沙漠化土地整治過(guò)程中防護(hù)林體系優(yōu)化配置的研究

韓梅 韓柏 劉朝霞 何金軍 鄔晗 賈麗瓊 韓勝利

摘要文章對(duì)內(nèi)蒙古鄂爾多斯市達(dá)拉特旗五股地沙漠化土地整治過(guò)程中防護(hù)林體系的優(yōu)化配置做了研究。結(jié)果表明：在沙漠化土地整治和防護(hù)林體系配置過(guò)程中，應(yīng)建造控制面積大于6.67hm2的防護(hù)林網(wǎng)，初期在格內(nèi)設(shè)置高立式死沙柳沙障；所選用的樹(shù)種其生態(tài)效益無(wú)明顯差異，但抗性以新疆楊表現(xiàn)最佳。

關(guān)鍵詞沙漠化土地整治；防護(hù)林體系；優(yōu)化配置

中圖分類號(hào)：S727.23文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：Adoi：10.13601/j.issn.1005-5215.2023.03.015

StudyontheOptimalAllocationofShelterbeltSystemintheProcessofDesertificationLandConsolidation

HanMei1，HanBai1，LiuZhaoxia1，HeJinjun1，WuHan2，JiaLiqiong3，HanShengli4

（1.OrdosMunicipalInstituteofForestryandGrasslandScience，Ordos017000，China;2.OrdosCityMeteorologicalBureau，Ordos017000，China;3.OrdosCityForestrySecurityCenter，Ordos017000，China;4.DaladBannerAfforestationGeneralField，Ordos017000，China）

AbstractThispaperstudiedtheoptimalallocationofshelterbeltsystemintheprocessofdesertificationlandconsolidationinWugudiVillage，DaladBanner，OrdosCity，InnerMongolia.Theresultsshowedasfollows：intheprocessofdesertificationlandconsolidationandshelterbeltsystemconfiguration，ashelterbeltnetwithacontrolareagreaterthan6.67hm2shouldbeconstructed，andhighverticaldeadsandwillowbarrierwassetupinthegridintheearlystage;therewasnoobviousdifferenceintheecologicalbenefitsoftheselectedspecies，buttheresistanceofPopulusalbavar.pyramidaliswasthebest.

Keywordsdesertificationlandconsolidation;shelterbeltsystem;optimalallocation

農(nóng)田防護(hù)林又稱護(hù)田林，它是以保護(hù)耕地免受風(fēng)蝕沙埋，改善農(nóng)田小氣候，促進(jìn)農(nóng)作物穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)為目標(biāo)所營(yíng)建的防護(hù)林[1]。其建設(shè)不僅關(guān)系到當(dāng)?shù)剞r(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)，而且還可以防止土地沙漠化，改善生態(tài)環(huán)境和促進(jìn)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。因此，農(nóng)防林在選擇上首先要充分了解當(dāng)?shù)氐臍夂颉⑼寥篮徒邓茸匀坏乩項(xiàng)l件[2]，只有充分認(rèn)識(shí)當(dāng)?shù)刈匀坏乩項(xiàng)l件和植物生物學(xué)特性，選擇適宜樹(shù)種，才能使農(nóng)田防護(hù)林起到防護(hù)作用。

內(nèi)蒙古鄂爾多斯市農(nóng)田防護(hù)林樹(shù)種很多，依據(jù)生物多樣性與系統(tǒng)穩(wěn)定性相關(guān)的基本原理[3]，考慮到楊樹(shù)作為三北地區(qū)農(nóng)田林網(wǎng)主栽樹(shù)種的速生性、廣泛適應(yīng)性和生產(chǎn)實(shí)踐的易操作性，提出了大面積農(nóng)田林網(wǎng)建設(shè)采用楊樹(shù)樹(shù)種[4]。本文經(jīng)過(guò)實(shí)踐，主要研究農(nóng)防林的配置結(jié)構(gòu)：包括林帶結(jié)構(gòu)（種植密度）、林帶方向、防護(hù)林樹(shù)高、冠幅、脅地效應(yīng)等[5]，這些因素對(duì)農(nóng)田高產(chǎn)的影響不容忽視，為農(nóng)田防護(hù)林建設(shè)提供參考。

1材料和方法

1.1研究地概況

研究區(qū)五股地位于內(nèi)蒙古鄂爾多斯市達(dá)拉特旗境內(nèi)，屬黃河二級(jí)階地、庫(kù)布齊沙漠北部邊緣，40°00′—40°30′N，109°00′—110°45′E，海拔1260m。氣候?qū)俚湫偷臉O端大陸性氣候。四季分明，冬季寒冷干燥而漫長(zhǎng)，夏季短暫酷熱，年平均氣溫5.5～9.1℃，年平均降水量200mm，降水多集中在7—9月，年平均蒸發(fā)量2000mm，為降水量的10倍。無(wú)霜期138d，多年平均大風(fēng)日數(shù)達(dá)24d，平均風(fēng)速3.2m.s-1，主要風(fēng)向?yàn)槲鞅憋L(fēng)。地貌以流動(dòng)、半固定沙丘和平坦緩起伏沙地為主，流動(dòng)沙丘以新月形沙丘和沙丘鏈為主，沙丘平均高度1.0～10.0m，最高80多m。沙層厚度平均為30m。土壤以風(fēng)沙土為主，土層風(fēng)化不明顯，系A(chǔ)-C構(gòu)型或無(wú)層次分異。植物數(shù)量稀少，蓋度較低。

