景电灌区农田防护林衰败及优化模式

丁 峰，李 亚，苏万红，魏怀东，纪永福，陈 芳，胡小柯

(1.中国林业科学研究院荒漠化研究所，北京100091;

2.甘肃省治沙研究所/甘肃省荒漠化与风沙灾害防治重点实验室—省部共建国家重点实验室培育基地，甘肃兰州730070;3.甘肃省景泰县林业局，甘肃 景泰730400)

随同景电工程配套建设的农田防护林网具有增强农田生态系统的抗干扰能力、改善农田小气候、净化空气、增加生物多样性、碳汇和保障作物稳产高产等作用［1］，是灌区农业持续发展的重要保障。经过四十多年的运行，由于成熟采伐、树种单一、密度过大、病虫危害、土壤次生盐渍化等原因，农田防护林严重衰退，“小老树”、“低价林”［2-3］等现象普遍发生，大部分林木生长停滞、甚至枯死，局部地方甚至消失殆尽，导致防护效益得不到正常发挥［4-5］，防护林的衰退成为制约其持续发展的主要障碍［6］。武利玉等［7］于2007 年通过分析防护林结构和功能对景泰人工绿洲防护林体系的稳定性进行了评价，发现景泰县人工绿洲防护林体系总体状况较稳定，而作为人工绿洲防护林体系重要组成部分的农田防护林目前却衰败严重，且尚未见关于该区农田防护林退化及优化改造的相关研究。为此，本研究在调查景电灌区农田防护林生长现状的基础上，分析退化原因，提出优化改造模式，以期为建成稳定可持续的生态经济型农田防护林网，修复改造景泰县农田防护林体系提供技术支撑，使景泰县人工绿洲防护林体系得以持续稳定发展。

1 研究区概况

景电灌区地处腾格里沙漠南部边缘，位于36°43' －37°58' N，103°03' －104°43' E，长60 km、最大宽度40 km［8］，为半封闭型盆地，目前灌溉面积达6.52 万hm2。整个区域地势平坦，属典型大陆性干旱温带气候，主要特点有干旱少雨，蒸发强烈，日照充足，温差大，风沙多，但境内地形高差悬殊，气候特点存在明显的地域差异。年均温度8.2 ℃;光热资源充足，日照时数2 726 h，是全国除青藏高原外光能资源最丰富的地区之一;年均降水量184.8 mm，年蒸发量3 038.5 mm，为降水量的16.4 倍，相对湿度年均49%;年均风速3.5 m·s－1，最大风速21.7 m·s－1，大风日数27.7 d，大风与干旱同步，主要集中在每年的3 －5 月，正值农作物萌发、开始生长的时候;地带性土壤为灰棕荒漠土;主要自然灾害有干旱和风沙危害;植被以典型的稀疏荒漠植被类型为主，多为旱生和超旱生草本，耐盐和盐生、沙生灌木、小灌木［9-12］。

2 防护林建设规模、模式及成效

2.1 农田防护林建设规模

景电灌区防护林体系建设是景电引黄灌溉项目的配套工程，同时景泰县被列为三北防护林体系建设一、二、三期工程建设县和四期工程科技示范县［13］，目前正在开展三北防护林体系五期示范工程建设。景电灌区农田防护林网的建设从1971 年开始起步，随着引黄灌溉工程陆续上水、建设规模不断扩大，截至2000 年底，全县营造农田防护林面积达0.35 万hm2［14］，四大灌区基本实现了农田林网化。

2.2 农田防护林建设主要模式

景电灌区农田防护林网的建设遵循渠路林配套的原则，沿干、支、斗渠和主干道路逐级配置，农田网格栽植林带，交织成网，以“林跟水走，林在农先”为建设思路［15-16］。结合灌溉渠系的实际走向及主风向，主林带多配置在道路和干渠，基本为东西走向，副林带多配置于农、毛渠或地埂边，基本为南北走向。以小网格、窄林带的基本模式为主，网格面积一般在13.3 hm2以下，并辅之以宽林带、团丛状、散状等模式。林带宽度，沿支渠一侧、斗渠两侧及主干道配置的林带基本上为栽植3 行乔木的5 m 宽林带，农渠单行栽植，宽度2 m。初植密度，一期灌区林带为1.0 万株·hm－2，株行距为1.0 m ×1.0 m，二期灌区林带初植密度为0.3 万株·hm ，株行距为1.5m×2.0 m［14］。

