河西走廊防風固沙林結構模式及其影響因素分析

王明國 袁宏波 劉淑娟 劉開琳 萬翔 李菁菁 李學敏

摘要 ：防風固沙林在控制風沙和保障區域生態安全等方面發揮著重要的作用。通過對河西走廊防風固沙林進行調查分析，結果表明：河西走廊防風固沙林的喬木應用比例只有8.18%，灌木樹種比例達91.82%，其中梭梭占比60.93%。純林所占比例達56.82%，其中梭梭純林的比例達到50.00%；造林密度超過1650株/hm²林地占調查樣地的84.38 %，都是株距小行距大的均勻結構林。災害性大風和長期干旱影響和限制了防風固沙林分布與人工林建設，早期造林所建防風固沙林密度過大、配置不合理等問題已經顯現。

關鍵詞：河西走廊；防風固沙林；林分結構；影響因素；公眾意識

The structure and type of windbreak and sand fixation forest in Hexi corridor and its effect factors

Wang Minggou， Yuan Hongbo， Liu Shujuan^*， Liu Kailin， Wan Xiang， Li Jinjin， Li Xuomin

（Gansu Minqin National Studies Station for Desert Steppe Ecosystem & Gansu Desert Control Research Institute， Lanzhou 730070，Gansu， China）

Abstract：Windbreak and sand fixation forests play an important role in controlling wind-sand and ensuring regional ecological security. In the Hexi corridor with strong wind-sand， a large-scale area of windbreak and sand fixation forest had been established， and the investigation and analysis of the characteristics of the windbreak and sand fixation forest would provide reference for its maintenance management and regional ecological construction. The proportion of tree used in the windbreak and sand fixation forest in the Hexi corridor was only 8.18%， and the proportion of shrub species reached 91.82%， of which theHaloxylon ammodendronaccounted for 60.93%， and theHaloxylon ammodendronwas used for afforestation in the sand dunes， sandy land， Gobi and reclaimed farmland under different precipitation conditions in the Hexi corridor. The proportion of forest with single in windbreak and sand fixation forest reached 56.82%， of which the proportion of pure forest reached 50.00%. The afforestation density was more than 1650 plants/hm²accounted for 84.38% of the survey plots， all of which were uniform structure forests with small plant spacing and large row spacing. Severe winds and long-term drought have affected and limited the distribution of windbreak and sand fixation forests and the construction of planted forests. The problems， such as excessive density and unreasonable allocation of windbreak and sand fixation forests of afforestation had emerged. The evaluation index system and evaluation methods of the benefits of windbreak and sand fixation forests could fully reflect the role of windbreak and sand fixation forests， and the public awareness also affected the management and protection of shelter forests. The government departments should formulate relevant support policies to mobilize farmers to actively manage and protect shelter forests.

Key words：Hexi Corridor; windbreak and sand fixation forests; forest structure; influencing factors; public awareness

河西走廊北鄰巴丹吉林沙漠，東接騰格里沙漠，西部受庫姆塔格沙漠影響，是我國沙塵暴多發區^[1]。建立防風固沙林是減少區域風沙危害，改善區域小氣候的重要措施^[2]，我國在20世紀80年代之后的大規模造林治沙已取得了良好效果^[3-5]。但是，隨著時間推移和經濟社會發展以及科技條件等因素所限，河西走廊防護林的成熟林、過熟林、殘次林已達5.61×10⁴hm^2[3]，生態和防護效益日益減弱，影響著糧食穩產和高產^[3-5]。如何營造更高效穩定的防護林體系，實現生態效益、社會效益和經濟效益的提高，成為當今防護林體系修復與重建面臨的重要問題^[5-7]。河西走廊的防護林體系存在需要選擇多樹種混交模式提高防風固沙體系效能^[8，9]。梭梭（Haloxylon ammodendron）是河西走廊適應性最好的流動沙地造林樹種^[4]，花棒 （Hedysarum scoparium ）和沙拐棗（Calligonum mongolicum）也被廣泛應用于流動沙丘治理^[10]。防風固沙林配置的梭梭純林面積較大，也有混交林，林分結構有疏透和緊密型防護林帶^[10]。目前，人工防風固沙林以覆蓋度為標準進行造林，驗收標準則為密度^[11，12]，對于防風固沙林結構配置的研究較少^[13]。經過多年的演替，梭梭防風固沙林已開始衰敗^[3]，進行防風固沙林結構現狀的綜合論述，將有助于撫育和修復衰敗防風固沙林，提高防風固沙效能。本文通過分析河西走廊防風固沙林的樹種、結構和配置模式，對河西走廊防風固沙林結構現狀進行綜合論述，以期為河西走廊營造穩定、高效、可持續發展的防風固沙林系統提供參考。

