黄羊滩人工固沙林林分生长量研究

邢海福

（康保县林业局，河北 康 保 0 76650）

林分生长量是指林分在一定时期内，其树高、冠幅和生物量等生长指标所发生变化的数量。林分生长量在幼年时比较缓慢，随着林龄的加大而逐渐上升，在一定年龄达到高峰以后开始逐步下降，这是林分生长的一般过程或正常规律。但具体到某一特定立地条件，生长量可反映植被对环境的适应性，是人工林生物学稳定性的一个重要指标；在自然生长过程中树高、冠幅能达到正常高度，生物量持续增加的，反映该树种能够在该立地稳定生长。因此，开展对人工固沙林的生长量的调查研究，具有重要的现实意义。

黄羊滩位居河北省五大沙滩之首。特殊的地理位置和土壤、气候条件，与不合理的土地利用相耦合，导致该地区植被严重退化、土地大面积沙化，该沙地成为直接导致洋河、官厅水库淤积，以及北京扬沙、浮尘天气的主要沙源地。为了有效治理黄羊滩沙地，营造了大面积的人工固沙林，在生态环境逐步好转的同时，所营造的林分生长量存在显著差异。为此，通过对人工固沙林生长量的调查，预测今后的生长趋势，为合理规划与经营对策提供科学依据。

1 研究材料与方法

1.1 研究区自然地理概况

黄羊滩位于河北省张家口市宣化县东南部洋河南岸，地理坐标为东经115°2′34″～115°12′30″，北纬40°25′12″～40°32′6″，隶属于宣化县国营林场，总面积10200hm2。该区属坝下中低山区，地势东南高、西北低，海拔600～1000m。处于半湿润区向半干旱区的过渡地带，年均降水量365mm，年蒸发量2000mm。年平均气温7.6℃，极端最高气温38℃，极端最低气温-25.8℃，无霜期130d，年≥10℃有效积温2368～3573℃。年内大风天数37～40d。属冀西北农牧交错区，为河北省五大沙滩之首，土壤以风沙土为主；地带性植被为疏林草原，植被类型较单一，盖度较低。主要灾害性天气有干旱、沙尘暴、冻害、干热风等。由于其独特的地理位置，形成了风多、风大、干旱等特殊的局部气候特征，区内土壤风蚀沙化严重。

1.2 标准地基本情况

依据造林树种、配置模式和林龄，选择22种典型林分类型，在具有代表性的地段各设置面积为20m×30m的标准地1块。黄羊滩人工固沙林全都处于中幼林阶段，林分郁闭度低，未进行过抚育间伐。所调查的林分基本情况见表1。

1.3 研究方法

1.3.1 生长指标调查

表1 标准地概况

在乔木林样地内对乔木树种进行每木检尺，测定树高、胸径、冠幅；在样地内分别选取5个1m×1m的草本样方进行调查，内容包括植物种类、株数、高度、盖度。测算林分郁闭度，选取标准样木进行树干解析和地上生物量的测定。

在灌木林样地内分别测定灌木的株（丛）数、株高、冠幅，在样地内分别选取5个1m×1m的草本样方进行调查，记录种类、株数、高度、盖度；测算林分郁闭度，选取标准株进行地上生物量的测定。

人工草地调查，设置5个3m×3m的样方。在样方内逐株测定高度、冠幅、分蘖枝数；记录样方内天然草本植物种类、株数、高度、盖度。

1.3.2 地上部分生物量的测定

林分地上部分生物量测定，乔木和灌木树种采用平均标准木（株）法测定。在根颈处伐倒标准木后，采用“分层切割法”，将主干、枝条、叶片全部分离并称其鲜重W1，再分类取样带回实验室，置于105℃恒温下烘至恒重W2。样品烘干后的恒重与对应的鲜重相比即为该样品的干鲜比，即干物质含量（%）＝W2/W1×100%。草本层采用收获法，在对应的样方内，分别设置5个1m×1m的小样方，测定样方内全部植物的鲜重。根据生物量大小按比例取样带回实验室烘干至恒重，推算出林分内乔、灌、草各部分的生物量。

