榆林沙区灌木林生长状况评价与分析

摘要：针对榆林沙区沙区灌木林成林时间过长以及更新改造不及时等原因导致灌木林生理过熟，造成大部分灌木林呈现退化状态。为更好地指导榆林沙区灌木防护林健康经营，促进榆林沙区防护林可持续发展，因此需要合理评价沙区灌木防护林生长状况。通过查阅文献、咨询专家和样地调查相结合的研究方法，建立沙区灌木防护林生长状况指标体系和评价模型，对榆林沙区灌木林生长状况进行评价，根据评定结果得出榆林沙区灌木林生长状态总体不佳，属于轻度退化。调查样地灌木林的评定结果基本与实地情况相符，沙区灌木林生长缓慢，枯死枝数量相对较多，更新困难。

关键词：榆林沙区 灌木林 评价 分析

毛乌素沙地榆林沙区位于陕北黄河流域最大支流无定河上游，榆林沙区经过六十多年的治理，已经使860多万亩流动沙地达到固定或半固定，沙区植被覆盖率已由治理前的1.8%上升到现在的42.9%，沙进人退的局面已成为历史，但是榆林沙区的植被主要由灌木林组成，其飞播固沙林地主要是杨柴、花棒和油蒿（黑沙蒿）等灌木植物种组成，人工造林植被主要由沙柳、柠条、沙打旺等灌草植物组成，由于灌草植物种的生长期为5-15年，由于榆林沙区灌木林植被大部分已有近10-50年的时间，明显出现了过熟老化现象，因此有必要对榆林沙区灌木林进行健康评价。

健康稳定的生态环境是人类生存发展的基石，防护林是改善生态环境最普遍有效的工程之一。世界上较为著名的防护林工程有苏联的斯大林改造自然计划、美国的罗斯福工程以及我国的三北防护林工程。经过多年建设，我国防护林面积数量可观，但是防护林的健康经营却落后于建设，因此当前我国防护林事业的发展要务是针对现有防护林构建适合的健康评价体系，掌握其健康状况，以指导生产实践，保证防护林的健康发展。

榆林沙区作为榆林市乃至全国生态防护的重点区域，其防护林的健康发展非常关键。近年来，榆林沙区的生态环境质量虽然整体呈现上升趋势，但是榆林沙区灌木林地占榆林防护林总面积的70%以上，大部分灌木林呈现退化状态。为更好地指导榆林沙区防护林的生产建设，促进榆林沙区防护林健康可持续发展，迫切需要建立防护林健康评价指标体系和评价模型，合理评价防护林健康状态，采取相应的复壮更新途径和技术措施。

通过查阅文献和咨询专家，筛选出影响沙区灌木林防护林生长健康评价的指标，再通过层次分析、聚类分析方法，进一步缩小指标范围，最终确定评价指标，构建榆林沙区灌木林生长健康评价指标体系和评价模型。

1 榆林沙区灌木林生长健康评价指标体系构建

1.1 指标选取的原则

评级指标的选取应该要遵照以下原则：

科学性原则：首先选取的评价指标与防护林健康关系密切，即指标的优劣能体现防护林的健康状况。其次要根据所在区域生态环境自然属性以及该区域防护林的自身特征，即指标选取因地不同。最后要保证指标自身概念清晰明确。

代表性原则：指标选取要精准，即指标数量精简，特点鲜明，能准确反映防护林自身生长状况和生态防护效益。

系统性原则：评价指标选取要全面、系统反映防护林健康的各个方面。彼此之间相互补充，相互协调，成为一个统一的整体。

实用性原则：评价指标的数据能通过一定途径调查获取，计算测量等可操作性强，即指标具有可测性和可比较性。

独立性原则：为避免指标冗杂，重复评判带来的误差，指标之间应相互独立，不交错。

1.2 指标体系的构成

按照层次分析的方法建立指标体系。综合国内外评价指标研究经验，分析影响榆林沙区灌木林生长健康的因素筛选出林分结构、林分活力、立地条件和干扰因子4个一级指标。一级指标无法通过实验直接测得，按照聚类分析的方法，分别筛选其下属的二级指标。二级指标具有可测量性，是定量评价防护林的关键，评价指标筛选结果如下（表1）：

以灌木防护林为研究对象，所以在林分结构中删除分层情况。坡位是通过影响土壤含水量分布进而影响植被的生长，与土壤含水量有重复，删除坡位指标。

1.3评价指标量化

指标量化的关键是确定评价指标基准值，具体可参考森林可持续状况评价导则以及国内相似地区的研究经验，见表2。

根据指标量化等级表，将表2中的指标调查数据量化，见表3。

1.4 指标权重设置

按照专家打分结合层次分析的方法确定指标权重。首先咨询专家，获得各层次指标之间相对于上一级所属指标的相对重要程度。按照1、3（1/3）、5（1/5）、7（1/7）、9（1/9）进行打分，依次代表同等重要、稍微（不）重要、明显（不）重要、强烈（不）重要、极端（不）重要。在此基础上获得判断矩阵A。然后计算矩阵的最大特征根 和特征向量 。

