全 文 ：第 50 卷 第 5 期
2 0 1 4 年 5 月
林 业 科 学
SCIENTIA SILVAE SINICAE
Vol. 50，No. 5
May，2 0 1 4
doi:10．11707 / j．1001-7488．20140513
收稿日期: 2013 － 03 － 17; 修回日期: 2014 － 03 － 28。
基金项目: 国家林业局林业公益性行业科研专项“冀北防风固沙林优化经营调控技术研究”(201104104)。
* 黄选瑞为通讯作者。
黄羊滩人工固沙林生态稳定性评价*
邢存旺1，2，3 黄选瑞1 李玉灵1 马增旺2，3 付晓燕4
(1．河北农业大学林学院 保定 071000; 2．河北省林业科学研究院 石家庄 050061; 3．河北省林木良种工程技术研究中心 石家庄 050061;
4．河北小五台山国家级自然保护区管理局 蔚县 075700)
摘 要: 人工固沙林生态稳定性是决定生态功能持续健康发挥的重要前提。以河北省黄羊滩林场人工固沙林为
对象，建立包括生命周期、树种抗性和系统防护功能相关的 12 项指标的生态稳定性评价指标体系。应用模糊数学
隶属函数值法，对该地区不同林分类型人工固沙林的生态稳定性进行评价。结果表明: 人工固沙林生态稳定性高
的林分包括沙地柏林、柠条林、樟子松林、沙地柏 ×紫穗槐林、侧柏林、樟子松 ×紫穗槐林、沙枣林，该类林分基本适
应造林地环境条件，对于极端干旱有较强的抵抗能力，并发挥了固沙林的防护功能。白榆林、黄柳林、新疆杨林 3
种林分呈现出中度稳定状态; 以小美旱杨、小叶杨、刺槐 3 个树种为主要经营对象的林分处于低稳定状态。利用极
端干旱事件，将林木的死亡率、落叶率和生长量作为抗旱指标，对固沙树种的抗旱性进行分析排序。针对影响因
子，对不同稳定状态的林分类型提出经营对策。
关键词: 人工固沙林; 生态稳定性; 评价; 树种抗旱性; 黄羊滩
中图分类号: S758. 8 文献标识码: A 文章编号: 1001 － 7488(2014)05 － 0101 － 08
Ecological Stability of Sand-Fixed Plantations in Huangyangtan
Xing Cunwang1，2，3 Huang Xuanrui1 Li Yuling1 Ma Zengwang2，3 Fu Xiaoyan4
(1 ． College of Forestry，Agricultural University of Hebei Baoding 071000;
2 ． Hebei Academy of Forestry Science Shijiazhuang 050061;
3 ． Hebei Engineering Ｒesearch Center for Tree Varieties Shijiazhuang 050061;
4 ． Xiaowutai Mountain National Nature Ｒeserve Management Bureau Yuxian 075700)
Abstract: Ecological stability is important to maintain ecological function of sand-fixed plantation． This study was
conducted in sand-fixed plantation in Huangyangtan，Hebei Province． An index system for ecological stability assessment
was established based on 12 parameters in life cycle，tree species resistance and system protection function． The ecological
stability of different sand-fixed plantations in the study region was evaluated by using subordinate function of fuzzy
mathematics． The result showed that some wind-breaking and sand-fixed forests，including Sabina vulgaris，Caragana
korshinskii，Pinus sylvestris var． mongolica，Sabina vulgaris × Amorpha fruticosa，Platycladus orientalis，Pinus sylvestris
var． mongolica × Amorpha fruticosa，Elaeagnus angustifolia， had relatively strong ecological stability． The result
suggested these plantations were suitable to local environment，strong resistant to extreme drought，and beneficial for
