黃羊?yàn)┤斯し里L(fēng)固沙林生態(tài)效益研究

曹華軍，高起，邢存旺，馬增旺，趙廣智

（1.赤峰市松山區(qū)園林局，內(nèi)蒙古赤峰024000；2.赤峰市松山區(qū)初頭朗鎮(zhèn)政府，內(nèi)蒙古赤峰 024039；3.河北省林業(yè)科學(xué)研究院，河北石家莊 050061）

黃羊?yàn)┤斯し里L(fēng)固沙林生態(tài)效益研究

曹華軍1，高起2，邢存旺3，馬增旺3，趙廣智3

（1.赤峰市松山區(qū)園林局，內(nèi)蒙古赤峰024000；2.赤峰市松山區(qū)初頭朗鎮(zhèn)政府，內(nèi)蒙古赤峰 024039；3.河北省林業(yè)科學(xué)研究院，河北石家莊 050061）

全面準(zhǔn)確評(píng)價(jià)人工固沙林的生態(tài)效益，是人工固沙林可持續(xù)經(jīng)營(yíng)的理論依據(jù)。該文按照樹種、林齡和配置模式，選擇了京津風(fēng)沙源南部區(qū)黃羊?yàn)┑?8個(gè)有代表性的林分（草地）進(jìn)行研究，選取了防風(fēng)固沙、改良土壤、調(diào)節(jié)氣候和物種多樣性等方面的7個(gè)指標(biāo)因子，運(yùn)用灰色系統(tǒng)理論關(guān)聯(lián)度分析法對(duì)人工林生態(tài)效益進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)。研究結(jié)果表明：防風(fēng)固沙林的建立，降低了林地輸沙率，固沙效益明顯。13a生白榆林、7a生白榆林、26a生檸條和黃柳林等輸沙率為0，固沙目標(biāo)全面實(shí)現(xiàn)。進(jìn)入退化階段的沙打旺人工草地不能維持有效防護(hù)結(jié)構(gòu)，輸沙率為18.9g/cm·d，其它林分輸沙率在0～10g/cm·d之間；防風(fēng)固沙林也具有明顯的小氣候效應(yīng)。除沙打旺草地外，其它林分均發(fā)揮不同程度的增加濕度和減緩溫度變化的作用。其中17a生側(cè)柏林相對(duì)濕度比空曠地提高了7.7個(gè)百分點(diǎn)，為濕度效應(yīng)最大值，13a白榆林比空曠地溫度日較差降低了2.8℃，為溫度效應(yīng)最大值；17a側(cè)柏林、13a白榆林、26a檸條林、5a檸條林、沙地柏林、7a白榆林等6個(gè)林分與理想林分最為接近，這6個(gè)林分生態(tài)效益最好。沙打旺人工草地關(guān)聯(lián)度最低，其綜合生態(tài)效益最差；即側(cè)柏、白榆、檸條和沙地柏營(yíng)造的人工固沙林綜合生態(tài)效益最好，可以在黃羊?yàn)┘爸苓叺貐^(qū)大面積推廣。沙打旺是流動(dòng)、半流動(dòng)沙地?zé)o可替代的先鋒物種，生長(zhǎng)衰退出現(xiàn)前，應(yīng)及時(shí)引進(jìn)功能更強(qiáng)的灌木樹種進(jìn)行改良。年齡較大的側(cè)柏林、白榆林和檸條生態(tài)效益最明顯，說明人工固沙林需要較長(zhǎng)時(shí)間的恢復(fù)，生態(tài)效益才能充分發(fā)揮。