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)

樹(shù)種以適應(yīng)當(dāng)?shù)亓⒌貤l件的合作楊（Populus×xiaozhuanica）為主，新疆楊（Populusalbavar.pyramidalis）、河北楊（Populushopeiensis）為輔，短期即能達(dá)到設(shè)計(jì)所需要的防風(fēng)能力的要求。栽植密度：主林帶3行，副林帶2行，株行距1.0m×2.0m。網(wǎng)格設(shè)計(jì)規(guī)格：（1）78m×120m，林網(wǎng)控制面積0.93hm2；（2）78m×150m，林網(wǎng)控制面積1.13hm2；（3）220m×150m，林網(wǎng)控制面積2.94hm2；（4）445m×150m，林網(wǎng)控制面積6.67hm2。

1.3研究方法

采用固定標(biāo)準(zhǔn)行和標(biāo)準(zhǔn)木調(diào)查林木成活率，第二年調(diào)查保存率。采用隔株隨機(jī)抽取一株的調(diào)查方法調(diào)查冠幅。

利用“高精度土壤水分測(cè)量?jī)xHH2D”測(cè)定距離林帶不同距離的土壤容積含水量。

依據(jù)數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析的要求，統(tǒng)一整理分析數(shù)據(jù)。對(duì)林木高生長(zhǎng)量、胸徑生長(zhǎng)量等采用雙因素有重復(fù)的方差分析法分析，優(yōu)化評(píng)選采用灰色關(guān)聯(lián)分析評(píng)定法確定。

2結(jié)果與分析

2.1不同樹(shù)種生長(zhǎng)狀況分析

調(diào)查結(jié)果見(jiàn)表1、表2。從表中可以看出各數(shù)據(jù)參差不齊，很難進(jìn)行直觀判斷，其生長(zhǎng)狀況差異很大，必須經(jīng)過(guò)方差分析進(jìn)行檢驗(yàn)。利用單因素多組群方差分析GWBASIC程序進(jìn)行運(yùn)算，結(jié)果表明各個(gè)樹(shù)種之間樹(shù)高、胸徑生長(zhǎng)量均無(wú)明顯差異，說(shuō)明試驗(yàn)選用的3個(gè)楊樹(shù)品種，生長(zhǎng)表現(xiàn)均良好。

2.2不同網(wǎng)格大小對(duì)林木生長(zhǎng)的影響

以合作楊為例，調(diào)查結(jié)果見(jiàn)表3。

單因素多組群方差分析結(jié)果表明，以合作楊為例，不同規(guī)格網(wǎng)格的樹(shù)高、胸徑生長(zhǎng)量都有明顯差異，其中以78m×150m的網(wǎng)格林木樹(shù)高生長(zhǎng)量最大，平均達(dá)11.82m。說(shuō)明不同林網(wǎng)面積對(duì)防護(hù)林的生長(zhǎng)量產(chǎn)生明顯的作用。

2.3防護(hù)林網(wǎng)的脅地效應(yīng)

2.3.1光脅地效應(yīng)分析

調(diào)查結(jié)果見(jiàn)表4、表5。試驗(yàn)所用3種楊樹(shù)從樹(shù)冠的幾何形態(tài)看，都屬于圓錐形的，分枝角以河北楊稍大一些，合作楊和新疆楊稍小一些，但差別不大，因此不同樹(shù)種間遮光強(qiáng)度沒(méi)有明顯的差異。

從表5可知，遮光強(qiáng)度大小主要取決于單位面積上林木的株數(shù)，即由密度配置所決定，不同網(wǎng)格面積的防護(hù)林林網(wǎng)，樹(shù)冠的遮光面積以1.13hm2（株行距2m×2m）的最大，達(dá)到2.7%，隨著密度的降低，遮光面積亦隨之減少，當(dāng)控制面積為6.67hm2時(shí)，其遮光面積僅為1.2%。需要指出的是，上述單株平均冠幅大小是在每年進(jìn)行修枝以控制冠幅生長(zhǎng)的狀態(tài)下測(cè)得的，如果不進(jìn)行修枝，平均冠幅要大得多。所以林冠光脅地是造成農(nóng)作物生長(zhǎng)及產(chǎn)量的重要因素之一。

2.3.2林木根系脅地效應(yīng)分析

林木根系伸進(jìn)林帶兩側(cè)的農(nóng)田，根系與作物根系同時(shí)處于同一系統(tǒng)中的土壤介質(zhì)內(nèi)，對(duì)土壤水分、養(yǎng)分的競(jìng)爭(zhēng)是客觀存在的[6]。但是隨著距離林帶的遠(yuǎn)近變化，其脅地效應(yīng)也不相同。脅地的影響范圍調(diào)查結(jié)果見(jiàn)圖1、圖2。

