照熱量相對(duì)充足，水分是制約植物生長(zhǎng)的最關(guān)鍵因素，降水是維持植物生長(zhǎng)的唯一水分來(lái)源。土壤水分不足是林木正常生長(zhǎng)發(fā)育及水土保持效益發(fā)揮的主要限制因子[45-46]。合理利用水分，科學(xué)調(diào)控造林密度，深入研究林木水分消耗與生產(chǎn)力的關(guān)系，提高經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益，是半干旱區(qū)人工造林和經(jīng)營(yíng)管理的關(guān)鍵。如何有效利用有限降水條件，提高造林的成活率，提高林草植被覆蓋度，充分發(fā)揮其水土保持作用，并盡可能提高經(jīng)濟(jì)效益，滿足當(dāng)?shù)鼐用裆a(chǎn)生活的需要，這是黃土高原林草復(fù)合系統(tǒng)建設(shè)中必須解決的首要問(wèn)題。要解決該問(wèn)題，植被的建設(shè)就必須以水量平衡為基礎(chǔ)，進(jìn)而確定林草復(fù)合系統(tǒng)中合理的林分密度。合理的林分密度是指林木整個(gè)生長(zhǎng)過(guò)程中在滿足人們生產(chǎn)生活需要的同時(shí)，不會(huì)造成土壤水分虧缺的經(jīng)營(yíng)密度[47]。林分密度合理與否，直接影響著林分質(zhì)量、穩(wěn)定性、健康狀況、生產(chǎn)結(jié)構(gòu)和林分的生產(chǎn)力，同時(shí)也是影響投資和撫育管理強(qiáng)度的重要因素[48]。

武思宏[40]等依據(jù)水量平衡原理，綜合考慮林木生長(zhǎng)季耗水量及土壤水分動(dòng)態(tài)變化對(duì)黃土丘陵溝壑區(qū)林分的合理密度進(jìn)行了研究，其林分密度計(jì)算公式表述為

式中:N——單位面積林地林木株數(shù)(株/hm2);P——降雨量(mm);E——林地土壤蒸發(fā)量(mm);T——單株林木蒸騰需水量(m3/株);A——單位林地面積(m2)，通常A取1 hm2。

其連續(xù)兩年對(duì)林齡為13 a的不同密度刺槐純林和林齡為17 a的不同密度油松純林林地進(jìn)行了觀測(cè)，數(shù)據(jù)與公式(1)計(jì)算數(shù)據(jù)基本一致，由此認(rèn)為該公式對(duì)于計(jì)算黃土地區(qū)的刺槐及油松林的合理林分密度具有較好適用性。根據(jù)此原理推算出，2 a生刺槐林分密度應(yīng)為15 569株/hm2，3 a生刺槐林分密度應(yīng)為8 254株/hm2，5 a生刺槐林分密度應(yīng)為4 214株/hm2，7 a生刺槐林分密度應(yīng)為2 049株/hm2，13 a生刺槐林分密度應(yīng)為876株/hm2;17～19 a生油松林分密度應(yīng)為1 497株/hm2，19～20 a生油松林分密度應(yīng)為1 284株/hm2，25～28 a生油松林分密度應(yīng)為874株/hm2。此方法參數(shù)的獲取較為方便，計(jì)算過(guò)程簡(jiǎn)單，但由于其假定條件為無(wú)地表徑流，無(wú)土壤的深層滲漏，降水資源得以充分利用，因此所得到的數(shù)據(jù)不夠準(zhǔn)確。另外只考慮了水分的利用，沒(méi)有綜合考慮林木的生長(zhǎng)情況、水土保持及經(jīng)濟(jì)效益，應(yīng)用條件具有局限性，較適宜于進(jìn)行粗略估算。

余新曉等[13]從水土保持林減小坡面徑流及侵蝕產(chǎn)沙作用方面，以林分郁閉度為主要因子，對(duì)林分適宜密度進(jìn)行了研究。收集了不同郁閉度林分2001-2003年20場(chǎng)侵蝕性降雨的產(chǎn)流產(chǎn)沙資料，分別作出其產(chǎn)沙量、產(chǎn)流量的回歸方程，并另行選擇了不同密度刺槐和油松林地人工降雨進(jìn)行了土壤滲透測(cè)定。研究發(fā)現(xiàn)林分覆蓋度越高，土壤侵蝕量越小，當(dāng)超過(guò)40%時(shí)，侵蝕量小于坡面允許侵蝕量(200 t/km2)，因此從水土保持而言，林分的有效覆蓋度可定為40%。刺槐和油松林地林分密度越大，其穩(wěn)滲速率越高，但兩者并不成正比關(guān)系。當(dāng)刺槐、油松林成林密度超過(guò)3 000株/hm2時(shí)，林地穩(wěn)滲速率增加緩慢，從改良土壤滲透性能和土壤防蝕的角度來(lái)說(shuō)，可將3 000株/hm2作為油松林和刺槐林的成林密度上限。此研究以減流減沙為主要出發(fā)點(diǎn)，主要考慮的是在強(qiáng)降雨期林草植被的水土保持效益的充分發(fā)揮，沒(méi)有考慮枯水期林木的生長(zhǎng)及水分利用情況，因此其適用條件有一定的局限。

