黄河三角洲为黄河尾闾不断摆动形成,母质为黄河冲积物,底部为海相沉积物,土壤以盐化潮土和滨海盐土为主,土壤含盐量高,一般在0.4%以上,局部地块高达2%以上,0—100 cm土体加权平均含盐量达0.58%,土壤盐分组成以氯化物为主,土壤熟化度低,质地黏重、养分贫瘠,自然条件恶劣,天然植被类型少,主要是一些天然灌木植被和滨海盐生草本植被,如柽柳、芦苇、碱蓬等。植物区系的特点是结构简单、组成单一,生物多样性低,土壤的改良效果差^[1]。因此,在盐碱地进行人工造林绿化,是该区域植被恢复与生态改良、持续利用土地、建设高效生态经济区之有力保障。

柽柳(Tamarix chinensis)是黄河流域和沿海地区盐碱地分布的主要树种之一,有天然次生林和人工林,为典型的泌盐植物,具有较高的耐盐能力,对土壤的改良效果较为明显。有研究表明,5～10 a生柽柳林可使土壤盐分含量降低47.39%,是目前黄河三角洲盐碱地脆弱生境的主要先锋树种,是维持该地区生态环境的重要支柱^[1]。近年来,由于受自然因素和人为因素的影响,黄河三角洲盐碱地某些区域的天然柽柳次生林群落出现退化现象,柽柳林木生长缓慢或停滞,甚至出现负生长,林相残败,林木覆盖率严重降低,土壤次生盐渍化加重,导致湿地生态系统退化^[2]。因此,亟待对该地域的退化柽柳林分进行保护及改造。徐梦辰^[3]、夏江宝^[4]等对黄河三角洲柽柳群落退化特征及柽柳低效次生林质效等方面进行了探讨研究,但有关次生柽柳退化林的改造及改造后的效应分析评价等研究未见报道。本文以黄河三角洲盐碱地区生产实践的工程造林中对天然次生柽柳退化林更替改造形成的刺槐、白榆、白蜡和盐柳4种林分为研究对象,分析比较其林分(生长)状况、林下植被种类和林地土壤等方面的效应并进行综合评价,以期筛选次生柽柳退化林分更替改造的适宜林分类型,为黄河三角洲盐碱地天然次生柽柳退化林分的保护与改造提供理论依据和技术支撑。

在黄河三角洲盐碱地退化林分的更替改造中,造林树种选择至关重要,是更替改造成败的重要因素之一^[19]。乔艳辉等^[20]在黄河三角洲人工衰退林分更替改造模式的分析与评价中提出,在衰退林分的更替改造中,首先应依据立地条件考虑选择在盐分、干旱等主要限制因子的表现上相当或者高于原有衰退林分的树种。针对次生柽柳林分由于受到人为干扰等因素的影响,林分出现退化成为残次林后,人工更替改造为刺槐、白榆、白蜡和盐柳4种林分模式,本研究分析了其更替改造5 a后的林分状况。分析表明,4种更替改造模式的林分状况因树种的不同而表现出较大的差异,尤其是林分郁闭度和保存率2个林分指标,以刺槐林分状况最好,白榆和白蜡次之,盐柳林分状况最差,这固然与树种的特性(树种不同,其生长速度不一样)有关,但主要原因是由于黄河三角洲地区盐碱地土壤的次生盐渍化和干旱等因素的影响^[21],刺槐树种的耐盐能力虽然不如白榆和白蜡,但其抗干旱的能力却强于这2个树种,在干旱、次生盐渍化相互交织的生境下,刺槐林分生长状况明显好于白榆和白蜡; 而盐柳树种在耐盐和耐干旱能力上都要差于刺槐、白榆和白蜡这3个树种,所以原本应该生长快的树种,其林分生长速度反而不如白榆和白蜡,这与乔艳辉等对衰退人工八里庄杨更替改造为白榆和盐柳2种模式林分的研究结果^[20]相似。

