寧夏典型黃土丘陵區低效生態林改造技術初探

中圖分類號：S728 文獻標識碼：A doi：10.3969/j.issn.1002-204x.2025.06.008

文章編號：1002-204X（2025）06-0039-07

A Preliminary Study on Transformation Technology Low-Efficiency Forests in Typical Loess Hilly Areas

Han Xinsheng'，Dong Liguo'，Xu Hao'， Zhai Hongxia2

Grass ， Sciences/ Control Soil Water Conservation/ Multi

Functional enter，，75oO2; 2.Grassl ，，

Abstract Low-effciency forests generallyrefer to frest l where the biomass thest the comprehensive benefits the forestlarelower thanthe average levels the same site st type.Onthe basis reviewing theconnotation，identification，clasification，causes，transformation principles significance low-efficiency forests，basedonthecurrentsituationlow-effciency forestsintypicalloess hillareas isanalysed， thespecific technological solutions for transforming overlysparse，overlydense，restricted aging low-efficiency forestsareinitiallyexploredproposedforproviding scientifictechnological supportforfurther improving perfecting the transformation technology low-efficiency forests in semi-arid loesshilly areas. Words Loess hilly area; Transformation low-efficiency forests; Artificial ecological forest

在相同立地環境和林分類型下，當林分的生物量和生態、經濟及社會效益低于相同立地環境和林分類型平均水平時，該林分稱為低效林[1-4]。有研究認為，低效林的特征可表現為林分功能低下、中齡林郁閉度小于0.3，或病蟲、干旱、洪澇、風雪火等自然災害受害率達到 20% 以上，或林木高度、蓄積生長量比同類立地林分的平均值低 20% 以上5。低效林在防風固沙、水源涵養、水土保持等生態效益、林副產品和林地產值等經濟效益上會有下降，森林的生態經濟社會效益不能滿足人民對森林資源和多種服務功能的需求。人為因素、造林和森林經營措施不當等因素均會導致森林效益降低[-8，因此，低效林的形成往往是多種因素綜合影響的結果。人工改造低效林是為了形成復層、異齡、實生的混交林29，以達到提升林地生產潛力、改善林分結構、提高林分質量、充分發揮林分生態效益、經濟效益和社會效益的目標。

森林是我國寶貴的資源，在維持生態系統穩定性、改善生態環境等方面發揮著不可或缺的作用。隨著我國對森林資源重視程度的不斷加深，提升林地質量、促進資源永續利用成為當前社會關注的熱點話題。但低效林產生的生態、經濟和社會等效益無法滿足當前需求，亟需進行改造，提升林地生產力以保證森林資源的可持續利用。目前，有關低效林改造的研究多集中于綜述研究[]，包括低效林的成因、改造方式和技術等方面，如有學者調查了云南松（Pinusyunnanensis）低效林的自然成因和人為干擾情況，為低效林評價及改造提供了科學依據；也有學者針對不同區域、不同類型的低效林提出了具體的改造技術，如在安徽省涇縣、甘肅省小隴山、陜西省榆林市毛烏素沙地、河北木蘭圍場國有林場、甘肅省張掖市、四川省西南部鹽源縣、福建省龍巖市長汀縣、山西呂梁山石橋林場分別就油茶（Camelliaoleifera）、杉木（Cunninghamialanceolata）樟子松（Pinussylvestris）和紫穗槐（Amorpha fruticosa）蒙古櫟（Quercusmongolica）、文冠果（Xanthocerassorbifolium）云南松（Pinusyunnanensis）、馬尾松（Pinus massoniana）、油松（Pinus tabuliformis）低效林提出了相應的改造技術和模式[12-19]，但對生態環境脆弱、生態修復難度大的寧夏南部黃土丘陵區的低效林鮮有報道。因此，需摸清寧夏典型黃土丘陵區自然環境和低效林現狀，并提出低效林改造的潛在可行性方案，為該地區林地資源的高效利用、維持生態系統穩定性提供科技支撐。