人工防風(fēng)固沙林；生態(tài)效益；綜合評(píng)價(jià)；黃羊?yàn)?/p>

風(fēng)沙危害一直是河北省西北部和首都北京的主要環(huán)境問題。環(huán)北京地區(qū)防沙治沙工程實(shí)施以來，工程區(qū)退化生態(tài)系統(tǒng)的治理和恢復(fù)工作得到高度重視[1]。國(guó)家與各級(jí)地方政府給予較多優(yōu)惠政策以及大量資金投入，在工程管理、技術(shù)應(yīng)用等方面做了大量研究并取得顯著成效[2-5]。因地制宜地采取各種治理和恢復(fù)措施，目的是增加沙塵暴源區(qū)地表粗糙度、降低近地表風(fēng)速、防止沙塵釋放[6]。隨著大規(guī)模的植被恢復(fù)，在風(fēng)沙流得到控制的同時(shí)，必然會(huì)影響到防護(hù)系統(tǒng)的其它生態(tài)過程，使沙地退化生態(tài)系統(tǒng)向有利于地力恢復(fù)和穩(wěn)定性增強(qiáng)的方向發(fā)展，促使沙地景觀格局向沙漠化逆轉(zhuǎn)的方向演變[7]，最終使沙地生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)轉(zhuǎn)化、能量流動(dòng)和信息傳遞步入良性循環(huán)。

防風(fēng)固沙林是防護(hù)林的一個(gè)重要類型[8]，其生態(tài)效益的研究前人已作了大量工作[9-13]，但研究背景都是針對(duì)西北部干旱、半干旱地區(qū)與環(huán)北京風(fēng)沙源北部區(qū)，對(duì)環(huán)北京風(fēng)沙源南部區(qū)研究未見報(bào)道。從研究對(duì)象看，防風(fēng)固沙林生態(tài)效益的研究對(duì)模式的長(zhǎng)期穩(wěn)定性考慮不多，主要是在建立5a內(nèi)最初定植的模式內(nèi)進(jìn)行。本文以京津風(fēng)沙源南部區(qū)具有典型性的黃羊?yàn)楸尘埃x擇18種不同模式、不同林齡的人工林為研究對(duì)象，選取防風(fēng)固沙、改良土壤、調(diào)節(jié)氣候以及對(duì)沙地植被的影響等方面的7個(gè)基本要素[8，14]，對(duì)18種人工防風(fēng)固沙林生態(tài)效益進(jìn)行綜合分析評(píng)價(jià)，旨在為京津風(fēng)沙源工程區(qū)及條件類似地區(qū)退化生態(tài)系統(tǒng)的治理和恢復(fù)提供科學(xué)依據(jù)。

1　研究區(qū)自然概況

研究區(qū)位于張家口市宣化林場(chǎng)，地理坐標(biāo)為北緯40°25′12″～40°32′6″，東經(jīng)115°2′34″～115°12′30″，處在宣化縣東南部洋河南岸，為河北省五大沙灘之首，總面積0.97萬hm2。屬壩下中低山區(qū)，地勢(shì)東南高、西北低，海拔在600～1000m之間。處于半濕潤(rùn)區(qū)向半干旱區(qū)的過渡地帶，年均氣溫7.6℃，極端最低氣溫-25.8℃，極端最高氣溫38℃，年均降水量365mm，年蒸發(fā)量2000mm，無霜期130d，大風(fēng)天數(shù)37～40d，年有效積溫2368～3573℃。災(zāi)害性天氣主要有沙塵暴、干旱、干熱風(fēng)、凍害等。區(qū)內(nèi)土壤風(fēng)蝕沙化嚴(yán)重，土壤以風(fēng)蝕沙土為主。其原生群落為疏林草原，植被種類稀少，且蓋度較低。

2　研究方法

2.1 標(biāo)準(zhǔn)地設(shè)置

依據(jù)黃羊?yàn)┙陙碓跓o林地上逐漸恢復(fù)的人工林植被類型，按照樹種、年齡和配置模式等選擇具有代表性的地段，選取18種人工林植被類型。設(shè)置18塊標(biāo)準(zhǔn)地，面積為20m×30m。標(biāo)準(zhǔn)地概況如表1。

2.2 林內(nèi)輸沙率測(cè)定

輸沙率是指風(fēng)沙流在單位時(shí)間內(nèi)通過單位寬度的斷面所搬運(yùn)的沙量。林內(nèi)輸沙率采用10孔階梯式集沙儀進(jìn)行觀測(cè)。集沙儀觀測(cè)高度為20cm，每2cm為一層。觀測(cè)時(shí)將集沙儀豎立在觀測(cè)樣地內(nèi)，底部與地面平齊，進(jìn)沙口與主風(fēng)向垂直。觀測(cè)開始時(shí)打開各個(gè)集沙儀的口蓋，集沙時(shí)間為72h，結(jié)束后關(guān)閉集沙儀的口蓋，并對(duì)集沙進(jìn)行分層稱重。在春季不同時(shí)段內(nèi)分別觀測(cè)3次，取平均值，作為該林分該時(shí)段的集沙量，并計(jì)算林分日輸沙率[15]。

