榆林沙地防护林退化原因分析

摘要 通过查阅文献和野外调查相结合的方法，分析了榆林风沙区飞播灌木林的现状及其退化原因。结果表明：榆林沙区防护林的退化原因与立地条件、气候条件、经营管理有关。通过分析不同立地类型同种植物的生长势，同种立地类型不同植物的生长量以及防护林退化和演替方向，发现杨柴（Hedysarum mongolicum Turez）和蒙古虫实（Corispermum mongolicum）更适宜生长在迎风坡，沙蒿和狗娃花更适合生长在丘间地和坡底。丘间地灌木生长适宜性从高到低依次为沙打旺、沙蒿、柠条，缓坡依次为柠条、沙蒿、沙打旺，平沙地依次为沙打旺、柠条、沙蒿。

关键词榆林沙区；防护林；退化；立地类型

中图分类号S727.2文献标识码A

文章编号0517-6611（2023）08-0124-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2023.08.028开放科学（资源服务）标识码（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

当前，森林退化是全球面临的主要环境问题之一，沙地防护林生态系统则更脆弱，退化问题及产生的社会影响则更为严重，准确分析退化原因是进行森林生态系统恢复与重建的重要前提，理清退化机理已成为生态学研究的热点问题。据联合国粮食及农业组织（FAO）的数据显示，1990—2020年全球森林面积持续缩小，净损失达1.78亿hm2，人类未来会面临严重的森林资源缺乏危机。由森林面积减少引发的森林生态系统失衡，生物多样性被破坏、林分结构单一化极大程度地降低了生态系统生产力和气候调节能力，同时森林的涵养水分、防风固沙、碳和氮循环与贮藏各类营养元素的作用降低，导致土地沙漠化、水土流失等生态问题已成为急需解决的难题。我国防护林体系同样面临着严重退化现象，且表现形式多样复杂，已引起社会的普遍关注［1-2］。目前，退化林分修复工作已列入国家防护林建设专题研究内容［3］。

关于防护林退化问题的研究，在我国部分地区取得了突破性进展，但相对于防护林退化现状而言仍远远不够［4-6］。森林退化主要表现在森林面积减少，结构失衡，林木质量降低，各种功能下降［7］。FAO将森林退化定义为逆向影响林分的结构或土地的功能，从而降低森林提供林料产品和服务能力的森林转变过程。朱教君等［7］研究认为，林木衰退是森林衰退的一种形式，是林木生理机能下降、发育滞缓、生产力降低以及伴随着林木生长发育过程中的地力衰退。魏金杰［8］研究认为，森林退化应以各类森林经营类型作为基础。同时，在造林过程中不能违背适地适树的基本原则，主要提高造林树种的适应性，以充分发挥土地和林木的生产潜力［9］。如果造林地选择不当，造林树种难以适应其立地条件，林木生长不良，易表现出衰退症状。林分结构配置不合理也是防护林退化的原因之一，林分结构直接影响生态因子和生态位，决定森林生态系统功能的发挥［5，10］。合理的林分结构是防护林效益最优发挥的重要基础，相反，不合理的林分结构会导致树体生长不良、生物多样性降低、病虫害大面积暴发等现象。例如，大面积营造单一树种防护林，会出现生产力低、生态功能降低及病虫害抵抗力较弱等问题［11-12］。

评价防护林的退化是恢复防护林生态系统的基本前提，对改善防护林生态系统的生产力、生物多样性、结构和功能有着重要意义［13］。评价防护林退化指标体系，应遵循整体性、动态性、定性和定量相结合、层次性和实用性原则［14］。在调查植物的基础性指标时，要全面考虑防护林退化方向，客观反映出防护林退化的转变特征，指标体系的构建和调查要具有逻辑性和层次性，同时遵循使用简便、易调查和可行性高的特征。姜帆等［15］从评价指标的筛选设计到森林系统的各项特征等进行了研究，通过划分基础指标和功能性指标评价森林退化。史凯航［16］在三北防护林退化指标分析研究中将退化指标划分为基础性指标及功能性指标，其基础性指标主要考察可操作和量化的龄组、郁闭度2个因子。其功能性指标主要考察防护林，以保障生态安全、发挥生态防护功能［17］。四川省林业调查规划院将防护林退化程度分为重度、中度和轻度［18］。目前，关于榆林沙区防护林，尤其是防风固沙林退化原因的研究仍远远不够，更缺乏对其机理及衡量指标的研究。笔者在调查榆林沙区退化防护林现状的基础上，结合文献资料分析了防护林退化原因，提出了相关建议，旨在为榆林沙区防风固沙林更新复壮提供理论依据。

1研究内容和方法

1.1研究区概况榆林风沙区位于毛乌素沙地东南边缘，处于陕西省榆林市和内蒙古自治区鄂尔多斯市之间，地理坐标107°20′～111°30′E，37°27′30″～39°22′30″N。东西长420 km，南北宽120 km，占毛乌素沙地总面积的38.3%，榆林市总面积的42.0%。榆林风沙区属于温带半干旱大陆性季风气候。沙区年均温6.0～8.5 ℃，最低气温-32.7 ℃，年降水量255～440 mm，集中在7—9月。榆林沙区有无定河、秃尾河、芦河、红柳河等河流，流域面积2.7万km²，地下水可开采量达5亿m³，200余个内陆湖泊。