造林树种以杨、榆、槐、柳、枣等树种为主，其中新疆杨(Populus alba)、二白杨(P. gansuensis)、钻天杨(P. nigra)等杨树，以其速生、快速扩繁、成林快成为最初造林的主要树种，基于杨树的农田防护林占80%以上，旱柳(Salix matsudana)、沙枣(Elseagnus angustifolia)、大接杏(Armeniaca vulgaris)、枸杞(Lycium chinense)、花棒(Hedysarum scoparium)等树种在局部地区较多。绿洲内部以乔木树种为主，绿洲边缘以灌木为主，经济树种主要是以果园为主的片林和居民点四旁植树。

2.3 农田防护林建设主要成效

大规模防护林建设取得了良好的生态效益。景电灌区上水前，由于水分条件的限制，造林成活率极低，解放初期，景泰县森林覆盖率只有0.3%左右，截至2009 年，全县森林覆盖率提高到14%。植被覆盖状况的改善使得风速明显下降，引黄灌溉工程实施之前，年平均风速和最大风速分别为3.66 和21.7 m·s－1，目前为1.98 和14 m·s－1，分别下降了约46%和35%。重点地区风沙危害和水土流失得到有效遏制，生态状况发生明显转变，经济林果业和沙产业长足发展，促进和保障景泰经济社会可持续发展的绿色生态屏障逐步形成。

3 农田防护林衰败现状及原因

2012 年4、7、9 月，对景电灌区不同地段、不同模式农田防护林生长状况进行了3 次实地调查(表1)，并分析不同模式农田防护林的退化原因。

3.1 农田防护林现状

依据防护林建设的主要树种，将景电灌区农田防护林划分为以新疆杨为主要树种的林带;以毛白杨为主要树种的林带;以旱柳为主要树种的林带和以沙枣、刺槐、臭椿等为主要树种的林带4 种不同模式。经过几十年的运行，由于不同树种抗病虫害能力等的差异，再加之不同区域管护措施和力度的不同，目前不同模式的生长状况差异较大。

3.1.1 以新疆杨为主要树种的林带 在以新疆杨为主要树种的防护林带，目前保存相对较完整的为条山农场、兰石农场、天马农场等国有农场管护区，保存率基本在70%以上，而农民个人管护的城关村、草窝滩等地，防护林带残缺断带、老化现象很严重，城关村的保存率基本在30%以下，近年来虽然对防护林进行了补植，但存在造林成活率低、缺条断垄、树种单一或搭配不当、品种选择不良、总体布局不尽合理和完善、整体防护效应较差等问题。

3.1.2 以毛白杨为主要树种的林带 景电灌区毛白杨农田防护林主要有两种模式:第1 种以毛白杨为主要树种，补植新疆杨的林网，主要在天马农场、红水镇等地，其中天马农场防护林生长良好，林网完整，而在红水镇，毛白杨基本已枯死，尤其在副林带，保存率仅为11%，由于毛白杨枯死，在毛白杨旁边建植新的新疆杨林带替换毛白杨，这部分新建林带目前生长状况良好，很少有枯死现象发生，病虫害发生率较低;第2 种是以毛白杨与白蜡、刺槐等树种混交的防护林网，主要在条山农场，毛白杨天牛危害程度较轻，为20%，白蜡、刺槐等表现出了极强的抗病虫害能力，生长良好。

3.1.3 以旱柳为主要树种的林带 以旱柳为主要树种的林带，主要分布于条山农场、天马农场及部分公路两侧，其中天马农场附近的林网保存完好，且没有发生病虫害，而在条山农场及公路两侧，以旱柳、新疆杨、臭椿为主要树种的防护林网，天牛对旱柳与新疆杨的危害程度一样，达到100%，由于国营农场及公路两侧对防护林的管护体系相对完善，因此目前在景电灌区以旱柳为主要树种的防护林，尽管也遭到了天牛的危害，生长状况不良，但其保存尚还完整。

3.1.4 以沙枣、枣树、刺槐、臭椿等为主要树种的林带 沙枣、枣树、刺槐、臭椿等为抗病虫害较强的树种，在新疆杨林带受到天牛等危害断带，以这些树种补植的林网，刺槐、枣树和臭椿均表现出了极强的抗虫害能力，没有受新疆杨发生天牛危害的影响，以城关村、杨庄等地较为典型。而沙枣的抗虫害能力相对较弱，在天马农场等部分地方发生了天牛危害，程度相对较轻。在新疆杨林带彻底消失而重新以沙枣、枣树、刺槐、臭椿等树种建设的林网中，树木生长状况良好，没有病虫害发生，保存完整，以圣大猪场、条山农场、界碑村等地为代表。

3.2 防护林衰败原因

病虫危害、树种单一、林带结构不合理、管理不到位等是景电灌区农田防护林衰败的主要原因，具体有以下5 个方面。

表1 景电灌区农田防护林生长现状Table 1 The status of growth above farmland shelterbelt in the Jingtai electrical irrigation area