式中Q為輸沙率（g/cm·d）；W為集沙量（g）；ΔT為觀測(cè)時(shí)間（d）。

2.3 林地土壤理化性質(zhì)的測(cè)定

按照自然剖面采集土樣，取樣深度為30cm。室內(nèi)采用篩分法結(jié)合吸管法測(cè)定機(jī)械組成，選取粒徑<0.005mm的粘粒部分作為評(píng)價(jià)因子；土壤水分常數(shù)用環(huán)刀取樣結(jié)合烘干法測(cè)定。利用土壤田間持水量和實(shí)測(cè)含水量構(gòu)建土壤干旱指數(shù)[16-17]；土壤有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀容量法（丘林法）測(cè)定。全部分析化驗(yàn)均由河北省林業(yè)科學(xué)研究院分析測(cè)試中心完成。其中：

2.4 林內(nèi)空氣溫度和相對(duì)濕度的測(cè)定

林內(nèi)空氣溫度與相對(duì)濕度采用ZSW1－型阿斯曼通風(fēng)干濕表測(cè)定。測(cè)定時(shí)間集中于2008年8月18日至21日（天氣晴朗，無風(fēng)或微風(fēng)）。在8：00、14：00和18：00對(duì)每塊標(biāo)準(zhǔn)地進(jìn)行觀測(cè)，連續(xù)2d。直接測(cè)定環(huán)境氣溫，用濕球溫度與干球溫度通過濕度查算表獲得空氣相對(duì)濕度。考慮到喬、灌、草的可比性，測(cè)定時(shí)干濕球溫度計(jì)距離地面1m。將最低溫度表與最高溫度表平行安放在特制的水平支架上，感應(yīng)部分向東。前一天18：00放置，第2天18：00讀取數(shù)值。河北省林業(yè)科學(xué)研究院在試驗(yàn)區(qū)設(shè)有荒漠化監(jiān)測(cè)站，站內(nèi)空曠地百葉箱數(shù)據(jù)顯示，觀測(cè)期對(duì)應(yīng)的測(cè)量項(xiàng)目完全相同，因此測(cè)量結(jié)果具有可比性。

表1 標(biāo)準(zhǔn)地概況

2.5 物種多樣性調(diào)查與計(jì)算

對(duì)18種人工林林下草本層進(jìn)行物種多樣性調(diào)查。在每個(gè)樣地內(nèi)設(shè)置5個(gè)1m×1m的小樣方，對(duì)樣方內(nèi)所有草本植物種類記錄其種名、株數(shù)、高度、蓋度和頻度等。

式中S為樣方中所有物種的數(shù)目，Pi為某一物種的蓋度/所有物種蓋度之和。

2.6 生態(tài)效益綜合評(píng)價(jià)

運(yùn)用灰色關(guān)聯(lián)度分析方法[18]。把所有林分視為一個(gè)灰色系統(tǒng)，每個(gè)林分作為系統(tǒng)中的一個(gè)因素。取全部被調(diào)查林分各生態(tài)因子最優(yōu)值構(gòu)造出一個(gè)理想林分（輸沙率、干旱指數(shù)、氣溫日較差與生態(tài)效益成負(fù)相關(guān)，選擇最小值；土壤粘粒含量、有機(jī)質(zhì)含量、空氣相對(duì)濕度和物種多樣性與生態(tài)效益成正相關(guān)，選擇最大值），并以該理想林分作為參考數(shù)列X0。以現(xiàn)實(shí)林分所構(gòu)成的數(shù)列作為比較數(shù)列Xi（i=1、2、3……18），計(jì)算各林分與理想林分之間的關(guān)聯(lián)系數(shù)及關(guān)聯(lián)度。林分與理想林分關(guān)聯(lián)度越大，則生態(tài)效益越好，從而確定各林分的優(yōu)劣次序。由公式（1）計(jì)算關(guān)聯(lián)系數(shù)：