1研究區概況

河西走廊地處中國西北干旱區與青藏高原北緣，黃河以西，東起烏峭嶺，行政區劃包括武威市、張掖市、金昌市、酒泉市和嘉峪關市。區域地勢南高北低，南部為祁連山，北部有龍首山、合黎山等組成的斷續低山殘丘，中部是石羊河、黑河、疏勒河等沖擊形成的綠洲平原。東、北、西三面依次被騰格里、巴丹吉林、庫姆塔克三大沙漠包圍，沙漠面積達30700 km²，風沙線蜿蜒1600 km，是我國的嚴重風沙危害區之一^[2]。河西走廊屬于典型的溫帶大陸性氣候區，年降水量40～ 300 mm，自東南至西北降低。 年蒸發量為1769-3522 mm；主導風向為西北風，年平均風速2.0-4.6 m/s，年均8級以上大風日數15.9-68.5d。區域內綠洲廣布，農業發達，土地利用類型包括耕地、林地、草地和居民工礦交通用地。

2研究方法

通過實地調查確定防護林樹種、類型、結構；根據衛星影像判讀，確定防護林的分布位置，并實地進行驗證。在研究區不同類型防風固沙體系內選擇典型區域設定調查樣地，進行防護林樹種、類型、結構、土壤風蝕、行政區域和經緯度等指標的調查測定。防護林設置一個100m×100m的大樣方，用“5點法”在樣方的4個角和中心設置5個小樣方，小樣方的大小同“樣線與樣方設置”。在設置大樣方時，根據調查面積大小和地表復雜程度，樣方中應包括該林地不同的地貌（如沙丘上部、中部、下部、丘間低地等）。

3結果與分析

3.1防風固沙林的樹種

河西走廊防風固沙林類型根據造林樹種不同有9種類型，其中喬木林形成的防風固沙林只占8.18 %，分布在丘間地和退耕地，形成沙棗林和胡楊林。灌木林是河西走廊主要的防風固沙林，占91.82%，其中梭梭林占60.93%，即梭梭占河西走廊主要的防風固沙林55.95%，形成大面積的梭梭林。河西走廊防風固沙林的喬木有沙棗和胡楊（Populus euphratica）在走廊自東向西都有栽植，主要分布在田邊、河湖岸和有灌溉條件的造林地。榆樹（Ulmus pumila）則只在古浪八步沙呈孤立木或幾株形成的片林。梭梭在河西走廊不同降水條件的沙丘、沙地、戈壁和退耕地都用于造林?；ò粼诮邓肯鄬^大的古浪和涼州應用較多，而且多為混交林搭配樹種（表1），另外在地下水位較高的金塔水庫組合成混交防風固沙林，形成梭梭+花棒、梭梭+花棒+檸條（Caragana korshinskii）防風固沙林。沙拐棗和白刺（Nitraria tangutorum）主要與其他樹種形成天然混交林較多， 沙拐棗有小面積人工造林，白刺的人工造林很少，二者是重要的人工林伴生灌木樹種。

3.2河西走廊防風固沙林結構類型及配置模式

3.2.1河西走廊防風固沙林結構類型

防風固沙林配置是指造林樹種的空間排列以及樹種搭配。根據調查樣地數量的比例計算，河西走廊的防風固沙林配置模式中純林所占比例達56.82%（圖1），其中梭梭純林的比例達到50.00%，其他樹種或為人工混交林，或為天然混交林。天然混交林是天然灌木樹種數量占比超過主栽樹種50.00%的一種人工林和天然林自然混交的特殊林型，在河西走廊比較常見，比例達到了27.27 %。

