CN110603921A - 一种提升次生阔叶林土壤涵水能力的林分结构调控技术 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种提升次生阔叶林土壤涵水能力的林分结构调控技术，包括以下步骤：S1.低效次生阔叶林类型划分；S2.补植针叶树种选择与区域配置；S3.针叶树种补植与密度调控；S4.林分管理；本发明的有益效果是：通过次生阔叶林林分密度调控，提高林分物种多样性；通过改善林地容重、孔隙度等土壤物理性质，提高土壤层以及枯落物层持水量，减少地表径流，提升次生阔叶林水源涵养功能；次生阔叶林林分结构调控后15～20年能够使林分物种多样性指数提高10%左右，枯落物持水量提高10～15％，土壤最大持水量提高15～20％；技术应用方便、容易掌握，适合于川西亚高山砍伐迹地上自然恢复形成的低效次生阔叶林推广应用。

Description

一种提升次生阔叶林土壤涵水能力的林分结构调控技术

技术领域

本发明涉及生态修复技术领域，具体是一种提升次生阔叶林土壤涵水能力的林分结构调控技术。

背景技术

亚高山通常指海拔2400～4200m左右，以云、冷杉等为主构成的寒温性森林所占据的自然垂直地带，惯以针叶林为顶级群落，阔叶林、针阔混交林、灌丛、草甸等植物群落共存的地带性植被类型。亚高山针叶林是我国第二大林区-西南林区的主体构成部分，是青藏高原东缘、长江上游天然林的主体，在区域气候调节、涵养水源和生物多样性保育等方面具有不可替代的生态地位和作用，为我国重要的江河源和生态安全屏障。川西山地位于青藏高原东南缘，川西亚高山森林主要分布在岷江、金沙江、雅砻江等上游山地，是长江上游水源涵养的重要组成部分。在20世纪下半叶，以云冷杉为主要优势树种的川西亚高山原始暗针叶林遭受大规模的采伐利用，加之森林火灾、森林病虫害、过度放牧等人为干扰的影响，生态系统的结构和功能遭受严重的破坏。直至1998年，天然林资源保护工程正式启动，川西亚高山森林全面禁伐封育。川西亚高山针叶林采伐迹地主要有自然恢复、人工恢复、人工促进自然恢复等恢复模式，其中以桦木等阔叶先锋树种为主的自然恢复是川西亚高山采伐迹地上的主要恢复途径，并形成大面积的次生阔叶林。川西亚高山暗针叶林采伐迹地自然恢复通常经过草本、灌丛、次生阔叶林、针阔混交林阶段，最终恢复到顶级暗针叶林阶段，亚高山采伐迹地恢复到暗针叶林至少需要100年以上。以桦木为优势种的次生阔叶林已成为川西亚高山林区的主要森林类型之一，同时，川西亚高山存在大量低效次生林。

作为森林生态系统的重要组成部分，森林土壤在水土保持和水源涵养等功能中发挥着巨大的作用，是森林生态系统水源涵养的主体。在森林生态系统不同界面间的水分传输中，土壤层对降水资源分配格局影响最为明显，土壤层截水量可占到森林生态系统同期截水量的50％以上。采用空间代替时间的方法，我们对川西米亚罗亚高山次生林自然恢复序列上高山柳灌丛、桦木阔叶林、岷江冷杉桦木针阔混交林、岷江冷杉原始林土壤涵水能力的观测研究表明，随着林龄增加，土壤最大持水量呈增加趋势，针阔叶混交林由于较低的土壤容重、较高的土壤孔隙度，其土壤最大持水量达到最大，在暗针叶林阶段有所下降，暗针叶林具有较强的土壤水分调节能力和土壤渗透能力，从水源涵养功能角度，川西亚高山森林植被恢复应注重构建针阔叶混交林结构，促进低效次生阔叶林正向演替，有效提升阔叶林水源涵养功能。

