全 文 ：应 用 生 态 学 报 年 月 第 卷 第 期
, , 一
樟子松人工固沙林稳定性的研究 ‘
曾德慧 姜凤岐 范志平 朱教君
中国科学院沈阳应用生态研究所 , 沈阳
摘要 提出了人工林稳定性的内涵及其评价标准 分析了影响沙地樟子松人工林稳定
性的各种干扰因子 , 通过对沙地樟子松人工林造林成活 、 生长情况 、 对不 良外界环境的抗
御能力 、 林分寿命 、林分结构和生产力的综合评价分析 , 认为沙地樟子松引种人工林基本
上是稳定的 而生长在立地较好的丘间低地的林分 , 其稳定性大于沙丘顶部的林分 从抗
枯梢病角度看 , 幼林的抗性大于中林 从林分密度和生产力角度来看 红花尔基沙地樟子
松林稳定性高于章古台
关键词 沙地 樟子松 人工林 稳定性
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引 言
自 年肯尼亚内罗毕联合国荒漠
化会议之后 , 土地荒漠化成为国际上公认
的一个严重的生态环境和社会经济问题
年巴西里约热内卢世界环境与发展
大会上 , 土地荒漠化问题再次成为全球环
境问题的热点 土地沙漠化是荒漠化的重
要组成部分 我国的沙漠 、 戈壁及沙漠化土
地面积达 , 占全国国土总面
积的 巧 , 其中对国民经济和人民生活环
境危害最大的沙漠化土地面积为
护 “ , 而 且 沙 漠化 土 地 面 积 还 在 扩
大 因此 , 防治沙漠化是我 国的一项刻
不容缓的任务 营造防护林体系是防治流
沙 、改造利用沙地的根本途径 , 也是沙区保
护农牧业生产和林业建设的重点工作 由
于樟 子 松 ’ 州二 ’
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’ 适应性强
, 它正被用作 “ 三北 ” 广大风
沙干旱 、半干旱地区的主要造林树种之一
位于科尔沁沙地东南边缘的章古台是
最早在沙地引种樟子松的地区 从 年
开始引进樟子松固沙造林 , 先后营造了樟
子松林 , 现已蔚然成林 , 防风固
沙作用显著 , 有效地抑制了“ 沙龙 ” 向前推
进 , 而且正成为“ 三北 ” 地 区营造樟子松林
, 国家 自然科学基金资助项 目
年 月 日收到 , 年 月 日改回
应 用 生 态 学 报 卷
的主要种 源基地 但随着林龄的增加 , 自
年代末以来 , 林分地下水位 、 土壤含水
量和 根 栖 层 养分 含 量 均 出现 降低 的 趋
势 , ’“ 年代末 , 部分樟子松林发生 了
枯梢病 , 生长下降 , 特别是高生长缓慢 , 甚
至趋于停止 , 个别林木濒于死亡 , 樟子松林
表现出一定的不稳定性 稳定性是生态系
统存在的必要条件 , 在理论和实践中具有
深远意义 , 被公认是生态系统的一个重要
特征 , 也是人们了解生态系统的一个极其
重要的概念 , ‘, “ 当前 , 人类面临人 口 、
资源与环境等问题 , 究其本质 , 就是系统的
稳定性问题 这些 问题的解决在很大程度
上依赖于生态系统稳定性的研究 因此 , 研
究沙地樟子松林稳定性的机理 , 为经营好
现有樟子松林和今后营造樟子松林提供指
导 , 具有重要的理论价值和实践意义
研究地区概况与研究方法
研究地区概况
本研究对象为章古 台和 红 花尔基沙地樟子
松林 两地 自然概况见文献【
研究方法
标准地调查 在研究地 区共调查标准地
块 , 作解析木 株 , 另外收集红花尔基沙地天
然林解析木 株 调查 内容主要包括沙地类型 、
每木检尺 、 树高 、 年龄 、疏密度 、 冠幅等
土壤含水量观测 在章古台林地选取年
龄 、 立地 、 密度不同的林分 块及 块无林地作为
对照 , 分 一 、 一 、 一 、 一 、 一 、
一 。 土层 , 每半个月观测 次 , 以烘干法