exerting their edological function． The plantations including Ulmus pumila，Salix gordeivii and Populus bolleana，had the
middle level of ecological stability． While plantations including Populus simonii × ( Populus pyramidalis + Salix
matsudana) cv． Poplaris，Populus simonii and Ｒobinia pseudoacacia，had the lower level of ecological stability than
others． In 2009 year，a severe drought happened in Huangyangtan，which facilitated an investigation on the drought
resistance among main tree species under natural conditions． Mainly based on the comparison of mortality and defoliation，
the drought resistance of the 12 tree species was ranked． The management strategies for plantations with different stability
types were proposed based on influence factors．
Key words: sand-fixed plantation; ecological stability; evaluation method; drought resistance; Huangyangtan
sandy land
林 业 科 学 50 卷
土地沙漠化是环京津地区最主要的生态环境问
题之一。大规模人工造林对于减缓土地沙化、防风
固沙发挥出越来越显著的作用。然而，在造林面积
不断扩大的同时，由于树种选择不当、立地条件差等
因素的综合作用，人工固沙林出现了生长不良、功能
低下等不稳定现象(邢存旺等，2008)。人工固沙林
稳定性的实质是人工固沙林能否持续健康存在并发
挥出应有的作用，表明了人工固沙林的可持续性，是
评价植被恢复成功与否的主要标准之一。人类当前
面临的资源与环境问题，究其本质是系统的稳定性
问题; 问题的解决，在很大程度上依赖于生态系统
稳定性的研究(曾德慧等，1996)。目前，森林生态
系统稳定性的研究大多集中在天然林(林考焕等，
2010; 郑元润，2000)，对人工林的研究甚少。针对
人工固沙林的研究，着重于流动沙丘的植被重建技
术(蒋高明等，2011)以及固定、半固定沙地的植被
快速恢复技术(姚忠宝等，2007)，对人工固沙林的
稳定性很少涉及。如何评价人工固沙林的稳定性，
寻找影响与制约人工固沙林稳定性的主要因素，进
而对稳定性差的林分进行调控，成为现阶段迫切需
要解决的理论与技术问题。
黄羊滩位居河北省五大沙滩之首。特殊的地理
位置和土壤、气候条件与不合理的土地利用相耦合，
导致该地区植被严重退化、土地大面积沙化，成为直
接导致洋河、官厅水库淤积以及北京地区沙尘天气
的主要沙源地(肖嗣荣等，2000)。为了有效治理黄
羊滩沙地，20 世纪 80 年代以来，当地政府营造了大
面积的人工固沙林，在生态环境逐步好转的同时，所
营造的林分稳定性出现显著差异。为此，通过对人
工固沙林稳定性的研究，构建评价指标体系，对现有
的人工固沙林的生态稳定性进行评价，筛选出稳定
性高的人工固沙林植被模式，为京津风沙源治理区
植被恢复和重建提供理论与技术支撑。
1 人工固沙林生态稳定性评价方法
1. 1 对人工固沙林生态稳定性的基本认识
生态学领域有关稳定性问题的研究中，因研究
对象不同，研究者对于稳定性的概念与内涵的认识
有一定差异，所建立的评价指标也不尽相同。人工
生态系统的结构，如树种组成、种群密度、垂直结构
等，是依据经营目标通过人工调控实现的，与自然生
态系统的重要区别是反复的人工干预，人工林的稳
定不是保持在某一平衡点，其本身具有动态与发展
的特点。因此人工林生态稳定性的研究重点应针对
系统功能，系统功能实现程度体现了系统结构合理
程度，反映生态系统稳定程度。按照冯耀宗(2002)
提出的“人工生态系统稳定性的研究应针对系统的
功能而不是系统的结构”这一理念，借鉴曾德慧等
(1996)和姜凤岐等(2002)关于人工固沙林稳定性
研究成果，从人工固沙林的建植条件与经营目的出
发，笔者将人工固沙林生态稳定性的内涵理解为:
在风蚀沙化条件下，人工固沙林处于某一稳定生长
状态并且能够持续保持这种生长状态，同时具有明
显的固沙、改土效果。稳定的人工固沙林应具备的
3 个要素: 一是能顺利完成生命周期，二是对外界
不良干扰有足够强的抵抗力，三是对林内环境有明