林分结构调控是恢复森林生态系统健康和提升水源涵养能力的重要措施。因此，针对川西亚高山存在大面积低效次生阔叶林，基于川西亚高山次生林自然恢复过程中植被类型与土壤水源涵养功能之间的关系，在川西亚高山低效次生阔叶林通过引入云冷杉等针叶树种，不仅可改善群落树种结构，提高群落物种多样性，促进群落正向演替速度，而且能够增强林地的水源涵养功能。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种提升亚高山次生阔叶林土壤涵水能力的林分结构调控技术，涉及森林植被生态功能修复技术领域，包括低效次生阔叶林类型划分、补植针叶树种选择与区域配置、针叶树种补植与密度调控、林分管理四个步骤，在林分结构调控10～15年后，都有显著提高。

本发明所述次生阔叶林为在川西海拔2800～3600m亚高山暗针叶原始林采伐迹地上，通过自然恢复形成的以红桦(Betula albo-sinensis)、糙皮桦(B.utilis)、白桦(B.platyphylla)为优势树种的阔叶林，林龄大多为20～50年。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种提升亚高山次生阔叶林土壤涵水能力的林分结构调控技术，包含以下步骤：

步骤一、低效次生阔叶林类型划分。根据次生阔叶林林分郁闭度、针叶树种更新状况、土壤涵水能力等指标，确定低效次生林类型。

1、轻度低效型次生阔叶林：林分郁闭度＞0.8，林下灌木盖度＞50％，地被物层盖度＞50％；土壤理化性质和水源涵养功能较好；林分针叶树种幼苗幼树个体数量占比10％～20％。

2、中度低效型次生阔叶林：林分郁闭度在0.5～0.8之间，林下灌木盖度30％～50％，地被物层盖度30％～50％；土壤理化性质和水源涵养功能居中；林分针叶树种幼苗幼树个体数量占比5％～10％；

3、重度低效型次生阔叶林：林分郁闭度＜0.5，林下灌木盖度＜30％，地被物层盖度＜30％；土壤理化性质较差，水源涵养功能低下；林分针叶树种幼苗幼树个体数量占比小于5％；

步骤二、补植针叶树种选择与区域配置。根据川西亚高山次生阔叶林分布地立地条件，结合区域顶级群落暗针叶林优势种构成，选择节水、根系发达、耐干旱贫瘠等抗逆性强、耐阴的云冷杉针叶树种，冷杉属主要包括岷江冷杉(Abies faxoniana)、鳞皮冷杉(A.aquamata)、黄果冷杉(A.ernestii)、急尖长苞冷杉(A.georgei var.smithii)、峨眉冷杉(A.fabri)；云杉属主要包括川西云杉(Picea balfouriana)、粗枝云杉(P.asperata)、紫果云杉(P.purpurea)、麦吊云杉(P.brachytyla)。岷江上游亚高山地带主要选择岷江冷杉、黄果冷杉、粗枝云杉、川西云杉和紫果云杉等树种，大渡河中上游亚高山地带主要选择峨眉冷杉、黄果冷杉、川西云杉、麦吊云杉等针叶树种；金沙江和雅砻江中上游亚高山地带主要选择急尖长苞冷杉、鳞皮冷杉、黄果冷杉、川西云杉等树种。

步骤三、针叶树种补植与密度调控。

1、苗木规格。云杉：地径0.5cm以上，苗高25cm以上，苗龄2～3年；冷杉：地径0.6cm以上，苗高20cm以上，苗龄2年。

2、林分清理和郁闭度调控：

(1)轻度低效型次生阔叶林：伐除病腐木、枯立木、霸王树，清除补植处四周0.5m范围内杂灌草，改善林分卫生状况，对次生桦木阔叶林采用20-30％的疏伐强度进行疏伐，疏伐后林分郁闭度保持在0.6～0.7之间，为保留木和林冠下补植针叶树种创造良好的生长环境；

(2)中度低效型次生阔叶林：采取伐除林分病腐木、枯立木、霸王树，以及清除补植处四周0.5m范围内杂灌草等生态抚育措施，改善林分卫生状况，林分郁闭度保持在0.5～0.6左右。

