榆林沙地防護(hù)林退化原因分析

高天健

摘要 通過查閱文獻(xiàn)和野外調(diào)查相結(jié)合的方法，分析了榆林風(fēng)沙區(qū)飛播灌木林的現(xiàn)狀及其退化原因。結(jié)果表明：榆林沙區(qū)防護(hù)林的退化原因與立地條件、氣候條件、經(jīng)營管理有關(guān)。通過分析不同立地類型同種植物的生長(zhǎng)勢(shì)，同種立地類型不同植物的生長(zhǎng)量以及防護(hù)林退化和演替方向，發(fā)現(xiàn)楊柴（Hedysarum mongolicum Turez）和蒙古蟲實(shí)（Corispermum mongolicum）更適宜生長(zhǎng)在迎風(fēng)坡，沙蒿和狗娃花更適合生長(zhǎng)在丘間地和坡底。丘間地灌木生長(zhǎng)適宜性從高到低依次為沙打旺、沙蒿、檸條，緩坡依次為檸條、沙蒿、沙打旺，平沙地依次為沙打旺、檸條、沙蒿。

關(guān)鍵詞榆林沙區(qū)；防護(hù)林；退化；立地類型

中圖分類號(hào)S727.2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A

文章編號(hào)0517-6611（2023）08-0124-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2023.08.028開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

Analysis on the Causes of Degradation of Protective Forest in Yulin Sandy Land

GAO Tian-jian（Forestry College， Northwest University of Agriculture and Forestry Science and Technology，Yangling， Shaanxi 712100）

AbstractBased on literature review and field investigation， this study analyzed the current situation and causes of degradation of aerial seeded shrubbery in Yulin sandy area. The results showed that the causes of degradation of protective forests were related to site conditions， climatic conditions， and management. Based on the study of the growth potential of the same plant in different site types， the growth amount of different plants in the same site type， and exotic species， it was found that Hedysarum mongolicum Turez and Corisperum mongolicum were more suitable for growing on the windward slope， Artemisia mongolicum， and Gowardeshoe were more suitable for growing on the inter hilly land and the bottom of the slope. The shrub growth suitability in the hilly land is in the order of Astragalus adsurgens， Artemisia mongolica， and Caragana microphylla from high to low， while in the gentle slope， it is in the order of Caragana microphylla， Artemisia mongolica， and Astragalus adsurgens， while in the flat sandy land， it is in the order of Astragalus adsurgens， Caragana microphylla， and Artemisia microphylla.

Key wordsYulin sand area;Shelter forest;Degradation;Site type

當(dāng)前，森林退化是全球面臨的主要環(huán)境問題之一，沙地防護(hù)林生態(tài)系統(tǒng)則更脆弱，退化問題及產(chǎn)生的社會(huì)影響則更為嚴(yán)重，準(zhǔn)確分析退化原因是進(jìn)行森林生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)與重建的重要前提，理清退化機(jī)理已成為生態(tài)學(xué)研究的熱點(diǎn)問題。據(jù)聯(lián)合國糧食及農(nóng)業(yè)組織（FAO）的數(shù)據(jù)顯示，1990—2020年全球森林面積持續(xù)縮小，凈損失達(dá)1.78億hm2，人類未來會(huì)面臨嚴(yán)重的森林資源缺乏危機(jī)。由森林面積減少引發(fā)的森林生態(tài)系統(tǒng)失衡，生物多樣性被破壞、林分結(jié)構(gòu)單一化極大程度地降低了生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力和氣候調(diào)節(jié)能力，同時(shí)森林的涵養(yǎng)水分、防風(fēng)固沙、碳和氮循環(huán)與貯藏各類營養(yǎng)元素的作用降低，導(dǎo)致土地沙漠化、水土流失等生態(tài)問題已成為急需解決的難題。我國防護(hù)林體系同樣面臨著嚴(yán)重退化現(xiàn)象，且表現(xiàn)形式多樣復(fù)雜，已引起社會(huì)的普遍關(guān)注［1-2］。目前，退化林分修復(fù)工作已列入國家防護(hù)林建設(shè)專題研究?jī)?nèi)容［3］。