测定 , 观测期从 年 月至 年 月
结果与分析
影响沙地樟子松人工林稳定性的干
扰因子
干扰是时间序列中任何相对明显的引
起对生态系统 、 群落或种群结构的破坏和
造成资源基底有效性或 自然环境变化的事
件〔 〕按照干扰来源 的差别 , 可将干扰分
为 自然干扰和人为干扰 与 自然干扰相 比 ,
人为干扰更具有可控性 , 为造林 、 营林及其
它生态设计提供了可能 因此 , 在研究干扰
对生态系统稳定性影响时 , 应注意干扰的
强度和频率 人类对森林的合理经营 , 可看
作是一种积极的有效的干扰
当在稳定性的框架上研究森林生态系
统的行为时 , 必须首先考虑影响稳定性的
二 一 扰因子 区分单个因子的影响是必要的 ,
囚为只有 了解各个干扰 因子和它们的强
度
、
出现频率和它们对生态系统稳定性的
影响后 , 才能够采取相应的措施 , 使森林生
态系统的稳定性得到加强 〕
在沙地樟子松人工林生态系统里 , 产
生负效应的干扰因子主要有 非生物因
子 气象 、土壤因子的扰动 生物因子 病
虫害 人为因子 人为用火导致的火灾和
枯枝落叶被人搂走作薪柴用
气象因子的扰动 由于受太阳黑子
活动和大气环流的影响 , 气象因子产生扰
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年份
图 章古台年降水量 八 与年平均气温
一 八 呀
期 曾德慧等 樟子松人工固沙林稳定性的研究
动 章古台各年的降水量 、气温变化情况如
图 所示
从 一 年的 间平均降水
量为 , 最大降水量的 年达
, 最小降水量的 年只有
, 两者相 差达 进一步分析
得到标 准 差 , 变 动 系数
为了评价该地区的干旱程度 , 可选用
旱涝指标〔‘〕来表示 , 即
二 、一 二 口
式中 , 为旱涝指数 , ‘ 为某地某年的降水
总量 , 牙为该地历年平均降水量 , 。 为年降
水量的标准差一 为正常年 一
毛 镇 一 为干旱年 一 为大旱年 由
方程 计算得出 在樟子松引种后的
里 , 不正常年有 干旱年 降水量低于
的年份有 , 分别是 、 、
、 和 年 , 其中 、 两
年接近大旱年
对气温作同样分析得到 的平均
气温 为 ℃ , 标 准差 , 变 动 系数
在变动系数范围以 内的年份 一
℃ 为气温正常年 超 出这个范围的为
不正常年 , 共有 可以认为 , 降水量的变
动系数大于气温 , 说明降水量的扰动大于
气温 , 尤其是年降水量低于 的年
份 , 造成土壤水分供应不 足 , 产生严重干
早 樟子松进入中龄后需水量增多 , 一旦遇
到干旱则生长明显下降 , 极易造成林分的
不稳定
不同年份的气象因子不仅在年变化中
存在明显差异 , 而且每年的同一月份也差
异明显 林木生长受土壤水分多少的影响
很大
, 而降水是本地区土壤水分的主要来
源 , 由于樟子松高生长在短期内完成 , 月
底基本停止生长 , 而 、 月的蒸发量都很
大 , 因此 , 在樟子松树高生长停止前的一段
时期的降水多少对树高生长有明显影响
土壤因子的扰动 通过对章古台地
区 块标准地 见表 和 块无林地 固
定沙地 进行土壤含水量的测定 , 得出不同
沙丘部位的樟子松林涵养水分的能力明显
不同 图 、 章古台地 区林木直径生长
与当年降水量有直接相关 , 土壤水分在整
个生长季内影响着林木的直径生长 樟子
松高生长在短期内完成 , 月底基本停止
生长 , 土壤水分在短时间内影响树高生长 ,
即在 月底以前的降水量影响着樟子松的
高生长
表 章古台地区林分概况
既 雌
沙丘部位
翔
沙丘底部
沙丘顶部
平坦沙丘
平坦沙丘
沙丘底部
林龄 。 密 度 厌 , 。
· 一
胸径 。 树高
综观各标准地土壤水分的季节变化 ,
