全 文 ：收稿日期: 20021126
基金项目: 辽宁省科技厅研究项目( 1996 1999年) ,编号 199775
作者简介: 陈忠东( 1969 ) ,男,辽宁本溪人,工程师,现从事森林培育研究工作.
林业科学研究 2003, 16( 3) : 312~ 318
Forest Research
文章编号: 10011498( 2003) 03031207
放牧干扰对林地及林木生长影响分析与评价
陈忠东
(辽宁省森林经营研究所, 辽宁 丹东 118002)
摘要: 连续 3 a采用定位观测和临时调查的方法对因放牧所引起的地表物理变化、水土流失、幼林遭
受伤害程度等方面进行了较为系统的研究,结果表明: 牧期牛在牧场中对林地地表的土壤物理性状的
影响有一个渐变过程, 并呈累积值,当土壤密度达到 13 g cm- 3时呈相对衡定状态。牧场中水土流失
与放牧强度呈正比, 最大差值试验区与对照区的比可达 297 倍。通过对本溪、丹东两市混牧林的抽
样调查表明: 牛对幼树的伤害途径主要为践踏和耍角 ,但通过分析也证明,当落叶松幼林平均高度为
20 m 时可进行适度放牧,但伤害指数不能高于50。当落叶松幼树平均高度在2 0 m 以下及坡度大于
30!时应划为禁牧区,人工林平均高 3 m 以下不应作∀卧牛场#。
关键词: 混牧林;土壤物理性状;水土流失量; 伤害指数
中图分类号: S7147 文章标识码: A
林区牧业在辽宁省东部意义重大, 不但是区域经济的支柱, 也关系到该区域的民生。
辽东山区林牧矛盾由来已久,尤其在集体林中显得更为突出。在∀可持续发展#愈加被人
们认识的今天, 如何合理地开发和利用森林生态环境资源,使有限的森林资源在得到保护、发
展的前提下进行适度开发利用,以期达到最大效益产出,是辽东山地林区的重要研究内容。
长期以来, 从林业的角度,对上层林木的研究可谓硕果累累, 而从混牧林的角度对森林生
态系统进行综合性研究, 尤其以林牧结合为主要对象而展开的系统研究及其报道却并不多见。
贾云等 [ 1, 2]曾以生态学的观点,对该区域混牧林草系统特性等进行过研究。进一步测定混牧林
中的主要环境因子变化规律, 并在此基础上制定出适合于生产应用和有利于可持续发展的关
键性阈值,是本文研究的目的。
1 研究方法
11 固定观测场基本概况
本次研究共设固定观测场两处,弯沟子林班试验区和倒木沟林班试验区,位于辽宁东部山
区中心部位的本溪县草河口镇正沟村内,弯沟子林班试验区总面积 564 hm2 ,包括各种林分类
型小班 23个, 其中 1、7、48年生人工落叶松( Larix kaempf eri ( Lamb. ) Carr. )纯林约 20 hm2 ; 15~
50年生天然次生杂木林约 20 hm2 ; 30年生柞树( Quercus mongolicus Fisch. )纯林近 67 hm2 ;林间
旷地 67 hm2 ;灌木林及林道沟谷等约 27 hm2 ,是本次试验研究的主观测试验区。倒木沟试验
区总面积1 59 7 hm2 , 其中 20 ~ 5 0年生阔叶杂木林面积1 33 hm2 ; 人工落叶松和红松
( Pinus koraiensis Sieb. et Zucc. )纯林 13 hm2 ; 空旷地、林道、溪流等占地近 13 hm2。是本次试验
研究的副观测试验区。
两试验区均为立地环境、林分类型多样, 具有完整齐全的小流域特征。本试验区内木本植
物约有 50科 80属 200余种,草本植物约 60科 70属 300种,基本代表了辽东山区植被区系及
地理地貌特征[ 3, 4]。
12 固定观测场设置及测定内容
在正沟村弯沟子林班内, 首先根据总体研究方案的要求进行试验类型区划,根据林分类型
的不同划分试验小区 12个,每试验小区内设固定观测场 1处 400 m2 ,在每固定观测场中心部
位设置2 m∃ 3 m绝对禁牧对照小区各 1处。
为了解林分内不同放牧强度所引起的森林生态环境的变化, 又在弯沟子试验区内设置地
表迳流观测场 3组,每组分设试验区及对照区,对照区即为铁刺线圈定的绝对禁牧区。设临时
气象观测哨。测定主要内容为:降水量;降水强度;温度;湿度;试验区及对照区地表迳流量;泥
沙流失量;各区迳流出现及消退的时间。地表迳流观测场面积为 10 m2 ,皆为 25 cm宽度木板,
缠围塑料薄膜后,顺山埋设成∀ #型状,地面留板高度 15 cm。下口处设糟及导管, 并以塑料
桶截流,迳流量经充分沉淀后量测,其泥沙则烘干称质量求之。
本次研究, 以林内放牧的黄牛( Bos tauyusdomestica)为对象而展开, 自 1996年春起, 在经区
划的弯沟子林班内, 按研究计划的要求确定牲畜数量并设专人放牧。共设定供试牛 14头,平
均年龄 35岁,试验初始平均体质量为 2123 kg, 其中公牛 8头,母牛 6头(共 119标准牛单
位) [ 5]。试验区内:标准牛单位 387 hm- 2。