1低效林概念及改造原則

1.1 低效林內涵

低效林是指因人為因素或自然條件，導致林木生長發育不良，林分結構和穩定性較差，生態系統服務功能退化或喪失，進而造成森林生物量或林產品產量、生態經濟社會效益明顯低于同等立地條件下相同林分的平均水平的林地[20]。

1.2 低效林辨別

低效林的辨別是制定林分改造方案和提升生態系統服務功能的前提。低效林可通過林地地上或地下指標辨別，地上指標主要評價林木的生長潛力和生產力等，可通過野外調查和遙感反演技術等明確林木生長、樹種組成、生物量狀況，以此判斷是否存在林木生物量和生產力低、林分密度不合理、樹木形態扭曲和生長緩慢等情況，進而確定是否為低效林；地下指標主要指林地理化性質、土壤微生物和酶活性等，包括王壤溫濕度、土壤容重等物理性質、土壤有機質等化學性質和土壤動物、微生物等生物性質，可通過野外調查結合遙感技術明確特定林分是否為土壤低效林。同時，為確保準確判斷某一特定林分是否為低效林，還應結合考慮海拔、坡向、坡位、坡度等立地條件。

1.3 低效林分類

按照林分起源可將低效林劃分為低效次生林和低效人工林；按照低效林成因可劃分為自然低效林和人為低效林；按照林分功能可將低效林劃分為低效生態林和低效經濟林；按照林分結構特征可將低效林劃分為高密度低效林和低密度低效林。

1.4 低效林成因

1.4.1 自然災害

森林火災、氣候災害等自然因素可導致低效林。如森林發生火災后，林分結構遭到破壞，生態環境惡化，自我恢復時間較長，郁閉度下降，易形成低效林；在大旱或長期大雨情況下，林木生長慢，甚至死亡，易形成低效林。

1.4.2土壤貧瘠、立地條件差

土壤中林木生長所需的有效養分含量低，易造成低效林。如土壤中氮磷鉀和有機質含量低、土壤保水保肥性和通氣性差、土壤過酸或過堿、農藥殘留或重金屬污染、土壤貧瘠和土層較薄、土壤含水量低等因素均可導致低效林。

1.4.3森林病蟲害嚴重

森林病害和蟲害引起樹木光合面積減小、光合能力減弱、組織器官受損等可導致低效林的形成。如受炭疽病、葉枯病、黃化病、松材線蟲、松墨天牛、白蛾、白蟻等病害和蟲害影響，樹木結構遭破壞，生長量急劇下降，甚至導致林木生長環境惡化，破壞生態系統穩定和平衡。

1.4.4品種退化與樹種選擇不當

受自然、人工選擇影響，樹木遺傳多樣性逐漸減少，林木個體間的基因相似度高，導致樹木的抗逆性及適應性下降，進而導致樹木生長緩慢、生物量較低，發生病蟲害的概率高，受害嚴重，會加劇林分形成低效林。因林場主專業知識不足，造林時樹種選擇不恰當、造林作業設計質量低，達不到預期效果，易導致低效林。

1.4.5 原始林分過度破壞

因木材需求量大、運輸成本高等現狀，常發生砍大留小等現象。樹木遭受嚴重破壞、林木采伐不合理進而出現林分質量低下、林地環境受損等狀況；過度采伐、毀林還耕、工業活動等造成原有林分破壞，導致林分殘缺，立地環境和林木生長環境惡化，土壤退化，林分整體質量低下，進而形成低效林。

1.4.6林分結構不合理與經營管理不善

林分密度過高或過低、樹種搭配不合理、林分空間得不到合理利用等均會形成低效林。當林分密度過高時，單株生長緩慢，平均樹高和胸徑生長率低于正常值，林地空氣流通差，光照不足，易發生病蟲害；當林分密度過低時，林分總體的生長率和蓄積量較低，林地的生產潛力得不到充分發揮，也難以形成合理的喬灌草復層結構。林分經營管理不善，如缺乏營造林的科學規劃、初始造林密度過大或過小、間伐不及時、過度整枝、撫育措施不當等也會引起林分結構不合理，進而形成低效林。