续表1

3.2.1 病虫危害 景电灌区农田防护林虫害主要为天牛，天牛危害在我国最初发生于宁夏［17］，危害范围及程度迅速扩大，景泰县北临宁夏中卫市，因此，天牛危害程度也很严重。其中危害程度最高的树种为毛白杨、新疆杨和二白杨，目前景电灌区毛白杨、新疆杨仅在天马农场的小部分林带天牛危害相对较轻，在20%及以下，其余地方天牛危害严重，虫害造成杨树生长不良，并逐渐枯死;几乎所有的二白杨林带都因为天牛危害被破坏，目前已基本消失。天牛对旱柳的危害现象也很普遍。同时在沙枣林带天牛危害有少量发生，而刺槐、臭椿、枣等树种抗病虫害能力强，目前没有受到天牛的危害。

杨毒蛾是景电灌区第二大虫害，主要危害树种为二白杨，对二白杨的危害率近40%。

3.2.2 耗水和胁地作用明显 景电灌区尽管是引黄灌溉，但由于各种成本增加，特别是新增灌溉土地面积的扩大，导致用水紧张，用于生态灌溉的水量不断萎缩，基于杨树为主的农田防护林网在得不到必要的灌溉后，林网出现退化，同时杨树对耕地的胁地作用明显，以杨树为主的农田林网，虽成形快，较早地发挥了防护效益，但成材周期长，经济效益低，且杨树根系发达，与农田争水争肥，胁地作用大。二白杨的胁地作用是枣树的3.5 倍，是樟子松(Pinus sylvestris var. mongolica)的3 倍。在距二白杨林带20 m 内作物产量大幅度下降，平均减产幅度在15.0%～36.7%，挫伤了农民营造、管护、完善农田防护林的积极性，甚至破坏现象时有发生，农民为了农业生产，往往会砍伐或修剪树木，使杨树林带生长不良或成排砍伐掉，进而失去防护效能。

3.2.3 耕地盐渍化现象严重 景电提灌工程每年大量提引黄河水灌溉，再加之多年来不合理的大水漫灌、串灌，有灌无排、渠道渗漏、农业技术粗放等原因，使得景电灌区这个半封闭型盆地的地下水位迅速上升，导致大量耕地出现了严重的盐碱化现象，灌区原生盐碱地面积达0.467 万hm2，占灌区总面积的8.75%［18-19］。同时在灌区部分地下水排泄不畅的封闭型盆地和地下水径流被大山截断的小型窝地，如芦阳盆地、马鞍山、兰炼、杨庄、五佛、梁家槽子和白墩子盆地等地，形成了大面积次生盐渍化耕地，到2010 年，灌区次生盐碱地总面积2 046 hm2，其中重盐碱地715 hm2(已治理334 hm2)，中盐碱地1 462 hm2［20］，杨树防护林不能适应较高的土壤盐分含量而逐渐衰退，盐渍化导致其农田防护林体系衰败严重。

3.2.4 树种单一，结构不合理 防护林建设之初，为了能更好更快地发挥其功效，以新疆杨、二白杨为代表的杨树以其速生特性为景电灌区防护林建设的主要树种，且后期大部分地方没有进行其他树种的补植和更新，由于树种单一、结构不合理，为病虫害的蔓延提供了便利条件，同时杨树受到天牛威胁而被破坏或遭农民砍伐之后，防护林不能得到及时补充，进而导致残缺断代现象严重，部分地方甚至消失。

3.2.5 管理不到位 景电灌区农田防护林目前保存相对较完整的为条山农场、天马农场等国营农场管护区，而农户承包耕地建设的防护林，由于每户农民经营的土地面积大小不一，农田防护林建设缺乏统一规划，土地经营自主性与农田防护林建设的统一性、防护效益整体性之间的矛盾，导致林网无序采伐，再加之监管不力，树木砍伐后不能及时销毁，引起病虫二次危害，且林网伐后不能及时更新，造成大树被砍伐，小树未能及时补充，林网缺株断带，防护效益严重降低。

4 农田防护林优化改造模式

针对景电灌区农田防护林退化现状，结合退化原因，以最大程度实现农田防护林的社会、经济、生态效益为目的，为农田防护林选择适宜的树种，依不同区域配置不同模式进行优化改造，以期建成稳定可持续的生态经济型农田防护林网。