显的改善作用。即人工固沙林的生态稳定性是林分
的生命周期、树种抗性以及系统防护功能等系统动
态平衡状况的综合特性，是林分在世代时间尺度上
与沙漠化环境相互作用的结果。
稳定性三要素分别为生物学稳定性、抵抗力稳
定性和功能稳定性，它们是人工固沙林稳定性的 3
个重要特征。生物学稳定性是人工林稳定性的生物
学基础，抵抗力稳定性是生态系统稳定性的必要条
件，功能稳定性是人工固沙林的经营目标与价值体
现，三者共同构成了人工固沙林的生态稳定性。生
物学稳定性由林木能否顺利完成生命周期来判定，
表明了林分的内在生活力与适应性。人工固沙林营
建于风沙土上，普遍存在水分条件差、养分贫瘠、风
蚀、沙埋等不利条件，稳定的人工固沙林，应该能够
适应严酷环境，并顺利完成生命周期。在林木自然
生长过程中，不发生或有少量自然死亡现象、生物量
持续增加的林分，称为稳定林分。抵抗力稳定性是
系统应对干扰与维持现行状态的能力。抵御不正常
气候能力弱、病虫害严重是人工林生物学不稳定性
的突出表现(盛炜彤，2001)，稳定的人工固沙林应
具有较强的抵抗力。人工固沙林营建目的是防风固
沙，是在无森林环境的沙地上建植森林，伴随着林分
的建植与生长过程，自然条件向森林环境方向发展，
系统内部的环境可因系统防护功能的发挥而改善，
如果向良性方向转变，则说明系统稳定性高，如果向
恶性方向转变，则说明系统稳定性差。
1. 2 人工固沙林生态稳定性评价体系的构建
人工固沙林是在沙漠化土地上建植的以防风固
沙为主要经营目标的林分，稳定性评价体系必须体现
林分在该环境条件下的生长状况、抵抗不良干扰能力
和固沙护土等功能。以林分的生物学稳定性、抵抗力
稳定性和功能稳定性等 3 个要素为框架，根据人工固
沙林生态稳定性的内涵和实质，以如下方式将各要素
指标化，构建出稳定性的评价体系，如图 1 所示。
201
第 5 期 邢存旺等: 黄羊滩人工固沙林生态稳定性评价
图 1 人工固沙林生态稳定性评价体系层次结构
Fig． 1 The hierarchical structure of ecological
stability evaluation system
1. 3 评价指标与人工固沙林生态稳定性的关系及
测度
1) 林木保存率: 林分维持合理结构的数量基
础。表明了林木内在生活力和对造林地环境的适应
性，是人工林生物学稳定性的前提条件。
2) 林分生长量: 评价生态系统生产力的重要
指标，也是退化生态系统功能恢复的基础。应用林
分生物量年增长量，可准确反映群落利用自然资源
的能力，是分析人工林生物学稳定性的一项重要
内容。
3) 自然更新能力: 评价生态系统恢复力和持
久性的重要指标。植物通过自然更新保证了种群的
繁衍、持续生存及维持群落的组成与结构稳定。
4) 防护期: 从发挥防护作用开始到采伐更新
为止。防护期表明了系统发挥防护功能的持续时
间，防护期越长，则系统的持久性越高，系统越稳定。
研究以人工林郁闭度达到固定沙地下限 (35% )时
的年龄当作初始防护成熟龄，终止防护成熟龄是自
然成熟龄或在数量成熟的基础上延长 1 个龄级，把
防护成熟龄和终止防护成熟龄作为防护期的 2 个端
点，得出人工固沙林的防护期(姜凤岐等，1997; 邢
存旺，2012)。
5) 抗旱性: 防护林抵抗力稳定性的一个重要
指标，水分状况对植物生长发育进程有着重要的影
响。以林木在极端干旱情况下的死亡率、落叶率和
生长减缓比率构建林分抗旱指标 (潘伟等，2007;
张继义等，2010)。
6) 抗病虫能力: 病虫害发生率是林分抵抗力
稳定性的另一个重要指标。感病株数与虫口密度越
低，说明林分生物学抗性越强，林分的稳定性越高。
7) 防护效益: 人工固沙林的首要经营目标就
是控制风沙流活动。风沙流活动重要危害过程是输
沙，林地输沙率是沙漠化治理效益最重要的评价指
标。输沙率是指单位时间林内输沙量，测得一定时
间段内输沙量，換算为日输沙量即输沙率 (王继和
等，2006)。
8) 土壤环境: 有机质含量、机械组成和水分状
况等 3 方面指标分别反映了土壤化学性质、物理性
质以及持水性能的变化情况，能够表明沙地固定后
土壤环境质量变化程度。构建干旱指数，分析林地
干旱胁迫状况。测定土壤田间持水量和实际含水
量，以田间持水量的 65% 作为毛管断裂含水量，将
毛管断裂含水量与实际含水量之差做为土壤干旱指
数(黄昌勇，2000; 魏胜利，2005)。
9) 林内小气候: 空气相对湿度与气温日较差
具有重要的生态学意义，空气相对湿度越大，气温变
幅越小，森林小气候特点越明显，林分功能稳定性
越高。
10) 物种多样性: 鉴于研究对象是防风固沙
林，是典型逆转植被，丰富的物种多样性可以增加稳
定性。将 Shannon-Wiener 指数作为林分物种多样性
指标(马克平等，1994)。
1. 4 测度指标分值的确定
1. 4. 1 生物学稳定性与功能稳定性测度指标分值
确定 林木保存率、林分生长量、自然更新数量、防
护期、土壤粘粒含量、土壤有机质、空气相对湿度和
物种多样性等指标与稳定性成正相关，隶属函数值
计算方法如下:
Pij =
Xij － Ximin
Ximax － Ximin
;