有关研究表明,在黄河三角洲盐碱地上造林之前实施的台田、条田整地和土壤淋溶洗盐等工程、水利措施,能有效地降低土壤表层含盐量,使得造林之初栽植的成活率得到保障,但在地下咸水埋深浅、矿化度高、蒸降比大等自然因素影响的条件下,造林地极易发生土壤次生盐渍化^[15,22]。通过本研究对次生柽柳退化林分更替改造的4种模式的林分(生长)状况和土壤改良效应的分析来看,除了树种选择之外,造林栽植密度等也是需要考虑的重要因素之一。本研究的4种更替改造模式中,刺槐林栽植株行距为1.5 m×2 m,其他3种林分栽植株行距为2 m×3 m,由于刺槐林的密度较大,能及早郁闭,使得刺槐林分的土壤蒸发量减少,抑制了土壤返盐,林分状况得到改善,不仅提高了林分生长,而且在林地土壤的改良效应上效果亦明显突出。

虽然目前针对退化林分的改造已有很多的研究和实践,但针对不同成因、不同立地条件下的退化林分提出针对性强的改造技术和模式尚需要进一步加强和深入地提炼研究^[19]。本研究仅是次生柽柳退化林更替改造为4种模式的林分在5 a时的效应分析与评价,而对退化防护林改造的研究是个连续的过程,随着时间推移,在黄河三角洲盐碱地恶劣条件下,这4种更替改造的林分效应的表现尚需进一步观察和研究。另外,退化林分的改造不仅涉及到技术因素,还涉及很多政策因素。本研究的对象是因工程建设和景观提升需要对退化的次生柽柳林皆伐更替为4种不同模式的林分筛选,在实际工作中,具体模式的应用还需要依据黄河三角洲地区盐碱地防护林是生态公益林的实际,处理好技术与政策的关系。

(1)黄河三角洲次生柽柳退化林分皆伐更替改造的4种模式5 a后的林分生长效应因模式不同而存在较大差异,尤其在林分郁闭度和林木保存率方面差异明显。其中刺槐林郁闭度最大,林木的保存率最高,生长表现亦最好,林木叶片未受到盐害; 白榆和白蜡2种林分在林分郁闭度和林木生长方面差别不大,生长势分别表现为一般和较差,林木叶片分别受到轻度和轻—中度危害,但在林木保存率方面白榆较白蜡提高了15.9%; 盐柳林分的郁闭度和林木保存率皆最低,原本是生长速度与刺槐接近的树种,但其生长却远远低于刺槐,亦不如白榆,仅比白蜡略高,林木叶片受到重度盐害。

(2)次生柽柳退化林分皆伐更替为4种模式5 a后,不同林分的林下植被种类和生长情况发生了变化。总体来说,因更替改造后林分的生境好于次生柽柳退化林,林下植物种类增多,耐中—重度盐碱植物种类减少,耐轻—中度盐碱植物种类增加。由于刺槐林分的郁闭度高(0.9),其林下植物种类减少且生长差; 白榆和白蜡2个林分由于郁闭度适中,适宜生长的植物种类增多,生长表现较好; 盐柳林分虽然郁闭度较低,但因其生境条件较差,耐中度盐碱的茵陈蒿出现,除了较耐盐的獐毛和茵陈蒿外,其他植物生长都较差; 次生柽柳退化林分林地土壤含盐量已经达到0.88%,适应植物生长的环境条件进一步变差,植物种类只有4种,而且出现了耐重度盐分的碱蓬植物,耐中度盐碱的獐毛植物生长变差。

(3)4种更替改造模式的林地土壤容重、孔隙度、盐碱状况、有机质和养分含量等理化指标皆比次生柽柳退化林有明显改善,除了土壤容重和非毛管孔隙度外,其他指标皆达到显著性差异(p<0.05)。更替改造的4种林分因模式的不同,其理化性能改善存在较大差异,以刺槐林的土壤改良指标为最佳,白榆和白蜡林次之,盐柳林最差。通过林分(生长)状况和改良土壤效应的综合评价,5种林分的综合效应为:刺槐林>白榆林>白蜡林>盐柳林>次生柽柳林。

依据柽柳退化林更替改造的4种模式在林分状况、林地土壤理化指标、林下植被的比较分析及综合评价,以刺槐林为最佳,白榆林次之,白蜡林较差,盐柳纯林最差,不宜选用。因此,在黄河三角洲盐碱地次生柽柳退化林分的更替改造中在对树种的选择时,应依据立地条件,不仅考虑树种的耐盐能力,还应考虑树种的耐干旱能力。