林地密度是防風固沙林造林和評價容易得到的數據，造林密度是防風固沙林建設首先考慮因子。根據調查林地的保存樹木個數將林地分為三類。疏林是密度825-1245株/hm²，這類林約占調查林地的34.09%，主要是經過自然稀疏的梭梭林和喬木林，分布在國營林場。梭梭林地的疏林類型占比小于整個河西林地13.50個百分點。伴生的植物種較多，一年生植物、多年生草本和灌木都有分布，生物多樣性較大。密林是密度1650-2475株/hm²的灌木林，梭梭林、梭梭+花棒、梭梭+花棒+檸條防風固沙林都是這種密度的防護林，占比為47.73 %，梭梭林的密林達55.88%，占比較大。伴生的灌木和草本植物種比疏林少，但是差異不顯著（P<0.05）。過密林是密度3300-9900株/hm²，這種林主要是梭梭林，占比達26.47%（圖1），伴生的灌木和草本植物種最少，與疏林的差異較顯著（P<0.1）（圖2）。

根據前期研究，10年生以上的石羊河下游人工梭梭林開始退化和自然稀疏，當林齡達25年（a）以上時，林分密度趨于平穩。因此本研究根據調查樣地開花和結實比例以及走訪當地群眾確定的林齡，將調查的防風固沙林分下述4類：①青年林：包括正在生長發育的林分，林相還沒有形成或正在形成，樹體生長旺盛，沒有自然稀疏現象，林地沒有死亡植株。②中熟林：林地出現面積大于10 m²以上的不連續林窗，自然稀疏明顯，植株下部枝條1/3死亡，死亡植株占比為1.0-30.0 %。③成熟林：所有植株全部開花結果，平均高度達到2.5-3.0 m，林地有自然稀疏現象，沒有林窗形成，植株中下部枝條開始死亡，林地死亡植株<1.0 %。④過熟林：連續分布的林窗出現，密度<2250 株/hm²，死亡植株比例>30.0 %，植株中下部枝大部分死亡。

河西走廊所有類型防風固沙林中，成熟林比例達47.73%，其次是正處于生長發育期的青年林，這兩種林在不同區域都有分布。中熟林和過熟林只有20.15%，主要分布在國營林場和民勤，這些區域造林治沙的歷史比較悠久。梭梭林的成熟林比例達47.06%，略小于所有防風固沙林的比例。青春林和中熟林的比例相對較大一點（圖3）。

3.2.2河西走廊防風固沙林配置模式

河西走廊防風固沙林配置簡單，除去地下水位較高和灌溉區域，配置模式單一，多以均勻配置為主（表2）。河西走廊防風固沙林的同一林型內的株距相同，行距相同。株距有1.0 m、1.5 m、2.0 m和3.0 m。其中1.0 m株距占比37.50%最大，其次為株距2.0 m占比34.38%，1.5 m占比9.38 %，株距2 m和3m只有在退耕地和經過自然稀疏梭梭林地。1.0 m和2.0 m是普遍應用的造林株距。行距類型相對較多，1.0 m、1.5 m、2.0 m、3.0 m、3.5 m、4.0 m、5.0 m。其中3.0 m行距占比40.63 %最大，其次為株距4.0 m占比18.75 %，再次為5.0 m占比15.63 %，行距2 m占比12.50 %，行距1.5 m和1.0 m只有2個地方和1 個調查樣地。3.0 m、4.0 和5.0 m的造林行距應用較多。造林密度是1650-2475株/hm²應用的地方最多，占調查樣地的56.25 %，其次是密度3300-9900株/hm²的過密林，占調查樣地的28.13 %，密度825-1245株/hm²疏林地只有5處。疏林，經過自然稀疏，林窗較多，成通風結構，林間檉柳、沙拐棗、沙蒿相間生長，群落層片2-3層，生活型2-3類，一年生植物、多年生劃本和半灌木。 整體植被長勢偏差，環境惡劣，大概有六七成的枯枝，有羊糞，老鼠洞等擾動痕跡。密林和過密林地分布在流動沙丘和半固定沙丘，地表流動性較大，林相較整齊。