输沙率、干旱指数、气温日较差与稳定性成负相
关，隶属函数值计算方法如下:
301
林 业 科 学 50 卷
Pij = 1 －
Xij － Ximin
Ximax － Ximin
。
式中:Pij为第 i 个林分第 j 项指标的隶属函数值及得
分值; Xij为第 i 个林分第 j 项指标的测定值; Ximax 和
Ximin 为各林分中指标的最大值和最小值。
1. 4. 2 抵抗力稳定性测度指标分值确定 将落叶
率作为死亡率的延伸性指标、将生长量降低比率作
为落叶率的延伸性指标，采取等分法 (杨纶标，
2001)来确定抗旱性隶属函数，求得各林分的抗旱
性隶属函数值。具体方法: 构建 3 个模糊集，分别
是{死亡 }、{落叶}和 {生长减缓 }。再将死亡率
100%与生长量 100% 对应的隶属函数值分别确定
为 0 和 1，以 0. 33 与 0. 66 为分界点三等分隶属函数
值区间。对应的映射即为其隶属函数:
Y = － 0 ． 33X + 0 ． 33 ，X 为树种死亡率;
Y = － 0 ． 33X + 0 ． 66 ，X 为树种落叶率;
Y = 0 ． 33X + 0 ． 66 ，X 为树种生长量比率。
1. 5 评价方法
采用加权平均法来进行评价。用指标分值即隶
属函数值将不同度量单位的指标统一后，用分值比
较不同林分的稳定性，表示为:
Zi = ∑
n
i = 1
WijPij。
式中:Zi为第 i 个林分的加权总分即稳定性指数，Wij
为第 i 个林分第 j 项指标的权重，Pij为第 i 个林分第
j 项指标的得分值，n 为评价指标的数量。
根据林分的分值(Zi)，对林分生态稳定性进行
划分。1 ＞ Zi≥0. 6，高度稳定; 0. 6 ＞ Zi≥0. 4，中度
稳定; Zij ＞ 0. 4，低度稳定。
2 研究区概况与指标测定
2. 1 研究区概况
研究区隶属于张家口市宣化林场，地理坐标为
115°234″—115°1230″E，40°2512″—40°326″N，总
面积10 200 hm2。属坝下中低山区，地势东南高、西
北低，海拔 600 ～ 1 000 m。处于半湿润区向半干旱
区的过渡地带，年均降水量 365 mm，年蒸发量 2 000
mm。年平均气温 7. 6 ℃，极端最高气温 38 ℃，极端
最低气温 － 25. 8 ℃，无霜期 130 天，年≥10 ℃有效
积温 2 368 ～ 3 573 ℃。地势较平坦，土壤以风沙土
为主，在强烈的风蚀与风积作用下，形成了波状起伏
的沙地。地下水位 20 m 以下，不能被地表植物利
用。年内大风天数 37 ～ 40 天。地带性植被为疏林
草原，植被类型较单一，盖度较低。灾害性天气主要
有沙尘暴、干热风、干旱、冻害等。特殊的地理位置，
形成了干旱、风多、风大等独特的局部气候特征。
2. 2 标准地基本情况
依据造林树种、林龄和配置模式，选择典型林分
类型 18 种，在代表性地段分别设置面积为 20 m ×
30 m 的标准地各 1 块。黄羊滩人工固沙林全都处
于中幼林阶段，林分郁闭度低，未进行过抚育间伐。
所调查的林分基本情况见表 1。
表 1 标准地基本情况
Tab. 1 Survey of various stand types
编号
No．
人工林类型
Forest types
林龄
Age / a
初植密度
Initial planting density /
( individual·hm － 2 )
保存密度
Preservation density /
( individual·hm － 2 )
1 小叶杨 Populus simonii 15 1 667 635
2 小叶杨 P． simonii 9 833 433
3 小叶杨 ×山杏 P． simonii × Armeniaca vulgaris 13 1 667 600
4 小叶杨 ×刺槐 P． simonii × Ｒobinia pseudoacacia 15 1 667 1 133
5 刺槐 Ｒ． pseudoacacia 5 1 333 706
6 白榆 Ulmus pumila 13 1 333 1 100
7 白榆 U． pumila 7 1 667 1 633
8 樟子松 Pinus sylvestris var． mongolica 13 1 667 517
9 樟子松 ×紫穗槐 P． sylvestris var． mongolica × Amorpha fruticosa 5 6 337 5 580
10 侧柏 Platycladus orientalis 17 1 333 883
11 侧柏 P． orientalis 7 1 667 1 516
12 小美旱杨 P． simonii × (P． pyramidalis + Salix matsudana) cv． Poplaris 9 1 667 1 300
13 新疆杨 P． bolleana 9 1 667 1 366
14 黄柳 Salix gordejevii 5 1 333 1 095
15 沙枣 Elaeagnus angustifolia 7 2 500 1 750
