高天健

摘要 通過查閱文獻和野外調查相結合的方法，分析了榆林風沙區(qū)飛播灌木林的現(xiàn)狀及其退化原因。結果表明：榆林沙區(qū)防護林的退化原因與立地條件、氣候條件、經營管理有關。通過分析不同立地類型同種植物的生長勢，同種立地類型不同植物的生長量以及防護林退化和演替方向，發(fā)現(xiàn)楊柴（Hedysarum mongolicum Turez）和蒙古蟲實（Corispermum mongolicum）更適宜生長在迎風坡，沙蒿和狗娃花更適合生長在丘間地和坡底。丘間地灌木生長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。

關鍵詞榆林沙區(qū)；防護林；退化；立地類型

中圖分類號S727.2文獻標識碼A

文章編號0517-6611（2023）08-0124-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2023.08.028開放科學（資源服務）標識碼（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

當前，森林退化是全球面臨的主要環(huán)境問題之一，沙地防護林生態(tài)系統(tǒng)則更脆弱，退化問題及產生的社會影響則更為嚴重，準確分析退化原因是進行森林生態(tài)系統(tǒng)恢復與重建的重要前提，理清退化機理已成為生態(tài)學研究的熱點問題。據聯(lián)合國糧食及農業(yè)組織（FAO）的數據顯示，1990—2020年全球森林面積持續(xù)縮小，凈損失達1.78億hm2，人類未來會面臨嚴重的森林資源缺乏危機。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、林分結構單一化極大程度地降低了生態(tài)系統(tǒng)生產力和氣候調節(jié)能力，同時森林的涵養(yǎng)水分、防風固沙、碳和氮循環(huán)與貯藏各類營養(yǎng)元素的作用降低，導致土地沙漠化、水土流失等生態(tài)問題已成為急需解決的難題。我國防護林體系同樣面臨著嚴重退化現(xiàn)象，且表現(xiàn)形式多樣復雜，已引起社會的普遍關注［1-2］。目前，退化林分修復工作已列入國家防護林建設專題研究內容［3］。

關于防護林退化問題的研究，在我國部分地區(qū)取得了突破性進展，但相對于防護林退化現(xiàn)狀而言仍遠遠不夠［4-6］。森林退化主要表現(xiàn)在森林面積減少，結構失衡，林木質量降低，各種功能下降［7］。FAO將森林退化定義為逆向影響林分的結構或土地的功能，從而降低森林提供林料產品和服務能力的森林轉變過程。朱教君等［7］研究認為，林木衰退是森林衰退的一種形式，是林木生理機能下降、發(fā)育滯緩、生產力降低以及伴隨著林木生長發(fā)育過程中的地力衰退。魏金杰［8］研究認為，森林退化應以各類森林經營類型作為基礎。同時，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性，以充分發(fā)揮土地和林木的生產潛力［9］。如果造林地選擇不當，造林樹種難以適應其立地條件，林木生長不良，易表現(xiàn)出衰退癥狀。林分結構配置不合理也是防護林退化的原因之一，林分結構直接影響生態(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］。合理的林分結構是防護林效益最優(yōu)發(fā)揮的重要基礎，相反，不合理的林分結構會導致樹體生長不良、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林，會出現(xiàn)生產力低、生態(tài)功能降低及病蟲害抵抗力較弱等問題［11-12］。