張瑞等[39]從林分的生長(zhǎng)狀況，生物多樣性及土壤性狀的改良等方面對(duì)林分合理密度進(jìn)行了研究。研究地位于山西省吉縣，樣地根據(jù)林木密度和栽植類型進(jìn)行劃分，調(diào)查林地的林齡均為15 a，主要調(diào)查內(nèi)容為采用樣方法測(cè)定地塊內(nèi)喬木的樹(shù)高、胸徑、枝下高、冠幅、密度、郁閉度、生物量、枯落物等參數(shù);采用土壤剖面法測(cè)定容重、總孔隙度、毛管孔隙度、非毛管孔隙度等土壤物理參數(shù)。對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行研究分析發(fā)現(xiàn)，林齡在15 a左右的刺槐林、油松林的密度分別控制在1 325株/hm2、1 733株/hm2左右，對(duì)林木生長(zhǎng)狀況，林地草本植物多樣性的增加和土壤物理性狀的改良更為有利;但是從防治土壤表層濺蝕、控制水土流失的角度考慮，林齡在15 a左右的刺槐林、油松林密度應(yīng)分別控制在2 133株/hm2、2 222株/hm2左右，其中營(yíng)造刺槐林更加有益于增強(qiáng)土壤水源涵養(yǎng)能力。該研究充分考慮了林草生物量、生物多樣性、土壤水分利用、土壤物理性狀等各個(gè)方面，且從不同方向出發(fā)，提出了相對(duì)應(yīng)的適宜密度，研究要素較為全面。但研究方法需要對(duì)研究流域不同林齡的林地進(jìn)行大量調(diào)查，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，工作量大，投入多，實(shí)際推廣操作起來(lái)有一定的困難。

孫中鋒等[49]以土壤水分機(jī)制及林水關(guān)系為研究出發(fā)點(diǎn)，對(duì)晉西黃土丘陵區(qū)刺槐林土壤水分狀況進(jìn)行了定位觀測(cè)。其研究方法為對(duì)選取樣地的降雨量進(jìn)行觀測(cè)，并將1 m深的土層平均劃分為5個(gè)層次，采用烘干法測(cè)定不同土層的含水量，并選取40-60 cm的土壤標(biāo)定土壤水分曲線進(jìn)行擬合計(jì)算。研究結(jié)果表明刺槐及其混交林適宜廣泛栽種于較干旱區(qū)域，當(dāng)刺槐林成林的密度為1 200～2 000株/hm2時(shí)，生長(zhǎng)季末土壤水分可以得到有效補(bǔ)充，12 a生密度為2 250株/hm2的刺槐林出現(xiàn)了土壤水分虧缺，林分生長(zhǎng)受限，可將此密度作為12 a生刺槐林的臨界密度。此研究方法的主要考慮因素僅為土壤的水分利用狀況，沒(méi)有考慮林草植被的水土保持效益和經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益。

張建軍等[47]在晉西黃土丘陵區(qū)對(duì)刺槐水土保持林進(jìn)行了林分密度研究，根據(jù)水量平衡和徑流林業(yè)的基本原理，提出了利用胸徑計(jì)算刺槐林合理密度的公式。他根據(jù)研究區(qū)枯枝落葉層分解快、攔蓄水量少的情況，將林地水量平衡方程改寫為:

式中:Q——林地缺水量(mm);S——單株樹(shù)木的水分營(yíng)養(yǎng)面積(m2);a——平均徑流系數(shù)(%);G——所需集水面積(指樹(shù)木營(yíng)養(yǎng)面積以外需要增加的集水面積)(m2);P——符合某一頻率的降水量(mm)。

根據(jù)調(diào)查，經(jīng)回歸分析，可以得到刺槐水分營(yíng)養(yǎng)面積與胸徑之間的關(guān)系式:

式中:D ——樹(shù)的胸徑(cm);a1，b——待定系數(shù)。單株樹(shù)所需總水分營(yíng)養(yǎng)面積為:

綜合以上研究，我們推導(dǎo)出了晉西黃土區(qū)刺槐的合理密度公式:

公式中各符號(hào)意義同前。

根據(jù)式(6)，計(jì)算出以水土保持為目的的刺槐林成林的密度應(yīng)該控制在700株/hm2以內(nèi)，幼林的密度應(yīng)該控制在2 300株/hm2以內(nèi)，最大不應(yīng)超過(guò)3 000株/hm2，同時(shí)應(yīng)當(dāng)采取適宜的集水措施，并對(duì)林木進(jìn)行適時(shí)間伐，以保證土壤不會(huì)干化和水保效益的持續(xù)發(fā)揮，張建軍進(jìn)行的人工模擬降水實(shí)驗(yàn)也支持該結(jié)論[50]。此方法從土壤的有效性出發(fā)，充分考慮了影響林木水分利用的各個(gè)要素，不僅適用于刺槐樹(shù)種也適用于其他樹(shù)種的計(jì)算，計(jì)算結(jié)果較為準(zhǔn)確，適宜于有長(zhǎng)期觀測(cè)條件的地區(qū)推廣應(yīng)用。如果將此方法與水土保持及經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行綜合研究分析，得到的數(shù)據(jù)將更具有普遍性和指導(dǎo)意義。

