内蒙古赤峰市退化防护林改造更新研究

欧阳君祥

（国家林业局调查规划设计院，北京100714）

内蒙古赤峰市退化防护林改造更新研究

欧阳君祥

（国家林业局调查规划设计院，北京100714）

科学有序地进行退化防护林改造更新是我国实施重大生态修复工程战略的重要组成部分，内蒙古赤峰市防护林退化形势严峻，是我国退化防护林改造更新的首批试点区域。经调查分析，森林立地质量差、干旱与风沙、有害生物灾害、防护林生理老化等自然因素，以及造林树种选择欠慎重、经营密度调控不力等经营技术因素是防护林退化的主要原因；依照尊重自然、抗旱节水，突出重点、分类施策，因地制宜、适地适树的退化防护林改造更新基本原则， 研究提出了树种结构调整、林分密度调整、地下水位恢复与灌溉、测土配方与施肥、有害生物防治与地力维持、林地环境监测等退化防护林改造更新技术，为我国退化防护林改造规划提供技术支撑。

防护林；退化；改造；更新；赤峰市

世界范围内的森林退化已成为全球环境和发展面临的六大关键问题之一，1978年我国启动三北防护林体系建设工程，工程效果显著，但近年来防护林退化问题日渐突出和严峻，退化防护林占防护林面积比达13%[1-2]。

赤峰市位于内蒙古自治区东南部，蒙冀辽三省区接壤处，国土面积900万hm2，总人口461万，是内蒙古第一人口大市。赤峰地处东北经济区和环渤海经济区的腹地，介于北纬41°17′10″～45°24′15″、 东 经 116°21′07″～ 120°58′52″之 间，属中温带半干旱大陆性季风气候区，冬季漫长，春季干旱，是影响京津冀地区风沙源地之一。防护林体系建设不仅制约着当地社会发展，也对京津冀的生态安全构成直接的影响，生态区位十分重要。

据统计， 2014年赤峰市林业用地面积424.9万hm2，有林地面积136.9万hm2，森林面积293.3万hm2，三北防护林工程造林保存面积138.8万hm2。森林覆盖率34.61%，森林蓄积量6 027万m3，林业总产值33亿元；林业建设有效地改善了当地群众的生产和生活环境，促进了农牧业生产发展和人民生活水平的提高。但近年来，赤峰市防护林退化问题严重，是国家退化防护林改造更新首批试点区域。本研究分析了赤峰市防护林退化的自然因素、技术与社会经济因素，依据赤峰市退化防护林立地、结构、生长特征，提出了退化防护林改造更新基本原则与关键技术，为全国退化防护林改造规划提供技术支撑。

1 防护林退化的自然因素分析

1.1 森林立地质量差

赤峰地处大兴安岭南段和燕山北麓山地，三面环山，西高东低，山地和丘陵占赤峰市总面积的66%。土壤类型总体上属于薄层黄土，以褐土、风沙土、栗钙土、草甸土为主。土壤瘠薄，保水保肥能力差。调查发现，沙化土地上营造的防护林普遍比立地条件优良的防护林退化严重，发生防护林退化的林地多为半流动沙地或固定沙地。由表1可以看出，完全退化林地、半退化林地和未退化林地地表的有机质和养分含量差异显著，因此林地退化是影响防护林质效的重要因素。

表1 退化林地和未退化林地地表的有机质和养分含量比较Table 1 Comparison on organic matters and nutrient contents between degenerative forest and nodegenerative forest surface stratum soils