16 柠条 Caragana korshinskii 26 2 500 2 050
17 沙地柏 Sabina vulgaris 7 3 333 2 930
18 沙地柏 ×紫穗槐 S． vulgaris × A． fruticosa 7 6 666 5 662
401
第 5 期 邢存旺等: 黄羊滩人工固沙林生态稳定性评价
2. 3 评价指标的调查与测定
2008 年 3—9 月，采用标准地和典型调查方法，
对相关指标进行调查。
1) 林分因子调查 在乔木样地内进行每木检
尺，测定胸径、冠幅、树高。在灌木林样地内分别测
定灌木的冠幅、株高、丛株数; 选取标准样木(株)采
用收获法进行生物量的测定; 调查更新情况，统计
标准地内全部萌生幼树与种子繁殖的 2 年生以上幼
树; 在样地内分别选取 5 个 1 m × 1 m 的草本样方
进行物种多样性调查，用公式 Sw = －∑
s
i = 1
Pi lnPi计算
多样性指数。
2) 土壤理化性质的测定 选择无降水时段集
中进行土壤取样，深度为 30 cm。有机质采用重铬
酸钾容量法测定，水分常数用环刀取固定土样，结
合烘干法测定; 机械组成用筛分法结合吸管法
测定。
3) 林分的抗旱性与功能因子调查 利用 2009
年发生的极端干旱事件，在标准地内统计林木死亡
株数，采用标准树法测定落叶量，观测枯梢、生长量
等树木外部形态变化; 采用 10 孔阶梯式集沙仪观
测林内输沙量，利用公式 Q = W2 × ΔT
计算输沙率;
利用便携式气象仪器测定相关气象因子。选择气压
较稳定时段内，连续几天测得林内空气湿度与温度，
按气象统计方法得出相对湿度与温度日较差的平均
值作为林分小气候的特征值。
不同林分生态稳定性各评价指标的特征值见
表 2。
表 2 林分各评价指标特征值
Tab. 2 Indicators character value of study stands
林分
号
Stand
No．
林木保
存率
Tree
survival
rate
(% )
年均生
长量
Growth
of stands /
(kg·
hm －2a －1)
更新
数量
Natural
regene-
ration /
m － 2
防护期
Protective
maturity
period / a
林分抗旱性
Drought resistance
死亡率
Mor-
tality
rate
(% )
落叶率
Defoli-
ation
rate
(% )
生长
比率
Growth
rate
林地输
沙率
Sand
transport
rate /
( g·
cm － 1 d － 1
土壤黏
粒含量
Soil
clay
(% )
土壤干
旱指数
Soil
drought
index
(% )
土壤有
机质
Soil
organic
matter /
( g·kg － 1 )
气温日
较差
Diurnal
air
tempe-
rature
range /
℃
空气相
对湿度
Ｒelative
air
humidity
(% )
物种多
样性
指数
Species
diversity
index
1 38. 1 805. 8 0 0 12. 0 10. 0 — 3. 3 14. 75 12. 0 4. 836 18. 3 71. 3 0. 803 9
2 41. 8 371. 5 0 0 12. 0 10. 0 — 6. 5 7. 82 6. 1 5. 022 18. 1 69. 3 1. 261 1
3 47. 1 627. 6 0 0 6. 0 8. 4 — 6. 0 11. 69 11. 8 7. 812 18. 0 68. 6 1. 079 2
4 45. 0 767. 0 0 7 14. 7 10. 0 — 0. 0 5. 82 8. 6 5. 208 17. 0 73. 6 2. 087 8
5 50. 3 173. 5 0 0 17. 3 10. 1 — 9. 1 5. 80 5. 6 3. 906 18. 8 68. 3 0. 179 2
6 90. 2 1 846. 9 0. 01 31 0 9. 4 — 0. 0 7. 78 7. 6 4. 092 16. 8 72. 3 1. 2090
7 91. 1 684. 2 0 36 0 9. 4 — 0. 0 3. 84 7. 9 3. 162 16. 9 73. 3 1. 510 5
8 80. 2 2 410. 3 0 36 0 0 0. 98 3. 7 8. 52 8. 7 4. 092 17. 7 71. 3 1. 022 8
9 90. 5 1 116. 0 1. 98 53 0 7. 4 0. 98 1. 3 3. 86 8. 2 1. 488 19. 1 73. 6 1. 504 6
10 90. 3 402. 6 0 74 0 0 0. 43 2. 7 9. 76 9. 8 5. 208 17. 8 76. 0 2. 220 5
11 92. 6 400. 2 0 80 0 0 0. 43 3. 7 5. 83 7. 3 3. 906 17. 9 72. 3 1. 295 2
12 53. 4 1 107. 6 0 7 8. 0 8. 2 — 4. 6 7. 81 9. 5 3. 720 18. 3 68. 6 1. 520 5