評價防護林的退化是恢復防護林生態(tài)系統(tǒng)的基本前提，對改善防護林生態(tài)系統(tǒng)的生產力、生物多樣性、結構和功能有著重要意義［13］。評價防護林退化指標體系，應遵循整體性、動態(tài)性、定性和定量相結合、層次性和實用性原則［14］。在調查植物的基礎性指標時，要全面考慮防護林退化方向，客觀反映出防護林退化的轉變特征，指標體系的構建和調查要具有邏輯性和層次性，同時遵循使用簡便、易調查和可行性高的特征。姜帆等［15］從評價指標的篩選設計到森林系統(tǒng)的各項特征等進行了研究，通過劃分基礎指標和功能性指標評價森林退化。史凱航［16］在三北防護林退化指標分析研究中將退化指標劃分為基礎性指標及功能性指標，其基礎性指標主要考察可操作和量化的齡組、郁閉度2個因子。其功能性指標主要考察防護林，以保障生態(tài)安全、發(fā)揮生態(tài)防護功能［17］。四川省林業(yè)調查規(guī)劃院將防護林退化程度分為重度、中度和輕度［18］。目前，關于榆林沙區(qū)防護林，尤其是防風固沙林退化原因的研究仍遠遠不夠，更缺乏對其機理及衡量指標的研究。筆者在調查榆林沙區(qū)退化防護林現(xiàn)狀的基礎上，結合文獻資料分析了防護林退化原因，提出了相關建議，旨在為榆林沙區(qū)防風固沙林更新復壯提供理論依據。

1研究內容和方法

1.1研究區(qū)概況榆林風沙區(qū)位于毛烏素沙地東南邊緣，處于陜西省榆林市和內蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市之間，地理坐標107°20′～111°30′E，37°27′30″～39°22′30″N。東西長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%。榆林風沙區(qū)屬于溫帶半干旱大陸性季風氣候。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5億m，200余個內陸湖泊。

1.2研究方法

1.2.1外業(yè)調查。標準地的選擇應有效反映榆林風沙區(qū)立地和退化的典型性與時序特點。每個標準地采用5 m×5 m設置樣方5個，分別設置在四角和標準地的中間位置。在研究區(qū)選取具有代表性的防護林，并用測繩、皮尺、鋼卷尺、游標卡尺調查每種植物的種類、株高、冠幅、活枝數、枯枝數。植被蓋度采用蓋度框法進行測定。用測繩或皮尺在群落中設置20 m×20 m樣地，每間隔5 m拉直線等距設置16個樣方，調查每個樣方內喬木、灌木；在每個5 m×5 m樣方的4個頂點設置4個草本樣方，面積1 m×1 m。樣方內喬木記載每株樹（胸徑4 cm以上）坐標、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）、生長狀況等，并記錄數據。記載每種植物的名稱、株數、平均高度、生長狀況、分布狀況等。

1.2.2數據分析。采用Excel 2016對試驗數據進行計算處理，并進行圖表繪制。

2退化防護林的現(xiàn)狀評價

2.1不同立地類型灌木防護林的生長狀況調查不同立地類型的灌木生長情況，分別對天然林10齡楊柴、沙蒿和花棒的株高、冠幅等指標的平均值和不同立地類型的植被蓋度進行排序，了解灌木林的生長現(xiàn)狀。從圖1、2可以看出，不同立地類型植物的生長狀況有所不同，其中楊柴的株高從迎風坡—平沙地—丘間地依次遞增；從冠幅來看，丘間地生長的楊柴冠幅最大，迎風坡最小。丘間地沙蒿株高最高，冠幅也最大；沙蒿株高和冠幅在迎風坡均為最小?；ò粼谟L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灌木防護林地植物種類變化該研究調查植物總共20種，包括楊柴、花棒、沙蒿、沙竹、蒙古蟲實、狗娃花、狗尾草等。通過不同立地類型灌木的生長狀況、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。

調查樣地內植物的外來種及演替情況，每種主要灌木林設置18個5 m×5 m的樣方，調查了解樣方內造林樹種，對比造林樹種和現(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)域內群落穩(wěn)定性增強，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。而在調查區(qū)域中，流動半流動沙丘、沙地在人為干預下（人工植被恢復），群落物種數量可能會經歷多—少—多的過程，種類主要組成可能會由一年生草本—多年生草本—多年生草本+灌木等轉換，當草本植物發(fā)展為優(yōu)勢種群時，標志著區(qū)域內防護林開始了逆向演替，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、生物量的對比，確定不同灌木在同種立地類型中的生長情況，調查25 m2樣方中沙蒿、檸條、沙打旺，即對比迎風坡、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。同時可看出，檸條更適宜在迎風坡和緩坡生長，沙蒿適宜在丘間地和緩坡生長，沙打旺適宜在迎風坡和平沙地生長。3種灌木林地生物量反映出迎風坡檸條和沙打旺的生物量相當，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。結果表明，每種植物均有各自最適宜生長的立地類型，在該條件下，其生物量和蓋度均達到最佳狀態(tài)。