1.5 低效林改造原則

低效林改造是將生態、經濟及社會效益較低的林分改造成能正常發揮綜合效益的健康林分，林分結構合理、多種效益能充分體現的森林生態系統是低效林人為改造和重建的目的。在提高林木生長量、增加森林蓄積、保護森林生物多樣性、保持水土與涵養水源、促進碳固存、維持生態系統穩定的基礎上，可顯現健康林分的多種服務功能。低效林改造及效果是一個長期的過程，短期內難以取得明顯成效，但均遵循以下兩個基本原則：

1.5.1 林分結構優化調整

低效林改造需遵循林分結構合理調整優化的原則，依據現存林分樹木及灌草植被的生物學特性和物種生態位，采取多樹種補植、過密林木撫育間伐、平茬、枯落物清理、灌水、施肥等措施，合理調整林分水平結構和垂直層次，使低效林各齡級樹木、各層次植物所需的水、熱和養分等資源在空間上合理分配，促使低效林逐步改造提升。

1.5.2植被群落的自然演替規律

低效林改造需遵循近自然林業的經營理念，按照森林的自然演替規律來改造森林，這就要求在從事林業生產工作前，應先尊重森林生態系統自身的發生發展規律，理解并認識森林自然演替的內在規律，盡可能通過林業經營達到森林自然演替的內在平衡。在低效林改造中，需依據特定樹木種類的生物學特性，在遵循森林群落的自然演替規律基礎上，使低效林的改造效果無限接近森林自我恢復的自然狀態，以便改造后林分能長期穩定。

1.6 低效林改造意義

1.6.1穩定森林結構，提高森林質量

通過人為干預和科學管理，促進林木穩定和健康發展，提升林分綜合效益和樹木抗逆性。合理的林分結構和樹種組成，利于森林生態系統健康持續發展。

1.6.2提升物種多樣性，增加森林資源總量

通過退化林地修復、多樹種補植，豐富森林生態系統的樹種多樣性、增加森林生物總量、提高森林覆蓋率，進而提升森林生態系統的穩定性和多種服務功能，為野生動植物提供更適宜的棲息地。

1.6.3提升林地價值，提高林地生產力

通過林地優化管理、增加林木蓄積量和生產力、改善林分結構等措施，可有效提高林地多種非木質林產品和木材產量，促進林產品多樣化和質量提升，助推林業及相關產業的經濟發展。

2寧夏典型黃土丘陵區的自然環境概況

寧夏地區的典型黃土丘陵區主要位于彭陽縣域內，以彭陽縣為例簡要介紹寧夏典型黃土丘陵區的地理環境條件。

2.1 地理位置

彭陽縣位于寧夏回族自治區南部邊緣、固原市東部、六盤山東麓，地理坐標為 35^°41^′～36^°17^′ N、106^°32^′～106^°58^′E ，位于寧夏、甘肅、陜西三省省會城市的幾何中心，彭青高速與福銀高速相連，309、327國道橫穿東西，G85高速、202省道縱貫南北，境內形成“雙十字”主干道構架，西連原州區，東、南、北分別環臨甘肅省鎮原縣、平涼市和環縣，全縣總面積為 2533.49km² ，具有“三省通衢、寧南門戶”的特殊區位。

2.2 氣候條件

彭陽縣屬典型的溫帶半干旱大陸性季風氣候區，年均氣溫為 7.4～8.5^°C ，年均降水量為 350～550mm ，但四季分配不均，春季占 18% 、夏季占 52% 、秋季占27.5% 冬季占 2.5% 60% 以上的降水量集中在7—9月份；日照時數為 2518h ，年輻射量為 127.6kcal?cm^-2 ，無霜期為 140～170d，?10^°C 有效積溫為 2200～2750^°C 。