13 82. 0 1 389. 2 0 17 4. 7 8. 3 — 1. 8 5. 85 7. 9 3. 720 18. 4 70. 0 1. 205 0
14 92. 6 394. 2 4. 08 25 0 8. 4 — 0. 0 3. 84 5. 7 2. 976 18. 2 71. 6 0
15 91. 0 724. 5 2. 59 60 0 6. 6 — 1. 4 5. 83 5. 8 2. 046 18. 6 73. 0 0. 594 7
16 90. 7 167. 1 13. 04 71 0 0 0. 36 0. 0 8. 67 8. 1 4. 032 18. 1 72. 3 1. 573 8
17 92. 4 100. 2 1. 49 71 0 0 0. 91 1. 7 9. 68 8. 5 3. 896 18. 5 69. 6 2. 049 9
18 91. 5 889. 5 3. 45 72 0 7. 4 0. 91 1. 6 3. 87 6. 7 3. 348 19. 4 69. 6 1. 006 1
3 黄羊滩人工固沙林生态稳定性分析与
评价
3. 1 指标权重的确定
运用层次分析法 (AHP)对构建的人工固沙林
生态稳定性评价体系进行权重赋值。本研究认为约
束层的生物学稳定性权重高于抵抗力稳定性和功能
稳定性，抵抗力稳定性权重高于功能稳定性; 生物
学稳定性指标中树种保存率具有较高的权重，林分
生长量与防护期贡献相同，自然更新贡献较低; 功
能稳定性指标中固沙功能和土壤效应的权重高于小
气候和物种多样性。土壤效应指标中机械组成与有
机质含量直接影响土壤的持水性能，权重高于土壤
水分。空气湿度与温度在小气候效应中具有相同的
501
林 业 科 学 50 卷
权重。研究数据运用软件 MCESS V1. 0 进行层次分
析。表 3 为各指标经一致性检验后的权重值。
3. 2 评价结果
以林分评价指标的特征值为基础数据，利用隶
属函数求得各指标的隶属度，结合各因子的权重，求
得因子分值，进一步求得林分稳定性各要素分值与
林分生态稳定性总分值。不同林分各要素状态及稳
定性如表 4 所示。
表 3 各指标最终权重值
Tab. 3 Final weight of each indicator
指标层 Indicator layer
约束层 Constrained layer
生物学稳定性
Biological stability
抵抗力稳定性
Ｒesistance stability
功能稳定性
Functional stability
0. 540 0. 297 0. 163
权重
Weight
林木保存率 Tree survival rate 0. 412 0. 223
林分生长量 Growth of forests 0. 245 0. 132
自然更新能力 Natural regeneration 0. 097 0. 052
防护期 Protective maturity period 0. 245 0. 132
林分抗旱性 Drought resistance 1 0. 297
林地输沙率 Sand transport rate 0. 358 0. 058
土壤黏粒含量 Soil clay 0. 126 0. 021
土壤有机质 Soil organic matter 0. 126 0. 021
土壤干旱指数 Soil drought index 0. 114 0. 019
空气相对湿度 Ｒelative air humidity 0. 061 0. 010
气温日较差 Diurnal air temperature range 0. 061 0. 010
物种多样性 Species diversity 0. 156 0. 025
表 4 人工固沙林生态稳定性各要素分值与稳定状况
Tab. 4 Element value and status of ecological stability for sand-fixed stands
林分号
Stand No．
人工林类型
Forest types
生物学
稳定性
Biological
stability
抵抗力
稳定性
Ｒesistance
stability
功能稳
定性
Functional
stability
生态稳
定性
Ecological
stability
稳定性
状况
Status of
ecological
stability
1 小叶杨 Populus simonii 0. 074 8 0. 293 7 0. 520 7 0. 212 5 低 Low
2 小叶杨 P． simonii 0. 056 8 0. 293 7 0. 455 2 0. 192 1 低 Low
3 小叶杨 ×山杏 P． simonii × Armeniaca vulgaris 0. 123 9 0. 293 7 0. 441 6 0. 226 1 低 Low
4 小叶杨 ×刺槐 P． simonii × Ｒobinia pseudoacacia 0. 144 3 0. 285 0 0. 759 9 0. 286 4 低 Low