(3)重度低效型次生阔叶林：伐除影响更新层生长的低质、劣势、濒死杂木，清除补植处四周0.5m范围内杂灌草，尽可能保留桦木等优势种，为保阔补针、促进针阔叶混交林形成创造良好的生长环境。

3、补植前整地，在秋季10月末～11月中旬结冻前进行局部整地，清除穴内植物根系、石砾等杂质，做到表土还原，土细疏松。整地方式以穴状整地为主，规格为40cm×40cm×30cm或50cm×50cm×40cm；在林窗较大的林地，可采用块状整地，规格为100cm×100cm×40cm。

4、林分结构调控模式：

(1)间阔补针：伐除弯扭或长势较差的阔叶树木后，采取森林抚育措施，在间伐处、林窗、林冠下补植针叶树种，使之形成针阔混交林。此种措施主要适用于轻度低效型次生阔叶林和中度低效型次生阔叶林。

(2)保阔补针：林地卫生伐清理后，尽可能保留现有桦木等阔叶树种，在林窗、林冠下补植针叶树苗，达到调整林分树种结构、培育针阔混交林的目的。此种措施主要适用于重度低效型次生阔叶林。

5、补植方法：根据林地目的树种林木分布现状，以及林地卫生伐清理和郁闭度调整状况，确定补植方法，主要有均匀补植(现有林木分布比较均匀的林地)、块状补植(现有林木呈群团状分布、林中空地及林窗较多的林地)、林冠下补植(耐荫针叶树种)等方法。

6、补植时间：以春季(4～5月)补植为主，秋季(9～10月)补植为辅，尽量在雨季进行补植。

7、补植密度：

(1)轻度低效型次生阔叶林：按照每2棵阔叶树比1棵针叶树的比例进行补植，补植后混交林为2500～3000株/hm2，林分树种结构调整为针叶：阔叶树种为1：2左右。

(2)中度低效型次生阔叶林：按照每2～3棵阔叶树比1棵针叶树的比例进行补植，补植后混交林为2000～2500株/hm2，林分树种结构调整为针叶：阔叶树种为1：2～1：3。

(3)重度低效型次生阔叶林：尽量保留桦木等阔叶树种，按照每1棵阔叶树比1棵针叶树的比例进行补植，补植后混交林达到1500～2000株/hm2，林分树种结构调整为针叶：阔叶树种为1：1左右。

步骤四、林分管理

1、补植针叶树种后，要注意浇水，确保苗木成活率在95％以上、次年保存率在90％以上。补植第2年，对保存率未达到90％的林地进行补植。

2、次生阔叶林补植针叶树种后，连续抚育3～5年，对周围阔叶乔木适当透光抚育，并注意割除影响补植针叶树种生长的杂灌草，促进林分生长和生态功能提升。

本发明的有益效果是：

1.通过次生阔叶林林分密度调控，选取乡土针叶树种进行“间阔补针”和“保阔补针”，调整林分树种结构，促进次生阔叶林群落正向演替，形成乔灌草层次分明、合理的复层异龄针阔叶混交林植物群落结构，提高林分物种多样性；通过改善林地容重、孔隙度等土壤物理性质，提高土壤层以及枯落物层持水量，减少地表径流，提升次生阔叶林水源涵养功能。

2.次生阔叶林林分结构调控后15～20年能够使林分物种多样性指数提高10％左右，枯落物持水量提高10～15％，土壤最大持水量提高15～20％，表明本发明方法能够有效提高林地水源涵养等生态功能。

3.本发明技术应用方便、容易掌握，适合于川西亚高山砍伐迹地上自然恢复形成的低效次生阔叶林推广应用。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行详细描述，以下实施例仅用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例一：在川西米亚罗林区实施提升低效次生阔叶林土壤涵水能力的林分结构调控技术