13 临时样地调查
本项研究除设置 12组固定观测场外,也对辽东混牧林业的现状进行了典型性调查。调查
工作历时 2 a,共调查临时典型样地 36块,其中本溪地区 25块,丹东地区 11块,调查的主要内
容为:林木因牧伤害指数,放牧对林木伤害的直接原因,林龄,单位面积载畜量, 坡度,放牧地间
隔天数, 牧草高度, 牧草盖度。其中林木伤害指数划分标准为: % 无伤, & 轻伤,
∋ 因伤停止生长, ( 濒死, ) 因伤死亡。
伤害指数计算则依下列公式计算:
伤害指数= 伤害株数 ∃代表数值株数总和∃ 伤害最重的代表数值 ∃ 100 ( 1)
14 土壤物理性状变动测定
3 a内定期观测试验小区及对照区土壤物理性状、土壤坚实度的变化规律。土壤物理及坚
实度的测定方法皆依 GB7833~ 784787∗森林土壤分析方法+, 标准操作和计算,每次土壤调查
设重复 3次。而土壤坚实度测定为土壤坚实度测定仪在 60 N压力下量测探头入土深度, 每样
地每次测样点数不少于 30个,连续3 a,分春秋两季重复测定。
2 结果与分析
21 放牧对林分生态环境作用分析
林中混牧的直接目的是提高单位面积林分经济效益的产出量, 而提高经济效益产出量又
必须在可持续发展的原则下进行。一个完整的森林生态系统由于畜牧的介入,直接引起的破
313第 3 期 陈忠东:放牧干扰对林地及林木生长影响分析与评价
坏作用,除导致林木的伤害( 20 m以下人工幼林)外,还有对林地地表的破坏。
211 不同放牧强度对土壤物理性状作用分析 经测定[ 6] , 由于牧场质量的不同, 牛的行进
速度和活动范围有所不同,对牛群跟踪测定表明,对一般林间或林下牧场而言,牛群日行进距
离为 2 100~ 2 500 m,估算日着蹄面积约 44 m2 , 试验区内 14 头牛的着蹄面积总和约 616 m2。
1997年至 1998年秋,各观测样地的土壤物理变化明显地表现出由于放牧而引起林地(试验区)
地表综合性物理指标下降,影响主要在A层(表 1)。在按牧场类型的样地资料分析中,试验区
与对照区间、连续 2 a放牧与连续 2 a 保护地(对照)诸研究因子间,经方差分析呈差异显著。
但各放牧试验场之间比较结果关系不显著。
表1 不同放牧试验场 A 层土壤物理性状变化分析
样地 渗透系数( 10, )试验区对照区
最大持水量%
试验区对照区
毛管持水量%
试验区对照区
土壤密度( g cm- 3)
试验区对照区
毛管孔隙%
试验区对照区
非毛管孔隙%
试验区对照区
总孔隙%
试验区对照区
旷地试验
牧场
13
19
31
148
856
719
1453
697
430
553
810
591
13
10
09
09
486
558
747
534
65
30
67
86
517
588
814
621
针叶林下
试验牧场
03
05
12
56
770
445
437
549
336
408
418
525
13
13
12
11
400
491
478
329
45
43
27
26
444
534
504
657
阔叶林下
试验牧场
14
15
44
100
590
934
755
815
540
820
670
771
10
08
09
08
545
637
580
663
49
35
73
64
594
671
653
726
幼林地
试验牧场
29
27
103
86
575
763
772
607
527
703
733
575
10
09
10
09
550
619
711
543
47
52
61
30
597
671
772
573
注:试验时期为 199708 199810
212 不同放牧强度对土壤坚实度的影响
林分中由于放牧因素的介入, 可直接导致林
地地表层土壤的物理性状变化,这一变化主
要为土壤的坚实程度, 土壤的坚实程度不但
涉及林木的生长,也同样涉及林分内牧草的
年生产能力和林地地表的迳流程度等问题。
因此认为, 深入研究放牧试验场土壤地表坚
实度十分必要。1997 1998 年间对所设 12
个试验场进行了 4次固定区域的连续测定,
每次测定均为试验区与对照区同时进行, 将
所测定结果平均值列表2。其结果显而易见,
表 2 土壤坚实度变化分析 cm ( 60N) - 1
测定
时间
测定
对象
旷地
牧场
针叶林
下牧场
阔叶林
下牧场
幼林地
牧场
19970522 试验区 651 505 800 340对照区 875 773 925 473
19970923 试验区 680 390 665 257对照区 765 630 803 487
19980507 试验区 1010 900 778 650对照区 1390 1460 1218 840
19981006 试验区 675 515 820 410对照区 825 995 1148 753
试验之初,随放牧强度的增加,土壤坚实度增加, 1996年 5月设置样地并开始实施试验, 1 a后