5 刺槐 Ｒ． pseudoacacia 0. 100 0 0. 276 2 0. 218 9 0. 171 7 低 Low
6 白榆 Ulmus pumila 0. 674 1 0. 576 5 0. 714 6 0. 651 7 高 High
7 白榆 U． pumila 0. 572 9 0. 576 5 0. 673 3 0. 590 3 中 Middle
8 樟子松 Pinus sylvestris var． mongolica 0. 673 6 0. 969 9 0. 514 0. 735 6 高 High
9 樟子松 ×紫穗槐 P． sylvestris var． mongolica × Amorpha fruticosa 0. 680 8 0. 693 5 0. 536 5 0. 661 1 高 High
10 侧柏 Platycladus orientalis 0. 653 3 0. 809 9 0. 685 1 0. 705 0 高 High
11 侧柏 P． orientalis 0. 688 8 0. 809 9 0. 529 4 0. 698 8 高 High
12 小美旱杨
P． simonii × ( P． pyramidalis + Salix matsudana)
cv． Poplaris
0. 243 8 0. 306 9 0. 447 3 0. 295 7 低 Low
13 新疆杨 P． bolleana 0. 520 7 0. 317 8 0. 553 0 0. 465 7 中 Middle
14 黄柳 Salix gordejevii 0. 550 2 0. 589 7 0. 563 1 0. 564 0 中 Middle
15 沙枣 Elaeagnus angustifolia 0. 669 2 0. 610 8 0. 555 9 0. 633 4 高 High
16 柠条 Caragana korshinskii 0. 719 1 0. 786 6 0. 709 3 0. 737 6 高 High
17 沙地柏 Sabina vulgaris 0. 639 0 0. 969 9 0. 646 2 0. 738 5 高 High
18 沙地柏 ×紫穗槐 S． vulgaris × A． fruticosa 0. 733 6 0. 785 6 0. 514 2 0. 713 3 高 High
评价结果显示，生态稳定性高的林分依次是沙
地柏林、柠条林、樟子松林、沙地柏 × 紫穗槐林、17
年生侧柏林、7 年生侧柏林、樟子松 × 紫穗槐林、13
年生白榆林、沙枣林 9 个林分，包括沙地柏、柠条、樟
子松、侧柏、白榆、沙枣和紫穗槐 7 个树种。该类林
分的特点是: 选择的树种做到了适地适树，完全适
应造林地环境条件; 对极端干旱等不良干扰因素有
足够强的抵抗力; 形成了有效的防护结构，发挥了
固沙林的基本防护功能。经营对策是: 采取封禁措
施，减少外界干扰，利用林分的自然恢复能力，实现
601
第 5 期 邢存旺等: 黄羊滩人工固沙林生态稳定性评价
林分尽快发育成熟。
处于中度生态稳定状态的林分是 7 年生白榆
林、黄柳林、新疆杨林。新疆杨在水分供应充足的地
段能达到中度生物学稳定，极端干旱发生时有较低
的死亡率。白榆和黄柳完全适应风蚀沙地环境，在
极端干旱发生时林分未产生结构性毀坏，抵抗力稳
定性达到中度水平。该类林分多数功能指标较突
出，只有 2 ～ 3 个指标偏低，基本上发挥了改善环境
的功能。应针对特征因子分别采取不同营林措施:
白榆幼林应加强抚育促进林分郁闭;黄柳林通过引
进樟子松、侧柏等乔木树种，形成复层混交林，全面
提高各项稳定因子的指标;新疆杨林通过抚育间伐
结合引入沙地柏等非竞争灌木，以提高林分的抵抗
力稳定性。
生态稳定性低的林分是以小美旱杨、小叶杨、刺
槐等 3 个树种为主要经营对象的林分。小美旱杨在
水分条件较好地段能形成有效防护结构，但生长和
抵抗力指标均处于低水平状态; 小叶杨抵抗力稳定
性指标低，不能适应风蚀沙地干旱贫瘠的环境; 刺
槐不能完成生命周期，生物学、抵抗力和功能等各项
指标都处于较低水平。该类林分是改造对象，风蚀
沙地不能满足其所需要的养分和水分，生长发育受
限，抗旱能力差，已失去经营价值，选择适应性强的
树种加以代替。
4 结论与讨论
4. 1 人工固沙林生态稳定性的内涵
针对人工固沙林的特殊性，本着充分体现人工
固沙林的建植条件与经营目标的原则，提出了新的
人工固沙林生态稳定性的概念: 在风蚀沙化条件
下，人工林处于某一稳定生长状态并且能够继续保
持这种生长状态，同时具有明显的固沙、改土效果，
是林分在世代时间尺度上与沙漠化环境相互作用的
结果。稳定的人工固沙林应具备的 3 个基本要素
是: 一能顺利完成生命周期，二是对外界不良干扰
的抵抗力，三是对林内环境有明显的改善作用。将
稳定 3 要素概念化后分别表述为人工固沙林的生物
学稳定性、抵抗力稳定性和功能稳定性，即生物学稳
定性、抵抗力稳定性和功能稳定性是反映人工固沙
林的重要特征，进一步将 3 个要素指标化，构建了人
工固沙林生态稳定性评价体系。