特征向量计算

首先将判断矩阵各行数值相乘，结果开除 次方， 是矩阵的行数，即可得到的特征向量 ， = ， 为判断矩阵的序号， 为向量转置符号。

归一化

利用公式3-1将 归一化，所得结果即是指标的权重值：

（3-1）

将通过专家打分获得的指标权重值汇总求平均值，获得各指标的最终权重（刘君昂和李红娟 2009），见表3-4。

一致性检验

对判断矩阵进行一致性检验：

（3-2）

式中，CR为判断矩阵的随机一致性比例，当CR （0-0.1）时，表明计算所得的指标权重是合理的；CI是判断矩阵的一致性指；RI是判断矩阵的平均随机一致性指标。

1.5 评价模型与等级标准

国内外关于生态系统健康评价的研究中，综合指数模型应用广泛、技术成熟且操作简便。防护林健康具有生态系统健康的属性，同样适用生态系统健康评价的技术方法。本文采用生态系统健康评价综合指数模型，进行防护林健康状况评价，计算方式如下：

（3-3）

式中：Q为防护林健康评价综合指数;" 为二级指标量化值； 为二级指标综合权重;" =1，2，…， ， 为二级指标因子数。

参考相关文献（付贵全2016：29；张可慧和刘剑锋 2018），结合榆林沙区防护林的实际情况，将防护林的健康状况划分以下等级五个等级。

2 榆林沙区灌木林调查与评价

开展榆林沙区灌木防护林现状调查与评价，解析区域生态环境的现实状况和防护林退化的驱动因素，以建立低效退化防护林调控机制，对于改善当地生态环境，优化生态系统服务功能，促进地区资源开发、生态建设和环境保护协调发展发挥重要作用。

2.1 榆林沙区灌木林现状调查

2.1.1 样地设置

在资料分析和外业踏查基础上，选择红枣基地、机场路西、榆阳区牙石兔、沙地植物园、横山区哈兔湾5个样地进行了样方法调查。在调查时根据样地范围大小、植被生长特点等不同，分别布设不同样方数量。样地基本情况见表6。

2.1.2 调查内容与方法

1.调查内容

每个地点的样方随机布设面积为20m×20m或10m×10m的大样方，在对角线布设5个5m×5m灌木样方，每个灌木样方内设置一个1m×1m的草本小样方。调查内容包括海拔、坡向、坡度、位置、样地周围概况和人畜干扰程度、植被种类、地径、高度、冠幅、分枝、枯枝情况、生长量、生物量、草本盖度和土壤质地以及地被物等指标，还有各植被类群长势及主要建群种植被死亡状况。

2.植物群落数量特征分析

根据所调查植物群落的特征数据，计算其重要值，以重要值确定群落主要组成结构，并以优势植物来区分群落，分析其动态变化过程。计算公式如下（内蒙古大学生物系，1986，姜恕等，1988）：

（3-4）

式中：相对多度=（某一物种个体数/群落中全部物种个体数之和）×%

相对频度=（某一物种频度/群落中全部物种的频度之和）×%

相对盖度=（某一物种分盖度/群落中全部物种分盖度之和）×%

群落植物种多样性是群落生态结构水平的独特而可测定的生物学特征。对反映群落的功能有重要意义（王伯荪，1987）。物种多样性测定方法很多，但目的应反映出群落组成种类，个体种数的多度变化，均匀度以及群落结构、稳定性、动态等特性，体现群落植物种多样性与环境的关系等。本文采用三个定量指标即物种多样性指数，均匀度指数及丰富度指数来测定和分析群落物种多样性与群落特征的关系。

3.土壤调查

土壤含水率的测定：选择样地内沙丘不同部位顶部、中部、底部和丘间地4个区域，采用1m×1m样方，以20cm间距选点，用TSV-V型土壤水分测定仪观测水平及垂直方向0—100cm土壤水分变化，每个点3次重复。

土壤养分调查：土壤取样：采用剖面法和土钻法取样。典型土壤剖面选择在标准地中央，无人为破坏的区段，剖面规格1.0m×1.5m，深度一般挖至母质或地下水位，按发生层分层取样，同时记载土壤剖面形态：层次、土层厚度、湿度、颜色、结构、土壤紧密度、土壤质地、侵入体及新生体、潜水水质、石砾含量等内容。土钻取样结合植被标准地调查进行，在标准地内采用：“S”形取样法采集样品，每样点按0-20cm、20-40cm、40-60cm、60-80cm、80-120cm分层次取样，用于测定土壤含水量等。

室内分析方法：土壤机械组成测定用筛分法和悬浮土粒法；土壤有机质测定用重铬酸钾氧化法；土壤全氮测定用半微量凯氏法；土壤速效磷测定用碳酸氢钠法；土壤pH值测定用电位法；土壤全盐量测定用质量法；土壤水分测定用燃烧法快速称重和烘干称重法。

4.小气候的测定

风速的测定：采用轻便式三杯风向风速表测定，风速垂直梯度测定0.2m、0.5m、1.0m、1.5m四个高度风速，求出断面平均风速、透风系数和地表粗糙度等，并以旷野为对照求出降低风速值。