1.2 干旱与风沙

根据赤峰气象站1978年至2011年度各月份的降水数据，赤峰地区1978年至2000年的平均降水量为248.6 mm，将1978～2011年的降水量数据归一化处理[3]，并根据归一化数据生成统计图（见图1），1999年至2002年连年干旱，降水量达到历史最低值；自1978年以来，赤峰地区干旱期（当年10月～次年4月）的平均降水量仅为55.5 mm， 2005年干旱期降水量仅为33.5 mm，达到近三十年来最低值。图2 、3表明，干旱期有愈发干旱趋势。赤峰中等密度的杨树林，每个生长季（当年3月～9月）的耗水量在380 mm左右（见图4），生长期的降水量有近三分之二的年份未达到杨树的耗水量，且2000年以来，生长期有愈发干旱趋势。2000、2001、2005、2006、2011年，赤峰地区在杨树生长期均属于偏旱水平（降水距平百分率M：-50%＜M≤-25% ，偏旱）（见图5）。图6为生长期内有大旱（M≤-50% ）月份的年度出现频率，1978年至2011年杨树生长期出现大旱月份的次数有7次，在1990年代之前只出现在1986年，1990年代以后，生长期大旱月份频率逐渐加快。

图1 赤峰市1978至2011年的年降水量Fig.1 The annual precipitation from 1978 to 2011 in Chifeng city

图2 赤峰市干旱期降水量Fig.2 Precipitation of dry periods in Chifeng

图3 赤峰市干旱期降水距平百分率Fig .3 Precipitation anomaly percentage of dry periods in Chifeng

图4 赤峰市森林生长期降水量Fig.4 Precipitation of forest growing season in Chifeng

图5 赤峰市森林生长期降水距平百分率Fig.5 Precipitation anomaly percentage of forest growing season in Chifeng

图6 赤峰市森林生长期1978年至2011年出现大旱月份的降水距平百分率Fig.6 Precipitation anomaly percentage of forest growing season during serious drought mouths about 1978～2011 in Chifeng

由于降水量不足，灌溉、生活用水主要依靠抽取地下水，致使地下水水位大幅下降，土壤蓄水不足，防护林退化加速。根据内蒙古赤峰市水文勘测局观测数据，1998年至2009 年，站区地下水埋深由 3.57 m下降至7.05 m。2009年赤峰市测试的土壤含水率表明，0.2 ～1.4 m处土壤含水率不足2%的样本所占比例大。尽管杨树属于深根性树种，根系分布深度在1 m范围内，地下水可以通过土壤毛细管补给土壤水分，但是土壤毛细管对土壤水分补给取决于地下水埋深。在新疆沙漠化林地中的研究发现，当地下水埋深大于3.5～4 m时，地下水对土壤含水量的补给作用明显降低[4]。可以推断地下水埋深大于4 m的地段，遇到干旱时，水分供给不足将导致树木缺水而生长不良或者死亡。且赤峰市属中纬度温带半干旱大陆性季风气候区，干旱使土壤水分减少，沙化严重，风沙天气增多，年平均大风天数为30.9 d，最高可达90 d；年平均沙尘暴天数为7.8 d，最多可达27 d。长期的风沙天气使土壤风蚀粗化以及土壤水分蒸发加强，土壤的水分和养分流失加剧，阻碍林木正常生长，甚至导致凋蔫或死亡。

1.3 有害生物灾害

赤峰市防护林多为相连成片的人工纯林，有害生物灾害频发。1999年对赤峰市古鲁板蒿林场10年生杨树牧场防护林调查发现[5]，杨树有青杨天牛虫株率100%；2012年对黄花林场7个林班调查发现，有杨十斑吉丁虫株率75 %，有杨干象虫株率60%。由于退化防护林长势较差，抗性弱，有害生物灾害发生影响林木的正常生长，影响养分回归和循环，导致防护林退化加剧。

1.4 生理老化

赤峰市防护林树种以杨树为主，主要品种为小叶杨Populus simonii，根据《全国生态公益林建设标准》（GB/T18337.3-2001），我国北部30年生以上杨树林进入防护成熟衰退期[6-7]。利用赤峰市林业科学院样地调查资料和解析木资料，研究得出主要杨树树种的森林成熟龄[8]。不同立地条件下，大部分品种的杨树，包括主要栽植树种小叶杨，其数量成熟龄或防护成熟龄都在30 a以下（见表2）。但赤峰市实施三北防护林工程近四十年来，由于过度保护或严格限伐，更新采伐因政策限制难以实施，导致部分早期营造的防护林生理老化、衰败、枯死。