關(guān)于防護(hù)林退化問題的研究，在我國部分地區(qū)取得了突破性進(jìn)展，但相對(duì)于防護(hù)林退化現(xiàn)狀而言仍遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠［4-6］。森林退化主要表現(xiàn)在森林面積減少，結(jié)構(gòu)失衡，林木質(zhì)量降低，各種功能下降［7］。FAO將森林退化定義為逆向影響林分的結(jié)構(gòu)或土地的功能，從而降低森林提供林料產(chǎn)品和服務(wù)能力的森林轉(zhuǎn)變過程。朱教君等［7］研究認(rèn)為，林木衰退是森林衰退的一種形式，是林木生理機(jī)能下降、發(fā)育滯緩、生產(chǎn)力降低以及伴隨著林木生長(zhǎng)發(fā)育過程中的地力衰退。魏金杰［8］研究認(rèn)為，森林退化應(yīng)以各類森林經(jīng)營類型作為基礎(chǔ)。同時(shí)，在造林過程中不能違背適地適樹的基本原則，主要提高造林樹種的適應(yīng)性，以充分發(fā)揮土地和林木的生產(chǎn)潛力［9］。如果造林地選擇不當(dāng)，造林樹種難以適應(yīng)其立地條件，林木生長(zhǎng)不良，易表現(xiàn)出衰退癥狀。林分結(jié)構(gòu)配置不合理也是防護(hù)林退化的原因之一，林分結(jié)構(gòu)直接影響生態(tài)因子和生態(tài)位，決定森林生態(tài)系統(tǒng)功能的發(fā)揮［5，10］。合理的林分結(jié)構(gòu)是防護(hù)林效益最優(yōu)發(fā)揮的重要基礎(chǔ)，相反，不合理的林分結(jié)構(gòu)會(huì)導(dǎo)致樹體生長(zhǎng)不良、生物多樣性降低、病蟲害大面積暴發(fā)等現(xiàn)象。例如，大面積營造單一樹種防護(hù)林，會(huì)出現(xiàn)生產(chǎn)力低、生態(tài)功能降低及病蟲害抵抗力較弱等問題［11-12］。

評(píng)價(jià)防護(hù)林的退化是恢復(fù)防護(hù)林生態(tài)系統(tǒng)的基本前提，對(duì)改善防護(hù)林生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)力、生物多樣性、結(jié)構(gòu)和功能有著重要意義［13］。評(píng)價(jià)防護(hù)林退化指標(biāo)體系，應(yīng)遵循整體性、動(dòng)態(tài)性、定性和定量相結(jié)合、層次性和實(shí)用性原則［14］。在調(diào)查植物的基礎(chǔ)性指標(biāo)時(shí)，要全面考慮防護(hù)林退化方向，客觀反映出防護(hù)林退化的轉(zhuǎn)變特征，指標(biāo)體系的構(gòu)建和調(diào)查要具有邏輯性和層次性，同時(shí)遵循使用簡(jiǎn)便、易調(diào)查和可行性高的特征。姜帆等［15］從評(píng)價(jià)指標(biāo)的篩選設(shè)計(jì)到森林系統(tǒng)的各項(xiàng)特征等進(jìn)行了研究，通過劃分基礎(chǔ)指標(biāo)和功能性指標(biāo)評(píng)價(jià)森林退化。史凱航［16］在三北防護(hù)林退化指標(biāo)分析研究中將退化指標(biāo)劃分為基礎(chǔ)性指標(biāo)及功能性指標(biāo)，其基礎(chǔ)性指標(biāo)主要考察可操作和量化的齡組、郁閉度2個(gè)因子。其功能性指標(biāo)主要考察防護(hù)林，以保障生態(tài)安全、發(fā)揮生態(tài)防護(hù)功能［17］。四川省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃院將防護(hù)林退化程度分為重度、中度和輕度［18］。目前，關(guān)于榆林沙區(qū)防護(hù)林，尤其是防風(fēng)固沙林退化原因的研究仍遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，更缺乏對(duì)其機(jī)理及衡量指標(biāo)的研究。筆者在調(diào)查榆林沙區(qū)退化防護(hù)林現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，結(jié)合文獻(xiàn)資料分析了防護(hù)林退化原因，提出了相關(guān)建議，旨在為榆林沙區(qū)防風(fēng)固沙林更新復(fù)壯提供理論依據(jù)。

