榆林沙區灌木林生長狀況評價與分析

摘要：針對榆林沙區沙區灌木林成林時間過長以及更新改造不及時等原因導致灌木林生理過熟，造成大部分灌木林呈現退化狀態。為更好地指導榆林沙區灌木防護林健康經營，促進榆林沙區防護林可持續發展，因此需要合理評價沙區灌木防護林生長狀況。通過查閱文獻、咨詢專家和樣地調查相結合的研究方法，建立沙區灌木防護林生長狀況指標體系和評價模型，對榆林沙區灌木林生長狀況進行評價，根據評定結果得出榆林沙區灌木林生長狀態總體不佳，屬于輕度退化。調查樣地灌木林的評定結果基本與實地情況相符，沙區灌木林生長緩慢，枯死枝數量相對較多，更新困難。

關鍵詞：榆林沙區 灌木林 評價 分析

毛烏素沙地榆林沙區位于陜北黃河流域最大支流無定河上游，榆林沙區經過六十多年的治理，已經使860多萬畝流動沙地達到固定或半固定，沙區植被覆蓋率已由治理前的1.8%上升到現在的42.9%，沙進人退的局面已成為歷史，但是榆林沙區的植被主要由灌木林組成，其飛播固沙林地主要是楊柴、花棒和油蒿（黑沙蒿）等灌木植物種組成，人工造林植被主要由沙柳、檸條、沙打旺等灌草植物組成，由于灌草植物種的生長期為5-15年，由于榆林沙區灌木林植被大部分已有近10-50年的時間，明顯出現了過熟老化現象，因此有必要對榆林沙區灌木林進行健康評價。

健康穩定的生態環境是人類生存發展的基石，防護林是改善生態環境最普遍有效的工程之一。世界上較為著名的防護林工程有蘇聯的斯大林改造自然計劃、美國的羅斯福工程以及我國的三北防護林工程。經過多年建設，我國防護林面積數量可觀，但是防護林的健康經營卻落后于建設，因此當前我國防護林事業的發展要務是針對現有防護林構建適合的健康評價體系，掌握其健康狀況，以指導生產實踐，保證防護林的健康發展。

榆林沙區作為榆林市乃至全國生態防護的重點區域，其防護林的健康發展非常關鍵。近年來，榆林沙區的生態環境質量雖然整體呈現上升趨勢，但是榆林沙區灌木林地占榆林防護林總面積的70%以上，大部分灌木林呈現退化狀態。為更好地指導榆林沙區防護林的生產建設，促進榆林沙區防護林健康可持續發展，迫切需要建立防護林健康評價指標體系和評價模型，合理評價防護林健康狀態，采取相應的復壯更新途徑和技術措施。

通過查閱文獻和咨詢專家，篩選出影響沙區灌木林防護林生長健康評價的指標，再通過層次分析、聚類分析方法，進一步縮小指標范圍，最終確定評價指標，構建榆林沙區灌木林生長健康評價指標體系和評價模型。

1 榆林沙區灌木林生長健康評價指標體系構建

1.1 指標選取的原則

評級指標的選取應該要遵照以下原則：

科學性原則：首先選取的評價指標與防護林健康關系密切，即指標的優劣能體現防護林的健康狀況。其次要根據所在區域生態環境自然屬性以及該區域防護林的自身特征，即指標選取因地不同。最后要保證指標自身概念清晰明確。

代表性原則：指標選取要精準，即指標數量精簡，特點鮮明，能準確反映防護林自身生長狀況和生態防護效益。

系統性原則：評價指標選取要全面、系統反映防護林健康的各個方面。彼此之間相互補充，相互協調，成為一個統一的整體。

實用性原則：評價指標的數據能通過一定途徑調查獲取，計算測量等可操作性強，即指標具有可測性和可比較性。

獨立性原則：為避免指標冗雜，重復評判帶來的誤差，指標之間應相互獨立，不交錯。

1.2 指標體系的構成

按照層次分析的方法建立指標體系。綜合國內外評價指標研究經驗，分析影響榆林沙區灌木林生長健康的因素篩選出林分結構、林分活力、立地條件和干擾因子4個一級指標。一級指標無法通過實驗直接測得，按照聚類分析的方法，分別篩選其下屬的二級指標。二級指標具有可測量性，是定量評價防護林的關鍵，評價指標篩選結果如下（表1）：

以灌木防護林為研究對象，所以在林分結構中刪除分層情況。坡位是通過影響土壤含水量分布進而影響植被的生長，與土壤含水量有重復，刪除坡位指標。

1.3評價指標量化

指標量化的關鍵是確定評價指標基準值，具體可參考森林可持續狀況評價導則以及國內相似地區的研究經驗，見表2。

根據指標量化等級表，將表2中的指標調查數據量化，見表3。

1.4 指標權重設置

按照專家打分結合層次分析的方法確定指標權重。首先咨詢專家，獲得各層次指標之間相對于上一級所屬指標的相對重要程度。按照1、3（1/3）、5（1/5）、7（1/7）、9（1/9）進行打分，依次代表同等重要、稍微（不）重要、明顯（不）重要、強烈（不）重要、極端（不）重要。在此基礎上獲得判斷矩陣A。然后計算矩陣的最大特征根 和特征向量 。

