黄羊滩人工固沙林自然更新的研究

邢海福，邢存旺，马增旺，赵广智

（1.康保县林业局，河北康保 076650；2.河北省林业科学研究院，河北石家庄 050061）

黄羊滩人工固沙林自然更新的研究

邢海福1，邢存旺2，马增旺2，赵广智2

（1.康保县林业局，河北康保 076650；2.河北省林业科学研究院，河北石家庄 050061）

自然更新是评价人工防风固沙林生态系统稳定性的因素之一，研究更新情况对促进生态系统稳定性及充分发挥其生态功能具有重要作用。该研究立足于黄羊滩人工固沙林22个典型林分类型，对13个树种（草种）的林下自然更新情况进行调查，对不同树种的更新对策与更新障碍进行研究。结果表明：沙枣、柠条、紫穗槐、黄柳、沙地柏等5个灌木树种能够通过无性繁殖实现自然更新；白榆、差巴嘎蒿和沙打旺可通过有性繁殖实现自然更新；新疆杨、小美旱杨、小叶杨、刺槐、山杏、樟子松和侧柏等7个树种不能进行自然更新。综合分析，养分贫瘠、干旱、高温、冻害以及这些因子的多重作用是本区限制植物自然更新的主要因子。黄柳林、沙枣林、柠条林、沙地柏林、沙地柏×紫穗槐以及差巴嘎蒿人工草地等通过自然更新能够维持现有植被结构。

人工固沙林；固沙树种；自然更新；黄羊滩

植物自然更新是指植物的开花和结实、种子扩散和萌发、幼苗建成和生长、植物种繁殖等多方面的生态过程，它影响着群落的物种组成、结构和动态变化，是种群得以增殖、扩散、延续和维持群落稳定的一个重要生态过程。自然更新可通过有性繁殖和无性繁殖2种方式来实现，采取何种更新对策主要是由物种的遗传特性和适应外界环境压力（生境和干扰机制）决定的。黄羊滩沙地是位于永定河上游洋河流域内一特大沙滩，总面积10200hm2，为河北省五大沙滩之首，研究其固沙植被自然更新情况，对促进种群的自然更新过程进展顺利，保证种群的持续生存、繁衍及维持群落的组成与结构稳定具有重要意义，使人工固沙林朝着稳定的方向发展，为进一步实现黄羊滩地区生态、经济、社会的可持续发展，从而为环京津风沙源南部区植被恢复和重建提供科学的理论依据。

1 研究地区自然概况与指标测定

1.1 研究区自然概况

研究区设在河北省张家口市宣化县境内的黄羊滩。地理坐标为东经115°2′34″～115°12′30″，北纬40°25′12″～40° 32′6″，海拔高度580～1708.9m，属华北到蒙新区的过渡气候类型，大陆性季风气候，雨热同期，光照充足，四季分明。年均气温7.6℃，无霜期130d，年平均降雨量361mm。灾害性天气主要有干旱、沙尘暴、冻害、干热风等。土壤主要包括风沙土、褐土和栗钙土三大类，风沙土分布最为广泛，境内总面积的70%由固定、半固定沙地和流动沙丘组成。在河北省的植被区划系统中，隶属于典型温带落叶阔叶林地带-冀西北间山盆地灌木草原区-洋河、桑干河盆地荆条、克氏针茅、白羊草灌木草原片。据初步考察，种子植物占植物总数的96.7%，在区内占绝对优势。最具特点的植被为旱生灌丛草原，固沙植物资源占到1/3强，其中线叶菊（Filifolium sibiricum）、白草（Pennisetum centrasiaticum）、胡枝子（Lespedeza bicolor Turcz）、蒙古岩黄耆（Hedysarum mongolium Turcz）、东北木蓼（Atrophaxis manshurica）分别是半固定沙地和流动沙地上的建群种和优势种。它们大多数具有特殊的旱生、超旱生结构与生理生态特征，分别具有优良的固沙、抗旱、抗风蚀沙埋的性能，是优良的固沙植物资源。

1.2 标准地基本情况与更新指标调查

针对黄羊滩地区历年来防沙治沙工程所建立的人工固沙植被，在充分踏查的基础上，按照树种、年龄和不同配置模式选择典型类型，在具有代表性的地段共设立22块大小为20m×30m的标准地。标准地基本概况见表1。

1.3 更新指标调查

在样地内详细统计各树种（草种）自然更新的繁殖方式、年龄、株数和生长情况，其中繁殖方式包括有性繁殖、无性繁殖（根蘖和干基萌生），并分析各树种种子未萌发和幼苗死亡的原因。更新数量，统计标准地内全部萌生幼树与种子繁殖的2a生以上幼树。

