2021-4-10 | 农业
沙生灌木是毛乌素沙地的先锋树种，灌木经营所采伐的枝条是生产人造板、造纸和发电的良好原料。在钱学森先生倡导的发展沙产业的新型治沙思维指导下，内蒙古于20世纪末在沙化地区大面积推广种植灌木资源，使得沙区推进速度得到有效的扼制［1－2］。通过对鄂尔多斯沙地灌木林长期跟踪调查发现，该区域内除了少数天然灌木林外，其他整体长势衰退，自然枯死现象在各试验区块频发，生产力下降。照此持续，灌木林的生态服务功能必将退化。这其中有自然气候因素恶化造成的结果，然而，有关灌木林经营的方式不当所引起退化更不容忽视。只是单纯以灌木林的数量保护为核心，对灌木林仅采取简单的带状轮伐抚育经营的方式是值得商榷的，需要从新的视角去研究灌木林的经营方式。依据生态学理论，分析灌木林衰退的诱因，可归结为以下2个方面:(1)简单的空间结构。相比于天然灌木林系统，占多数的人工灌木林植被在空间上布局的合理性和时间上的连续性较差，树种单一，林内生物多样性指标脆弱，系统自身维稳能力较差，对风灾、虫害抵御能力不强。连年轮伐使林内草本与地衣植被受风蚀破坏严重，采伐作业机械损坏土壤结皮结构和灌丛沙堆形态，破坏灌丛沙堆的“肥岛”效应，土壤肥力下降。(2)灌丛密度与地区水分平衡矛盾。早期固沙灌丛采用高密度栽植，以增强其防风效益，随着人工固沙灌丛的生长，灌丛水分营养面积不足，引起了各水分平衡分量的比例关系发生改变，土壤水分条件恶化，制约灌丛与植被的生存，造成固沙灌丛植物衰退。要想保持灌丛植被防风固沙功能的持续和高效。针对所分析的灌木林生态系统衰退原因，需要从沙生灌木林生态系统整体出发，深入研究其系统组成要素的结构和功能之间的关联关系，对沙生灌木资源实施系统整体上的恢复和保护。这才能使人们所做的前期努力不付之东流，使得沙化问题得以更加持续有效的控制，这也是沙区生态和沙漠化治理研究发展的必然趋势。
1人工灌木林经营方法
森林生态系统经营要求将森林作为有机整体，用自然特有的、从森林自身中学到的信息取代以人的愿望为中心的信息，从整体上认识森林生命的真实特征。与人工灌木林系统衰退相比，在毛乌素沙地中现存的少量的、未经人为干扰的、纯天然的特殊灌丛群落—柳湾林(当地又叫柳巴拉)，其灌丛生长仍然茂盛，灌草种类丰富，是沙地中的天然“绿洲”，发挥着防风固沙、保护生态环境的重要作用。其灌丛空间组织结构，是长期适应自然的结果，具有高度的动态稳定性，是人工灌木林系统经营过程中值得研究和可供模仿的自然参照对象。对其结构模式进行研究，可以为大面积的人工灌木林结构化经营提供依据，对于区域生态安全与可持续发展具有重要的现实意义。基于灌木林生态系统的整体服务功能，对沙地柳湾林结构模式进行解析的过程，须依据生态学理论、系统学理论，通过学科间融合，从以下2方面入手进行研究:(1)通过分析天然健康柳湾林系统的灌草植被密度、树种混交程度以及垂直层次关系等数据，阐明其特有的干旱环境下能维持系统自身健康稳定特性的灌木林系统空间结构体系。(2)分析在不同典型柳湾林林分结构下，群落的生态位配置关系及其维持系统自身健康的水分收支平衡的作用机制。
2人工灌木林经营的研究进展