有如下特征 各林地土壤水分随降水而呈
明显的季节变化 , 一般可划分为雨季前 、雨
季和雨季后 个阶段 , 全年土壤含水量有
个低峰 , 一次为雨季前的 一 月 , 另一
次为雨季后封冻前的 、 月 , 雨季 、 月
降水量最大 , 土壤含水量最高 , 无林地也表
现出这个趋势 图 章古台地 区樟子松
林土壤含水量随降水而呈 明显 的季节变
化 , 反映了该地 区土壤对水分的调节能力
弱 , 林木易于受旱 不同立地类型土壤含水
量随时间变化差异明显 图 、 号
标准地为丘间低地 , 含水量明显高于 、
、 号标准地 , 反 映 了丘间低地 的林
地土壤贮存水分的能力强于其他立地条件
的林地
樟子松的根系主要分布在 一
土层 , 水分的吸收也主要集中在这一土层
内 , 各林地土壤含水量变化的测定也证明
应 用 生 态 学 报 卷
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图 林地土壤水分年变化
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土坡深度 小
图 土壤水分随土壤深度变化
阶 一
了这一点 图 需要指出的是 , 由于沙地
降水量不足 , 当根系层土壤水分不能满足
樟子松所需时 , 樟子松必然要利用地下水 ,
这就导致了 一 土层的含水量明显
低于 一 。 土层 的含水量 图 林
地 土层 的含水量高于无林地 , 说明
营造樟子松后 , 林地土壤表层物理蒸发小
于无林地
樟子松林土壤养分含量在表层的有机
质与 、 含量 比流沙显著增加 , 而下部沙
层 出现一定的降低趋势〔‘ , 说明在营造樟
子松林后沙地表层土壤的养分得到一定改
善 , 而在根栖层的养分变得越来越少 , 对本
来就缺少养分的沙地林分生长极为不利
生物干扰因子 —病虫害 章古台
地区樟子松人工林发现有枯梢病 , 在部分
感病地块 , 受害株数达 , 濒死 及死
亡株数达 ‘ 受害木在林中呈 团状
分布 , 新梢或针叶枯黄 , 树冠下部受害较上
部为重 幼苗与 年生 以上大树受 害较
重 初步认为章古台地 区的樟子松枯死的
直接原因是枯梢病所致 真菌病原物为松
色二抱菌 刀动奴才故 ’ 二 , 属于弱寄生 ,
只有当树势生长衰弱时 , 病菌才从伤 口 侵
人 , 并造成严重危害 可 以认为 , 造成樟
子松生长衰弱的原 因是综合因素的结果
樟子松 自然分布为北纬 度左右 , 引种到
低纬度地区后 , 由于年平均气温 比原产地
高近 ℃ , 导致樟子松不能适应和提早成
熟 章古台地 区为干旱的半湿润地区 , 降水
量小 , 地下水位过低 , 树木经常遭受干旱
沙地养分不足 , 尤其是 、 缺乏 林分密
度过大 各种虫害特别是刺吸式 口器的害
虫 , 是病菌侵入危害的诱因
在幼林阶段 , 特别是造林后 一 , 部
分樟子松幼树遭受金龟子幼虫的为害 , 该
幼虫为害樟子松的根部 , 啃食须根和韧皮 ,
致使整株樟子松死亡 松毛虫是为害樟子
松林的主要针叶害虫之一 , 但与油松相 比
为害程度要低 一 , 表现 出樟子松对
松毛虫的抗性较强
人为干扰因子 很 明显 , 森林火灾
对人工林稳定性来说是一个致命的干扰因
子 章古台地 区樟子松人工林每年都有数
次火灾发生 , 每次受害面积从 一 “
不等 , 例如 , 仅 年 一 月就发生大小
火灾共 次 , 面积达 “ 因此控制这
些人为火灾的发生是维持沙地樟子松人工
林稳定性的一项重要措施
在一个稳定的森林生态系统里 , 生物
循环可以维持绝大部分元素不受损失 章
辽宁省林学会森林保护专业委员会 章古台
地区章子松枯死情况考察报告 内部材料
期 曾德慧等 樟子松人工固沙林稳定性的研究
表 红花尔基 、章古台樟子松林测树因子