1.2研究方法

1.2.1外业调查。标准地的选择应有效反映榆林风沙区立地和退化的典型性与时序特点。每个标准地采用5 m×5 m设置样方5个，分别设置在四角和标准地的中间位置。在研究区选取具有代表性的防护林，并用测绳、皮尺、钢卷尺、游标卡尺调查每种植物的种类、株高、冠幅、活枝数、枯枝数。植被盖度采用盖度框法进行测定。用测绳或皮尺在群落中设置20 m×20 m样地，每间隔5 m拉直线等距设置16个样方，调查每个样方内乔木、灌木；在每个5 m×5 m样方的4个顶点设置4个草本样方，面积1 m×1 m。样方内乔木记载每株树（胸径4 cm以上）坐标、树高、胸径、冠幅、第一活枝高、繁殖方式（丛生或单株、丛生者株数）、生长状况等，并记录数据。记载每种植物的名称、株数、平均高度、生长状况、分布状况等。

1.2.2数据分析。采用Excel 2016对试验数据进行计算处理，并进行图表绘制。

2退化防护林的现状评价

2.1不同立地类型灌木防护林的生长状况调查不同立地类型的灌木生长情况，分别对天然林10龄杨柴、沙蒿和花棒的株高、冠幅等指标的平均值和不同立地类型的植被盖度进行排序，了解灌木林的生长现状。从图1、2可以看出，不同立地类型植物的生长状况有所不同，其中杨柴的株高从迎风坡—平沙地—丘间地依次递增；从冠幅来看，丘间地生长的杨柴冠幅最大，迎风坡最小。丘间地沙蒿株高最高，冠幅也最大；沙蒿株高和冠幅在迎风坡均为最小。花棒在迎风坡上的株高最大，冠幅最小，平沙地和丘间地的冠幅差异不大。

2.2灌木防护林地植物种类变化该研究调查植物总共20种，包括杨柴、花棒、沙蒿、沙竹、蒙古虫实、狗娃花、狗尾草等。通过不同立地类型灌木的生长状况、灌木林的种类变化和灌木林生物量以及植被盖度现状分析可知，不同立地类型中灌木植被以杨柴、柠条、花捧、沙蒿、沙竹等为主。

调查样地内植物的外来种及演替情况，每种主要灌木林设置18个5 m×5 m的样方，调查了解样方内造林树种，对比造林树种和现有的灌木种类变化（表1）。

通过杨柴林、柠条林、沙蒿林和花棒林中林木种类的变化，可以看出造林初期到2020年，从生物多样性的角度来看，生物多样性较高的群落比生物多样性较低的群落更稳定。植物多样性的量度（如丰富度和均匀度）都升高，区域内群落稳定性增强，但灌木林中草本植物的增多同样值得注意，如狗尾草、芨芨草等。而在调查区域中，流动半流动沙丘、沙地在人为干预下（人工植被恢复），群落物种数量可能会经历多—少—多的过程，种类主要组成可能会由一年生草本—多年生草本—多年生草本+灌木等转换，当草本植物发展为优势种群时，标志着区域内防护林开始了逆向演替，同样也是退化的开始。

2.3灌木生物量和植被盖度现状通过盖度、生物量的对比，确定不同灌木在同种立地类型中的生长情况，调查25 m2样方中沙蒿、柠条、沙打旺，即对比迎风坡、缓坡、平沙地及丘间地不同植物生物量的平均值，得出不同植物在同一立地类型下的生物量，结果见表2。由表2可知，柠条在缓坡的生物量最大，其次为迎风坡；沙蒿在缓坡的生物量最大，其次为丘间地；沙打旺在平沙地生物量最大，在缓坡最小。同时可看出，柠条更适宜在迎风坡和缓坡生长，沙蒿适宜在丘间地和缓坡生长，沙打旺适宜在迎风坡和平沙地生长。3种灌木林地生物量反映出迎风坡柠条和沙打旺的生物量相当，丘间地3种灌木生物量从大到小依次为沙打旺、沙蒿、柠条，但差异不大，缓坡从大到小依次为柠条、沙蒿、沙打旺，差异较大，平沙地从大到小依次为沙打旺、柠条、沙蒿，差异较大。结果表明，每种植物均有各自最适宜生长的立地类型，在该条件下，其生物量和盖度均达到最佳状态。

3防护林退化原因分析

森林的退化指林木产品和生态服务功能的逆向改变。立地条件的不同，林木的选择不同，外界因素包括气候、土壤、水文的配置差异，均影响着防护林的退化进度。退化的本质是植被逆向演替，演替的趋势、速度和方向与多种因素有关。通过对榆林风沙区飞播灌木林的调查，分析了导致防护林退化的原因。