2 结果与分析

2.1 林分树种株高与冠幅生长状况

种群高度可以指示植物的生长情况、生长势，以及竞争和适应的能力，它可以从空间上来表示不同种群所占据生态空间的大小及发挥生态功能的高低。风蚀沙地作为一种特殊困难立地类型，植被生长过程必然要受到干旱、高温与养分贫瘠等因素的限制，其林相与地带性土壤上人工林相比有所差异。黄羊滩风蚀沙地人工固沙林不同林分高度与冠幅统计值见表2。

表2 不同人工林林分生长状况统计

新疆杨、小美旱杨与小叶杨是黄羊滩林场人工固沙林造林面积较大的3个杨树种类。新疆杨林分平均高为7.6m。造林7～8a后，新疆杨出现生长衰退现象，树高与冠幅基本停止生长，但径生长衰退不明显，枯梢量极小；小美旱杨林分平均高6.0m。造林后很快出现生长衰退，死枝枯梢现象严重；小叶杨高生长受林分密度影响最大，不同林分高度一般在1.4～5.0m间波动，造林后最早第3年高生长停止，通常第6年高生长基本停止，主干枯死量大，降水正常年份也常见整株死亡。相关研究认为密度过大造成土壤水分亏缺，引起林分衰退。对小叶杨采取了包括疏伐、平茬与混交在内的多项改造措施，都没有获得成功。

刺槐林分布在洋河南岸沿河沙滩（是该林场水分条件最好的林地），造林后剪去所有侧枝，并在1.4m处定干。连续5a的生长调查资料显示，年均高生长只有14.2cm。2008年是近年来降水较多的一年（年降水458mm），该年幼林平均高生长只有17.4cm。造林第5年出现了枯梢现象，表现出了生长衰退的迹象。

白榆是乡土树种中营造防风固沙林最好的一个树种。7a生人工幼林平均树高3.8m，胸径3.4cm，单株冠幅平均值3.24m2。实地调查证实，初植密度为2m×3m的人工林，经过7个完整的生长季就可局部郁闭。13a生人工林树高5.8m，胸径4.8cm，单株冠幅平均值4.56m2。局布郁闭后，有自然整枝现象，但高、径生长并没有停止，而且长势良好。

樟子松在黄羊滩沙荒造林生长表现良好，具体生长指标是：5a生幼树高度与地径平均值分别是42.5cm与1.25cm，当年高生长达16.6cm。13a生人工林标准木高度为4.3m，胸径为9.2cm，冠幅4.4m2，生长潜力较大，没有出现生长衰退现象。查阅有关资料，生长节律与原产地基本相同。

侧柏是乡土常绿树种中应用于固沙造林最成功的一个树种。3a生苗造林后第5年，经实地调查，平均标准木高度与冠幅分别是1.60m、0.81m2；单株最大高度达到2.2m，单株最大冠幅为1.56m2。进入速生期后，17a生林分平均标准木生长量分别是：高度2.45m、胸径1.8cm、冠幅2.57m2。单株最大高度达到3.1m，单株最大胸径2.9cm，单株最大冠幅为4.4m2。侧柏是极耐旱树种，营造的防风固沙林，表现出了极高的生物学稳定性。2009年是有降水记录以来降水量最小年份，年降水只有231.7mm，只占多年平均降水（361mm）的64%左右，但侧柏人工林没有出现枯梢、落叶现象。林下草本繁茂，林相整齐，长势良好，没有出现衰退现象