1、实施区域自然环境概况

实施区域位于川西阿坝州理县米亚罗林区(31°24'—31°55'N，102°35'—103°4'E，海拔2200～5500m)，地处青藏高原东南缘向四川盆地过渡的高山峡谷地带，位于岷江上游一级支流杂古脑河的上游；属季风性山地气候，夏季温凉多雨，冬季寒冷干燥，年平均气温6～12℃，年均降水量为600～1100mm，年蒸发量为1000～1900mm，年无霜期约200d。主要森林土壤类型为山地暗棕壤，土层薄，石砾含量高。林区植被垂直成带明显，其类型和生境随海拔及坡向而分异。原生森林分布于海拔2400～4200m，以亚高山暗针叶林为主，主要优势树种为岷江冷杉。自20世纪下半叶的大规模人工砍伐后，采伐迹地上形成了“灌丛-次生桦木阔叶林-桦木冷云杉针阔混交林-岷江冷杉林”自然恢复演替序列，加之人工造林更新，整个亚高山森林景观发生了巨大的变化，外貌上原始暗针叶林变为落叶阔叶林、针阔混交林、中幼龄针叶林和残留的老龄针叶林镶嵌分布的格局。

2、林分结构调控技术

步骤一、低效次生阔叶林类型划分。根据次生阔叶林林分郁闭度、针叶树种更新状况、土壤涵水能力等指标，确定低效次生林类型。实施林分位于川西米亚罗林区十八沟，重度低效型次生阔叶林和轻度低效型次生阔叶林各1500亩，实施林分基本情况见表1。

表1.技术实施区次生阔叶林基本情况

步骤二、补植针叶树种选择与区域配置。根据川西亚高山米亚罗林区次生阔叶林分布地立地条件，选择节水、根系发达、耐干旱贫瘠等抗逆性强、耐阴的岷江冷杉和粗枝云杉两个针叶树种。

步骤三、针叶树种补植与密度调控。

(1)苗木规格。粗枝云杉：地径0.5cm以上，苗高25cm以上，苗龄2～3年；岷江冷杉：地径0.6cm以上，苗高20cm以上，苗龄2年。

(2)林分清理和郁闭度调控。

①轻度低效型次生阔叶林：伐除病腐木、枯立木、霸王树，清除补植处四周0.5m范围内杂灌草，改善林分卫生状况，对次生桦木阔叶林采用20-30％的疏伐强度进行疏伐，疏伐后林分郁闭度保持在0.6～0.7之间，为保留木和林冠下补植针叶树种创造良好的生长环境。

②重度低效型次生阔叶林：伐除影响更新层生长的低质、劣势、濒死杂木，清除补植处四周0.5m范围内杂灌草，尽可能保留桦木等优势种，为保阔补针、促进针阔叶混交林形成创造良好的生长环境。

(3)补植前整地，在秋季10月末～11月中旬结冻前进行局部整地，清除穴内植物根系、石砾等杂质，做到表土还原，土细疏松。整地方式以穴状整地为主，规格为40cm×40cm×30cm或50cm×50cm×40cm；在林窗较大的林地，可采用块状整地，规格为100cm×100cm×40cm。

(4)林分结构调控模式。

①间阔补针：对于轻度低效型次生阔叶林类型，伐除弯扭或长势较差的阔叶树木后，采取森林抚育措施，在间伐处、林窗、林冠下补植针叶树种，使之形成针阔混交林。

②保阔补针：对于重度低效型次生阔叶林类型，林地卫生伐清理后，尽可能保留现有桦木等阔叶树种，在林窗、林冠下补植针叶树苗，达到调整林分树种结构、培育针阔混交林的目的。

(5)补植方法：根据林地目的树种林木分布现状，以及林地卫生伐清理和郁闭度调整状况，确定补植方法，主要有均匀补植(现有林木分布比较均匀的林地)、块状补植(现有林木呈群团状分布、林中空地及林窗较多的林地)、林冠下补植(耐荫针叶树种)等方法。

(6)补植时间：以春季(4～5月)补植为主，秋季(9～10月)补植为辅，尽量在雨季进行补植。

(7)补植密度：

①轻度低效型次生阔叶林：按照每2棵阔叶树比1棵针叶树的比例进行补植，补植后混交林为2500～3000株/hm²，林分树种结构调整为针叶：阔叶树种为1：2左右。

②重度低效型次生阔叶林：尽量保留桦木等阔叶树种，按照每1棵阔叶树比1棵针叶树的比例进行补植，补植后混交林达到1500～2000株/hm²，林分树种结构调整为针叶：阔叶树种为1：1左右。