如圖1、圖2所示，無(wú)論是主林帶（東西走向）還是副林帶（南北走向），隨著與林帶距離增加，土壤容積含水率呈現(xiàn)出逐漸降低的趨勢(shì)，尤其是地下20和40cm處，土壤容積含水率從2m處的9.9%和11.7%左右，銳減到6m處的6.2%和9.0%，說(shuō)明作物根系和林木根系（根毛區(qū)）主要分布在地下20～40cm范圍內(nèi)，而且隨著根系的水平擴(kuò)展，一般在距林帶6～8m處為林木根系水平擴(kuò)展的最外緣，此時(shí)土壤水分含量達(dá)到最低值，然后又呈上升趨勢(shì)，由此說(shuō)明，林木地下根系所產(chǎn)生的脅地范圍大致在6～8m。

由于林木根系與作物根系對(duì)水、肥的競(jìng)爭(zhēng)作用，從而對(duì)生長(zhǎng)在林帶附近的農(nóng)作物產(chǎn)量有明顯的影響，隨著距林帶距離的增加，玉米、向日葵和土豆的生長(zhǎng)狀況趨于良好。經(jīng)調(diào)查，玉米在受脅地影響較大的位于2.5m處，平均株高僅為1.67m，穗長(zhǎng)僅為18.3cm，均結(jié)穗率僅為70%，而在距林帶7.5m處，其平均株高增加到2.5m，穗長(zhǎng)增加12～14cm，平均結(jié)穗率達(dá)100%，向日葵、土豆受到的脅地效應(yīng)與玉米基本相同。因此，與土壤容積含水率變化相似，一般脅地反映較明顯的范圍應(yīng)在距林帶≤6.0m的范圍內(nèi)。

經(jīng)方差檢驗(yàn)分析，無(wú)論是玉米還是向日葵，隨著距林帶距離的不同，其株高生長(zhǎng)有著極為明顯的差異，同時(shí)也證明了在距林帶6m的范圍內(nèi)脅地現(xiàn)象極明顯。如果按照每網(wǎng)格控制6.67hm2農(nóng)田計(jì)算，受到脅地影響的面積約為0.27hm2左右，即因林帶脅地的作用，而使農(nóng)作物生長(zhǎng)發(fā)育受到明顯影響的面積占總面積的4%左右。

2.4防護(hù)系統(tǒng)優(yōu)化配置

防護(hù)林網(wǎng)的網(wǎng)格面積不應(yīng)過(guò)小。網(wǎng)格太小，雖然可以降低風(fēng)速，改善小氣候，但脅地效應(yīng)太大。以主帶間距200m，副帶間距100m計(jì)算，其有效控制面積為2hm2。按照林帶脅地范圍6m計(jì)算，受林帶影響約0.18hm2，占總面積的9%，大大超過(guò)了平均4%的水平。因此，過(guò)去提倡的窄林帶小網(wǎng)格農(nóng)田防護(hù)林網(wǎng)模式有待進(jìn)一步研究。在半干旱地區(qū)，治沙造田，進(jìn)行生態(tài)農(nóng)林工程建設(shè)時(shí)應(yīng)選擇以下模式：（1）面積控制在6.67hm2以上；（2）分階段的經(jīng)營(yíng)方式，初期截干造林營(yíng)造林帶，造林后3～5年不修枝，依靠楊樹(shù)萌芽性強(qiáng)的特點(diǎn)；（3）防護(hù)林體系應(yīng)采用大網(wǎng)格林帶，小網(wǎng)格風(fēng)障的方法，即由于網(wǎng)格大，防風(fēng)作用減弱，會(huì)降低防護(hù)林的防風(fēng)效應(yīng)。

3結(jié)論

3.1在鄂爾多斯市達(dá)拉特旗五股地所選用的樹(shù)種其生態(tài)效益無(wú)明顯差異，但抗性以新疆楊表現(xiàn)最佳。

3.2在鄂爾多斯市的農(nóng)田沙漠化土地整治中，應(yīng)建造控制面積大于6.67hm2的防護(hù)林網(wǎng)，初期，在網(wǎng)格內(nèi)設(shè)置死沙柳沙障。這樣既能發(fā)揮防護(hù)效益，又能最大

限度地降低防護(hù)林網(wǎng)的脅地效應(yīng)。

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收稿日期：2022-07-29

基金項(xiàng)目：內(nèi)蒙古自治區(qū)行動(dòng)重大專項(xiàng)“科技興蒙”項(xiàng)目（KJXM-EEDS-2020006）；中央財(cái)政林業(yè)和草原科技推廣示范項(xiàng)目“黃河流域鄂爾多斯段典型生態(tài)經(jīng)濟(jì)林模式推廣示范”（內(nèi)林草科推〔2021〕01號(hào)）

作者簡(jiǎn)介：韓梅（1968-），女，江蘇宿遷人，大學(xué)，高級(jí)工程師，從事林業(yè)治沙規(guī)劃研究，E-mail：649447315@qq.com