黄柳、沙枣和沙地柏等3个灌木树种，原产于荒漠化较严重地区，在黄羊滩主要用于半固定沙地造林，是引入灌木中比较成功的3个树种，生长表现正常，甚至某些性状还优于原产地。黄柳当年高生长30.4cm，最大根长35.0cm，生根量65条，根系分布范围20～50cm。5a生幼树平均高1.8m，平均地径1.2cm。个别株丛3a生时高度就达到最大值，4a生时全部达到高度最大值。沙枣1a生裸根苗半固定沙地造林，成活可达85%左右。造林成活后，没有自然死亡现象。越冬后没有枯梢、干梢现象，芽饱满健壮。经过7个完整的生长季后，沙枣地径12.5cm，树高3.1m，冠幅1.96m2，叶片长3～4cm，叶片宽1～3cm。造林第4年高生长接近最大值。沙地柏引入的是3a生容器苗。当年造林成活率85%以上，在常规管理条件下可正常露地越冬，没有自然死亡现象。顶芽饱满，越冬后没有枯梢现象。生长旺盛，枝条长度年生长量最大值可以达到35cm，分枝多。造林后第4年株高生长停止，以匍匐生长为主，7a生幼林平均高0.38m，平均冠幅1.06m2。

柠条、紫穗槐是乡土灌木树种，应用于防沙治沙工程的关键问题是成活后对沙丘上极为有限的水分条件的适应情况。5a生柠条人工林，平均高0.63m，平均冠幅0.93m2，丛枝条数19～24个。22a生柠条人工林，平均高1.94m，平均冠幅1.79m2，丛枝条数55～72个。紫穗槐造林保存率高，成活后几乎没有自然死亡现象。但生长缓慢，造林当年净高生长16～22cm，其后年均高生长一般为25～30cm。1a年裸根苗截干造林，3a高生长达到最大值。与樟子松混交，5a生紫穗槐平均高为0.96m，平均冠幅0.97m2；与沙地柏混交，7a生紫穗槐平均高为1.13m，平均冠幅1.25m2。与周边地区其它立地条件如退耕还林工程等应用情况相比较，生长量没有显著差异。

差巴嗄蒿雨季前直播于流动沙地草方格内，当年高生长为10～15cm，第2年高度为35～50cm。通常第4年后高生长停止，随自然稀疏加重而转以侧向生长为主。7a生林分平均高1.02m，平均冠幅3.70m2。查阅相关资料，生长量和发育进程与原产地科尔沁沙地完全一致。

沙打旺夏初播种，前3a平均株高为28.1、93.4、110.6cm，高生长量从第4年可能受地力下降的影响开始下降，并且受降水影响较大。第7年时设标准地调查，高度与冠幅平均值分别是0.82cm和0.08m2。

2.2 林分生物量（干重）比较

生物量是指单位面积上存在的有机体干质量的总量或植物所有种的有机物干质量总量，亦称为现存量。生物量实质是绿色植物通过同化器官进行光合作用积累的有机质和能量，反映了群落利用自然资源的能力。生物量生产是森林生态系统最基本的功能，通过测定林分生物量，分析林分所产生的干物质能量与养分，为生态系统中研究能量平衡、能量流动和养分循环等功能提供基础数据。对比分析不同人工林生物量，揭示人工林生态系统生产力特点，是分析生物学稳定性的一项重要内容。由于条件所限，本研究仅对各样地的地上部分生物量进行了调查研究，所提到的林分生物量均指地上部分的生物量。

所调查林分全部未郁闭，单株林木都具有充足的生长空间，不存在密度制约问题，因此林分生物量指标能够准确反映林分的潜在生产力。不同类型人工林林分总生物量的年增长量见图1。在全部调查林分中，年均生物量2个最大值产生于樟子松林地与13a生白榆林地，其单株年平均生物量分别是4.66kg/株·a、1.68kg/株·a，也是全部调查林分的最大值，这表明樟子松与白榆在沙地上生长潜力最大，群落能量流动与物质循环最畅通，是乔木树种中生产力最高的2个树种。另外，樟子松×紫穗槐林、小美旱杨林、新疆杨林、沙打旺草地等4块林分年均生物量也都超过1000kg/hm2·a，为黄羊滩沙地生产力较高林分。这几个树种，在干旱、贫瘠的沙地上，也能保持强劲生长，尤其是沙打旺，生物量测定时已经处于严重退化阶段，但仍能具有相对较高的生物量，是流动沙地难得的先锋物种。