表2 赤峰市杨树林不同立地条件下的成熟年龄Table 2 Maturity age of poplar in Chifeng city under various site conditions

2 防护林退化的技术与社会因素分析

2.1 造林树种选择欠慎重

赤峰市防护林建设初期仅杨树人工防护林面积就有1.9万hm2，造林树种主要为小叶杨、小青杨，林分生长不良，林相差。表3为赤峰市不同品种的12年生杨树在相同的立地条件下的生长情况，小黑杨、赤峰34#、赤峰36#、昭林6号4个品种在赤峰地区长势较好，明显超过小叶杨。

表3 不同品种杨树生长量调查Table 3 Investigations on growth of various species poplars

同时，人工防护林生态系统不稳定，生态功能等级较低。在3种立地条件类型下的纯林与混交林部分生态功能测定如表4所示，表明混交次生林的部分生态功能优于杨树人工纯林。Evans[9]认为凋落物对土壤理化状态有重要影响，混交林地上地下部分结构比纯林复杂，在涵养水源、保持水土、防风固沙以及其他防护效益方面都优于单纯林。

表4 杨树人工纯林与混交次生林的生态功能比较Table 4 Comparison on ecological functions between secondary natural forest and artificial forest of poplars

2.2 经营密度调控不力

林分密度是影响林木生长的重要因子之一[10-11]。国际杨树委员会规定了杨树密度等级，但赤峰市杨树的种植密度远远超过密植的等级规定。1950年代初，赤峰市的防风固沙林主要为插条造林，甚至采取3条以上插在一起，一般2 500～5 000株/hm2，造林密度过大，因竞争与它感效应，林木退化严重。从1984年开始，赤峰地区对部分退化防护林地进行疏伐，疏伐后的密度为4 m×6 m，树木的长势有所好转。

由表5可以看出，不同的林分密度对小叶杨生长量影响显著，特别是中林龄，经营密度为3 m×3 m、4 m×4 m情况下，小叶杨的生长量明显优于1 m×1 m和2 m×2 m。

表5 不同造林密度小叶杨的生长状况Table 5 Growth state of Populus pseudo-simonii under various afforest density

2.3 社会经济因素

赤峰市近30年来人口急剧增加，1982年总人口367.5万，1998年411万人， 2010年460万。社会总产值从上世纪50年代的4亿增加到90年代的40亿元。人口、经济的迅速增长，加之过度放牧以及重工业污染，对资源环境和森林植被压力急增。主要表现为用水量大、重工业因硫化物、氮氧化物的排放而形成的酸雨对水域、土壤、森林植被均有影响。

3 退化防护林改造更新

3.1 退化防护林改造更新原则

健全赤峰防护林体系，促进防护林可持续经营，需要严格保护、积极发展、科学经营、合理利用防护林，要坚持防护林改造更新的基本原则，科学有序开展区域生态建设与防护林改造更新, 在改造更新技术上要特别注重“水资源分配与森林结构调整”。

(1)尊重自然，抗旱节水。尊重自然规律和自然地理格局，确定因害设防的林分类型与防护林布局；根据赤峰市水土资源条件，合理确定种植业结构和规模，严格控制用水总量红线和水效率红线。

(2)突出重点，分类施策。按照退化类型和退化程度，优先开展濒死林分改造，采取更替、择伐、抚育、采伐等多种改造调整与改善退化防护林结构，生态保护与经济发展结合，适当发展一定比例的经济树种。

(3)因地制宜，适地适树。宜乔则乔、宜灌则灌，乔灌草结合，科学选择更替树种；树种配置以混交林为主；优先选择防护性能好、抗逆性强、生长稳定、生命期长的乡土树种；优先使用实生苗。