3防護林退化原因分析

森林的退化指林木產品和生態(tài)服務功能的逆向改變。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，均影響著防護林的退化進度。退化的本質是植被逆向演替，演替的趨勢、速度和方向與多種因素有關。通過對榆林風沙區(qū)飛播灌木林的調查，分析了導致防護林退化的原因。

3.1立地條件防護林生態(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合，還要考慮其生境。調查飛播灌木林必須考慮成林林分結構、林分的優(yōu)勢樹種及伴生樹種，樹種選擇將直接或間接關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勢見表3。由表3可知，根據對榆林飛播區(qū)迎風坡上部、中下部和丘間地低效灌木林調查，楊柴和蒙古蟲實在迎風坡上部和迎風坡中下部生長勢更好，多度更高，在丘間地生長勢較差。而花棒和沙蒿分別在迎風坡上部和丘間地、迎風坡中下部和丘間地的生長勢和多度更高。說明楊柴和蒙古蟲實更適宜在風蝕程度較高的迎風坡生長，而沙蒿和狗娃花更適合于丘間地和迎風坡中部及坡底等土壤表層含水量更高的立地條件下生長。同時也反映出一些植物不適宜的立地條件，如迎風坡上部的沙蒿，迎風坡中下部的花棒，丘間地的楊柴和蒙古蟲實。

3.2氣候條件防護林作為比較脆弱的生態(tài)系統(tǒng)，對于外界環(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，通過收集資料，從榆林風沙區(qū)的地貌、氣候和土壤3個方面分析防護林的退化原因。榆林風沙區(qū)低效飛播灌木林生長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、干旱以及霜寒等自然災害多發(fā)。除此之外，沙地上的風沙土和沙黃土，灘地上的鹽堿土，沙黃土中含粗沙、細沙和粉沙占比30%～50%，土壤含沙多，保水性差，養(yǎng)分含量低。植被生長環(huán)境條件差，氣候干旱，土壤貧瘠同樣是導致防護林退化的原因之一。

3.3經營管理防護林經營管理在于維持林木的正常生長狀態(tài)，保護其良好的生長趨勢，使林分盡快發(fā)揮應有的防護效益。造林后疏于管理，缺乏及時的撫育工作，易發(fā)生病蟲害，株高、冠幅等基礎性指標也易受到負面影響，最后導致林分衰退過程加快，退化嚴重。在三北防護林地區(qū)，缺乏對防護林的經營管理，加之三北地區(qū)普遍干旱，降水量少，造成防護林大量退化，林木受損現(xiàn)象嚴重。風沙區(qū)造林還需科學合理地規(guī)劃樹種配置，并針對防護林進行有效的人工管理，以維持其防護效益及加強其生態(tài)價值、經濟價值和社會價值。調查發(fā)現(xiàn)，多數地區(qū)撫育方式為帶狀平茬，少數地區(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)域實施等優(yōu)點，由于其面積大，播種效率高，因此對飛播后的人工管理要求較低。在調查樣地中發(fā)現(xiàn)，植被形成了以楊柴、沙蒿為優(yōu)勢種，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價值［20］。

由于環(huán)境因素，榆林風沙區(qū)防護林從規(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。由于風沙區(qū)多風少水，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過程中，由于涉及面積廣、地形復雜、人工管護難度大等原因，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行經營管理，還需要及時保護，植物的生長過程中采取相應措施防止人為干擾，如利用工程圍欄、生物圍欄等措施對林分進行保護。要注意防止人為干擾，因為持續(xù)的人為干擾會造成棲息地喪失和破碎化，由此產生的隔離效應、面積效應和邊緣效應，將導致群落分布、結構、種類、群落演替方向等發(fā)生改變，進而降低物種多樣性［21］。