份
地 点 标准地号 沙丘部位
比汾一 详冷
林龄 密 度
死
脚径
〕匕
· 一
年均材积生长量
八 目
· 一
料扣平坦沙丘
平坦沙丘
平坦沙丘
沙丘顶部
沙丘中上坡
一
沙丘中部
沙丘中部
沙丘顶部
平坦沙丘
平坦沙丘
沙丘底部
沙丘顶部 。
丘 司低地
沙丘中部 。
沙丘底部
沙丘顶部 。
沙丘中下部 一
沙丘顶部
丘 司低地
平坦沙地
平坦沙地
沙丘顶部
沙丘底部
平坦沙丘 。
平坦沙丘 。
沙丘顶部 叩
平坦沙丘 。
沙丘顶部 ,
沙丘顶部
平坦沙丘 。
丘 司平地
沙丘底部
沙丘中部
平缓沙丘 。
沙丘底部
树 高
,
· 一
,
红花尔基 门 章古台
古台地区 由于缺柴 , 每年枯枝落叶都被人
拾走作薪柴用 , 使得养分循环的通道受到
破坏 , 养分元素大量损失 , 对于樟子松人工
林维持其稳定性极为不利
稳定性评价
稳定性一词用于表达生态系统对扰动
的反应 生态学家把生态系统对干扰的反
应分成两个方面 , 即当系统受到干扰时 , 抵
抗偏离初始态的能力和受到扰动之后返回
初始态的能力 ￡‘
, ‘ · ‘“ 】 由于稳定性具有多
个特征 , 其稳定性的定量评价也十分困难 ,
因此 , 本文重新定义人工林稳定性 , 其内涵
应理解为 在一个世代的时间跨度 内 , 在一
定立地条件下一定大小面积的林分能够顺
应 用 生 态 学 报 卷
利完成其生命周期 , 并提供相应的净初级
生产量的能力
根据人工林稳定性内涵 , 考虑人工林
的结构与功能特征 , 提 出以下评价其稳定
性的标准 人工林能否顺利成活 成活情
况可以简单分成 类 ①顺利成活 , 要求成
活率达 以上 ②基本成活 , 成活率达
一 ③难成活 , 成活率 以下
能否正常生长 稳定性强的人工林要求在
一定时期内能保持旺盛的生长 , 高生长量
不降低 , 速生期不缩短 寿命的长短 稳
定性强的人工林要求不出现早衰现象
对不 良环境 的抗御 能力 稳定性强 的人工
林要求不因为过于严酷而死亡 林分结
构是否合理 林分的生产力大小
从生态学和造林学观点来看 , 空间大
小决定资源利用的数量 、成林的机会 、保护
的程度 , 间接地 , 它们还决定恢复的模式 、
比例和速度 , 并且在一定条件下 , 决定种与
种之间的新的组成和返 回初始态的可能
性〔‘’〕时间上的稳定性总是和空间上的变
化联系在一起 空间上的统一性是 时间变
化的结果 时间因子本身与森林生长和变
化紧密地联系在一起 因此 , 在评价森林生
态系统稳定性时 , 时间和空间的尺度是必
需的 , 这个尺度包括各种干扰有效发生 的
机会 对沙地樟子松人工林而言 , 其稳定性
应在林分水平 , 研究一个世代跨度
成活情况 章古台地区近 的造
林实践 , 在正常降水年份 , 选用优质苗木造
林成活率可达 一 , 充分证 明樟子松
在该地区的造林能够顺利成活 , 在幼林阶
段能适应当地的立地条件
林分生长状况 个地区共调查 了
块樟子松纯林标准地 表 对年龄相
同或相近的林分 比较发现 同一地 区林分
的高生长和胸径生长主要受林分密度和沙
丘部位的影响 , 密度越大 , 胸径和树高就越
小 , 特别是胸径的差异更大 丘间低地的林
分比顶部的生长效果要好 对 个地区的
林分比较得到 同一年龄的林分树高生长
红花尔基 章古台 胸径生长差异不明显
寿命的长短 红花尔基沙地上的樟
子松树高和胸径的旺盛生长期 可延续到
一 , 数量成熟期约为 章古台
人工林 年生树高生长开始出现平缓 , 年
生长量为 胸径生长在 生左右
开始减弱 , 年生长 一 。 由于章古
台纬度低于红花尔基 , 气温高 , 蒸发量大 ,
樟子松林的数量成熟期缩短 , 为 〔“ 〕
对不 良环境的抗性 樟子松具有庞
大的主侧根 , 在固定沙丘和流动风沙土等