3.2 森林收获调整

3.2.1 树种结构调整

已超过防护成熟的林分合理采伐后，根据各自不同的立地条件，选择适当树种。杨树品种很多，生长特性各自不同，应选择抗旱、抗寒、抗病虫害的杨树品种。表6为赤峰市主要的杨树类型以及其各自的生态学特性，供不同立条件下杨树造林参考。

因纯林在林分结构稳定性、抗病虫害、发挥防护效能以及其他多种森林效益方面表现出明显的不足和缺陷，赤峰市防护林宜以杨树混交林营造为主[12-14]，混交树种有油松、樟子松、沙棘或者刺槐等，对地势较高的沙地或沙丘，营造抗旱性更强的樟子松Pinus sylvestrivar.mongholica、油 松Pinus tabuliformis、 榆 树Ulmus pumila、山杏Armeniaca sibirica、小叶锦鸡儿Caragana microphylla、 黄 柳Salix gordejevii、 文 冠 果Xanthoceras sorbifolia等乔木或灌木树种为佳。表7为适合与杨树混交树种的生物学特性，实际生产中可根据不同情况选择不同的混交树种。

表6 杨树树种的生态学特征及适应立地条件Table 6 Biological characteristics and adaptable site conditions of poplars

3.2.2 林分经营密度调整

在中等立地条件下，设置标准地，推算林分最适密度。

（1）数据收集。从标准地8～15年生杨树林地取样，径级范围5～20 cm，调查样本650株，测量胸径、冠径。同径级样本冠径平均，做样木处理，计70组数据。

（2）回归分析。将样木平均胸径、冠径作散点图，选用回归方程C=a+b×D+c×D2，其中a、b、c为参数，C、D为因变量和自变量，分别代表冠径和胸径。经回归计算结果如下：a= 0.952 4，b= 0.326 1，c=0.005 2；回归方程为C＝0.952 4+0.326 1D+0.005 2D2。相关系数r=0.954 7 ，经显著性检验：rα＝0.325 6，r＞rα（检验系数α＝0.05），回归关系显著。

（3）根据立地条件与经营水平，生成人工杨树林各径级最适经营密度表（见表8）。对密度过大林分防护林，中、幼龄林进行抚育采伐，近熟林、成熟林则进行小面积皆伐、带状采伐、渐伐等更新方式，每次更新强度控制在蓄积的30%以内[15]，以适应树种的更替，保障防护效能的持续发挥。

表7 杨树混交林主要混交树种生态学特性Table 7 Biological characteristics of main tree species in mixed poplars forest

表8 杨树林最适密度经营Table 8 Optimum management density for poplars

3.3 地下水位恢复与灌溉

赤峰市地下水贮量约25亿m3，河谷平原区可开发地下水贮量18亿m3，地下水资源丰富，但大量打井致地下水位下降迅速。防护林林地修复改造，需恢复防护林地水环境，工程漫长且耗资巨大。目前，调整产业结构和种植结构的同时，需减少地下水的开采，跨流域调水，大力发展高效节水灌溉技术，并逐步补充恢复地下水。赤峰市经土壤含水量控制试验的小叶杨样地，12 a来小叶杨的年平均树高生长量与胸径上平均生长量对照差异明显（见表9和表10），可知土壤含水量高与小叶杨的长势密切相关。

表9 不同土壤含水量的小叶杨树高生长量Table 9 Height growth of Populus simonii with two different soil moisture

表10 不同土壤含水量的小叶杨胸径生长量Table 10 DBH growth of Populus simonii with two soil moisture

杨树多为湿生树种，对水分的反应敏感，长期干旱导致抵抗力下降。灌溉能增加叶的数量和单叶面积，扩大光合作用面积，提高林分生产力与生物量。研究表明：灌溉林分平均单株树冠叶片总数比非灌溉林（对照）高90%～120%，灌溉林分平均单叶面积比对照大20%～30%，说明灌溉能显著促进林木直径、树高生长和枝条延伸；中幼林灌溉可使树高增加15%～25%，胸径增加10%～20%，材积产量增加20%～40%。同时，灌溉有利于杨树防护林的健康与活力，有利于发挥杨树林防护多种生态功能。