防风效能（%）=（V2-V1）/V1×100%""""""""""""""""" （3-5）

空气温度湿度测定：用通风干湿表，分别距地面高0.2m及1.5m高度进行空气温湿度梯度观测，每5天测一次，每次按8、10、12、14、16、18时六个时段观测。

地温的观测：土壤温度观测分0cm、5cm、10cm、15cm、20cm、25cm六个不同深度，用曲管地温表进行观测，同时观测地面最低、最高温度。观测点按不同立地类型每个林种各设一个，每5天观测一次，每次按8、10、12、14、16、18时六个时段观测。

输沙量的测定：输沙量是指风沙流在单位时间内通过单位宽度的断面所搬运的沙量。输沙量用集沙仪测定。在测定风速的同时，将集沙仪放置在标准地中，孔口面对气流，经1h取出各层小盒，倒出沙子称重，得出1h通过2m、距离地面20cm各层的输沙量。与流沙对照地比较，求得输沙量降低值，即反映固沙效益。

5.主要仪器设备

PC－2F多通道自动观测风速仪2台，便携式野外气象仪2台，TSV-V型土壤水份仪2台，罗盘仪1台，标准集沙仪6套，百分之一电子天平1台，水准仪1台，太阳辐射表、照度计、氧弹式热量计各1台，以及GPS、通风干湿表、曲管地温表、土钻、环刀、测绳、标尺、小铁铲等若干。

2.2调查结果

3 榆林沙区灌木林健康评价与分析

3.1调查数据的标准化

本研究以榆林沙区灌木林为研究实例，验证防护林健康评价指标体系的合理性和实用性。分别在横山区哈兔湾，榆阳区牙石兔、红枣基地、机场路西、沙地植物园灌木林地选择典型样地，样地基本情况见表6，调查筛选的各指标值（表7），按照所采取的指标量化标准，将所调查的指标数据量化值求平均值，结果见表8所示。

3.2 健康评价结果与分析

将指标量化均值（表8）与专家打分-层次分析所确定的指标权重（表4）代入式（3-3）中，可以得到灌木林的健康综合指数值，最后按照防护林健康等级评价标准（表5）评定灌木林生长健康状况，结果见表9。

从表9计算结果来看，位于哈兔湾、牙石兔的灌木林的综合指数最低lt;0.50，根据评级标准属于中度退化的防护林。植物园的灌木林的综合指数最高为0.67，属于微度退化灌木林的范畴。机场路西和红枣基地的灌木林综合指数位于两者之间属于轻度退化。

调查地的灌木林防护林综合指数差距不大，各样地灌木林生长健康指数总体偏低，介于0.4841-0.6767之间，表明榆林沙区灌木林健康状态总体不佳，属于轻度退化。调查样地灌木林的评定结果基本与实地情况相符。在实地调研中横山区哈兔湾和榆阳区牙石兔样地的灌木林生长瘦小，枯死枝的数量相对较多，同时也存在管理粗放、更新缓慢等问题。

4小结

榆林沙区灌木防护林退化的原因主要有以下方面：一是灌木的更新修复能力低。健康状况差的灌木林具体表现为树木长势弱，抗病虫能力低；二是灌木防护林保存时间过长，由于生理成熟导致老化林木的数量多；三是管理粗放，管理不善的防护林受人为干扰强度大，水肥条件差，最终导致防护林林木活力低，结构不稳，防护功能衰退。

针对榆林沙区灌木防护林生长现状，对于榆林沙区生长十年以上的灌应进合理行平茬复壮更新，有效改善灌木林生长状况，提高防护效能；同时可以在沙区灌木林地栽植以樟子松为主的针叶树，提高林分质量，建立相对稳定的乔灌草林分结构，使沙区灌木防护林得到可持续发展。

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Evaluation and analysis of shrub growth status in Yulin sandy area

Gao chao 1Fu xun-di2Wu pu-xia1 Liu dong-lin1" Chai hong-ye1" Cao qing-xi1""" Wang wei1 Wang jian-mei1

（1.Shaanxi Academy of Forestry Sciences Xi'an， Shaanxi 710082." 2.Shaanxi Provincial Project Management Center （Shaanxi Provincial Forestry Fund Management Center）" Xi'an， Shaanxi 710082）

Abstract： According to the reasons such as too long forest formation time and not timely renewal and transformation of shrubbery in Yulin sandy area， physiological overripening of shrubbery resulted in degradation of most of the shrubbery. In order to better guide the healthy management and promote the sustainable development of the shelterbelt in Yulin sandy area， it is necessary to evaluate the growth of the shelterbelt reasonably. The index system and evaluation model of shrub shelterbelt growth in sandy area were established by means of literature review， expert consultation and sample site survey. The shrubland growth in Yulin sandy area was evaluated. According to the evaluation results， the shrubland growth was generally poor and mildly degraded. The evaluation results of shrubland in the sample land are basically consistent with the field situation. The shrubland in sandy area grows slowly， the number of dead branches is relatively large， and it is difficult to renew.

Keywords： Yulin Sandy area， Shrubbery， evaluation， analysis