步骤四、林分管理

(1)补植针叶树种后，要注意浇水，确保苗木成活率在95％以上、次年保存率在90％以上。补植第2年，对保存率未达到90％的林地进行补植。

(2)次生阔叶林补植针叶树种后，连续抚育3～5年，对周围阔叶乔木适当透光抚育，并注意割除影响补植针叶树种生长的杂灌草，促进林分生长和生态功能提升。

3、技术效果

(1)通过次生阔叶林林分密度调控，选取乡土针叶树种进行“间阔补针”和“保阔补针”，调整林分树种结构，促进次生阔叶林群落正向演替，形成乔灌草层次分明、合理的复层异龄针阔叶混交林植物群落结构，提高林分物种多样性；通过改善林地容重、孔隙度等土壤物理性质，提高土壤层以及枯落物层持水量，减少地表径流，提升次生阔叶林水源涵养功能。

(2)与对照相比，次生阔叶林林分结构调控10年后林分Shannon-wiener指数提高6.98～8.27％，Simpson指数增加5.82～7.63％；土壤容重(0～30cm)降低6.87～16.52％，土壤总孔隙度(0～30cm)增加11.25～15.41％；土壤最大持水量提高15.20～19.26％，表明本发明方法能够有效提高林地水源涵养等生态功能。

表2.退化次生阔叶林林分结构调控技术实施效果

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (7)

1.一种提升次生阔叶林土壤涵水能力的林分结构调控技术，其特征在于：包括以下步骤：

S1.低效次生阔叶林类型划分；

S2.补植针叶树种选择与区域配置；

S3.针叶树种补植与密度调控；

S4.林分管理。

2.根据权利要求1所述的一种提升次生阔叶林土壤涵水能力的林分结构调控技术，其特征在于：所述的S1中低效次生阔叶林类型划分方法为：根据次生阔叶林林分郁闭度、针叶树种更新状况、土壤涵水能力指标，将低效次生阔叶林类型划分为以下3种类型：

(1)轻度低效型次生阔叶林：林分郁闭度大于0.8，林下灌木盖度高于50％，地被物层盖度高于50％；土壤理化性质和水源涵养功能较好；林分针叶树种幼苗幼树个体数量占比10％～20％；

(2)中度低效型次生阔叶林：林分郁闭度在0.5～0.8之间，林下灌木盖度30％～50％，地被物层盖度30％～50％；土壤理化性质和水源涵养功能居中；林分针叶树种幼苗幼树个体数量占比5％～10％；

(3)重度低效型次生阔叶林：林分郁闭度小于0.5，林下灌木盖度低于30％，地被物层盖度低于30％；土壤理化性质较差，水源涵养功能低下；林分针叶树种幼苗幼树个体数量占比小于5％。

3.根据权利要求1所述的一种提升次生阔叶林土壤涵水能力的林分结构调控技术，其特征在于：所述的S2补植针叶树种选择与区域配置方法为：根据川西亚高山次生阔叶林分布地立地条件，结合区域顶级群落暗针叶林优势种构成，选择节水、根系发达、耐干旱贫瘠等抗逆性强、耐阴的云冷杉针叶树种，冷杉属包括岷江冷杉、鳞皮冷杉、黄果冷杉、急尖长苞冷杉、峨眉冷杉；云杉属主要包括川西云杉、粗枝云杉、紫果云杉、麦吊云杉。

4.根据权利要求3所述的一种提升次生阔叶林土壤涵水能力的林分结构调控技术，其特征在于：所述补植针叶树种区域配置具体为：岷江上游亚高山地带选择岷江冷杉、黄果冷杉、粗枝云杉、川西云杉和紫果云杉树种，大渡河中上游亚高山地带选择峨眉冷杉、黄果冷杉、川西云杉、麦吊云杉针叶树种；金沙江和雅砻江中上游亚高山地带选择急尖长苞冷杉、鳞皮冷杉、黄果冷杉、川西云杉树种。