图1 人工林林分生物量

小叶杨×刺槐林、7a生白榆林、小叶杨×山杏林、15a生小叶杨林、沙枣林、沙地柏×紫穗槐林等6块林分，林分年平均生物量为500～1000kg/hm2·a，为黄羊滩沙地生产力中等林分。小叶杨在干旱贫瘠的沙地上不能正常生长，出现大量枯死枝甚至整株死亡，单株生物量年增加量小，总株数逐年减小；通过与其它树种混交，改造后对单株生物量影响效果不大，所以小叶杨林分未能达到乔木树种正常生长状态时的生物量。7a生白榆林，虽然林分长势好，但还没有进入速生期，单株生物量低，林分总生物量偏低。紫穗槐和沙地柏属小灌木类，树体小，单株生物量小，林分总株数量大，林分总生物量达到了灌木林的较大值。沙枣属大灌木，单株生物量较大，林分总株数相对低，达到了灌木林生物量正常值。这组数据从一个侧面说明了紫穗槐、沙地柏和沙枣等适应性强的灌木类固沙植物，可以通过加大初植密度来提高林分生产力。

刺槐林地、9a生小叶杨林地、黄柳林地、5a生柠条林地、17a生侧柏林地、7a生侧柏林地、26a生柠条林地、沙地柏林地、柠条×差巴嘎蒿林地、差巴嘎蒿等10块林分，年平均生物量小于500kg/hm2·a，为黄羊滩沙地生产力较低林分。刺槐幼树枯梢现象严重，高生长缓慢，表现出了生长衰退的迹象，单株生长量特别低，表明营养物质循环不畅通。黄柳单株生长量较大，长势好，但林分初植密度低，林分总生物量累积低。柠条、侧柏、沙地柏这3个树种，能很好适应黄羊滩风蚀沙地，但其本身生物学特性具有单株生物量增长量小的特点，所以林分总生物量较低。差巴嘎蒿处于严重退化阶段，枯梢与死枝量大，单株生长量已停滞。

3 结论

（1）以原产地或周边地区非困难立地为对照，调查林分所涉及到的树种，在黄羊滩风蚀沙地能达到正常生长高度且生物量的持续增加的有：白榆、樟子松、侧柏、黄柳、沙枣、沙地柏、柠条、紫穗槐、沙打旺等；差巴嘎蒿个体高度、冠幅能达到原产地的标准，但总生物量由于枯梢与死枝量大而停止；不能达到正常生长高度提前衰退的有：新疆杨、小美旱杨、小叶杨、刺槐。

（2）按经营目的，综合考虑林木个体大小和生长特点，不同林分类型其经营对策分别是：白榆、樟子松、沙枣、柠条等处于进展演替阶段，应该采取封禁措施、减少外界干扰，促使林分尽快发育成熟，形成稳定的林分；沙地柏、黄柳营建的林分，初植密度较小，林间空隙过大，需要尽快改善林分配置，提高林分生物量。通过引入乔木树种，使得林分在水平和垂直结构上都等到改善，同时，还可增加单位面积林分初级生产力；新疆杨林通过抚育间伐结合引入沙地柏等非竞争灌木，通过增加营养面积以提高林分的生产力；差巴嘎蒿、沙打旺是流动、半流动沙地无可替代的先锋物种。这类人工草地，在生长高峰过后，及时引进功能更强的灌木树种进行改良，以进一步增强系统抵抗力和生态功能；小美旱杨、小叶杨与刺槐发育受限，林分已失去经营价值，选择适应性强的树种加以代替。

［1］邢存旺，马增旺，赵广智，等.宣化县黄羊滩现有人工固沙林生长状态调查［J］.河北林业科技，2008，（4）：22－25.

［2］赵广智，马增旺，邢存旺，等.宣化县黄羊滩原生植被资源调查分析评价及保护利用［J］.河北林业科技，2007（2）：12-15，21.

［3］邢存旺.黄羊滩人工固沙林生态稳定性研究［D］.保定.河北农业大学，2013.