（1）灌溉时间。根据杨树的生长规律和赤峰市的气候特点，除造林时要立即浇透水外,春旱浇灌最佳，夏季干旱和树木落叶时要适时浇灌，严重秋旱时，也应进行浇灌。一般当土壤含水量降到田间持水量的70%以下时应灌溉。

（2）浇灌方法。主要有提灌、畦灌和漫灌。一般以畦灌效果比较好。

（3）灌水次数和灌水量。沙质土壤保水功能差，应增加灌水次数而减少每次的灌水量,粘重土壤则相反；速生杨树林地一般每年灌水4次，每灌1次水需水量为600～750 m3/hm2： 3月下旬树木发芽前的返青水； 5～6月份枝叶生发时的促生水；夏季干旱时浇水；封冻水，11月份灌溉，促进根系的发育。

3.4 测土配方与施肥

首先调查与核准各防护林小班主要立地因子，包括海拔、坡位、坡度、坡向、母质母岩、土壤类型、土壤质地、土层厚度等，按典型抽样或系统抽样方法，确定土壤测试样本类型与数量，全面测定防护林林地的理化性质，主要包括比较稳定的对林木生长有重要影响的土壤类型，土层厚度，腐殖质厚度，土壤机质含量，土壤速效N、P、K以及土壤全N、全P、全K等大量元素，土壤酸碱度，土壤容重，土壤持水量等，以确定小班典型立地环境与小班适生树种，制定防护林小班经营策略与施肥方案。

相当部分的林农对杨树施肥认识不足，一般不进行施肥，事实上对杨树进行科学施肥可以极大提高树木的生长速度。根据试验，科学施肥能使杨树生长量提高20%以上。表11为施用杨树专用肥后的效果，表明施用杨树专用肥比未施肥和施用普通尿素肥料后杨树树高、胸径均增加显著。

表11 杨树专用肥与普通尿素施用效果对比Table 11 Effect contrast of fertilizing special fertilizer and common urea for poplar

3年生 2.34～7.38 2.04～8.87 6.67～20.87 5.64～22.01平均 4.97 6.13 16.23 16.84

3.5 有害生物防治与地力维持

森林有害生物防治应坚持“预防为主，综合防治”的方针，搞好有害生物预测、预报工作，做到以生物防治为主，人工防治、药物防治、生物防治三结合。采取多树种、多方式营造混交林，采取良种壮苗、精心培育、加强管理与保护措施，保护有害生物天敌生境，提高林木的抗病抗虫能力，有效控制森林病虫害的发展与蔓延。杨树主要病虫害有食叶类害虫、蛀干类害虫、刺吸类和螨类、黑斑病、叶枯病、溃疡病等，针对已经遭受病虫害的退化防护林要应尽可能地采用生物防治，以对生态环境影响较小的自然控制措施为主，以应急短效的物理、化学、微生物措施为辅。对于还未遭受病虫害的防护林要以预防为主，早发现、早防治，防止出现大规模的病虫害。

禁止从事有害于林地资源保护的生产经营活动；杨树连栽后应考虑轮作或间作，保护枯枝落叶和地被物，以恢复土壤肥力。实施小面积块状皆伐或进行择伐、抚育间伐等措施，同时尽量保存林地上的采伐剩余物。化学药品使用管理应按照《国际金融组织关于人工林的环境、健康和安全指南》、《世界卫生组织杀虫剂危险性建议性分类及分类指南1998-1999：1a与1b类》等的要求，制定《化学品管理工作指引》等文件指导化学药品的管理和使用；不使用、禁用和不合格的化学药品，保护和维持土地生产力。