式中Δ0i（k）表示第k個(gè)因子X0與Xi的絕對(duì)差值；Δmin和Δmax分別表示所有比較序列各指標(biāo)絕對(duì)差中的最小值與最大值；ρ為灰色分辨系數(shù)，取值0～1，一般取0.5。將各因子關(guān)聯(lián)系數(shù)代入公式（2）則可求得林分的加權(quán)關(guān)聯(lián)度。所有統(tǒng)計(jì)分析在Excel軟件中進(jìn)行。

3　結(jié)果與分析

3.1 人工防風(fēng)固沙林生態(tài)效益分析

通過標(biāo)準(zhǔn)地調(diào)查與取樣，經(jīng)室內(nèi)化驗(yàn)分析、統(tǒng)計(jì)整理，取得18種人工林分生態(tài)效益的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，如表2所示。

人工固沙林的首要經(jīng)營(yíng)目標(biāo)就是防風(fēng)固沙，即控制風(fēng)沙流活動(dòng)。而風(fēng)沙流活動(dòng)的重要危害過程是輸沙，林地沙面輸沙率變化情況表明了固沙功能實(shí)現(xiàn)程度，是沙漠化治理效果最重要的評(píng)價(jià)指標(biāo)[19]。不同林地輸沙率呈現(xiàn)不同特點(diǎn)：13a生白榆林、7a生白榆林、26a生檸條林和黃柳林等4塊林分，未監(jiān)測(cè)到有輸沙發(fā)生，說明風(fēng)蝕現(xiàn)象已經(jīng)得到徹底的控制，已全面實(shí)現(xiàn)了固沙目標(biāo)；5a生檸條林、沙棗林、樟子松×紫穗槐林、沙地柏林、新疆楊林、沙地柏×紫穗槐林等6塊林分，日平均積沙量W＜2g，表明林地只有輕微的風(fēng)蝕現(xiàn)象發(fā)生，固沙目標(biāo)接近完成；9a生小葉楊林、15a生小葉楊林、17a生側(cè)柏林、7a生側(cè)柏林、刺槐林、小葉楊×山杏林、樟子松林等7種林分，日平均積沙量在2～10g，林地風(fēng)蝕現(xiàn)象較為強(qiáng)烈，固沙目標(biāo)還沒有完成；沙打旺人工草地日平均積沙量為18.9g，地面風(fēng)蝕嚴(yán)重，主要是由于人工草地已進(jìn)入退化階段，不能維持有效的防護(hù)結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致地面風(fēng)蝕逐漸增強(qiáng)。

表2 林分各項(xiàng)生態(tài)因子觀測(cè)指標(biāo)

粘粒（<0.005mm）含量在風(fēng)沙土機(jī)械組成中具有標(biāo)志性地位。一方面沙化土地逆轉(zhuǎn)從外形上表現(xiàn)為地表細(xì)化即地表物質(zhì)顆粒組成中細(xì)粒逐漸增加的過程，另一方面粘粒含量也決定著風(fēng)沙土的持水與保肥能力。利用粘粒含量的差異和變化，可以判斷人工固沙林改土效應(yīng)實(shí)現(xiàn)程度，對(duì)其改土功能進(jìn)行評(píng)價(jià)[20]。15a生小葉楊林地、5a生檸條林地、17a生側(cè)柏林、26a生檸條林、小葉楊×山杏林地、樟子松林地、沙地柏林等，粘粒含量大于8.0%，含量相對(duì)較高；9a生小葉楊林地、13a生白榆林地、7a生側(cè)柏林地、沙棗林地、刺槐林地、新疆楊林地，粘粒含量在4.0%～8.0%之間，為中等；7a生白榆林地、樟子松×紫穗槐林地、沙地柏×紫穗槐林地、黃柳林地、沙打旺人工草地等5塊樣地，粘粒含量小于4.0%，相對(duì)偏低。粘土數(shù)據(jù)可以從一個(gè)側(cè)面反映出人工植被的降塵與固土作用。植被截流了近地層氣流所攜帶的土粒，同時(shí)又阻止了風(fēng)對(duì)土壤的侵蝕作用，導(dǎo)致林地的土壤細(xì)粒增加，而土壤機(jī)械組成也相應(yīng)發(fā)生變化。由于不同人工林樹種的生物生態(tài)學(xué)特性的差異，以及年齡和蓋度的不同，不同人工林植被對(duì)土壤機(jī)械組成的影響也有一定差異。但總體上混交林、年齡較大的林分粘粒含量呈現(xiàn)較大的趨勢(shì)。