4結論

通過標準地野外調查觀測和數據分析，研究了榆林風沙區(qū)低效飛播灌木林生長狀況和退化原因，得出如下結論：

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

（2）對防護林生物多樣性調查表明，植物的多樣性增加，群落更趨近穩(wěn)定，同時草本植物有發(fā)展為優(yōu)勢種的趨勢，表明灌木林呈逐漸退化趨勢。

（3）對灌木生物量和生長勢調查表明，楊柴和蒙古蟲實在丘間地水分條件較好的區(qū)域保存率低，生長勢差，花棒在迎風坡等風蝕程度較高的區(qū)域保存率低，生長勢差，表明立地類型是造成防護林退化的原因之一。

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

參考文獻

［1］ 柏方敏，戴成棟，陳朝祖，等.國內外防護林研究綜述［J］.湖南林業(yè)科技，2010，37（5）：8-14.

［2］ 李世東.中國防護林體系建設的現(xiàn)狀與趨勢［J］.生態(tài)經濟，1992（6）：34-37.

［3］ 侯波，徐樂.淺談加強三北防護林退化林分的修復［J］.防護林科技，2017（10）：91-93.

［4］ 覃慶鋒，陳晨，曾憲芷，等.長江流域防護林體系工程建設30年回顧與展望［J］.中國水土保持科學，2018，16（5）：145-152.

［5］ 宋立寧，朱教君，閆巧玲.防護林衰退研究進展［J］.生態(tài)學雜志，2009，28（9）：1684-1690.

［6］ 楊軍，楊振華.千陽縣防護林退化林分的現(xiàn)狀、成因及修復措施［J］.現(xiàn)代園藝，2018（22）：158.

［7］ 朱教君，姜鳳岐，松崎健，等.日本的防護林［J］.生態(tài)學雜志，2002，21（4）：76-80，64.

［8］ 魏金杰.遼寧省退化防護林的現(xiàn)狀、原因及修復措施［J］.防護林科技，2019（3）：73-74.

［9］ 宋莎莎.威海市環(huán)翠區(qū)沿海防護林現(xiàn)狀及退化防護林改造策略［J］.綠色科技，2018（19）：161-162.

［10］? 饒良懿，朱金兆.防護林空間配置研究進展［J］.中國水土保持科學，2005（2）：102-106.

［11］? 高城雄.陜北榆林長城沿線風沙區(qū)防風固沙林結構與效益研究［D］.楊凌：西北農林科技大學，2008.

［12］? 劉小珂，陳穎.河南平原農田林網防護林體系建設現(xiàn)狀及對策［J］.安徽農業(yè)科學，2018，46（33）：87-88，96.

［13］? 馬姜明，劉世榮，史作民，等.退化森林生態(tài)系統(tǒng)恢復評價研究綜述［J］.生態(tài)學報，2010，30（12）：3297-3303.

［14］? 徐歡，李美麗，梁海斌，等.退化森林生態(tài)系統(tǒng)評價指標體系研究進展［J］.生態(tài)學報，2018，38（24）：9034-9042.

［15］? 姜帆，董希斌.山地退化森林生態(tài)系統(tǒng)恢復評價方法的研究［J］.森林工程，2007，23（4）：5-7，15.

［16］? 史凱航.“三北”防護林退化及指標分析［J］.遼寧林業(yè)科技，2015（5）：57-59.

［17］? 周澤生，王晗生，李立，等.灌木林的生長和生產力［J］.水土保持研究，1998，5（1）：103-108.

［18］? 謝云，王洪榮.四川省人工防護林退化研究［J］.四川林業(yè)科技，2017，38（3）：32-35，74.

［19］? 楊偉，孫婧瑜，王建梅，等.毛烏素沙地榆林沙區(qū)退化飛播灌木林平茬復壯效果分析［J］.防護林科技，2019，22（2）：1-2.

［20］? 郝文芳，梁宗鎖，陳存根，等.黃土丘陵區(qū)棄耕地群落演替過程中的物種多樣性研究［J］.草業(yè)科學，2005，22（9）：1-8.

［21］? 屈秋耘.榆林風沙防護林主要害蟲發(fā)生特點及防治對策［J］.西北大學學報（自然科學版），1993，23（3）：236-240.