綜上關(guān)于合理林分密度的研究，不難發(fā)現(xiàn)其特點(diǎn)，首先是研究涉及面廣，其次是目前的研究方法還不統(tǒng)一，研究要素不盡全面。目前的研究都是針對(duì)于某幾個(gè)要素進(jìn)行分析，沒(méi)有系統(tǒng)的對(duì)水分、土壤、生物量、水土保持效益并耦合社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益等進(jìn)行綜合研究。林分密度管理是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，涉及因素復(fù)雜多樣。在對(duì)人工林的耗水特性及水土保持作用進(jìn)行研究的同時(shí)，如何結(jié)合社會(huì)的發(fā)展，對(duì)社會(huì)及經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行耦合分析，建立林分密度的綜合調(diào)控模型，在今后還需要進(jìn)行深入研究。

4 結(jié)論與討論

林草復(fù)合系統(tǒng)作為農(nóng)林復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)的一種，能充分利用自然資源和能源，緩解林牧矛盾，創(chuàng)造良好的生態(tài)、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)效益。在黃土區(qū)的退耕還林工作中，林草復(fù)合系統(tǒng)能發(fā)揮出積極的作用，對(duì)當(dāng)?shù)氐耐寥狼治g和土壤水分的流失起到良好的改善作用，促進(jìn)牧業(yè)的發(fā)展，增加農(nóng)民收入水平，提高農(nóng)民對(duì)退耕還林工作的支持度和積極性，因此適宜于大力推廣實(shí)施。

黃土半干旱區(qū)水土保持林草復(fù)合系統(tǒng)的主要造林樹(shù)種為刺槐和油松，造林草種應(yīng)優(yōu)先選取以苜蓿為代表的豆科類牧草。一方面能夠和林木配合發(fā)揮優(yōu)良的水土保持作用，覆蓋地表，減少土壤侵蝕和水分蒸發(fā)散;另一方面可以提高土壤中各種營(yíng)養(yǎng)元素的含量，且再生能力特別強(qiáng)，能保證當(dāng)?shù)匦竽翗I(yè)的穩(wěn)定、優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)，促進(jìn)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展。

由于黃土半干旱區(qū)氣候及地形的特殊性，為使林草復(fù)合經(jīng)營(yíng)能達(dá)到最好的生態(tài)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益，需要對(duì)林草復(fù)合系統(tǒng)種植結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)控。在對(duì)目前的研究成果進(jìn)行了分析后，得到了較適宜于黃土半干旱區(qū)的林分密度計(jì)算公式。以山西省吉縣為例，幼齡的刺槐和油松林林分密度以保持在2 300株/hm2以下為宜，最高不能超過(guò)3 000株/hm2;成材林的密度最好保持在700株/hm2左右。此公式所計(jì)算得到的數(shù)據(jù)為正常造林條件下的指導(dǎo)數(shù)據(jù)，如果能夠采取較好的集水措施，或肥力灌溉條件良好，則在此基礎(chǔ)上可以適當(dāng)?shù)卦黾用芏取Ｔ诰唧w的實(shí)施過(guò)程中，當(dāng)?shù)貞?yīng)該充分考慮到水肥條件的差異性，在實(shí)踐過(guò)程中進(jìn)行檢驗(yàn)調(diào)整。在以后的研究進(jìn)程中，應(yīng)更加注重于多要素的綜合分析，以建立環(huán)境生態(tài)、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)兼顧的林分密度綜合調(diào)控模型，為退耕還林還草政策的順利實(shí)施服務(wù)。

目前關(guān)于林草復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部的物質(zhì)循環(huán)和能量循環(huán)及系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)研究方面還存在著很多不足，林草復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)的各種效益的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系還不夠健全。在今后應(yīng)加強(qiáng)這方面的研究，在目前的基礎(chǔ)上，更進(jìn)一步的對(duì)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)、評(píng)價(jià)方法和評(píng)價(jià)模型進(jìn)行完善。

縱觀黃土高原林草復(fù)合研究的進(jìn)展情況，可看出林草復(fù)合模式優(yōu)化研究可以為政府科學(xué)決策提供有力依據(jù)，對(duì)于解決我國(guó)可持續(xù)發(fā)展及建設(shè)中面臨的諸多生態(tài)環(huán)境問(wèn)題顯得尤其重要。未來(lái)黃土高原林草復(fù)合將采取理論與實(shí)踐相結(jié)合，多學(xué)科交叉、多方位、多層次的研究手段，以優(yōu)化土地資源配置，為我國(guó)的人口、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和資源環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

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