土壤有機(jī)質(zhì)是組成土壤固相部分的重要成分，也是土壤肥力高低的重要指標(biāo)之一。它與土壤礦質(zhì)部分共同作為林木營(yíng)養(yǎng)的來源，其存在或多或少會(huì)直接影響和改變著土壤的保墑性、緩沖性、可耕性、通氣狀況和土壤溫度。由表2可知：除了小葉楊×山杏林地土壤有機(jī)質(zhì)含量為7.812g/Kg，其它林分均小于全國(guó)第二次土壤普查6.0g/Kg的極低標(biāo)準(zhǔn)[21]，主要原因是凋落物難以歸還到土體當(dāng)中。在森林土壤中，凋落物是土壤有機(jī)物的主要來源，也是補(bǔ)充有機(jī)質(zhì)的主要方式。而在該地區(qū)風(fēng)蝕作用強(qiáng)烈，林草凋落的季節(jié)正值季風(fēng)盛行期，絕大多數(shù)甚至全部被風(fēng)沙流帶走，留存量極少。僅占生物量很小一部分的枯朽根系，則成為土壤有機(jī)質(zhì)的重要來源，而這部分不足以維持土壤養(yǎng)分平衡。研究結(jié)果還發(fā)現(xiàn)，以小葉楊為造林樹種的3塊樣地，有機(jī)質(zhì)含量大于其它樣地，說明小葉楊改土效果優(yōu)于其它樹種。與其它固沙樹種相比，小葉楊葉片大、落葉量也大，林地留存量相對(duì)較多，同時(shí)葉片易分解，所以歸還量大。

利用毛管斷裂含水量與實(shí)測(cè)含水量之差構(gòu)建土壤干旱指數(shù)。所研究的18種人工防風(fēng)固沙林的土壤含水量均比毛管斷裂含水量要小，都存在不同程度的干旱協(xié)迫，表明了研究區(qū)土壤含水量對(duì)生態(tài)環(huán)境逆轉(zhuǎn)過程的制約性。其中15a生小葉楊林、17a生側(cè)柏林、26a生檸條林、5a生檸條林、小葉楊×山杏林、樟子松林、樟子松×紫穗槐林、沙地柏地8塊樣地，土壤干旱指數(shù)大于8%，為重度干旱協(xié)迫；7a生側(cè)柏林、7a生白榆林、13a生白榆林、9a生小葉楊林、沙地柏×紫穗槐林、新疆楊林等6塊樣地，土壤干旱指數(shù)為6%～8%，為中度干旱；刺槐林、沙棗林、黃柳林、沙打旺等4塊樣地，土壤干旱指數(shù)小于6%，為輕度干旱。于2007年9月下旬進(jìn)行研究取樣，期間降水量為37.0mm，與歷史同期多年平均降水量（43.9mm）相比，屬于正常波動(dòng)范圍，可以排除降水量偏低導(dǎo)致干旱發(fā)生的可能性。因此，林地水分滲漏嚴(yán)重、土壤保水能力差是造成土壤干旱的主要原因。

