洞庭湖湿地防浪林三角形树团造林模式力学分析

李锡泉, 张灿明， 马丰丰

(1.湖南省林业科学院， 湖南 长沙 410004; 2.国家林业局洞庭湖湿地生态系统定位观测研究站， 湖南 岳阳 414000)

洞庭湖湿地防浪林三角形树团造林模式力学分析

李锡泉1, 2, 张灿明1, 2， 马丰丰1,2

(1.湖南省林业科学院， 湖南 长沙 410004; 2.国家林业局洞庭湖湿地生态系统定位观测研究站， 湖南 岳阳 414000)

以洞庭湖湿地三角形树团造林模式营建的川三蕊柳防浪林为研究对象，以传统造林模式为对照，研究扦插苗偏离机制。结果表明：受力点距树苗基部距离、拉力大小、造林模式三者对扦插苗偏离角度均存在显著影响(P<0.001)。随着受力点的升高，川三蕊柳扦插苗偏离角度明显增大；在近树苗基部受力(10cm)，拉力大小及造林模式对扦插苗偏离角度不存在影响，而在距树苗基部较高处受力(30cm与60cm)，三角形树团造林模式可导致扦插苗偏离角度明显减小。

三角形树团； 防风林； 防浪林； 造林; 洞庭湖

林业是生态文明建设的主体，在维护和改善生态环境、保持生态平衡、保护生物多样性、保障国土安全等方面发挥着巨大作用。长期以来，通过不断优化造林模式，林分质量与生态系统功能得到明显的提高[1-4]。因造林所采用的幼苗小，以1～2年生为主，增强树苗抗外压能力成为了营建防风林、防浪林等特殊防护林的关键。与传统造林模式相比，树团造林模式，如三角形、正方形、菱形树等能将多株树苗构成一整体，可承受更大的外界压力，在抗风、抗浪上具有明显的优势，有利于提高树苗成活率、树干直度，增强林分景观效果[5-7]。也有研究表明,团状造林有利于提高树种的材积生长量[8-9]。然而，前期研究主要集中于树团造林模式的应用，有关树团模式的力学分析甚少。

洞庭湖为长江中下游最为典型的通江湖泊，在维持区域生态平衡、保持生物多样性和珍稀物种资源以及蓄洪防旱、涵养水源、降解污染等方面起着重要作用。洞庭湖湿地植物从空间格局上呈现出明显的由高程对应的带状分布特点，对生境的维持与功能的维护具有重要意义[10-11]。洞庭湖湿地有野生维管植物58科150属229种，其中木本植物占2.1%，草本植物占97.9%[12]。川三蕊柳(Salixtriandroides)是洞庭湖湿地最为典型的原生木本植物，因其分枝多，枝叶柔顺，具有较强的抗风、抗浪与护堤功能[13]。然而，在全球变化以及人为干扰的双重影响下，川三蕊柳的数量与面积呈急剧下降趋势，已成为洞庭湖湿地重要的濒危物种之一。因此，我们以洞庭湖湿地营建的川三蕊柳防护林为研究对象，通过对三角形树团造林模式力学分析，揭示三角形树团造林模式抗风、抗浪的机理，为川三蕊柳的恢复提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验方法

研究地点位于湖南省岳阳市华容县幸福乡洞庭湖洲滩(112°47′07.57″E，29°16′23.18″N)。2012年2月，以树干接近直立的2～3年生川三蕊柳幼苗(高1.5m)为扦插苗，以边长为1m的等边三角形作为树团形状，树团之间行间距均为2m，以传统的造林模式(1m×1m)为对照，幼苗扦插深度为50cm。分别以湖区原生植物芦苇秆与纤维绳为材料，自制边长为1 m的等边三角形框架于扦插苗基部固定树苗。芦苇秆固定、纤维绳固定与传统造林3种模式的川三蕊柳扦插苗面积均为600m2。2013年5月，于雨季来临前，在距离扦插苗基部以上10cm、30cm、60cm的高度作为受力点，分别采用120 N、80 N的水平力拉扦插苗，川三蕊柳幼苗偏离初始位置的角度，即为扦插苗偏离角度。力采用NK系列的拉力计测定，偏离角度采用量角器测定，每种造林模式选取20株川三蕊柳扦插苗用于测量。

1.2 数据处理

采用一般线性模型分析受力点距扦插苗基部的距离、拉力大小、造林模式三因素对川三蕊柳幼苗偏离角度的影响，并检验三者之间的交互作用。对不同处理的扦插苗偏离角度做Tukey式多重比较。以上数据处理均采用统计分析软件SPSS17.0进行。

2 结果与分析

受力点距川三蕊柳扦插苗基部距离、拉力大小、造林模式三者对扦插苗偏离角度均存在显著影响(P<0.001)，受力点距树苗基部距离与拉力大小及与造林模式两者之间存在显著的交互作用(P<0.001)，而拉力大小与造林模式两者之间，受力点距树苗基部距离、拉力大小与造林模式三者之间交互作用不显著(P>0.05)。