就上述2方面问题，国内外已有相关文献发表，取得了一些重要成果。森林生态系统经营是森林经营的发展方向，20世纪90年代美国提出森林生态系统经营的概念后，在世界范围内展开了森林生态系统经营的理论和实证研究，森林生态系统经营是森林经营的整体趋势，美国、加拿大和欧洲都已开展了有关森林生态系统经营的大量研究，并有相关经营标准出台。国内也开展了这方面的工作，并取得了很多成就［3－5］。汤孟平，安慧君，惠刚盈等针对阔叶红松林的空间结构化经营做了大量研究与实践［6－8］。PavelGrabarnik等建立了一个能够描述林分空间结构的随机模型，经过马尔可夫链蒙特卡罗模拟取得很好的效果［9］。IndraPrasadSapkota等利用林分空间结构指标描述尼泊尔萨尔森林受到不同强度干扰时自恢复的能力［10］。FernandoMontes等提出了林分空间结构分析的新的角度半变异参数指标［11］。如前文所述，沙生灌木林作为一特殊的森林生态系统，在内蒙古西部毛乌素沙区中起到防风固沙桥头堡的作用，是灌木林经营的出发点和落脚点。因此，理所当然地要把生态系统经营的理论和方法应用到灌木林的经营保护中去。薛娴提出须从系统论的角度去看待沙漠化与可持续发展问题［12］。当前国内同行针对灌木林经营的研究探索，也基本没有跨越永续收获经营理论的范畴。如何恢复灌木林的空间结构和功能方面的研究尚很少见报导。林分的空间结构是指林木的分布格局及其属性在空间上的排列方式。空间结构决定树木之间的竞争势及其空间生态位，在很大程度上决定着林分的稳定性。因此如何科学合理地解析出柳湾林的空间结构，进而据此利用采伐抚育的人工手段来优化人工灌木林林分的空间结构应该是经营者努力研究的问题;同时基于空间结构分析的经营方案的优化设计也是目前国际上森林经营研究的一个重要方向，但有关灌木林结构化经营的研究还很少有开展。
沙生灌木林的生态功能是防风固沙，清楚灌木林抑制风沙起动的机理，是经营和改造灌木林系统结构的理论依据之一。国内外众多学者开展了有关风沙物理学的研究工作，取得了许多研究成果。当前，风沙运动物理规律的研究方法包括野外观测、风洞试验以及数值模拟。国内外都建立了类型和大小不等的风洞，专门用以研究风沙运动以及土壤表面风蚀过程。在测试技术和手段上，引入激光测试系统，PTV高速摄像机等对目标颗粒运动轨迹进行跟踪，量化研究了沙粒起动过程，通过各种参数分布，揭示了沙粒起动的机理及其与输沙率的关系。应用超声法测量颗粒两相流粒径及浓度，均取得了很好的效果。风沙流受其下垫面形态的制约，沙生灌木生态系统作为一种非均匀状态的特殊下垫面结构，其对风沙流的响应机制应当受到关注。同时风沙流对下垫面的反馈作用又影响到灌草植被系统的空间结构稳定性。邢茂，郭烈锦研究得出沙床含水率对沙粒起动有很大影响，同时对低含水率沙床的起沙风速进行了界定。马士龙，丁国栋等对单一白刺灌丛堆周围的风速流场进行了实验测定，指出其防风蚀的主导因子是迎风面宽度。在风沙流数值模拟方面取得了许多重要的成就，张克存，屈建军，李振山，董志宝，倪晋仁等在经过研究，得出颗粒与床面的连续碰撞是风沙流的本质特征;颗粒的起跃形式受床面的微形态控制;顾兆林等对风扬粉尘—近地层湍流与气固两相流做了细致的研究，阐释了近地层湍流与下垫面之间的相互作用机制，并且建立了风－沙－电耦合的数学模型。钟卫通过对植被盖度与近地表风沙流特征关系研究，指出了盖度和植被疏透度与风蚀关系紧密。杨文斌研究了低覆盖度下不同行带式固沙林内风速流场和防风效果，得出了2配置模式都形成了风影区和风速加速区相互组合的水平流场结构。有关从生态系统整体出发，研究灌木林阻沙机理的研究却很少见报导。灌木林生态系统中非灌木组成要素在防风固沙所起的作用同样不容忽视，灌草植被系统结构的完整性与风沙流的输移能力之间应存在着互馈机制，关于此方面的研究也少见开展［13－25］。