2.3 地貌特征

彭陽縣地處黃土高原中部丘陵溝壑區，地貌類型復雜多樣，地形分為北部黃土丘陵區、中部河谷殘塬區和西南部土石質山區3個自然類型區。

2.4 水文情況

彭陽縣區域內有紅河、茹河、小川河三大水系，年流量為1280萬 m³ ，常流量為 640m³?s^-1 ;有流域面積在 100km² 以上的溪水3條，即黑石頭溝、斜崖溝、小園子溝，常流量為 0.04m³?s^-1 ，平均流域面積為200～246km² 。

2.5 森林資源

彭陽縣國土總面積為25.33萬 hm² ，林地面積11.61萬 hm². 其中：國家級重點公益林面積4.20萬 hm² ；草地面積3.48萬 hm² ，森林覆蓋率由建縣初的 3% 提高到目前的 21.27% ，林草覆蓋率 47.41% ，是寧夏森林覆蓋率最高的縣區之一。全縣“88542\"工程整地帶可繞地球三圈半，十屆全國人大三次會議把“在黃土高原同類型地區推廣彭陽經驗\"確定為十大重點辦理建議案之一，先后榮獲全國造林綠化先進縣、全國水土保持先進縣、全國退耕還林先進縣、全國經濟林建設先進縣、國家園林縣城等殊榮。

3寧夏典型黃土丘陵區低效生態林的基本現狀

寧夏典型黃土丘陵區（彭陽縣）的生態林主要是由山杏（Prunus sibirica）山桃（Amygdalus davidiana）沙棘（Hippophaerhamnoides）檸條（Caraganakorshinskii）、刺槐（Robiniapseudoacacia）云杉（Picea asperata）紫丁香（Syringa oblata）、白刺花（Sophoradavidii）等樹種組成的純林或混交林。受黃土丘陵區水文、土壤、地形地貌、氣候等多個因素的綜合影響，形成的低效林大致分為過稀化低效林（指林分密度過低導致林地生產功能未充分發揮）過密化低效林（指林分密度過高導致林木間水分、養分競爭加劇影響樹木的正常生長）、限制化低效林（指林木周圍土壤水分和養分較低限制樹木生長）老齡化低效林（指林木老齡化及土壤水分和養分不足限制樹木生長）等。

4寧夏黃土丘陵區低效生態林改造的技術措施

針對寧夏黃土丘陵區過稀化、過密化、限制化和老齡化4種低效林，分別提出對應的低效林改造技術措施。

4.1過稀化低效林改造技術

為提高稀疏低效林的林木覆蓋度及林木碳匯功能，在林木較為稀疏的區域人工栽植喬灌混交林，選擇當前造林成活率高、造林面積大、保存率高的喬木樹種云杉和灌木樹種丁香，增強生態系統的穩定性，增強林分固碳釋氧功能，為低效林的改造和功能提升提供科技支撐。在林分稀疏的區域采用行間或株間混交的方式栽植喬木樹種（山杏、云杉等）和灌木樹種（山桃、紫丁香等），行距為 4～6m ，株距為 3～5m 。在坡面上采用魚鱗坑整地造林方式2，在水平階上采用水平溝整地措施，通過集雨促進林木成活和生長，具體方法為：將之前的水平階整理成\"55321\"的水平溝整地造林，造林時開挖深度為 50cm 、直徑為 50cm 的栽植坑，在水平階的邊緣構筑寬 30cm 高 20cm 的擋水墻，最后整理成的水平溝寬度為 1m 。這種方法基本具有和彭陽縣之前“88542”整地造林措施相類似的作用，在現有水平階地形條件下，將其就地整理成較窄的水平溝，既節約造林成本又能集雨。

