陸忠賢，鄧夏雨，潘秀奎，李泰君

(農(nóng)林工程與規(guī)劃學(xué)院銅仁學(xué)院，貴州銅仁554300)

人工造林是我國(guó)西南山區(qū)提升生態(tài)質(zhì)量的主要措施。由于該區(qū)域山坡陡峭、土壤淺薄，且部分地區(qū)存在較嚴(yán)重的石漠化現(xiàn)象，一定程度上限制了人工造林樹(shù)種的選擇。人工柏木林(Cupressus funebris)由于耐干旱、耐土壤貧瘠等特點(diǎn)，在該區(qū)域被廣泛種植。近幾十年來(lái)，人工柏木林已經(jīng)成為區(qū)域森林的重要組成部分，其環(huán)境修復(fù)能力與生態(tài)、經(jīng)濟(jì)效益開(kāi)始引起社會(huì)關(guān)注。由于生態(tài)脆弱區(qū)的特殊生境，伴隨人工柏木林林分生長(zhǎng)與發(fā)育，其生態(tài)系統(tǒng)功能變化呈現(xiàn)出獨(dú)特的規(guī)律。

在綜合前人研究的基礎(chǔ)上，總結(jié)人工柏木林在生物多樣性保育、土壤質(zhì)量、水土保持、碳固持等生態(tài)系統(tǒng)功能特征，為科學(xué)認(rèn)識(shí)該區(qū)域人工林在生態(tài)、經(jīng)濟(jì)方面的作用提供數(shù)據(jù)支撐。

1 人工柏木林主要生態(tài)系統(tǒng)功能特征

1.1 生物多樣性

在中國(guó)西南山區(qū)，由于多數(shù)生境存在土壤淺薄、土壤貧瘠以及石漠化現(xiàn)象，人工造林多選擇耐干旱、耐土壤貧瘠的樹(shù)種，比如馬尾松、杉木、柏木等。其中柏木林由于在造林、撫育以及生態(tài)價(jià)值方面的優(yōu)勢(shì)在不同地域廣泛分布。人工柏木造林能夠顯著增加植物多樣性與土壤動(dòng)物多樣性。在對(duì)川中丘陵區(qū)20～70齡林的榿柏混交林及由榿柏混交發(fā)展而來(lái)的人工柏木林的調(diào)查中發(fā)現(xiàn)灌木29科39屬60種，草本35科57屬72種[1]。川中丘陵區(qū)人工柏木林疏伐后，林窗內(nèi)植物種、屬、科數(shù)量均增加，物種豐富度與Shannon-Wiener指數(shù)均增加[2]。人工柏木林撫育間伐也能增加林下植物豐富度與多樣性指數(shù)，同時(shí)，林下灌木與草本的蓋度、凋落物的厚度均顯著增加[3]。

不同的間伐強(qiáng)度對(duì)人工柏木林林下植物多樣性的影響存在差異。例如，季榮飛等[4]研究了弱度(15%)、中度(25%)、強(qiáng)度(35%)、極強(qiáng)度(50%)和CK(0%) 5種間伐強(qiáng)度(15%、25%、35%、50%及CK對(duì)德陽(yáng)市33年生柏木低效人工林灌草生長(zhǎng)及其生物多樣性的影響。結(jié)果表明，間伐1 a后不同間伐強(qiáng)度下的林下植物種類、密度和生物量均有所增加，林下灌木層和草本層物種的豐富度指數(shù)、Shannon-Wiener指數(shù)和Simpson優(yōu)勢(shì)度指數(shù)均隨著間伐強(qiáng)度的增大而增大，中度與強(qiáng)度間伐模式下植物多樣性指標(biāo)上升明顯。龔固堂等[5]對(duì)四川低效柏木林的間伐研究也支持這個(gè)結(jié)論。林窗改造還顯著增加了森林土壤動(dòng)物[6]，人造林窗2年后，柏木低效林人造林窗實(shí)驗(yàn)樣地土壤動(dòng)物類群發(fā)生了一定的變化，土壤動(dòng)物的類群和個(gè)體數(shù)目總體上呈現(xiàn)增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。