4.1 杨树优势树种的轮换更替和林带更新

杨树生长迅速，成材快，防护作用大，因此尽管易受病虫危害，但仍是主干林带的首选树种。三倍体毛白杨，通过在景泰执行天然林保护项目进行一定规模的试验示范，发现其具有分布范围广，抗锈病、抗天牛、抗蚜虫，生态防护效益高，超短周期轮伐(5 年)，木材利用价值高等优良特性;同时调查研究表明，廊坊杨、加拿大速生杨(Populus canadensis)、84K 杨(Populus 84K)、银 新 杨(P. alba×P. bolleana)等杨树品种抗病虫害能力均相对较强。选择这些优质杨树，在主干林带剔除一些老弱病残的杨树，逐步对现有衰退防护林进行树种轮换和更替更新。同时选择刺槐、臭椿、白蜡等具有较强抗病虫害能力的树种进行混交，增加树种多样性，避免单一林种大面积造林，并以10 ～15 年为期进行优势树种轮换更替和林带更新，实现树种的多样化和均衡化。同时为了减轻天牛等对新疆杨的危害，可在副林带配置一定比例的毛白杨等树种作为饵树，用不同品系的具有较强抗性的树种混交代替单一造林模式，可显著改善林网结构，减少胁地和病虫害交叉感染等不利因素［21］，完成景电灌区衰败农田防护林的优化改造。

4.2 针叶常绿树种改造、优化林网结构

针叶树种抗逆性强，耗水少，特别是枝叶构型和不落叶特点非常适合干旱绿洲冬春季节的风沙防护，同时常绿树种配置的林带能够长时间保持良好结构，季相变化小，可持续稳定地发挥功能，以针叶常绿树种取代现有以杨树品种为主的阔叶农田防护林是今后防护林改造的一个主要方向［22］。樟子松以其耐干旱、耐盐碱的特性在河西干旱沙区具有良好的适应性，且在干旱荒漠区樟子松(Pinus sylvestris)育苗技术已较成熟，同时与其他针叶常绿树种相比具有明显的速生性。沙地云杉(Picea mongolica)是珍稀树种，具有生长速度快、耐旱、抗盐碱的特性，也是用于针叶树种改造阔叶防护林的优良代表树种。同时，侧柏(Platycladus orientalis)、青海云杉(P. crassifolia)等树种也是进行替换试验的优良针叶常绿树种。选择这些树种建成杨树与常绿树种的混交林带，使杨树林带发挥前期防护作用，待樟子松、青海云衫等常绿树达到速生期(10 年以后)，具有稳定防护功能时，伐除杨树林带，减小胁地影响，达到防护林生态持续的目的，形成常绿防护林带;对于胁地作用大，生长衰败的杨树林带，进行皆伐或隔行间伐，利用15 年龄左右的樟子松、青海云衫、侧柏等直接替代杨树林带，改造农田防护林树种结构，增强防护效益。

4.3 生态经济型防护林网营造

景电灌区现有林网的生态功能显著，但经济效能低下，可产生经济效益的只有风沙前沿的枸杞林网，农田内部的杨树林网，在禁止砍伐和修剪的约束下，除了一定的生态功能外，几乎没有什么经济价值，同时胁地作用明显，当地农民管理管护的积极性受到影响，致使衰败或退化严重。可在绿洲内部农田防护林网选用经济树种鸣山大枣(Jujube minshan)、小口枣(Ziziphus jujube)、大接杏、早酥梨等，更新、改造不成型林带，完善绿洲内部农田生态经济防护林网。一是可以增加农民收入，抵消部分因防护林网胁地作用给农民带来的损失，提高农民管护新建农防林网的积极性;二是改善林网结构，防止树种单一带来的林带断带、消失等现象;三是减少病虫害，与单一林种相比，混交或多树种造林对病虫害的抵抗力明显提高。

5 结论

景电灌区以白蜡、刺槐、臭椿等为主要树种的农田防护林网保存相对较完整;以二白杨、新疆杨等为主要树种的农田防护林网，残缺断代现象严重，尤其在个人管护的区域，部分林网甚至基本消失，而以杨树为主要树种的防护林占景电灌区农田防护林的80%，因此，灌区整个农田防护林体系目前处于严重衰退状态。

杨树易受病虫危害且存在耗水、胁地作用明显等缺陷，再加之防护林建植初期树种单一、结构不合理以及后期监管不到位等因素，造成以杨树为主要树种的防护林网大面积衰败死亡，而被砍伐后的木材没能及时销毁，引起天牛对杨树的二次危害，再加之防护林网被破坏后得不到及时的补充，最终导致景电灌区农田防护林网残缺断代现象严重。

选取三倍体毛白杨、廊坊杨、樟子松、刺槐、白蜡、鸣山大枣等抗病虫害能力强、适应性广且具有较高生态、经济价值的优良树种，采用农田防护林杨树优势树种轮换、针叶常绿树种优化改造、生态经济型防护林网营造等防护林优化改造模式，更新景电灌区农田防护林网，以期逐步完善景电灌区农田防护林体系。

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