多重比较结果表明(见表1)，同一拉力与受力点下，芦苇秆与纤维绳固定三角形树团的两种造林模式对扦插苗偏离角度的影响无明显差异。在距川三蕊柳扦插苗基部30cm与60cm处，三角形树团造林模式扦插苗的偏离角度显著低于对照；而在10cm处，三种模式扦插苗偏离角度差异不显著。以120 N为例，在距离基部30cm处，芦苇秆与纤维绳三角树团扦插苗偏离角度分别为9.3°与9.8°，对照为14°；距离基部10cm处，芦苇秆、纤维绳与对照三种造林模式扦插苗偏离角度分别为1.8°、1.9°和2.9°。同一拉力下，川三蕊柳扦插苗偏离角度随着受力点距树苗基部距离增加而增大。以80N拉力为例，在10cm处，芦苇秆三角形树团造林模式扦插苗偏离角度为1.2°，在30cm处为7.0°，而在60cm处达到21.4°。可见，随着受力点的升高，川三蕊柳扦插苗偏离角度明显增大；在近树苗基部受力，拉力大小以及造林模式对扦插苗偏离角度不存在影响，而在距扦插苗基部较高处受力，树苗偏离角度随着拉力增大而增加。相比对照，三角形树团造林模式有利于减小扦插苗偏离的角度。

表1 三种造林模式扦插苗偏离角度(平均值±标准差)Tab.1 Deflectedangleofcuttingsbythreeforestationmodels(means±S.E)受力点距基部距离(cm)拉力(N)偏离角度(°)芦苇秆树团纤维绳树团对照10801.2±0.3a1.1±0.2a1.9±0.4a101201.8±0.3a1.9±0.2a2.9±0.9a30807.0±1.2b9.4±1.1bc10.6±2.1c301209.3±1.4bc9.8±0.3bc14.0±2.0d608021.4±2.7e23.6±2.3e28.0±3.4f6012028.0±2.1f30.4±2.2f34.6±2.9g 注:不同字母表示差异达到显著水平(P<0.05)。

3 结论与讨论

研究结果表明，三角形树团造林模式对川三蕊柳扦插苗存在不同程度的影响，在近扦插苗基部受力，对扦插苗偏离角度不存在影响，而在树苗较高处受力，将导致扦插苗的偏离角度相比对照明显减小。三角形树团造林模式，在承受外界推力或拉力时，树苗通过支架构成一整体，将推力逐步分解，降低单株所承受的外界力，从而导致扦插苗偏离角度的减小。在防风林与防浪林营造过程中，受风压或风浪的影响，树苗易倒伏或倾斜，三角形树团造林模式一方面可提高树苗的成活率，另一方面对树冠结构、光合利用率产生重要影响，从而增强防风防浪的效果。根据防风林抗风原理，采用最小的面积正面逆对强风，再用斜面化解强风, 以减轻强风对自身的冲击[4,14-15]。以三角形树团模式为例，树团角正对迎风方向，形成了一个尖角和斜面，确保防风林以最小的面积正面逆对强风，而斜面能改变风向、化解风力, 减少强风对防风林的正面冲击。

此外，研究结果还表明，采用湖区芦苇秆与纤维绳固定三角形树团的造林模式对川三蕊柳树苗偏离角度的影响差异不显著。因芦苇秆为湖区原生植被，材料充分，在树苗成活后(2～3年)能分解为植物可循环利用的有机物质，有利于矿物质的归还，相比纤维绳，更为环保。因此采用生态环保材料，如芦苇秆、秸秆等作为固定材料，科学布局三角形树团造林结构，有利于提高树苗成活率，增强群落防风、防浪能力。

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Mechanicalanalysisonforestationmodeloftriangletree-groupsinwavebreakforestintheDongtingLakewetlands

LI Xiquan1, 2, ZHANG Canming1, 2， MA Fengfeng1,2

(1.Hunan Academy of Forestry, Changsha 410004, China; 2.Dongting Lake Station for Wetland Ecosystem Research, Forestry Bureau of China, Yueyang 414000, China)

Taking shelterbelt ofSalixtriandroidesby triangle tree-group as objects and by conventional model as control in the Dongting Lake wetlands, deflected process of cuttings seedlings were studied. The results showed that, the distance from pull point to seedlings base, pull force and forestation models had significant effects on the deflected angles. Deflected angles increased with the increasing distance from pull point to seedling bases. In the lower place of seedlings (10 cm), deflected angles did not differ among 3 forestation models and 2 pull forces. However, in the higher places (30 cm, 60 cm), defected angels was lower in triangle tree-group than in conventional forestation model.

triangle tree-group; shelterbelt; wavebreak forest; forestation; Dongting Lake

2013-12-14

国家林业局公益性行业专项(201104065)；国家国际科技合作专项(2012DFB30030)；湖南省科技厅计划项目(2013WK4012, 2013FJ6048)。

S 725

A

1003 — 5710(2014)02 — 0001 — 03

10. 3969/j. issn. 1003 — 5710. 2014. 02. 001

(文字编校：张 珉)