1研究?jī)?nèi)容和方法

1.1研究區(qū)概況榆林風(fēng)沙區(qū)位于毛烏素沙地東南邊緣，處于陜西省榆林市和內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市之間，地理坐標(biāo)107°20′～111°30′E，37°27′30″～39°22′30″N。東西長(zhǎng)420 km，南北寬120 km，占毛烏素沙地總面積的38.3%，榆林市總面積的42.0%。榆林風(fēng)沙區(qū)屬于溫帶半干旱大陸性季風(fēng)氣候。沙區(qū)年均溫6.0～8.5 ℃，最低氣溫-32.7 ℃，年降水量255～440 mm，集中在7—9月。榆林沙區(qū)有無定河、禿尾河、蘆河、紅柳河等河流，流域面積2.7萬km，地下水可開采量達(dá)5億m，200余個(gè)內(nèi)陸湖泊。

1.2研究方法

1.2.1外業(yè)調(diào)查。標(biāo)準(zhǔn)地的選擇應(yīng)有效反映榆林風(fēng)沙區(qū)立地和退化的典型性與時(shí)序特點(diǎn)。每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)地采用5 m×5 m設(shè)置樣方5個(gè)，分別設(shè)置在四角和標(biāo)準(zhǔn)地的中間位置。在研究區(qū)選取具有代表性的防護(hù)林，并用測(cè)繩、皮尺、鋼卷尺、游標(biāo)卡尺調(diào)查每種植物的種類、株高、冠幅、活枝數(shù)、枯枝數(shù)。植被蓋度采用蓋度框法進(jìn)行測(cè)定。用測(cè)繩或皮尺在群落中設(shè)置20 m×20 m樣地，每間隔5 m拉直線等距設(shè)置16個(gè)樣方，調(diào)查每個(gè)樣方內(nèi)喬木、灌木；在每個(gè)5 m×5 m樣方的4個(gè)頂點(diǎn)設(shè)置4個(gè)草本樣方，面積1 m×1 m。樣方內(nèi)喬木記載每株樹（胸徑4 cm以上）坐標(biāo)、樹高、胸徑、冠幅、第一活枝高、繁殖方式（叢生或單株、叢生者株數(shù)）、生長(zhǎng)狀況等，并記錄數(shù)據(jù)。記載每種植物的名稱、株數(shù)、平均高度、生長(zhǎng)狀況、分布狀況等。

1.2.2數(shù)據(jù)分析。采用Excel 2016對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算處理，并進(jìn)行圖表繪制。

2退化防護(hù)林的現(xiàn)狀評(píng)價(jià)

2.1不同立地類型灌木防護(hù)林的生長(zhǎng)狀況調(diào)查不同立地類型的灌木生長(zhǎng)情況，分別對(duì)天然林10齡楊柴、沙蒿和花棒的株高、冠幅等指標(biāo)的平均值和不同立地類型的植被蓋度進(jìn)行排序，了解灌木林的生長(zhǎng)現(xiàn)狀。從圖1、2可以看出，不同立地類型植物的生長(zhǎng)狀況有所不同，其中楊柴的株高從迎風(fēng)坡—平沙地—丘間地依次遞增；從冠幅來看，丘間地生長(zhǎng)的楊柴冠幅最大，迎風(fēng)坡最小。丘間地沙蒿株高最高，冠幅也最大；沙蒿株高和冠幅在迎風(fēng)坡均為最小?；ò粼谟L(fēng)坡上的株高最大，冠幅最小，平沙地和丘間地的冠幅差異不大。