1.2 對(duì)土壤碳固持功能以及土壤質(zhì)量的影響

在我國(guó)明確“碳達(dá)峰”與“碳中和”的歷史背景下，人工林的碳匯功能將顯得愈發(fā)重要。大面積人工柏木林的種植使得其碳儲(chǔ)量成為區(qū)域森林碳儲(chǔ)量的重要組成部分。在我國(guó)西南地區(qū)由于其特殊的生境類型，人工柏木林碳儲(chǔ)量與碳固持能力普遍低于土壤條件較好的地區(qū)。比如，四川中部丘陵區(qū)人工柏木林往往生長(zhǎng)緩慢，林分發(fā)育不充分，林下結(jié)構(gòu)單一，導(dǎo)致林分的碳匯功能較低，森林健康評(píng)價(jià)的結(jié)果也表明川中丘陵區(qū)人工柏木林多數(shù)處于亞健康與不健康狀態(tài)[7]。何宗明等[8]在福建三明的調(diào)查表明，33年生福建柏碳儲(chǔ)量達(dá)到236.32 t/hm2，其中喬木層碳儲(chǔ)量為130.46 t/hm2，0～100 cm土壤層有機(jī)碳碳儲(chǔ)量為102.82 t/hm2。川中低效柏木林喬木層碳儲(chǔ)量明顯小于該數(shù)值。

人工種植柏木后，隨著林分發(fā)育，土壤質(zhì)量各項(xiàng)指標(biāo)均有顯著增加。對(duì)川中丘陵區(qū)低效人工柏木林的監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)，不同柏木混植模式下土壤全氮、全磷、全鉀含量均增加，土壤有機(jī)碳、微生物量碳也增加[9-10]。與對(duì)照樣地相比，種植柏木林后，森林土壤濕度也增加，硝態(tài)氮、銨態(tài)氮與速效鉀含量也得到提高。人工種植柏木林顯著增加了土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量。在貴州喀斯特地區(qū)的調(diào)查也發(fā)現(xiàn)，種植柏木林后，其土壤有機(jī)碳含量提高了56.4%[11]。隨著土壤深度增加，上述指標(biāo)值均呈下降趨勢(shì)，這與其他人工林土壤質(zhì)量變化規(guī)律一致。

土壤質(zhì)量的改善與林下植被有顯著關(guān)系，上述研究同時(shí)發(fā)現(xiàn)，林下灌木層與草本層生物多樣性指數(shù)與土壤有機(jī)碳密度、易氧化碳、水溶性碳與微生物量碳均呈正相關(guān)關(guān)系。此外，降低喬木層片的密度，增加人工林開(kāi)窗面積能夠有效增加土壤有機(jī)碳含量，特別是10～20 cm土壤深度的有機(jī)碳密度[12]。曾戀戀等[13]的試驗(yàn)也得到相似的結(jié)果，不同程度的間伐均顯著提高了低效人工柏木林土壤有機(jī)碳含量，且隨著間伐強(qiáng)度增加，效果越明顯。

1.3 水土保持功能

水土保持功能是人工柏木林重要的生態(tài)經(jīng)濟(jì)價(jià)值之一。由于西南山區(qū)地形陡峭且降雨集中，極易發(fā)生巖石松動(dòng)與滑坡的現(xiàn)象，容易造成自然災(zāi)害。比如，通過(guò)在純柏木林分中間植其他樹(shù)種能有效提高林分土壤抗沖性[14]。范川等[15-16]的研究發(fā)現(xiàn)，不同改造模式影響了柏木林細(xì)根生物量及其分布，而且柏木+榿木+竹的改造模式具有較好的效果，不僅增加了柏木林林下植物多樣性、細(xì)根生物量、土壤有機(jī)質(zhì)，而且顯著提高了水穩(wěn)團(tuán)聚體含量。林分改造顯著增加了林分物種多樣性，林下灌木層與草本層物種多樣性的增加能夠提高土壤抗蝕性指標(biāo)。

2 總結(jié)

人工柏木林作為我國(guó)西南地區(qū)造林的主要選擇之一，由于其主要生長(zhǎng)在土壤淺薄、貧瘠且存在石漠化的地區(qū)，林分生長(zhǎng)發(fā)育存在生長(zhǎng)緩慢、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等問(wèn)題。盡管如此，種植人工柏木林仍然從不同方面改善了生境條件。不同的野外調(diào)查與試驗(yàn)均發(fā)現(xiàn)，人工柏木林種植顯著增加了林下生物多樣性，改善了土壤質(zhì)量，并顯著增加了土壤有機(jī)碳含量。此外，人工柏木林一定程度上改變了土壤濕度與溫度。間伐與開(kāi)設(shè)林窗能夠顯著提高人工柏木林的植物多樣性，從而改善人工林生態(tài)系統(tǒng)功能，人工林生物量與林下植被多樣性是生態(tài)系統(tǒng)功能的物質(zhì)基礎(chǔ)，采取合理的營(yíng)林措施能夠提升其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能。目前，西南地區(qū)人工造林已經(jīng)具備一定的規(guī)模，對(duì)人工林的撫育、經(jīng)營(yíng)與碳匯管理將成為今后的主要任務(wù)。