人工固沙林是典型的逆轉(zhuǎn)植被，林內(nèi)水汽來源主要有兩個(gè)，一部分來源于林冠的蒸騰和被林冠截留的降水的蒸發(fā)，另一部分是林下土壤、枯枝落葉層與草本層的蒸發(fā)和蒸騰。此外，林內(nèi)輻射加熱和湍流擴(kuò)散條件對(duì)林內(nèi)濕度狀況形成也起很大作用。以相同時(shí)刻空曠地百葉箱空氣相對(duì)濕度為參照，除沙打旺草地和刺槐林外，其它林分內(nèi)3個(gè)測(cè)定時(shí)刻的空氣相對(duì)濕度均高于空曠地。空曠地相對(duì)濕度平均值為68.3%，以林內(nèi)和空曠地相對(duì)濕度之差作為林分的濕度效應(yīng)，17a生側(cè)柏林濕度效應(yīng)是7.7%，為全部林分最大值；刺槐林和沙打旺人工草地濕度效應(yīng)為0。林內(nèi)濕度其它林分介于0～7.7%之間。黃羊?yàn)夂蛞愿珊岛偷匦物L(fēng)盛行為特點(diǎn)，林內(nèi)空氣相對(duì)濕度是大氣湍流與林木蒸騰量共同作用的結(jié)果。

黃羊?yàn)┑貐^(qū)，太陽(yáng)輻射強(qiáng)且日照充足，下墊面以風(fēng)積沙為主，熱容量小，白天易形成高溫環(huán)境。地形原因?qū)е缕搅黠L(fēng)盛行，夜間亂流交換強(qiáng)烈，熱量散失大，常常形成低溫環(huán)境。在監(jiān)測(cè)期間，空曠地日最低氣溫、日最高氣溫分別是11.8、31.4℃，氣溫日較差為19.6℃。觀測(cè)數(shù)據(jù)顯示：沙打旺人工草地，日最低氣溫、日最高氣溫與空曠地相同。其它林分均表現(xiàn)為最低氣溫比空曠地高，最高氣溫比空曠地低，從而與空曠地相比，具有更小的氣溫日較差。13a生白榆林與7a生白榆林分別比空曠地低2.8、2.7℃，是溫度效應(yīng)最大的2塊林分。

物種多樣性指數(shù)把物種數(shù)、個(gè)體數(shù)、分布特性等信息結(jié)合起來，是定量表征群落和生態(tài)系統(tǒng)特征的一個(gè)統(tǒng)計(jì)量。調(diào)查的林分Shannon-Wiener指數(shù)的大小隨林分物種數(shù)的增加有增大的趨勢(shì)，指數(shù)值在2.0以上的有2塊樣地，即17a生側(cè)柏林和沙地柏林，物種數(shù)分別是24和13；多樣性指數(shù)1.0以下的有4塊，分別是15a生小葉楊林、沙棗林、刺槐林、黃柳林，其中黃柳林地草本植物只有狗尾草1個(gè)種，多樣性指數(shù)為0；其它12塊林分多樣性指數(shù)介于1.0～1.5之間。

3.2 人工固沙林生態(tài)效益綜合評(píng)價(jià)

各觀測(cè)指標(biāo)經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化處理后，將理想數(shù)列X0與各比較數(shù)列Xi求出絕對(duì)值，即Δi（k）＝｜X0（k）-Xi（k）｜（i＝1、2……18，k＝1、2……7）。由絕對(duì)值數(shù)值（表略）可知，二級(jí)最小差值為Δmin＝0，二級(jí)最大差值Δmax＝4.550，取ρ＝0.5，將這3個(gè)值代入公式（1），可求得關(guān)聯(lián)系數(shù)值（表3）。

表3 林分各因子的關(guān)聯(lián)系數(shù)

各指標(biāo)權(quán)重均根據(jù)當(dāng)?shù)刈匀粭l件和專家意見而定。人工固沙林首要經(jīng)營(yíng)目標(biāo)是防風(fēng)固沙與改良土壤，生態(tài)效益指標(biāo)中固沙功能和土壤效應(yīng)的權(quán)重高于小氣候和物種多樣性。土壤效應(yīng)指標(biāo)中機(jī)械組成與有機(jī)質(zhì)含量是風(fēng)沙土的限制因子[21]，且這二指標(biāo)直接影響土壤的持水性能[16]，權(quán)重高于干旱指數(shù)。空氣濕度與溫度在小氣候效應(yīng)中具有相同的作用，有同等權(quán)重（表3）。

