黃羊灘人工固沙林林分生長量研究

邢海福

（康?？h林業(yè)局，河北 康 保 0 76650）

林分生長量是指林分在一定時期內(nèi)，其樹高、冠幅和生物量等生長指標所發(fā)生變化的數(shù)量。林分生長量在幼年時比較緩慢，隨著林齡的加大而逐漸上升，在一定年齡達到高峰以后開始逐步下降，這是林分生長的一般過程或正常規(guī)律。但具體到某一特定立地條件，生長量可反映植被對環(huán)境的適應性，是人工林生物學穩(wěn)定性的一個重要指標；在自然生長過程中樹高、冠幅能達到正常高度，生物量持續(xù)增加的，反映該樹種能夠在該立地穩(wěn)定生長。因此，開展對人工固沙林的生長量的調(diào)查研究，具有重要的現(xiàn)實意義。

黃羊灘位居河北省五大沙灘之首。特殊的地理位置和土壤、氣候條件，與不合理的土地利用相耦合，導致該地區(qū)植被嚴重退化、土地大面積沙化，該沙地成為直接導致洋河、官廳水庫淤積，以及北京揚沙、浮塵天氣的主要沙源地。為了有效治理黃羊灘沙地，營造了大面積的人工固沙林，在生態(tài)環(huán)境逐步好轉(zhuǎn)的同時，所營造的林分生長量存在顯著差異。為此，通過對人工固沙林生長量的調(diào)查，預測今后的生長趨勢，為合理規(guī)劃與經(jīng)營對策提供科學依據(jù)。

1 研究材料與方法

1.1 研究區(qū)自然地理概況

黃羊灘位于河北省張家口市宣化縣東南部洋河南岸，地理坐標為東經(jīng)115°2′34″～115°12′30″，北緯40°25′12″～40°32′6″，隸屬于宣化縣國營林場，總面積10200hm2。該區(qū)屬壩下中低山區(qū)，地勢東南高、西北低，海拔600～1000m。處于半濕潤區(qū)向半干旱區(qū)的過渡地帶，年均降水量365mm，年蒸發(fā)量2000mm。年平均氣溫7.6℃，極端最高氣溫38℃，極端最低氣溫-25.8℃，無霜期130d，年≥10℃有效積溫2368～3573℃。年內(nèi)大風天數(shù)37～40d。屬冀西北農(nóng)牧交錯區(qū)，為河北省五大沙灘之首，土壤以風沙土為主；地帶性植被為疏林草原，植被類型較單一，蓋度較低。主要災害性天氣有干旱、沙塵暴、凍害、干熱風等。由于其獨特的地理位置，形成了風多、風大、干旱等特殊的局部氣候特征，區(qū)內(nèi)土壤風蝕沙化嚴重。

1.2 標準地基本情況

依據(jù)造林樹種、配置模式和林齡，選擇22種典型林分類型，在具有代表性的地段各設置面積為20m×30m的標準地1塊。黃羊灘人工固沙林全都處于中幼林階段，林分郁閉度低，未進行過撫育間伐。所調(diào)查的林分基本情況見表1。

1.3 研究方法

1.3.1 生長指標調(diào)查

表1 標準地概況

在喬木林樣地內(nèi)對喬木樹種進行每木檢尺，測定樹高、胸徑、冠幅；在樣地內(nèi)分別選取5個1m×1m的草本樣方進行調(diào)查，內(nèi)容包括植物種類、株數(shù)、高度、蓋度。測算林分郁閉度，選取標準樣木進行樹干解析和地上生物量的測定。

在灌木林樣地內(nèi)分別測定灌木的株（叢）數(shù)、株高、冠幅，在樣地內(nèi)分別選取5個1m×1m的草本樣方進行調(diào)查，記錄種類、株數(shù)、高度、蓋度；測算林分郁閉度，選取標準株進行地上生物量的測定。

人工草地調(diào)查，設置5個3m×3m的樣方。在樣方內(nèi)逐株測定高度、冠幅、分蘗枝數(shù)；記錄樣方內(nèi)天然草本植物種類、株數(shù)、高度、蓋度。

1.3.2 地上部分生物量的測定

林分地上部分生物量測定，喬木和灌木樹種采用平均標準木（株）法測定。在根頸處伐倒標準木后，采用“分層切割法”，將主干、枝條、葉片全部分離并稱其鮮重W1，再分類取樣帶回實驗室，置于105℃恒溫下烘至恒重W2。樣品烘干后的恒重與對應的鮮重相比即為該樣品的干鮮比，即干物質(zhì)含量（%）＝W2/W1×100%。草本層采用收獲法，在對應的樣方內(nèi)，分別設置5個1m×1m的小樣方，測定樣方內(nèi)全部植物的鮮重。根據(jù)生物量大小按比例取樣帶回實驗室烘干至恒重，推算出林分內(nèi)喬、灌、草各部分的生物量。