5.根据权利要求1所述的一种提升次生阔叶林土壤涵水能力的林分结构调控技术，其特征在于：所述的S3针叶树种补植与密度调控方法为：

(1)苗木规格：云杉：地径0.5cm以上，苗高25cm以上，苗龄2～3年；冷杉：地径0.6cm以上，苗高20cm以上，苗龄2年；

(2)林分清理和郁闭度调控：

①轻度低效型次生阔叶林：伐除病腐木、枯立木、霸王树，清除补植处四周0.5m范围内杂灌草，改善林分卫生状况，对次生桦木阔叶林采用20-30％的疏伐强度进行疏伐，疏伐后林分郁闭度保持在0.6～0.7之间。

②中度低效型次生阔叶林：采取伐除林分病腐木、枯立木、霸王树，以及清除补植处四周0.5m范围内杂灌草等生态抚育措施，改善林分卫生状况，林分郁闭度保持在0.5～0.6；

③重度低效型次生阔叶林：伐除影响更新层生长的低质、劣势、濒死杂木，清除补植处四周0.5m范围内杂灌草；

(3)补植前整地：在秋季10月末～11月中旬结冻前进行局部整地，清除穴内杂质，做到表土还原，土细疏松；整地方式以穴状整地为主，规格为40cm×40cm×30cm或50cm×50cm×40cm；在林窗较大的林地，可采用块状整地，规格为100cm×100cm×40cm；

(4)林分结构调控模式：

①间阔补针：伐除弯扭或长势较差的阔叶树木后，采取森林抚育措施，在间伐处、林窗、林冠下补植针叶树种，使之形成针阔混交林；此种措施主要适用于轻度低效型次生阔叶林和中度低效型次生阔叶林；

②保阔补针：林地卫生伐清理后，尽可能保留现有桦木等阔叶树种，在林窗、林冠下补植针叶树苗，达到调整林分树种结构、培育针阔混交林的目的；此种措施主要适用于重度低效型次生阔叶林；

(5)补植方法：根据林地目的树种林木分布现状，以及林地卫生伐清理和郁闭度调整状况，确定补植方法，包括现有林木分布比较均匀的林地的均匀补植方法，现有林木呈群团状分布、林中空地及林窗较多的林地块状补植方法，耐荫针叶树种的林冠下补植方法；

(6)补植时间：以春季补植为主，秋季补植为辅，在雨季进行补植；

(7)补植密度：

①轻度低效型次生阔叶林：按照每2棵阔叶树比1棵针叶树的比例进行补植，补植后混交林为2500～3000株/hm2，林分树种结构调整为针叶：阔叶树种为1：2；

②中度低效型次生阔叶林：按照每2～3棵阔叶树比1棵针叶树的比例进行补植，补植后混交林为2000～2500株/hm2，林分树种结构调整为针叶：阔叶树种为1：2～1：3；

③重度低效型次生阔叶林：尽量保留桦木等阔叶树种，按照每1棵阔叶树比1棵针叶树的比例进行补植，补植后混交林达到1500～2000株/hm2，林分树种结构调整为针叶：阔叶树种为1：1。

6.根据权利要求1所述的一种提升次生阔叶林土壤涵水能力的林分结构调控技术，其特征在于：所述的S2中林分管理方法为：

(1)补植针叶树种后，注意浇水，确保苗木成活率在95％以上，次年保存率在90％以上；补植第2年，对保存率未达到90％的林地进行补植；

(2)次生阔叶林补植针叶树种后，连续抚育3～5年，对周围阔叶乔木适当透光抚育，并注意割除影响补植针叶树种生长的杂灌草，促进林分生长和生态功能提升。

7.根据权利要求1所述的一种提升次生阔叶林土壤涵水能力的林分结构调控技术，其特征在于：所述的一种提升次生阔叶林土壤涵水能力的林分结构调控技术适用于岷江上游、大渡河中上游、金沙江和雅砻江中上游亚高山地带暗针叶林砍伐迹地上自然恢复形成的低效次生阔叶林。