4.2過密化低效林改造技術

為減少土壤水分過度消耗，避免形成土壤干層或增加土壤庫容，通過調查提出，針對密度較大林分對生長相對較小或長勢較弱的林木進行疏伐，降低林分密度，提高林分穩定性。以過密山杏林為例，2022年采用間伐 1?4^-1 間伐 2?4^-1 間伐 3?4^-1 的方式對林分進行疏伐，測定對照林分和疏伐林分 400cm 土層（間隔20cm）的土壤含水量，于2022年和2023年在生長季中期再次觀測土壤含水量，評價林分改造后的土壤含水量年際動態及穩定性，為評價林分改造后生態系統的穩定性提供依據。

2023年，過密山杏間伐后土壤含水量差異較小，可能與間伐時間較短有關。 400cm 土壤含水量平均值總體表現由高到低為間伐 3?4^-1（7.46%） 、間伐 2?4^-1 L 7.45% ）間伐 1?4^-1（6.91%） 、對照林分（ （6.88% ）。由圖1可知，以 120cm 土層深為界，其上層的土壤含水量基本表現為間伐 1?4^-1 和 2?4^-1 高于間伐 3?4^-1 和對照，而其下層的土壤含水量基本表現為間伐 3?4^-1 和 2?4^-1 高于間伐 1?4^-1 和對照。綜上，間伐 3?4^-1 和 2?4^-1 可減少對深層土壤水分的消耗。

圖12023年不同間伐強度土壤水分變化特征

為節省試驗成本，在對照樣地、間伐 1?4^-1 樣地、間伐 2?4^-1 樣地和間伐 3?4^-1 樣地內，分別對樣地內半數林木安裝徑向生長尺，于2023年生長季初期和末期分別觀測一次，生長季末期觀測值與生長季初期觀測值之差即為林木地徑生長量。基于“十三五\"期間得到的單株山香地徑地上生物量與地徑的關系式 ，估算山杏在生長季初期和末期的單株生物量，并利用山杏生長季末期與生長期初期的單株生物量之差得出林木生物量增量。

基于樣地內觀測的山杏單株地徑生長量，計算地徑總生長量和單株平均地徑生長量。如圖2所示，地徑總生長量 （mm） 在間伐 1?4^-1 樣地（4.99）最大，其次為間伐 2?4^-1 樣地（3.49）和對照樣地（3.35），間伐 3?4^-1 樣地（2.82）最小。平均單株地徑生長量 （mm） 在間伐3?4^-1 樣地（1.41）最大，其次為間伐 3?4^-1 樣地（0.87）和間伐 2?4^-1 樣地（0.83），對照樣地（0.42）最小。

圖22023年不同間伐強度山杏地徑生長量

基于林木生長尺觀測的地徑數值和地徑單一因子估算生物量方程，計算生長季初期和末期山杏單株生物量，將樣地內所觀測的山杏單株生物量增量相加得到生物量總增量，取平均數作為平均單株生物量增量。如圖3所示，生物量總增量 （kg） 在間伐1·4-樣地（2.60）最大，其次為間伐 2?4^-1 樣地（1.67）和間伐 3?4^-1 樣地（1.39），對照樣地（1.21）最小。平均單株生物量增量 ?_kg） 在間伐3·4-樣地（0.69）最大，其次為間伐 3?4^-1 樣地（0.43）和間伐 3?4^-1 樣地（0.42），對照樣地（0.15）最小。

圖32023年不同間伐強度山杏生物量增量

不同間伐措施下， 400cm 土層的平均土壤含水量表現由大到小為間伐 3?4^-1 間伐 2?4^-1 間伐 1?4^-1 對照；地徑總生長量表現由大到小為間伐 1?4^-1 間伐 2?4^-1 對照、間伐 3?4^-1 ；生物量總增量表現由大到小為間伐1?4^-1 間伐 2?4^-1 間伐 3?4^-1 對照。總體上，間伐1·4-樣地的地徑總生長量和生物量增量最大，且土壤含水量高于對照樣地，因此建議采用 1?4^-1 的間伐措施對過密山杏林進行撫育。