2 结果与分析

2.1 不同树种更新障碍与更新对策分析

新疆杨、小美旱杨与小叶杨在高生长减缓后都出现了萌蘖现象，其萌蘖本身就是生长衰退的表现。新疆杨、小美旱杨只有树干基部萌生，小叶杨以基部萌生为主伴有少量林地萌蘖苗。从主干与基部萌蘖后长势弱，枯梢率90%以上。萌生苗绝大多数不发育，只有极少量个体能发育成大径级植株。

刺槐在黄羊滩结实量小，种子落地后不萌发。在1号样地与小叶杨带状混交，结实量非常小，种子不饱满，原因是空气湿度小、风大等因素导致不能正常开花。种子落地后混入干沙层，不能萌发。

表1 标准地概况

白榆是黄羊滩林场能够通过种子自然更新的唯一乔木树种。白榆造林后第11a开始结实，种子饱满，结实量与周边非困难立地相当。能萌发成苗的微环境一般是局部背风低凹地或树丛背风缘。虽然自然更新的幼苗绝大多数都不能成功越冬，但随着林龄的增加结实量相应增加，有望成为第一个完成自然更新的树种。因此，如何促进自然更新，是白榆防风固沙林研究工作的重点。

樟子松和侧柏在黄羊滩林场能够结实，结实量大且种子饱满。这2个树种更新障碍的共同原因是种子不萌发。原因是由于土壤干旱胁迫，尤其是在春季。在水分条件相对充足的季节（6～8月份），由于温度高、蒸发量大，干沙层发展快，也不适宜种子萌发。根据现场观察，即使在雨后，沙地表层（0～5cm）土壤水分含量在3d内降至2.0%以下，也不具备种子萌发条件。

沙枣、柠条和紫穗槐等3个灌木树种在黄羊滩能结实，且种子饱满，但天然下种不能萌发，仍以无性繁殖为更新方式。沙枣结实量较原产地少，可能与≥10℃积温低有关。柠条、紫穗槐的结实量与周边非困难立地无显著差异。沙枣和柠条以干基萌生和根蘖萌生2种方式实现无性繁殖，紫穗槐只从干基一个部位萌生。用上述3树种种子在室内做发芽试验，发现种子的发芽势与原产地及周边非困难立地相当，说明种子无法更新是由风蚀沙地的环境条件所致。

黄柳与沙地柏在黄羊滩能够顺利进行无性繁殖。黄柳以干基萌生为主，偶见根蘖萌生苗。沙地柏不结实，可能与年龄较小有关，随树龄增加能否结实有待于进一步观测。沙地柏以干萌生、干基萌生、匍匐生长与压条萌生等多种方式相结合不断扩大地面覆盖度。沙地柏的抽枝生根力强，沙埋后即可萌发不定根扩大灌丛。其易生根的原因是枝条上有易形成不定根的根原基，当适应沙埋后，不定根由休眠状态激发而恢复分化能力形成不定根。

差巴嘎蒿和沙打旺在黄羊滩林场能够通过种子散播方式顺利实现天然更新。差巴嘎蒿更新幼苗主要出现在草地退化后斑块状裸沙上或流动沙丘边缘。差巴嘎蒿是流动、半流动沙丘的建群种，是先锋植物，最适宜的生境为水分条件较好、有风蚀与沙埋的半流动和半固定沙地。差巴嘎蒿种子小，随风散播能力强，母株产种量大，适宜的生长环境是其种子落地后能否成苗的关键。沙打旺种子小，顶土力和幼苗生活力弱，土壤疏松并具有足够的水分是种子萌发的必要条件，萌发出土、真叶出现以前，如遇高温与卡脖旱将造成幼芽灼伤而大量死亡。沙打旺天然更新幼苗主要出现在固定或半固定沙地，幼苗生长缓慢竞争力差，在2～3片真叶时要发根蹲苗，易受多年生禾本科牧草协迫死亡。因此沙打旺天然更新的主要限制因子是干旱与高温。不同林分自然更新调查结果如表2。

3.2 不同林分自然更新数量与质量对比

由于林分结构配置和固沙植物更新对策的不同，人工固沙林的自然更新能力表现出了各自不同特点，不同林分单位面积自然更新数量，表明了人工固沙林自然更新能力方面的差异（见图1）。

根据标准地调查，13a生白榆林更新幼树数量为91.7株/hm2，主要分布于枯落物累积明显且林冠遮荫效果好的微环境中。幼苗多呈斑状分布，当年高生长5～12cm，只有极少数木质化程度高的能越冬成活。种子成熟后被风大量带走，增加地表粗糙度使种子能与土壤充分混合，是人工促进自然更新的关键技术环节。