2 結(jié)果與分析

2.1 林分樹種株高與冠幅生長狀況

種群高度可以指示植物的生長情況、生長勢，以及競爭和適應的能力，它可以從空間上來表示不同種群所占據(jù)生態(tài)空間的大小及發(fā)揮生態(tài)功能的高低。風蝕沙地作為一種特殊困難立地類型，植被生長過程必然要受到干旱、高溫與養(yǎng)分貧瘠等因素的限制，其林相與地帶性土壤上人工林相比有所差異。黃羊灘風蝕沙地人工固沙林不同林分高度與冠幅統(tǒng)計值見表2。

表2 不同人工林林分生長狀況統(tǒng)計

新疆楊、小美旱楊與小葉楊是黃羊灘林場人工固沙林造林面積較大的3個楊樹種類。新疆楊林分平均高為7.6m。造林7～8a后，新疆楊出現(xiàn)生長衰退現(xiàn)象，樹高與冠幅基本停止生長，但徑生長衰退不明顯，枯梢量極??；小美旱楊林分平均高6.0m。造林后很快出現(xiàn)生長衰退，死枝枯梢現(xiàn)象嚴重；小葉楊高生長受林分密度影響最大，不同林分高度一般在1.4～5.0m間波動，造林后最早第3年高生長停止，通常第6年高生長基本停止，主干枯死量大，降水正常年份也常見整株死亡。相關(guān)研究認為密度過大造成土壤水分虧缺，引起林分衰退。對小葉楊采取了包括疏伐、平茬與混交在內(nèi)的多項改造措施，都沒有獲得成功。

刺槐林分布在洋河南岸沿河沙灘（是該林場水分條件最好的林地），造林后剪去所有側(cè)枝，并在1.4m處定干。連續(xù)5a的生長調(diào)查資料顯示，年均高生長只有14.2cm。2008年是近年來降水較多的一年（年降水458mm），該年幼林平均高生長只有17.4cm。造林第5年出現(xiàn)了枯梢現(xiàn)象，表現(xiàn)出了生長衰退的跡象。

白榆是鄉(xiāng)土樹種中營造防風固沙林最好的一個樹種。7a生人工幼林平均樹高3.8m，胸徑3.4cm，單株冠幅平均值3.24m2。實地調(diào)查證實，初植密度為2m×3m的人工林，經(jīng)過7個完整的生長季就可局部郁閉。13a生人工林樹高5.8m，胸徑4.8cm，單株冠幅平均值4.56m2。局布郁閉后，有自然整枝現(xiàn)象，但高、徑生長并沒有停止，而且長勢良好。

樟子松在黃羊灘沙荒造林生長表現(xiàn)良好，具體生長指標是：5a生幼樹高度與地徑平均值分別是42.5cm與1.25cm，當年高生長達16.6cm。13a生人工林標準木高度為4.3m，胸徑為9.2cm，冠幅4.4m2，生長潛力較大，沒有出現(xiàn)生長衰退現(xiàn)象。查閱有關(guān)資料，生長節(jié)律與原產(chǎn)地基本相同。

側(cè)柏是鄉(xiāng)土常綠樹種中應用于固沙造林最成功的一個樹種。3a生苗造林后第5年，經(jīng)實地調(diào)查，平均標準木高度與冠幅分別是1.60m、0.81m2；單株最大高度達到2.2m，單株最大冠幅為1.56m2。進入速生期后，17a生林分平均標準木生長量分別是：高度2.45m、胸徑1.8cm、冠幅2.57m2。單株最大高度達到3.1m，單株最大胸徑2.9cm，單株最大冠幅為4.4m2。側(cè)柏是極耐旱樹種，營造的防風固沙林，表現(xiàn)出了極高的生物學穩(wěn)定性。2009年是有降水記錄以來降水量最小年份，年降水只有231.7mm，只占多年平均降水（361mm）的64%左右，但側(cè)柏人工林沒有出現(xiàn)枯梢、落葉現(xiàn)象。林下草本繁茂，林相整齊，長勢良好，沒有出現(xiàn)衰退現(xiàn)象