4.3老齡化低效林改造技術

因土壤水分和養分不足導致老齡化林分生長較弱，加上林齡偏大，最快生長林齡段已過，導致林木生長慢而弱。因此，老齡化低效林改造應先采用撫育方法刺激林木生長，如利用修枝剪在主干上從基部將林木下部干枯和生長較弱的枝條去除，也可去除林木內膛的枝條，打開光路以提高光合利用效率和碳累積，促進林木生長；其次，采取枯落物深埋方式增加土壤較深層根系周圍養分，改善土壤較深層物理結構，如可在根系附近開挖深為 40cm 的弧形坑，將樣樹附近的枯落物深埋至土壤中，隨著枯落物的逐漸分解，深層土壤結構得到改善，土壤營養物質增多進而促進林木生長，且該措施效果持久；最后，采用雨水收集的方式增加林木根系周圍土壤水分，如可在根系附近開挖深 30cm. 寬 30cm 長 60m 的蓄水坑，將降雨收集至坑內，再補給林木根系來提高雨水利用效率，促進林木生長。

以彭陽縣鄉土樹種山香（林齡在40～50a）為例，2022年底各選擇8棵老山杏對照樣樹和撫育整地后的老山杏處理樣樹，安裝樹木生長尺，于2023年初和年末分別調查老山杏對照樹和處理樹的生長量。

如圖4所示，撫育加上集雨處理的老山杏平均地徑生長量（ 1.77mm） 高于對照的（ 1.65mm ），基于地徑變化和生物量經驗方程計算得出，撫育和集雨處理的老山香平均生物量增量（ 13.35kg 高于對照的（12.45kg） 。因此，老山杏撫育管理僅可微弱提高老山杏的地徑生長量和生物量增量。

圖4老山杏撫育整地后地徑生長和生物量增量

4.4限制化低效林改造技術

寧夏黃土丘陵區樹木生長常受土壤水分和土壤養分限制，針對這一現狀，以退耕還林工程栽植的樹木為例，采用可操作性強的措施增加土壤水分和養分來促進林木生長。在離樹木根基部 100cm 左右利用直徑為 9～15cm 的土鉆，在林木的兩側較為低洼處鉆出兩個人滲孔（深度為 40～80cm 、直徑為 9～15cm ），以此收集雨水，促使雨水直接補給到土壤深處，減少表層土壤無效蒸發。影響主干增粗生長和增高生長的主干基部、生長較弱和失水干枯的枝條，可采用修枝剪和鋸子進行人工撫育，整理樹形，加大通風通光，促進林木生長。將人工撫育的枝條分段截成一定長度，放入林木兩側的人滲孔內，隨著枯枝落葉的轉化分解，可直接提升土壤深層養分，同時直接遮擋入滲孔，減少入滲孔內土壤水分的無效蒸發，也可直接利用林木廢棄物就地轉化。

5 展望

低效林概念寬泛，在樹木生長受限的半干旱黃土丘陵區很常見。從表象上看，低效林主要包括地上部分低效和地下部分低效兩種，要能夠辨識某個林分是低效的部分，這是制定低效林改造方案的前提和基礎。目前關于低效林的研究多數集中在理論層面，僅有少數研究探討低效林改造的具體技術或實施方案，量化低效林改造效果的更少。然而事實上，低效林改造效果在短時間內難以凸顯，具體的改造實施也并非一次完成，需根據實際情況對改造方案不斷進行優化和調整。總體上，低效林改造技術方案仍需不斷改進和完善，且需長期定位監測特定低效林的改造效果，不斷量化和分析長時間序列低效林改造后林分的綜合效益。低效林改造技術的理論與實踐相結合仍是未來探索的重點方向，針對不同區域和類型低效林制定科學的改造技術方案仍需進行深入而廣泛的研究。

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責任編輯：李曉瑞 實習編輯：冶鑫