2.2灌木防護(hù)林地植物種類變化該研究調(diào)查植物總共20種，包括楊柴、花棒、沙蒿、沙竹、蒙古蟲實(shí)、狗娃花、狗尾草等。通過不同立地類型灌木的生長(zhǎng)狀況、灌木林的種類變化和灌木林生物量以及植被蓋度現(xiàn)狀分析可知，不同立地類型中灌木植被以楊柴、檸條、花捧、沙蒿、沙竹等為主。

調(diào)查樣地內(nèi)植物的外來種及演替情況，每種主要灌木林設(shè)置18個(gè)5 m×5 m的樣方，調(diào)查了解樣方內(nèi)造林樹種，對(duì)比造林樹種和現(xiàn)有的灌木種類變化（表1）。

通過楊柴林、檸條林、沙蒿林和花棒林中林木種類的變化，可以看出造林初期到2020年，從生物多樣性的角度來看，生物多樣性較高的群落比生物多樣性較低的群落更穩(wěn)定。植物多樣性的量度（如豐富度和均勻度）都升高，區(qū)域內(nèi)群落穩(wěn)定性增強(qiáng)，但灌木林中草本植物的增多同樣值得注意，如狗尾草、芨芨草等。而在調(diào)查區(qū)域中，流動(dòng)半流動(dòng)沙丘、沙地在人為干預(yù)下（人工植被恢復(fù)），群落物種數(shù)量可能會(huì)經(jīng)歷多—少—多的過程，種類主要組成可能會(huì)由一年生草本—多年生草本—多年生草本+灌木等轉(zhuǎn)換，當(dāng)草本植物發(fā)展為優(yōu)勢(shì)種群時(shí)，標(biāo)志著區(qū)域內(nèi)防護(hù)林開始了逆向演替，同樣也是退化的開始。

2.3灌木生物量和植被蓋度現(xiàn)狀通過蓋度、生物量的對(duì)比，確定不同灌木在同種立地類型中的生長(zhǎng)情況，調(diào)查25 m2樣方中沙蒿、檸條、沙打旺，即對(duì)比迎風(fēng)坡、緩坡、平沙地及丘間地不同植物生物量的平均值，得出不同植物在同一立地類型下的生物量，結(jié)果見表2。由表2可知，檸條在緩坡的生物量最大，其次為迎風(fēng)坡；沙蒿在緩坡的生物量最大，其次為丘間地；沙打旺在平沙地生物量最大，在緩坡最小。同時(shí)可看出，檸條更適宜在迎風(fēng)坡和緩坡生長(zhǎng)，沙蒿適宜在丘間地和緩坡生長(zhǎng)，沙打旺適宜在迎風(fēng)坡和平沙地生長(zhǎng)。3種灌木林地生物量反映出迎風(fēng)坡檸條和沙打旺的生物量相當(dāng)，丘間地3種灌木生物量從大到小依次為沙打旺、沙蒿、檸條，但差異不大，緩坡從大到小依次為檸條、沙蒿、沙打旺，差異較大，平沙地從大到小依次為沙打旺、檸條、沙蒿，差異較大。結(jié)果表明，每種植物均有各自最適宜生長(zhǎng)的立地類型，在該條件下，其生物量和蓋度均達(dá)到最佳狀態(tài)。

3防護(hù)林退化原因分析

森林的退化指林木產(chǎn)品和生態(tài)服務(wù)功能的逆向改變。立地條件的不同，林木的選擇不同，外界因素包括氣候、土壤、水文的配置差異，均影響著防護(hù)林的退化進(jìn)度。退化的本質(zhì)是植被逆向演替，演替的趨勢(shì)、速度和方向與多種因素有關(guān)。通過對(duì)榆林風(fēng)沙區(qū)飛播灌木林的調(diào)查，分析了導(dǎo)致防護(hù)林退化的原因。