均能成活生长 , 表现出耐干旱瘩薄等特性 ,
即使在较干旱的年份 , 樟子松也表现较强
的抗干旱能力 , 但遇到特别干旱的年份 如
年的降水量 比平均值低 , 林木
提前落叶 , 生长明显降低 , 严重者出现干枯
状况〔’“ 对干扰因子分析表明樟子松对松
毛虫表现出较强的抗性 对于枯梢病 , 年龄
较大的樟子松表现较弱的抗性 , 甚至部分
林木濒于死亡 , 说明樟子松年龄越大对枯
梢病的抗性越弱
林分密度 森林的群体结构是指森
林的各组成成分的空 间分布格局 , 它是森
林植物和环境之间以及森林植物彼此之间
相互作用的表现形式 , 合理的群体结构能
使整个林分获得最高产量 , 林分达到较高
的稳定性 对同龄的人工纯林来说 , 密度是
形成林分结构的最重要的因子
从章古台标准地调查发现 , 多数林分
的密度 比理论值【川要偏高 , 如 号标准
地 比理论值高出 , 号和 号标
准地也高出 倍多 林分密度过大 , 导致蒸
腾耗水量增大 , 是地下水位下降、土壤含水
量降低的主要原因之一 , 也是影响林木生
长量下降 、生长势减弱的主要原因
期 曾德慧等 樟子松人工固沙林稳定性的研究
林分的生产力 净初级生产力可以
表示该立地条件下 的生产力 , 它是评价人
工林生态系统稳定性的一个重要的生产力
指标 净初级生产力用年均材积生长量来
代替 根据同一生长期平均生长量 的大小
来 比较树种在不同条件下生长的快慢和好
坏 , 可判断其稳定性 表 列出了红花尔
基和章古台的樟子松林分测树因子及年均
材积生长量 从表 可以看出 , 红花尔基的
樟子松林生产力大于章古台 材积是单位
面积株数 、林木胸径和树高的函数 , 只有结
构良好的林分才有较高的生产力
参考文献
结 论
樟子松在章古台沙地引种能正常成
活和生长 , 所以基本上是稳定的 , 但数量成
熟提前 丘间低地的林分稳定性高于沙丘
顶部 密度小的林分高于密度大的 从对枯
梢病的抗性来看 , 幼林大于中林 原产地红
花尔基的樟子松林的生产力及稳定性高于
章古台
影响章古台地 区沙地樟子松林生长
的主要生态 因子 —降水不稳定
, 扰动较
大 , 容易发生干旱 另外章古台地区沙地樟
子松人工林密度过大 , 导致土壤含水量下
降 , 使林分生长降低 , 严重影响着这些人工
林的稳定性
章古台地 区樟子松林存在严重干扰
因子 —枯梢病
, 如果防治不力 , 将造成林
分不稳定 , 生长下降 , 严重者导致休水死亡
致谢 承蒙焦树仁高级工程师的大力帮助 , 并提
供章古台气象资料 , 特此致谢
北京林学院 主编 川 气象学 北京 中国林业
出版社
朱展达 、 王 涛 中国北方的土地沙漠化问
题 中国科技导报 , 一
关玉秀 主编 测树学 北京 中国林业出版
社
何芳良
,
生态系统的复杂性与稳定性 生态学
进展 一
周集中、 马世骏 生态系统稳定性 现代生态
学透视 马世骏主编 北京 中国科学技术出版社
一
‘ 郭林海 景观异质性对干扰传播的影响及其
预测 景观生态学 —理论
、 方法及应用 肖笃宁主
编 北京 中国林业出版社
, 项存梯 樟子松枯梢病的研究 东北林学院学
报 一
姜凤岐 、 曾德慧等 沙地樟子松林单木生长的
研究 应用生态学报 , , 增刊 一
, 焦树仁 樟子松人工林蒸腾耗水量的初步研
究 生态学杂志 一
焦树仁 章古台固沙林生态系统的结构与功
能 沈阳 辽宁科学技术出版社
曾德慧 、 姜凤岐 从水量平衡角度探讨沙地樟
子松人工林的合理密度 防护林科技 , 一
, 刃
伴 几卿玛 伟笋 耀 ”户夕 ,
一
,
, ‘ 六应取 三 劝犯 心
与 刀 口 , 一
,
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