將林分各因子關(guān)聯(lián)系數(shù)與權(quán)值代入公式（2），求得各林分與理想林分關(guān)聯(lián)度（表4）。從表4關(guān)聯(lián)度排序結(jié)果可以看出：17a側(cè)柏林、13a白榆林、26a檸條林、5a檸條林、沙地柏林、7a白榆林，加權(quán)關(guān)聯(lián)度排序位置與理想林分最為接近，說明這6個(gè)林分生態(tài)效益最好；沙打旺人工草地關(guān)聯(lián)度最低，說明其綜合生態(tài)效益最差。這7個(gè)人工植被的排序位置與未注重固沙效益的等權(quán)關(guān)聯(lián)度評(píng)價(jià)排序位置基本一致。小葉楊和黃柳建植的林分，加權(quán)關(guān)聯(lián)度排序位置和等權(quán)關(guān)聯(lián)度位置相比較明顯后移，主要原因是這2個(gè)樹種改土效應(yīng)分值較高，加權(quán)后因土壤因子相對(duì)多而單因子權(quán)重降低所致。新疆楊林加權(quán)關(guān)聯(lián)度位置大幅前移是由于其固沙效應(yīng)分值較其它指標(biāo)分值高，加權(quán)后總分值相應(yīng)高的緣故。

表4 林分與理想林分的關(guān)聯(lián)度

4　結(jié)論與討論

防風(fēng)固沙林的建立，降低了林地輸沙率，固沙效益明顯。13a生白榆林、7a生白榆林、26a生檸條和黃柳林，林地輸沙率為0，固沙目標(biāo)全面實(shí)現(xiàn)；沙打旺人工草地由于進(jìn)入退化階段，不能維持有效防護(hù)結(jié)構(gòu)，輸沙率為18.9g/cm·d，地面風(fēng)蝕現(xiàn)象嚴(yán)重，有逐漸增強(qiáng)的趨勢(shì)；其它林分近地層0～20cm高度范圍內(nèi)輸沙率在0～10g/cm·d之間。

防風(fēng)固沙林的建立，增加了林內(nèi)相對(duì)濕度，降低了氣溫日較差，小氣候效應(yīng)明顯。除沙打旺草地外，其它林分均發(fā)揮不同程度的增加濕度和減緩溫度變化的作用。其中17a生側(cè)柏林相對(duì)濕度比空曠地提高了7.7個(gè)百分點(diǎn)，為濕度效應(yīng)最大值，13a生白榆林比空曠地溫度日較差降低了2.8℃，為溫度效應(yīng)最大值。

由于生物生態(tài)學(xué)特性的差異，不同林分的改土效應(yīng)表現(xiàn)出不同特點(diǎn)。15a小葉楊林、小葉楊×山杏林土壤粘粒含量最高，分別為14.75%和11.69%；土壤中有機(jī)質(zhì)總體上呈極貧瘠狀態(tài)，只有小葉楊×山杏林地土壤有機(jī)質(zhì)含量為7.812g/Kg，其它林地均小于6.0g/Kg的極低標(biāo)準(zhǔn)。主要原因是凋落物難以歸還到土體當(dāng)中，落葉期正值季風(fēng)盛行期，凋落物絕大多數(shù)甚至全部被風(fēng)沙流帶走，留存量極少；土壤含水量全部比毛管斷裂含水量要小，干旱指數(shù)在5.6～12.0之間，均存在不同程度的干旱脅迫。造成土壤干旱的主要原因是林地土壤保水能力差、水分滲漏嚴(yán)重。在18種林分中，Shannon-Wiener指數(shù)的變化在0～2.2205之間，其中只有17a生側(cè)柏林和沙地柏林的指數(shù)值在2.0以上。