( 1997年 5月 22日)测定的 12个样地内试验区与对照区之间产生的积差和为2232,而至 1998
年5月 7日测定时积差和达到了4310, 待1998年 10月 6日再测时, 试验区与对照区之间积差
和基本与 5月测定结果相近,基本无差别。由此可见,牛在践踏过程中对土壤坚实度的影响是
一个积累值,但当土壤密度为 13 g cm- 3后又基本呈衡定状态。在设定的弯沟子试验区内原
来就是一个不定期的自由牧区,因此在绝对禁牧的对照区内也存在一个相对的恢复疏松问题。
在12组固定观测场对照区内连续 4次的测定结果可大致看出:仍在继续恢复疏松的观测场有
5块,而表现无规律或规律不明显的有 7块。
314 林 业 科 学 研 究 第16卷
213 放牧与地表迳流关系分析
放牧不仅导致土壤板结, 也关系到
饲草的种类构成及枯落物层等的系
列变化, 又可引发地表迳流产生。
为此, 于 1997年春季设置观测场,
经 1 a 的规律性放牧后, 1998年夏
季正式启测。测定期间产生迳流的
降雨有 3次, 测定结果列表 3。其
中,第 %组样地为新植落叶松幼林
表 3 3次降水产生迳流的测定结果
样地 降水总量mm
降水强
度( mm h- 1 )
样方内迳流
量( mL h- 1 )
携带泥沙
量( g m- 2)
迳流发生
时间
% 1732 824 512 057 4 h 30 min
对照 1732 824 81 010 2 h 8 min
& 1732 824 767 0233 1 h 40 min
对照 1732 824 557 0098 30 min
∋ 1732 824 13513 1119 3 h 23 min
对照 1732 824 262 0377 1 h 13 min
地牧场,每 10 d放牧 1次,第 &组样地为21年生阔叶林地牧场,每 20 d放牧 1次, 第∋组样地
为5年生落叶松幼林地牧场,每10 d放牧 1次。统计结果表明, 各组试验与对照区之间的差异
十分明显, 并呈随降水强度增强, 迳流量与携带泥沙量增加。即使对照区经 2 a的地被物保
护,迳流中同样存在泥沙, 只是量上有所差别, 若求试验区与对照区间的净增加量则 %组为
047 g m- 2 , &组为 0137 g m- 2 , ∋组为 10813 g m- 2 , 放牧强度与泥沙流失量成正比。第∋
组观测场虽为牧压最小, 但由于立地环境的关系, 而导致的泥沙流失量却是对照区的 297倍。
由此可见, 坡度对混牧林业可持续发展的重要性,故本项研究也将林地坡度 30!以上定为禁牧
坡度。方差分析的结果也表明,各试验样地间、试验区与对照区间均成差异极显著。
22 放牧对幼树损伤的直接原因分析
森林资源的综合利用, 应是以可持续发展为前提[ 7] , 过度放牧的结果同样可导致牧场退
化、水土流失、植物物种资源减少等问题,最直接、最明显的损失是对林木的伤害,在因放牧受
损的林分中,树高不超过 2 m的幼树被伤事件多在 90%以上。
为明晰辽东地区放牧对林木伤害的程度,采取重点林区、典型临时样地调查的方法, 对伤
害指数 Yj ; 放牧与林木伤害相关因子(牧道、林缘、牧场、林内) X 1 ;林木伤害直接因子(耍角、践
踏、耍角+ 践踏) X2 ;林龄 X 3 ; 单位面积载畜量 X 4 ;树高 X 5 ; 坡度 X 6 ;放牧间隔天数 X 7 ; 牧草
高度 X 8 ;牧草盖度 X9。9项因子进行综合数量化分析。其中林木伤害指数按( 1)式求得。林
木伤害指数划分标准为: % 无伤; & 轻伤; ∋ 因伤停止生长; ( 濒死; )
因伤死亡。
调查样地共 36块,其中本溪地区 25块,丹东地区 11块。调查目的之一是为了探讨辽东
山区具有普遍意义的放牧与林木损伤直接原因及混牧林的有关阈值。考虑调查因子中含有部
分定性因子,采用数量化理论 %( 2)式的方法进行分析[ 8]。
Yk = B0 + −p1+ 1
j= 1
−mj
i = 1
B( j , i ) k ( j , i ) + −p
j= p
1
+ 1
B ( j ) Xkj ( 2)
式中:
Yk.第 k 点的因变量值; k ( j , i )第 k 点第 j 定性因子第 i 等级的反应(或 1或 0) ; X kj.第 k
点第j 定量因子的观测值。
B0.常数; B ( j , i) .第 j 定性因子第i 等级得分; B ( j ).第 j 定量因子的回归系数;M j.第 j 定性
因子的等级数。
315第 3 期 陈忠东:放牧干扰对林地及林木生长影响分析与评价
分析各调查因子对林木伤害的综合作用程度。复相关系数依( 3)式获得
R = − ( y^ - y ) 2
Lyy
( 3)
而各调查因子对伤害指数的偏相关值则依( 4)式
r ij =
- R ij
R ij/R ij ( 4)