4 河西走廊防風固沙林影響因素

4.1 嚴酷環境影響防護林建設

河西走廊屬于大陸性干旱、半干旱性氣候，當地多以大風和風沙天氣為主，屬于荒漠氣候，日溫差為 12～18℃，降水和熱量差異顯著且變化劇烈。河西走廊荒漠區降水較少，而且降水日數多冬季酷寒且個別地區長達半年之久，雨養灌木林這容易受到干旱的影響^{[14，15]}。由于人類活動對水資源的過度開發和利用，河西走廊生態環境惡化的現象日益顯現，全球氣候變暖也導致河西走廊地區降水量的明顯變化。在2000—2020年，降水量不同降水年際波動增大^[14]，<5 mm的降水量占比達到80%以上，其中高臺縣最大達86.3%；5～15 mm的降水日數比例在11.6-15.5%，>15 mm的降水日數比例只有1.4-3.1%（表4）。河西走廊降水量少而分布不均，集中在7-9月，在地下水位較深的區域，只能應用灌木或小灌木造林。歷史時期，人們所造喬木林多有失敗^[4]。經過多年研究和嘗試，河西走廊沙區已選擇出梭梭、花棒 、沙拐棗、檸條錦雞兒、怪柳等適應當地自然條件的樹種，但是因為造林密度過大等因素，防風固沙灌木林開始退化^{[16，17]}。選擇的樹種大多數為抗旱、耐風蝕的灌木樹種，以梭梭為主，占河西走廊主要的防風固沙林55.95%，形成大面積的梭梭林（圖1）。河西走廊氣候嚴酷，災害性大風和長期干旱影響和限制了防風固沙林分布與人工林建設。

河西走廊地區為荒漠區，存在大面積戈壁和流動沙丘，主要分布在各大河流中下游綠洲附近，例如：自東向西有石羊河下游的民勤，黑河中游的臨澤和高臺，北大河下游的金塔；黨河下游的敦煌等周圍地區分布大面積流動沙丘。這些流動沙丘是區域風沙危害的主要源區，也是防風固沙林營造區域。沙地流動性較大，土壤貧瘠，水資源有限，造林樹種和密度等受到影響。選擇適宜樹種和造林與配置模式，防風固沙林建設才能成功^{[3，4，10]}。

4.2防護林配置影響可持續性

河西走廊造林早期，為了快速成林發揮效益，所建防風固沙林密度過大、配置不合理等問題，防風固沙林長時間、大尺度的生態效益可持續發展受到影響。河西走廊防風固沙林配置簡單，除去地下水位較高和灌溉區域，配置模式單一。1.0 m和2.0 m是普遍應用的造林株距。其中1.0 m株距占比37.50%最大，株距2.0 m占比34.38%。行距類型相對較多，其中3.0 m行距占比40.63 %最大。造林密度是1650-2475株/hm²應用的地方最多，占調查樣地的56.25 %（表2）。由于水資源有限，造林密度過大，林地退化明顯。在民勤，梭梭防風固沙林44.36%的樣地處于“一般”狀態，24.41%的樣地處于“差”狀態，處于較健康狀況的樣地為 0^[17]。 梭梭林整體植被長勢偏差，環境惡劣，大概有六七成的枯枝，有羊糞，老鼠洞等擾動痕跡。密林和過密林地分布在流動沙丘和半固定沙丘，地表流動性較大，林相較整齊。因此，對防風固沙林體系進行長時段的系統研究，揭示其結構功能變化，進一步優化結構配置，提高綜合效益，是河西走廊防風固沙林體系建設與研究的目標。

4.3公眾認知對防護林影響

防風固沙林的建設和管護主要依靠地方政府組織，但鄉鎮政府工作人員缺乏專業技術人員，農民更是對防護林的認識不足，只能看到眼前的直接利益，對生態環境保護，凈化環境的認識不足。防護林效益主要是間接的，因而存在栽樹之后得不到收益或投資少于回報現象。同時，當涉及農民自身利益時會發生沖突，農民配合度會降低，影響防護林建設和管理。依據調查防護林生長狀況、完整性、病蟲害、有無牲畜破壞和有無用水保證五個方面去評價公眾對防護林的現狀認知（表6）。結果表明，（1）生長狀況：認為目前當地的防護林的生長狀況良好、一般、差的人數占比分別為62%、21%和17%，認為生長狀況差的主要原因是樹齡老化和缺水。（2）完整性：認為防護林體系完整或不完整的人數占比分別為72%和28%。認為不完整的原因主要是樹種單一，樹種抗旱性差而衰退死亡。（3）病蟲害：認為防護林病蟲害在無、輕微、嚴重等不同程度的人數占比分別為：21%、65%和14%。防風固沙林梭梭面積較大，主要是枯枝、白粉病和鼠害。（4）牲畜破壞：認為防護林牲畜無破壞、有破壞的人數占比分別為81%和19%。據受訪者反映，隨著國家退耕還林和封禁放牧政策的實施，當地基本以圈養牲畜，很少有牲畜對林區的破壞，該政策在當地群眾得到較好的貫徹落實。（5）用水保證：認為防護林無用水保證和有用水保證的人數占比分別為25%和75%。防風固沙林以抗旱樹種為主，灌溉較少，除了一部分是當地村和林草部門按期灌溉，另一部分無水源灌溉的地方，只能是雨養。