4. 2 黄羊滩人工固沙林生态稳定性的评价
处于高度生态稳定的林分依次是，沙地柏林、柠
条林、樟子松林、沙地柏 × 紫穗槐林、17 年生侧柏
林、7 年生侧柏林、樟子松 × 紫穗槐林、13 年生白榆
林、沙枣林。该类林分完全适应造林地环境条件，对
于干旱条件具有较强的抵抗能力，并充分发挥了固
沙林的基本防护功能。7 年生白榆林、黄柳林、新疆
杨林 3 种人工林表现为中度生态稳定; 低度生态稳
定的林分是以小美旱杨、小叶杨、刺槐 3 个树种为经
营对象的林分。
4. 3 黄羊滩主要固沙树种对极端干旱的反应
基于树种死亡率的抗旱排序从高到低依次为:
新疆杨(4. 7) ＞小美旱杨(8. 0) ＞ 小叶杨(12. 0) ＞
刺槐(17. 3)。这 4 个树种在幼林期就出现了生长
衰退，小美旱杨在生长季当无效降水日数超过 25 天
时大量落叶或死亡，小叶杨和刺槐则在常规降雨年
份也会出现整株死亡。
基于落叶率的抗旱排序从高到低依次为: 沙枣
(6. 6) ＞ 紫穗槐(7. 4) ＞ 黄柳(8. 4) ＞ 白榆(9. 4)。
与紫穗槐相比，黄柳有较高的落叶率，但落叶枝段不
失水，干旱胁迫结束后仍然能够重新萌芽，树体少见
枯死枝; 反观紫穗槐，落叶枝段失水严重，梢头枯死
量大，干旱胁迫结束后当年难以萌发。综合考虑这
些症状，将黄柳抗旱排序移至紫穗槐前。调整后的
抗旱排序从高到低依次为: 沙枣 ＞黄柳 ＞紫穗槐 ＞
白榆。
将落叶率和生长量作为死亡率的延伸性指标，
结合枯梢等其他症状，对树木抗旱性进行综合评估，
由高到低依次是沙地柏 ＞樟子松 ＞侧柏 ＞柠条 ＞沙
枣 ＞黄柳 ＞紫穗槐 ＞白榆 ＞新疆杨 ＞小美旱杨 ＞小
叶杨 ＞刺槐。
4. 4 不同类型人工固沙林经营策略
从评价结果来看，不同稳定类型应分别采取相
应的经营措施。处于高度生态稳定状态的林分，采
取封禁措施，减少外界干扰，利用林分的自然恢复能
力，实现林分快速发育成熟; 中度生态稳定的林分，
针对特征因子分别采取不同营林措施。7 年生白榆
幼林，通过抚育促进林分郁闭。黄柳林通过引进樟
子松、侧柏等乔木树种，形成复层混交林，达到全面
提高稳定因子的目标。新疆杨林通过抚育间伐结合
引入沙地柏等非竞争灌木，以提高林分的抵抗力稳
定性。低度生态稳定类型是改造对象，该类林分已
失去经营价值，应选择适应性强的树种加以代替。
参 考 文 献
冯耀宗 ． 2002．人工生态系统稳定性概念及其指标 ． 生态学杂志，21
(5) :58 － 60．
黄昌勇 ． 2000．土壤学 ．北京:中国农业出版社 ．
蒋高明，刘美珍，牛书丽，等 ． 2011． 浑善达克沙地 10 年生态恢复回
顾与展望 ．科技导报，29(25) :19 － 25．
701
林 业 科 学 50 卷
姜风岐，曹成有，曾德慧，等 ． 2002． 科尔沁沙地生态系统退化与恢
复 ．北京:中国林业出版社，170 － 185．
姜凤岐，曾德慧，朱教君 ． 1997．固沙林的经营基础与技术对策 ． 中国
沙漠，17(3) :250 － 254．
林考焕，叶功富 ． 2010．人工林生态系统稳定性研究综述 ． 西南林学
院学报，30(5) :88 － 94．
马克平，刘玉明 ． 1994．生物群落多样性的测度方法 I α 多样性的测
度方法(下) ．生物多样性，2(4) :231 － 239．
潘 伟，王彦辉，史东梅，等 ． 2007． 重庆市域主要树种抗旱性评价 ．
中国城市林业，5(4) :36 － 38．
盛炜彤 ． 2001． 人工林的生物学稳定性与可持续经营 ． 世界林业研
究，14(6) :14 － 21．
王继和，马全林，刘虎俊，等 ． 2006．干旱区沙漠化土地逆转植被的防
风固沙效益研究 ．中国沙漠，26(6) :903 － 909．
魏胜利 ． 2005．田间持水量的测定与旱情分析 ． 水科学与工程技术，
(增) :53 － 54．
肖嗣荣，刘学锋，刘芳圆 ． 2000． 河北省沙尘暴时空分布特征及其防
治对策研究 ．地理学与国土研究，16(3) :21 － 26．
邢存旺，马增旺，赵广智，等 ． 2008．宣化县黄洋滩现有人工固沙林生
长状况调研 ．河北林业科技，(4) :22 － 25．
邢存旺，黄选瑞，李玉灵，等 ． 2012．黄洋滩人工固沙林防护期分析与
评价 ．林业科学，48(11) :134 － 139．
杨纶标 ． 2001．模糊数学原理及应用 ．广州:华南理工大学出版社，69
－ 81．
姚忠宝，曹志伟，张玉柱，等 ． 2007．半固定沙地樟子松小叶锦鸡儿混
交林营造及经营技术研究 ．防护林科技，(4) :41 － 42．
曾德慧，姜凤岐，范志平，等 ． 1996． 樟子松人工固沙林稳定性的研
究 ．应用生态学报，7(4) :337 － 343．
张继义，赵哈林 ． 2010．短期极端干旱事件干扰下退化沙质草地群落
抵抗力稳定性测试与比较 ．生态学报，30(20) :5456 － 5465．
郑元润 ． 2000．森林群落稳定性研究方法初探 ． 林业科学，36(5) :28
－ 32．
(责任编辑 朱乾坤)
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