黃柳、沙棗和沙地柏等3個灌木樹種，原產(chǎn)于荒漠化較嚴重地區(qū)，在黃羊灘主要用于半固定沙地造林，是引入灌木中比較成功的3個樹種，生長表現(xiàn)正常，甚至某些性狀還優(yōu)于原產(chǎn)地。黃柳當年高生長30.4cm，最大根長35.0cm，生根量65條，根系分布范圍20～50cm。5a生幼樹平均高1.8m，平均地徑1.2cm。個別株叢3a生時高度就達到最大值，4a生時全部達到高度最大值。沙棗1a生裸根苗半固定沙地造林，成活可達85%左右。造林成活后，沒有自然死亡現(xiàn)象。越冬后沒有枯梢、干梢現(xiàn)象，芽飽滿健壯。經(jīng)過7個完整的生長季后，沙棗地徑12.5cm，樹高3.1m，冠幅1.96m2，葉片長3～4cm，葉片寬1～3cm。造林第4年高生長接近最大值。沙地柏引入的是3a生容器苗。當年造林成活率85%以上，在常規(guī)管理條件下可正常露地越冬，沒有自然死亡現(xiàn)象。頂芽飽滿，越冬后沒有枯梢現(xiàn)象。生長旺盛，枝條長度年生長量最大值可以達到35cm，分枝多。造林后第4年株高生長停止，以匍匐生長為主，7a生幼林平均高0.38m，平均冠幅1.06m2。

檸條、紫穗槐是鄉(xiāng)土灌木樹種，應用于防沙治沙工程的關(guān)鍵問題是成活后對沙丘上極為有限的水分條件的適應情況。5a生檸條人工林，平均高0.63m，平均冠幅0.93m2，叢枝條數(shù)19～24個。22a生檸條人工林，平均高1.94m，平均冠幅1.79m2，叢枝條數(shù)55～72個。紫穗槐造林保存率高，成活后幾乎沒有自然死亡現(xiàn)象。但生長緩慢，造林當年凈高生長16～22cm，其后年均高生長一般為25～30cm。1a年裸根苗截干造林，3a高生長達到最大值。與樟子松混交，5a生紫穗槐平均高為0.96m，平均冠幅0.97m2；與沙地柏混交，7a生紫穗槐平均高為1.13m，平均冠幅1.25m2。與周邊地區(qū)其它立地條件如退耕還林工程等應用情況相比較，生長量沒有顯著差異。

差巴嗄蒿雨季前直播于流動沙地草方格內(nèi)，當年高生長為10～15cm，第2年高度為35～50cm。通常第4年后高生長停止，隨自然稀疏加重而轉(zhuǎn)以側(cè)向生長為主。7a生林分平均高1.02m，平均冠幅3.70m2。查閱相關(guān)資料，生長量和發(fā)育進程與原產(chǎn)地科爾沁沙地完全一致。

沙打旺夏初播種，前3a平均株高為28.1、93.4、110.6cm，高生長量從第4年可能受地力下降的影響開始下降，并且受降水影響較大。第7年時設標準地調(diào)查，高度與冠幅平均值分別是0.82cm和0.08m2。

2.2 林分生物量（干重）比較

生物量是指單位面積上存在的有機體干質(zhì)量的總量或植物所有種的有機物干質(zhì)量總量，亦稱為現(xiàn)存量。生物量實質(zhì)是綠色植物通過同化器官進行光合作用積累的有機質(zhì)和能量，反映了群落利用自然資源的能力。生物量生產(chǎn)是森林生態(tài)系統(tǒng)最基本的功能，通過測定林分生物量，分析林分所產(chǎn)生的干物質(zhì)能量與養(yǎng)分，為生態(tài)系統(tǒng)中研究能量平衡、能量流動和養(yǎng)分循環(huán)等功能提供基礎數(shù)據(jù)。對比分析不同人工林生物量，揭示人工林生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力特點，是分析生物學穩(wěn)定性的一項重要內(nèi)容。由于條件所限，本研究僅對各樣地的地上部分生物量進行了調(diào)查研究，所提到的林分生物量均指地上部分的生物量。

所調(diào)查林分全部未郁閉，單株林木都具有充足的生長空間，不存在密度制約問題，因此林分生物量指標能夠準確反映林分的潛在生產(chǎn)力。不同類型人工林林分總生物量的年增長量見圖1。在全部調(diào)查林分中，年均生物量2個最大值產(chǎn)生于樟子松林地與13a生白榆林地，其單株年平均生物量分別是4.66kg/株·a、1.68kg/株·a，也是全部調(diào)查林分的最大值，這表明樟子松與白榆在沙地上生長潛力最大，群落能量流動與物質(zhì)循環(huán)最暢通，是喬木樹種中生產(chǎn)力最高的2個樹種。另外，樟子松×紫穗槐林、小美旱楊林、新疆楊林、沙打旺草地等4塊林分年均生物量也都超過1000kg/hm2·a，為黃羊灘沙地生產(chǎn)力較高林分。這幾個樹種，在干旱、貧瘠的沙地上，也能保持強勁生長，尤其是沙打旺，生物量測定時已經(jīng)處于嚴重退化階段，但仍能具有相對較高的生物量，是流動沙地難得的先鋒物種。