從農民角度來看，在一定程度上防護林增加了他們的負擔，在造林初期進行整地、苗木選擇，造林后澆水灌溉、防治病蟲害等，不僅需要大量的時間和精力，也需要農民投資一部分金錢，很多家庭負擔不起這些投資。防護林資源具有公共產品屬性，由于這種屬性出現了外部性問題，外部性問題就是私人收益與社會成本不一致造成，因此，在很多地方出現了管護粗放、投資不足，嚴重影響了防護林的可持續性。

5討論與結論

目前，世界各國在農田防護林體系建設研究較多，防風固沙林的生態、經濟和社會效益研究深入。但是防護林網撫育和更新改造，需要加強，特別是早年種植的防護林防護效應已逐漸減弱的河西走廊地區^[2-5]，迫切需要采取一定的措施，提升其防風固沙效應。

5．1河西走廊防風固沙林的喬木應用比例只有8.18%，灌木樹種應用比例達91.82%，其中梭梭占比60.93%，梭梭在河西走廊不同降水條件的沙丘、沙地、戈壁和退耕地都用于造林?；ò?、沙拐棗和白刺主要與其他樹種形成天然混交林較多。 沙拐棗有小面積人工造林，白刺的人工造林很少，二者是重要的人工林伴生灌木樹種。梭梭、花棒和沙拐棗被廣泛應用于流動沙丘治理，沙棗和怪柳是低地最佳造林樹種^[10]。

5．2河西走廊防風固沙林配置簡單，配置模式單一。防風固沙林的純林所占比例達56.82%，其中梭梭純林的比例達到50.00%，其他樹種或為人工混交林，或為天然混交林。研究認為配置方式以隔行混交為宜，適宜混交模式為花棒+檸條錦雞兒+梭梭的隔帶混交類型、梭梭+花棒的隔帶混交類型為生態健康，綜合效益好^[10]。造林密度超過1650株/hm²林地占調查樣地的84.38 %，都是株距小行距大的均勻結構林。防風固沙林配置以花棒+檸條錦雞兒（Caragana korshinskii）+梭梭的隔帶混交類型、梭梭+花棒的隔帶混交類型綜合效益較好^[10]。沙棗（Elaeagnus angustifolia）、檉柳（Tamarix ramosissima）和沙棘 （Hippophae rhamnoides）是丘間低地造林最佳樹種，配置方式以隔行混交為宜，林分結構有沙棗和沙棘的疏透型防護林帶，沙棗和怪柳的緊密型防護林帶^[10]。

5．3河西走廊氣候嚴酷，災害性大風和長期干旱影響和限制了防風固沙林分布與人工林建設，造林早期所建防風固沙林密度過大、配置不合理等問題已經顯現。在民勤，梭梭防風固沙林44.36%的樣地處于“一般”狀態，24.41%的樣地處于“差”狀態^[17]，需要加強撫育。

5．4防風固沙林效益評價指標體系和評價方法不能完全反映防風固沙林的作用，野外長期定位連續觀測的防風固沙林十分有限。利用多種方法結合來研究，如樣地監測和風洞模擬試驗、各種數學模型以及GIS遙感技術結合，對農田防護林進行多渠道、多角度驗證。在野外長期定位連續觀測的基礎上，全面量化評價防風固沙林各種效益應是未來研究發展的趨勢^[1]。

5．5公眾意識影響防護林的管護，政府部門應制定相關的扶持政策，調動農民的積極性，讓他們自愿管護防護林。應用抗樹種建立防風固沙林，保證生態用水，補充灌溉，提高雨養防風固沙林的健康，發揮持續效能。

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