图1 人工林自然更新植株数量统计

黄柳林地，扦插造林后第3年大量出现萌生苗。萌生苗生长健壮，簇丛状分布。丛株数最大值为79株/丛，最小值11株/丛，平均值37.25株/丛。

沙枣林内第3年出现萌生苗，第5年出现根蘖苗。根蘖苗平均数量为0.3株/m2，零星分布于行间。萌生苗平均丛株数为14.8株/丛。

柠条造林后第3年出现干基萌生苗，偶见根蘖苗。5a生柠条林地，丛株数一般17～24株/丛，平均值为20.5株/丛。26a生柠条林地，55～72株/丛，平均值为63.6株/丛。柠条与差巴嘎蒿混播，林地未见根蘖苗，原因是混播林地地力条件较好，多年生杂草繁殖量大，柠条根系水平发展受到一定程度抑制。对比分析5a生与26a生2块柠条林分，造林初植密度与年龄差异很大，但单位面积萌生苗数量非常接近，分别为12.98株/m2和13.04株/m2，这里是否存在密度效应问题，有待于进一步调查研究。

表2 不同林分自然更新情况

紫穗槐萌生丛株数一般为1～17株/丛，平均值为7.1株/丛。在黄羊滩林场利用紫穗槐分别与樟子松、沙地柏混交营建的2块林分，与紫穗槐纯林（营造的生物再生沙障）相比，同龄林分其萌生苗丛株数量基本一致，说明紫穗槐萌生能力并没有因混交而降低。

沙地柏2龄容器苗造林时，为了提高成活率，保留地上部分15cm，剪去多余枝条。在此基础上，造林第4年出现干基萌生与埋条萌生现象。造林第7年调查显示，每丛萌生株数一般为2～9株。对比分析18号样地沙地柏纯林与19号样地沙地柏和紫穗槐混交林，沙地柏的初植密度、配置模式完全一致，单位面积更新数量平均数分别为1.49株/m2、1.44株/m2，说明与沙地柏混交的紫穗槐并未对沙地柏的匍匐生长和无性繁殖造成协迫。

差巴嘎蒿种群，当严重退化后植株数量减少到植株间出现足够多的裸露沙地，此时林地水分消耗与降水补充达到平衡，才出现自然更新。在黄羊滩林场，种群发育到第6年，经过连续自然稀疏郁闭度下降为0.4左右，单株占地约6.82m2，0～60cm土壤平均含水量为7.30%，是自然更新的适宜环境状况。更新幼苗平均值为1.30株/m2。经过连续几年观测，此时种群的数量与郁闭度正处于动态平衡状态。沙地虽然已经固定，但其它物种因土壤贫瘠难以入侵，如果不进行人工干预，种群将长期处于这种低水平动态平衡状态之中。从营林角度讲，应该引入灌木或耐贫瘠的乔木树种进行人工改造。

沙打旺人工草地，第3年就产生大量成熟种子，由于竞争激烈，直至第6年才在行间发现更新植株，此时地面覆盖度已经退化到0.3以下，更新苗平均数为2.05株/m2。更新苗与第1茬苗相比，长势非常弱，具体表现为：植株矮小，分蘖能力下降，枝条减少直径变细，单株生物量明显下降。虽然存在自然更新幼苗，但不足以恢复草地结构，由于地力持续衰退，更新植株数量远低于同期死亡植株数量。如果不及时实施人工干预，可能退化到裸沙地。

4 结论

在黄羊滩风蚀沙地，调查所涉及到的植物材料，能够通过无性繁殖实现自然更新的有沙枣、柠条、紫穗槐、黄柳、沙地柏等5个灌木树种；通过有性繁殖实现自然更新的是白榆、差巴嘎蒿和沙打旺；新疆杨、小美旱杨、小叶杨、刺槐、杏树、樟子松和侧柏等7个树种不能进行自然更新，障碍更新的主要限制因子有养分贫瘠、干旱、高温、冻害等，以及这些因子多重作用的结果。

黄柳林、沙枣林、柠条林、沙地柏林、沙地柏×紫穗槐等林分通过自然更新能够维持较好的植被结构。差巴嘎蒿人工草地只能通过自然更新维持半固定沙地状态。沙打旺人工草地虽然具有自然更新能力，但仍处于退化过程，不足以维持现有结构。白榆林自然更新幼树能否进入乔木层并维持良好林分结构，有待于进一步观测。

［1］李小双，彭明春，党承林.植物自然更新研究进展［J］.生态学杂志，2007，26（12）：2081-2088.

［2］王承义，徐起，何林荣.人工林天然更新过程的干扰效应与人为干扰方式［J.］林业科学，2000，25（5）：1-3.

［3］邢存旺，马增旺，赵广智，等.宣化县黄羊滩现有人工固沙林生长状态调查［J］.河北林业科技，2008，（4）：22-25.

［4］赵广智，马增旺，邢存旺，等.宣化县黄羊滩原生植被资源调查分析评价及保护利用［J］.河北林业科技，2007，（2）：12-15，21.

［5］邢存旺.黄羊滩人工固沙林生态稳定性研究［D］.保定：河北农业大学，2013.

S754.1

A

1002-3356（2015）03-0012-03

2015-02-10

河北省省级科技计划专项工作类项目“人工固沙林群落特征、评价及经营调控技术研究”（14256815D）。