特征向量計算

首先將判斷矩陣各行數值相乘，結果開除 次方， 是矩陣的行數，即可得到的特征向量 ， = ， 為判斷矩陣的序號， 為向量轉置符號。

歸一化

利用公式3-1將 歸一化，所得結果即是指標的權重值：

（3-1）

將通過專家打分獲得的指標權重值匯總求平均值，獲得各指標的最終權重（劉君昂和李紅娟 2009），見表3-4。

一致性檢驗

對判斷矩陣進行一致性檢驗：

（3-2）

式中，CR為判斷矩陣的隨機一致性比例，當CR （0-0.1）時，表明計算所得的指標權重是合理的；CI是判斷矩陣的一致性指；RI是判斷矩陣的平均隨機一致性指標。

1.5 評價模型與等級標準

國內外關于生態系統健康評價的研究中，綜合指數模型應用廣泛、技術成熟且操作簡便。防護林健康具有生態系統健康的屬性，同樣適用生態系統健康評價的技術方法。本文采用生態系統健康評價綜合指數模型，進行防護林健康狀況評價，計算方式如下：

（3-3）

式中：Q為防護林健康評價綜合指數;" 為二級指標量化值； 為二級指標綜合權重;" =1，2，…， ， 為二級指標因子數。

參考相關文獻（付貴全2016：29；張可慧和劉劍鋒 2018），結合榆林沙區防護林的實際情況，將防護林的健康狀況劃分以下等級五個等級。

2 榆林沙區灌木林調查與評價

開展榆林沙區灌木防護林現狀調查與評價，解析區域生態環境的現實狀況和防護林退化的驅動因素，以建立低效退化防護林調控機制，對于改善當地生態環境，優化生態系統服務功能，促進地區資源開發、生態建設和環境保護協調發展發揮重要作用。

2.1 榆林沙區灌木林現狀調查

2.1.1 樣地設置

在資料分析和外業踏查基礎上，選擇紅棗基地、機場路西、榆陽區牙石兔、沙地植物園、橫山區哈兔灣5個樣地進行了樣方法調查。在調查時根據樣地范圍大小、植被生長特點等不同，分別布設不同樣方數量。樣地基本情況見表6。

2.1.2 調查內容與方法

1.調查內容

每個地點的樣方隨機布設面積為20m×20m或10m×10m的大樣方，在對角線布設5個5m×5m灌木樣方，每個灌木樣方內設置一個1m×1m的草本小樣方。調查內容包括海拔、坡向、坡度、位置、樣地周圍概況和人畜干擾程度、植被種類、地徑、高度、冠幅、分枝、枯枝情況、生長量、生物量、草本蓋度和土壤質地以及地被物等指標，還有各植被類群長勢及主要建群種植被死亡狀況。

2.植物群落數量特征分析

根據所調查植物群落的特征數據，計算其重要值，以重要值確定群落主要組成結構，并以優勢植物來區分群落，分析其動態變化過程。計算公式如下（內蒙古大學生物系，1986，姜恕等，1988）：

（3-4）

式中：相對多度=（某一物種個體數/群落中全部物種個體數之和）×%

相對頻度=（某一物種頻度/群落中全部物種的頻度之和）×%

相對蓋度=（某一物種分蓋度/群落中全部物種分蓋度之和）×%

群落植物種多樣性是群落生態結構水平的獨特而可測定的生物學特征。對反映群落的功能有重要意義（王伯蓀，1987）。物種多樣性測定方法很多，但目的應反映出群落組成種類，個體種數的多度變化，均勻度以及群落結構、穩定性、動態等特性，體現群落植物種多樣性與環境的關系等。本文采用三個定量指標即物種多樣性指數，均勻度指數及豐富度指數來測定和分析群落物種多樣性與群落特征的關系。

3.土壤調查

土壤含水率的測定：選擇樣地內沙丘不同部位頂部、中部、底部和丘間地4個區域，采用1m×1m樣方，以20cm間距選點，用TSV-V型土壤水分測定儀觀測水平及垂直方向0—100cm土壤水分變化，每個點3次重復。

土壤養分調查：土壤取樣：采用剖面法和土鉆法取樣。典型土壤剖面選擇在標準地中央，無人為破壞的區段，剖面規格1.0m×1.5m，深度一般挖至母質或地下水位，按發生層分層取樣，同時記載土壤剖面形態：層次、土層厚度、濕度、顏色、結構、土壤緊密度、土壤質地、侵入體及新生體、潛水水質、石礫含量等內容。土鉆取樣結合植被標準地調查進行，在標準地內采用：“S”形取樣法采集樣品，每樣點按0-20cm、20-40cm、40-60cm、60-80cm、80-120cm分層次取樣，用于測定土壤含水量等。