偏相关系数 t 检验则依( 5)式的方法获得。
t ij =
r ij
1- r
2
ij
∃ n - k ( 5)
设.各自变量 X i 与伤害指数(因变量) Yj 间是 10维向量,它们的分量是相互独立的。经运算,
复相关系数: | R | = 0932 6 > R001 = 0448 7。
偏相关系数较为充分地描绘出了因放牧而导致林木损伤的重要因素, 其偏相关值序列:
r ( x 4 ) = 0742 > r ( x1 ) = 0604 > r( x 5 ) = - 0561 > r ( x 8 ) = - 0531 > r ( x 7 ) = - 0439 >
r ( x 3 ) = 0271 > r ( x 6 ) = 0231 > r ( x 2 ) = 0217 > r ( x 9 ) = 0097。
依照( 5)式的定义,偏相关系数呈显著的列于下:
r0,1 = 0603 7< t 0, 1 = 3470 1* * > t 001 = 2831 r0, 4 = 0742 5 < t 0,4 = 5079 7* * > t 001 = 2831
r0, 5 = - 0561 1< t0,5 = - 3106 4* * > t001 = 2831 r0,8 = - 0530 9 < t 0,8 = - 2870 9* > t001 = 2831
运用数量化理论%的方法,对调查数据进行的系统分析的结果表明: 放牧对幼林伤害的
综合作用( R = 0932 6 )呈相关极度紧密。
通过上述分析, 在9项调查因子中起至关重要的因素有 3项, 分别为 X 1 (耍角、践踏) ; X 4
(单位面积有林地载畜量) ; X 5 (树高)。偏相关系数分别达到了 r0- 1= 0603 7; r 0- 4= 0742 5;
r 0- 5= - 0561 1,均呈显著相关。通过这一分析, 基本找出了幼林伤害的主要因子及问题的解
决办法。
23 几个阈值界定
231 林木损伤阈值界定 界定
阈值是针对辽东山地林区普遍存在
的幼林地内无序放牧导致幼林被毁
的现象而进行的。在辽东地区受害
最重的为落叶松幼林, 约占受害总
面积的 80%以上, 因此调查以落叶
松幼林为对象进行。对 31块样地
调查资料采用( 1)式求算伤害指数,
从大于 40的资料(表 4)中看出,林
分平均高均在 20 m 以下, 其中 %
~ &级伤害木占林分总株数的
553%; (~ )级伤害木占 269%。
表 4 落叶松幼林放牧后伤害分布状况
样地号 树高m 现存株数
(株 hm- 2 )
损伤标准及株数分布
% & ∋ ( )
伤害
指数
伤害主要
原因
倒木沟 1 13 3 572 6 12 9 3 8 574 耍角
倒木沟 2 15 3 640 13 9 15 4 6 519 耍角+ 践踏
倒木沟 3 20 3 900 16 10 12 8 7 441 耍角
弯沟子 16 2 940 24 17 18 18 15 563 耍角
正沟 1 18 3 705 41 11 9 22 8 4152 耍角
正沟 2 16 3 860 54 30 13 16 17 4646 耍角
正沟 3 15 3 530 37 9 9 21 6 4805 耍角
草北 1 16 2 670 53 16 9 5 19 4451耍角+ 践踏
叉沟 1 10 2 860 37 16 20 6 16 4905耍角+ 践踏
校前山 14 2 910 58 18 11 11 9 4037 耍角
老金厂 21 3 070 30 21 16 17 11 5116 耍角
316 林 业 科 学 研 究 第16卷
对伤害指数大于 40的林分现
行状况调查的结果表明: 对生长的
过程中的 &级伤害木将会产生一定
影响。对 ∋、(级伤害木,若不继续
发生危害, 至少有 10%以上的伤害
木可恢复生长(表 5)。当林分的伤
害指数低于50时, 每公顷株数尚存
3 000株以上,仍接近辽宁省技术监
督局颁布的∗DB. 森林经营技术规
程+规定的保留株数线[ 9]。由此,笔
者认为:辽东山地混牧林林分伤害
指数临界阈值不能高于 50。
表 5 落叶松幼林因放牧被害恢复情况调查
样地号 初植密度
( m∃ m)
现存株
数(株 hm2)
主干折断
数(株 hm2)
伤害
指数
恢复
株数 恢复率%
倒木沟 1 15∃ 15 3 572 412 574 57 138
倒木沟 2 15∃ 15 3 640 316 519 72 228
倒木沟 3 15∃ 15 3 900 207 441 94 454
弯沟子 20∃ 15 2 940 117 563 38 325
正沟 1 15∃ 15 3 705 297 415 67 226
正沟 2 15∃ 15 3 860 307 465 82 267
正沟 3 15∃ 15 3 530 396 481 65 164