圖1 人工林林分生物量

小葉楊×刺槐林、7a生白榆林、小葉楊×山杏林、15a生小葉楊林、沙棗林、沙地柏×紫穗槐林等6塊林分，林分年平均生物量為500～1000kg/hm2·a，為黃羊灘沙地生產(chǎn)力中等林分。小葉楊在干旱貧瘠的沙地上不能正常生長，出現(xiàn)大量枯死枝甚至整株死亡，單株生物量年增加量小，總株數(shù)逐年減??；通過與其它樹種混交，改造后對單株生物量影響效果不大，所以小葉楊林分未能達到喬木樹種正常生長狀態(tài)時的生物量。7a生白榆林，雖然林分長勢好，但還沒有進入速生期，單株生物量低，林分總生物量偏低。紫穗槐和沙地柏屬小灌木類，樹體小，單株生物量小，林分總株數(shù)量大，林分總生物量達到了灌木林的較大值。沙棗屬大灌木，單株生物量較大，林分總株數(shù)相對低，達到了灌木林生物量正常值。這組數(shù)據(jù)從一個側(cè)面說明了紫穗槐、沙地柏和沙棗等適應性強的灌木類固沙植物，可以通過加大初植密度來提高林分生產(chǎn)力。

刺槐林地、9a生小葉楊林地、黃柳林地、5a生檸條林地、17a生側(cè)柏林地、7a生側(cè)柏林地、26a生檸條林地、沙地柏林地、檸條×差巴嘎蒿林地、差巴嘎蒿等10塊林分，年平均生物量小于500kg/hm2·a，為黃羊灘沙地生產(chǎn)力較低林分。刺槐幼樹枯梢現(xiàn)象嚴重，高生長緩慢，表現(xiàn)出了生長衰退的跡象，單株生長量特別低，表明營養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)不暢通。黃柳單株生長量較大，長勢好，但林分初植密度低，林分總生物量累積低。檸條、側(cè)柏、沙地柏這3個樹種，能很好適應黃羊灘風蝕沙地，但其本身生物學特性具有單株生物量增長量小的特點，所以林分總生物量較低。差巴嘎蒿處于嚴重退化階段，枯梢與死枝量大，單株生長量已停滯。

3 結(jié)論

（1）以原產(chǎn)地或周邊地區(qū)非困難立地為對照，調(diào)查林分所涉及到的樹種，在黃羊灘風蝕沙地能達到正常生長高度且生物量的持續(xù)增加的有：白榆、樟子松、側(cè)柏、黃柳、沙棗、沙地柏、檸條、紫穗槐、沙打旺等；差巴嘎蒿個體高度、冠幅能達到原產(chǎn)地的標準，但總生物量由于枯梢與死枝量大而停止；不能達到正常生長高度提前衰退的有：新疆楊、小美旱楊、小葉楊、刺槐。

（2）按經(jīng)營目的，綜合考慮林木個體大小和生長特點，不同林分類型其經(jīng)營對策分別是：白榆、樟子松、沙棗、檸條等處于進展演替階段，應該采取封禁措施、減少外界干擾，促使林分盡快發(fā)育成熟，形成穩(wěn)定的林分；沙地柏、黃柳營建的林分，初植密度較小，林間空隙過大，需要盡快改善林分配置，提高林分生物量。通過引入喬木樹種，使得林分在水平和垂直結(jié)構(gòu)上都等到改善，同時，還可增加單位面積林分初級生產(chǎn)力；新疆楊林通過撫育間伐結(jié)合引入沙地柏等非競爭灌木，通過增加營養(yǎng)面積以提高林分的生產(chǎn)力；差巴嘎蒿、沙打旺是流動、半流動沙地無可替代的先鋒物種。這類人工草地，在生長高峰過后，及時引進功能更強的灌木樹種進行改良，以進一步增強系統(tǒng)抵抗力和生態(tài)功能；小美旱楊、小葉楊與刺槐發(fā)育受限，林分已失去經(jīng)營價值，選擇適應性強的樹種加以代替。

［1］邢存旺，馬增旺，趙廣智，等.宣化縣黃羊灘現(xiàn)有人工固沙林生長狀態(tài)調(diào)查［J］.河北林業(yè)科技，2008，（4）：22－25.

［2］趙廣智，馬增旺，邢存旺，等.宣化縣黃羊灘原生植被資源調(diào)查分析評價及保護利用［J］.河北林業(yè)科技，2007（2）：12-15，21.

［3］邢存旺.黃羊灘人工固沙林生態(tài)穩(wěn)定性研究［D］.保定.河北農(nóng)業(yè)大學，2013.