3.1立地條件防護(hù)林生態(tài)系統(tǒng)在森林生態(tài)系統(tǒng)中屬于較脆弱的一類，因此，在防護(hù)林生態(tài)系統(tǒng)中，遵循適地適樹原則尤其重要。樹種的選擇，不僅要與立地條件相結(jié)合，還要考慮其生境。調(diào)查飛播灌木林必須考慮成林林分結(jié)構(gòu)、林分的優(yōu)勢(shì)樹種及伴生樹種，樹種選擇將直接或間接關(guān)系到造林的成功與否。不同立地類型中灌木植物的多度及生長(zhǎng)勢(shì)見表3。由表3可知，根據(jù)對(duì)榆林飛播區(qū)迎風(fēng)坡上部、中下部和丘間地低效灌木林調(diào)查，楊柴和蒙古蟲實(shí)在迎風(fēng)坡上部和迎風(fēng)坡中下部生長(zhǎng)勢(shì)更好，多度更高，在丘間地生長(zhǎng)勢(shì)較差。而花棒和沙蒿分別在迎風(fēng)坡上部和丘間地、迎風(fēng)坡中下部和丘間地的生長(zhǎng)勢(shì)和多度更高。說明楊柴和蒙古蟲實(shí)更適宜在風(fēng)蝕程度較高的迎風(fēng)坡生長(zhǎng)，而沙蒿和狗娃花更適合于丘間地和迎風(fēng)坡中部及坡底等土壤表層含水量更高的立地條件下生長(zhǎng)。同時(shí)也反映出一些植物不適宜的立地條件，如迎風(fēng)坡上部的沙蒿，迎風(fēng)坡中下部的花棒，丘間地的楊柴和蒙古蟲實(shí)。

3.2氣候條件防護(hù)林作為比較脆弱的生態(tài)系統(tǒng)，對(duì)于外界環(huán)境的依賴性較大，地貌、氣候和土壤同樣影響著植被的生長(zhǎng)，通過收集資料，從榆林風(fēng)沙區(qū)的地貌、氣候和土壤3個(gè)方面分析防護(hù)林的退化原因。榆林風(fēng)沙區(qū)低效飛播灌木林生長(zhǎng)的地貌類型大多為固定、半固定沙丘、黃土丘陵和河谷階地等，從氣候來看，年日照天數(shù)為114～121 d，輻射能在全國屬于高值區(qū)，降水量低，70%的降水集中在7—9月，大風(fēng)、干旱以及霜寒等自然災(zāi)害多發(fā)。除此之外，沙地上的風(fēng)沙土和沙黃土，灘地上的鹽堿土，沙黃土中含粗沙、細(xì)沙和粉沙占比30%～50%，土壤含沙多，保水性差，養(yǎng)分含量低。植被生長(zhǎng)環(huán)境條件差，氣候干旱，土壤貧瘠同樣是導(dǎo)致防護(hù)林退化的原因之一。

3.3經(jīng)營管理防護(hù)林經(jīng)營管理在于維持林木的正常生長(zhǎng)狀態(tài)，保護(hù)其良好的生長(zhǎng)趨勢(shì)，使林分盡快發(fā)揮應(yīng)有的防護(hù)效益。造林后疏于管理，缺乏及時(shí)的撫育工作，易發(fā)生病蟲害，株高、冠幅等基礎(chǔ)性指標(biāo)也易受到負(fù)面影響，最后導(dǎo)致林分衰退過程加快，退化嚴(yán)重。在三北防護(hù)林地區(qū)，缺乏對(duì)防護(hù)林的經(jīng)營管理，加之三北地區(qū)普遍干旱，降水量少，造成防護(hù)林大量退化，林木受損現(xiàn)象嚴(yán)重。風(fēng)沙區(qū)造林還需科學(xué)合理地規(guī)劃樹種配置，并針對(duì)防護(hù)林進(jìn)行有效的人工管理，以維持其防護(hù)效益及加強(qiáng)其生態(tài)價(jià)值、經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)價(jià)值。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，多數(shù)地區(qū)撫育方式為帶狀平茬，少數(shù)地區(qū)為塊狀平茬［19］。