運(yùn)用灰色關(guān)聯(lián)度分析法對(duì)人工固沙林的生態(tài)效益進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)果表明：17a側(cè)柏林、13a白榆林、26a檸條林、5a檸條林、沙地柏林、7a白榆林，與理想林分最為接近，說明這6個(gè)林分生態(tài)效益最好；沙打旺人工草地關(guān)聯(lián)度最低，說明其綜合生態(tài)效益最差。側(cè)柏、白榆、檸條和沙地柏是黃羊?yàn)┤斯す躺沉志C合生態(tài)效益最好的樹種，可以在黃羊?yàn)┘凹轿鞅钡貐^(qū)防沙治沙工程中大面積推廣。沙打旺是流動(dòng)、半流動(dòng)沙地?zé)o可替代的先鋒物種，具有見效快、退化快的特點(diǎn)。人工草地生長(zhǎng)高峰過后，流動(dòng)沙面已經(jīng)固定，應(yīng)及時(shí)引進(jìn)功能更強(qiáng)的灌木樹種進(jìn)行改良。年齡較大的側(cè)柏林、白榆林和檸條林生態(tài)效益最明顯，說明人工固沙林需要較長(zhǎng)時(shí)間的恢復(fù)，生態(tài)效益才能有效發(fā)揮。研究結(jié)果對(duì)于建立穩(wěn)固的防風(fēng)固沙林體系，并使其發(fā)揮長(zhǎng)久持續(xù)的生態(tài)效益具指導(dǎo)意義。

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Study onEcologyicalEfficiency of Wind-breaking and Sand-fixing forest in Huangyangtan

CAO Hua-jun1,GAO Qi2,XING Cun-wang3,MA Zeng-wang3,ZHAO Guang-zhi
（1.Gardens Bureau of SongshuaDistrict,Inner Mongolia,Chifeng,024000;
2.Chutoulang Town Government,Inner Mongolia,Chifeng,024039；
3.Hebei Academy of Forestry Science,Hebei,Shijiazhuang，050061）

It's a theoretical basis for the sustainable management of sand-fixation plantations to comprehensively and accurately evaluate the ecological efficiency of the plantations.According to species,age and allocation model,this paper selected 18 representative stands（grasslands）for research in Huangyangtan,and comprehensively evaluated the ecological efficiency with grey correlation analysis system theory through 7 index factors,such as windbreak and sand fixation,soil improvement,climate regulation,species diversity and so on.The results showed that it could reduce the sediment transport rate and had obvious sand-fixing effects to build sand-fixation plantations.The sand fixation target was fully realized with the sediment transport rate was 0 in 13a Ulmuspumilaplantation,7a Ulmuspumilaplantation,26a Caragana Korshinskii plantation and Salix gordejevii plantation.Astragalus adsurgens artificial grassland,in degradation stage,couldn't maintain an effectiveprotective structure,with the sediment transport rate18.9gocm-1·d-1.The others ranged from 0 to 10 gocm-1·d-1.The study also displayed thatsand-fixation plantations hadobviousmicroclimate effects.ExceptAstragalusadsurgensartificial grassland,the other stands played roles at different degrees in increasing the moisture and slowing down the temperature change.The humidity effectreached maximum in 17a Platycladus orientalis plantation,with the relative humidity increasing by 7.7 compared withthe open area.While the temperature effectreached maximum in 13a Ulmus pumila plantation,with the daily range of temperature decreasing by 2.8℃,compared with the open area.The ecological efficiency was the best in 17a Platycladus orientalis plantation,13a Ulmus pumila plantation,26a Caragana Korshinskii plantation,5a Caragana Korshinskii plantation,Sabina vulgaris plantation,and 7a Ulmus pumila plantation,which were the most close to an ideal stand.The correlation degree of Astragalusadsurgensartificial grassland was the lowest and the comprehensiveecologicalefficiencywasalsotheworst.Platycladusorientalis plantation,Ulmus pumila plantation,Caragana Korshinskii plantation and Sabina vulgaris plantation had the best comprehensive ecological efficiency and could be popularized widely in huangyangtan and surrounding areas.On shifting sandy land and semi-shifting sandy land,Astragalus adsurgens was an irreplaceablepioneer species.After the growth peak,the flowing sand surface got fixed,and then shrub species should be introduced in time for improvement.Platycladus orientalisplantation,Ulmus pumila plantation and Caragana Korshinskii plantation in older age had the best ecological efficiency,suggesting that sand-fixation plantations needed a longer time forrecovery to create ecological efficiencyadequately.

wind-breaking and sand-fixing forest，ecologyical efficiency，Comprehensive appraisal，Huangyangtan

S718.5

A

1002-3356（2016）01-0005-07

2016-01-04

曹華軍（1964-），農(nóng)學(xué)學(xué)士，園林高級(jí)工程師，主要從事園林綠化工作。