草北 1 20∃ 15 2 670 196 445 36 184
叉沟 20∃ 15 2 860 207 491 40 193
校前山 20∃ 15 2 910 184 404 30 163
老金厂 20∃ 15 3 070 170 512 26 153
232 混牧林地表破坏程度阈值界定 林分中由于牲畜的介入,不但使牧草现存量减少,同
样也会使地表坚实, 渗透系数减小, 地表迳流量增加。制定混牧林中地表破坏程度的科学阈
值,无疑是保障混牧林业可持续发展的另一项基础工作[ 7, 10, 11]。综合上述测定结果, 混牧林选
择坡度应小于 30!。地表 A层土土壤密度应小于13 g cm- 3。
3 结论
(1) 放牧对林地地表破坏是十分明显的, 尤其表现于 A 层土壤, 在∀ 标准牛单位 387
hm
- 2#牧压下,连续 2 a放牧后, 与对照区比, 渗透系数( 10 , 水)仅为 18% , 土壤密度值增加
26%。而不同立地条件,不同放牧强度与地表迳流关系的研究得出, 放牧强度与地表迳流及泥
沙携带量成正比。当林地坡度为 30!时水土流失量为对照的 297倍。因放牧而导致的地表坚
实度增加值,牧场类型的不同略有不同,经 2 a放牧后净增加值分别为:林间旷地牧场 32% ;针
叶林下牧场50% ;阔叶林下牧场 30%; 幼林地牧场 55% ,但当土壤密度值达13 g cm- 3后相对
呈衡定状态。
( 2)通过对本溪、丹东两地的调查材料分析,林分被害的重点是落叶松新植幼林,引起幼林
伤害的主要原因为牧牛的耍角和践踏。根据调查和分析的结果, 4年生以下幼林树高不超过 2
m应划为禁牧区, 平均高度 3 m以下人工林亦不应作为∀卧牛场#。
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Analysis and Evaluation of the Effect of Grazing on
Forest Land and Tree Growth
CHEN Zhongdong
( Liaoning Institute of Forest Management , Dandong 118002, Liaoning, China)
Abstract: Through 3year fixed and temporary investigation, the changes of the earth0 s surface, loss of soil and
water, and hurt degree of young forests were systematically studied. The results indicated that the cattle appar
ently destroyed the physical properties of surface soil. The degree, however, was constant when the bulk density
of soil was 13g cm- 2 . The loss of soil and water is positively correlated with the grazing intensity in grazing
forest and the ratio of plot to contrast is 297: 10 The spot check in Benxi and Dandong showed that the ways
of cattle hurting seedlings are mainly trample and horning. The analysis also proved that the grazing can be done
in larch forests which mean tree height is over 20 meters, but the hurt indices must be less than 50When the
mean height of larch young sapling is lower than 20 m with the slope over 30!, the stand should be treated as
pastureforbidden area, while when themean height of plantation is below 3 m, the forest land should not used as
for cattle to rest.
Key words: grazing forest; soil physical property; loss of soil and water; hurt index
318 林 业 科 学 研 究 第16卷