室內分析方法：土壤機械組成測定用篩分法和懸浮土粒法；土壤有機質測定用重鉻酸鉀氧化法；土壤全氮測定用半微量凱氏法；土壤速效磷測定用碳酸氫鈉法；土壤pH值測定用電位法；土壤全鹽量測定用質量法；土壤水分測定用燃燒法快速稱重和烘干稱重法。

4.小氣候的測定

風速的測定：采用輕便式三杯風向風速表測定，風速垂直梯度測定0.2m、0.5m、1.0m、1.5m四個高度風速，求出斷面平均風速、透風系數和地表粗糙度等，并以曠野為對照求出降低風速值。

防風效能（%）=（V2-V1）/V1×100%""""""""""""""""" （3-5）

空氣溫度濕度測定：用通風干濕表，分別距地面高0.2m及1.5m高度進行空氣溫濕度梯度觀測，每5天測一次，每次按8、10、12、14、16、18時六個時段觀測。

地溫的觀測：土壤溫度觀測分0cm、5cm、10cm、15cm、20cm、25cm六個不同深度，用曲管地溫表進行觀測，同時觀測地面最低、最高溫度。觀測點按不同立地類型每個林種各設一個，每5天觀測一次，每次按8、10、12、14、16、18時六個時段觀測。

輸沙量的測定：輸沙量是指風沙流在單位時間內通過單位寬度的斷面所搬運的沙量。輸沙量用集沙儀測定。在測定風速的同時，將集沙儀放置在標準地中，孔口面對氣流，經1h取出各層小盒，倒出沙子稱重，得出1h通過2m、距離地面20cm各層的輸沙量。與流沙對照地比較，求得輸沙量降低值，即反映固沙效益。

5.主要儀器設備

PC－2F多通道自動觀測風速儀2臺，便攜式野外氣象儀2臺，TSV-V型土壤水份儀2臺，羅盤儀1臺，標準集沙儀6套，百分之一電子天平1臺，水準儀1臺，太陽輻射表、照度計、氧彈式熱量計各1臺，以及GPS、通風干濕表、曲管地溫表、土鉆、環刀、測繩、標尺、小鐵鏟等若干。

2.2調查結果

3 榆林沙區灌木林健康評價與分析

3.1調查數據的標準化

本研究以榆林沙區灌木林為研究實例，驗證防護林健康評價指標體系的合理性和實用性。分別在橫山區哈兔灣，榆陽區牙石兔、紅棗基地、機場路西、沙地植物園灌木林地選擇典型樣地，樣地基本情況見表6，調查篩選的各指標值（表7），按照所采取的指標量化標準，將所調查的指標數據量化值求平均值，結果見表8所示。

3.2 健康評價結果與分析

將指標量化均值（表8）與專家打分-層次分析所確定的指標權重（表4）代入式（3-3）中，可以得到灌木林的健康綜合指數值，最后按照防護林健康等級評價標準（表5）評定灌木林生長健康狀況，結果見表9。

從表9計算結果來看，位于哈兔灣、牙石兔的灌木林的綜合指數最低lt;0.50，根據評級標準屬于中度退化的防護林。植物園的灌木林的綜合指數最高為0.67，屬于微度退化灌木林的范疇。機場路西和紅棗基地的灌木林綜合指數位于兩者之間屬于輕度退化。

調查地的灌木林防護林綜合指數差距不大，各樣地灌木林生長健康指數總體偏低，介于0.4841-0.6767之間，表明榆林沙區灌木林健康狀態總體不佳，屬于輕度退化。調查樣地灌木林的評定結果基本與實地情況相符。在實地調研中橫山區哈兔灣和榆陽區牙石兔樣地的灌木林生長瘦小，枯死枝的數量相對較多，同時也存在管理粗放、更新緩慢等問題。

4小結

榆林沙區灌木防護林退化的原因主要有以下方面：一是灌木的更新修復能力低。健康狀況差的灌木林具體表現為樹木長勢弱，抗病蟲能力低；二是灌木防護林保存時間過長，由于生理成熟導致老化林木的數量多；三是管理粗放，管理不善的防護林受人為干擾強度大，水肥條件差，最終導致防護林林木活力低，結構不穩，防護功能衰退。

針對榆林沙區灌木防護林生長現狀，對于榆林沙區生長十年以上的灌應進合理行平茬復壯更新，有效改善灌木林生長狀況，提高防護效能；同時可以在沙區灌木林地栽植以樟子松為主的針葉樹，提高林分質量，建立相對穩定的喬灌草林分結構，使沙區灌木防護林得到可持續發展。

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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