3.6 林地环境监测

（1）林分监测。依据造林面积在栽植当年设立一定数量的永久样地，以后定期重复测量林木各个调查因子，了解林分生长情况，摸清林木资源质量，综合分析与评价森林资源与经营管理现状。

（2）环境监测。造林后的林分生产力、生物多样性、社会经济和生态环境变化状况的监测与评价，为制定更有针对性的环保措施、指导造林实践提供重要的技术参数。

（3）森林生态环境保护。致力于保护营林区的生物多样性、水土、珍稀濒危动植物和自然生态系统，做好营林过程中的环境保护工作并持续改善，促进林区生态环境的良好发展。

（4）林政管理与林区治安管理。设护林点，对林政案件进行处理，可聘请当地村民做护林员对林地进行管护。

（5）生物多样性保护与监测。注重对生态系统、物种（特别是珍稀濒危物种）、种质基因等不同层次多样性的保护，构建“点、线、面”相结合的保护网络体系；加强珍稀动、植物普查、保护力度；加强自然保护小区建设，积极规划新的保护小区，使有代表性的物种及生境都得到保护。

4 小 结

赤峰市防护林的退化因素包括自然因素、人为因素和经营技术因素，自然因素有森林立地质量差、干旱与风沙、有害生物灾害、生理老化等；经营技术上主要是树种、经营密度与抚育管理等因素。相对于自然因素的改善，短期内森林经营技术提高对稳定林分质量、减缓防护林退化成效明显。在确定退化防护林改造更新基本原则基础上，研究提出了退化防护林改造更新技术，主要有树种结构调整、林分密度调整、地下水位恢复与灌溉、测土配方与施肥、有害生物防治与地力维持、林地环境监测等。退化防护林改造更新以及改造更新成果的保持是一项漫长而艰巨的任务，需要科学规划、精心组织、统筹兼顾、保障有力，努力加强科技支撑和成效监测研究，为我国退化防护林改造更新提供样本与示范。

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Reform and regeneration of degenerative shelter-forest in Inner Mongolia Chifeng

OUYANG Jun-xiang
(Academy of Forestry Inventory and Planning of State Administration of Forestry, Beijing 100714, China)

Shelter forest degradation in Chifeng City, Inner Mongolia are very grim, Chifeng City of Inner-Mongolia is one of the first experimental regions which needs to reform and regenerated their degenerated shelter forests.So, it is one of important component parts to implement the strategy of major ecological restoration projects in China to reform the degenerated shelter forest by scientific and orderly means.The Investigation and analysis results show that the main degradation reasons generated from such as natural factors,including inferior forest site quality, drought and wind sand, pests disaster and forest physical mature; as well as the management factors,including indiscreet species decision and poor regulation of management density.According to the shelter forest reform and regeneration principles such as respect for nature, drought water-saving, highlight emphasis points, classification strategy of local conditions, adjust measures to local conditions, and matching tree species with local site condition, a series of degradation shelterbelt renovation of techniques were put forward, they are: to adjust forest structure and stand density, recover the groundwater level and irrigation, soil measure and fertilization, control biological pests and maintain woodland productivity, monitor the forestland environments.The these techniques measures provide technical supports for reform and regeneration of the degenerated shelter forests in China.

degradated shelter-forest; shelter forest reform and regeneration; Chifeng City, Inner Mongolia

S727.23；S756

A

1673-923X(2015)09-0001-08

10.14067/j.cnki.1673-923x.2015.09.001

2015-04-10

国家林业局调查规划设计院“赤峰市退化防护林改造规划”；林业公益性行业科研专项“天保工程区天然公益林抚育经营关键技术研究”（201204504）

欧阳君祥，高级工程师，博士研究生；E-mail：ouyangjunxiang@sina.com

欧阳君祥.内蒙古赤峰市退化防护林改造更新研究[J].中南林业科技大学学报，2015, 35(9): 1-8.

[本文编校：谢荣秀]