飛播造林具有集中性、工效高、成本低、人工造林難度大的區(qū)域?qū)嵤┑葍?yōu)點(diǎn)，由于其面積大，播種效率高，因此對(duì)飛播后的人工管理要求較低。在調(diào)查樣地中發(fā)現(xiàn)，植被形成了以楊柴、沙蒿為優(yōu)勢(shì)種，且比較單一的生態(tài)系統(tǒng)，尚未形成穩(wěn)定的生物多樣性及生物服務(wù)價(jià)值［20］。

由于環(huán)境因素，榆林風(fēng)沙區(qū)防護(hù)林從規(guī)劃造林到現(xiàn)階段，一直存在樹種單一、生態(tài)環(huán)境脆弱等問題。由于風(fēng)沙區(qū)多風(fēng)少水，加之植物多為塊狀分布，仍存在不少病蟲害現(xiàn)象，該類低效飛播灌木叢生長(zhǎng)過程中，由于涉及面積廣、地形復(fù)雜、人工管護(hù)難度大等原因，易發(fā)生害蟲蔓延現(xiàn)象。在飛播林的造林初始期不僅要進(jìn)行經(jīng)營管理，還需要及時(shí)保護(hù)，植物的生長(zhǎng)過程中采取相應(yīng)措施防止人為干擾，如利用工程圍欄、生物圍欄等措施對(duì)林分進(jìn)行保護(hù)。要注意防止人為干擾，因?yàn)槌掷m(xù)的人為干擾會(huì)造成棲息地喪失和破碎化，由此產(chǎn)生的隔離效應(yīng)、面積效應(yīng)和邊緣效應(yīng)，將導(dǎo)致群落分布、結(jié)構(gòu)、種類、群落演替方向等發(fā)生改變，進(jìn)而降低物種多樣性［21］。

4結(jié)論

通過標(biāo)準(zhǔn)地野外調(diào)查觀測(cè)和數(shù)據(jù)分析，研究了榆林風(fēng)沙區(qū)低效飛播灌木林生長(zhǎng)狀況和退化原因，得出如下結(jié)論：

（1）對(duì)同種立地類型不同灌木冠幅和株高等生長(zhǎng)狀況調(diào)查分析表明，楊柴適宜在迎風(fēng)坡等較干旱的地方生長(zhǎng)，沙蒿和花棒更適宜在丘間地和平沙地生長(zhǎng)。

（2）對(duì)防護(hù)林生物多樣性調(diào)查表明，植物的多樣性增加，群落更趨近穩(wěn)定，同時(shí)草本植物有發(fā)展為優(yōu)勢(shì)種的趨勢(shì)，表明灌木林呈逐漸退化趨勢(shì)。

（3）對(duì)灌木生物量和生長(zhǎng)勢(shì)調(diào)查表明，楊柴和蒙古蟲實(shí)在丘間地水分條件較好的區(qū)域保存率低，生長(zhǎng)勢(shì)差，花棒在迎風(fēng)坡等風(fēng)蝕程度較高的區(qū)域保存率低，生長(zhǎng)勢(shì)差，表明立地類型是造成防護(hù)林退化的原因之一。

（4）通過對(duì)比分析榆林風(fēng)沙區(qū)灌木防護(hù)林生長(zhǎng)狀況，結(jié)果表明，缺乏合理管護(hù)、病蟲害危害和干旱的氣候條件、人為頻繁干擾是導(dǎo)致防護(hù)林退化的主要因素。

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