杨树是中纬度地区自然分布的最重要的树种之一，在该区域的植被构成中起着非常重要的作用；由于杨树具有育苗容易、造林容易、生长速度快等特点，是我国人工造林的重要树种，被广泛地用于亚湿润干旱区的沙地治理，在科尔沁沙地，杨树固沙林占该区人工造林面积的一半左右，取得了显著的生态和经济效益。回顾近50年的造林生产实践，新中国成立初期，在造林密度大、生态效益大的理论指导下，营造了大密度的人工杨树固沙林，结果出现了大面积的“小老树”林(赵天锡等，1994；朱春全等，2001)，并出现了部分固沙林成片死亡的现象，林业工作者开始认识到造林密度(兰登明等，1998；李显玉，1997；杨文斌等，2005)成为雨养条件下人工林能否正常生长和固沙林稳定持续发展的关键技术，并开始在生产中降低造林密度，探索合理配置的试验，收到了较好的效果，但系统地研究分析沙地雨养条件下杨树固沙林密度、配置与固沙林生长关系的报道较少(杨瑞珍等，1996)。在实际观察中发现，当覆盖度低于40%时，行带式配置能够完全固定流沙(杨文斌等，2004), 并通过野外测试和风洞模拟试验，证明了覆盖度在20%~40%, 行带式分布格局的固沙林防风固沙效果显著(Tsoar et al., 1986; 董治宝，2005; 杨文斌等，2006)。进一步开展不同密度和配置的赤峰-36号(P. xiaozhuanica cv.Chifeng-36)杨树固沙林的生物生产力调查。研究杨树固沙林密度、配置与固沙林生长关系, 评价行带式固沙林的生物生产力优势, 为该区大面积发展杨树固沙林，提高固沙林的经济和社会效益提供科学依据。

1 研究区概况

该研究区域在科尔沁沙地南部，其地理位置为41°42′—43°42′ N，119°30′—120°53′ E；海拔500~600 m；行政区划属内蒙古赤峰市敖汉旗，东邻通辽奈曼旗，北、西北各与老哈河和翁牛特旗相望，西南和东南与辽宁省建平县、朝阳市和北票县接壤。总土地面积8 300 km²，人工杨树林面积达到1 500 km²。

本区地处燕山山地向西辽河平原的过渡带，地势南高北低，并向东南倾斜；气候属温带半干旱大陆性季风气候区，年平均气温在5~7 ℃，1月份平均气温-12.2 ℃，7月份平均气温23.1 ℃，极端最高、最低气温分别达到39.7 ℃和-31 ℃；10 ℃以上积温为2 600~3 200 ℃，无霜期130~150 d；年平均降水量310~460 mm，极端最低和最高降水量分别为165.6 mm和740 mm；年蒸发量2 350~2 550 mm；全旗6级以上大风1年出现79~100 d，8级以上大风1年出现30~60 d，年平均风速4 m·s^-1，大风天气集中在3、4、5月，最大风速可达30 m·s^-1。地带性土壤以栗钙土和碳酸盐褐土为主，有机质含量在1.2%以下，pH值一般在8~8.5，由于历史年代形成了丰富而松散的地表沙质沉积物，在风力吹扬作用下，形成波状起伏的沙地。受风力和生草过程影响，研究样地为固定风沙土和栗钙土型风沙土，机械组成以物理性沙粒为主，密度为1.56~1.65 g·cm^-3，地下水埋深在5 m以下。

2 研究方法

本项研究于1990年在敖汉旗乌兰召林场，结合造林任务营造20 hm²的试验林，造林株行距分别为2 m×3 m、2 m×4 m、2 m×5 m、3 m×4 m、4 m×5 m、2 m×10 m；1993年，结合造林任务营造20 hm²的试验林，造林株行距为2 m×5 m~10 m(两行一带)和2 m×4 m；每个造林规格2个重复，按顺序机械排列组合。

2004年，采用标准地每木检尺法(孟宪宇，1995)进行固沙林的胸径、株高、冠幅测定，在试验林内选择16块标准地，试验林外选择5块标准地，对应的边行(最外侧一行，均是南北走向)调查样行；标准地每木调查株数控制在50~80株(边行样地在70~80株之间)；平均标准木解析法研究标准木胸径、株高和材积的生长过程，并采用称重法测定标准木地上各部分的生物量，每个标准地选取3~5个平均标准木进行解析。85 ℃烘干法测定木材含水率。

试验林营造区为栗钙土型风沙土，0~2 m土层质地均匀，机械组成以物理性沙粒为主，造林前：土壤密度1.50~1.58 g·cm^-3，有机质含量0.8%~1.1%，pH值7.5~8.0，地下水埋深5 m以下。

3 结果与分析 3.1 不同密度杨树固沙林的林分特征

造林密度过大成为干旱半干旱区杨树固沙林衰败、形成“小老树”的主要原因(韩德如等，1996)。表 1是在敖汉旗对不同密度的赤峰-36杨树固沙林的调查结果，表明：在相同的立地条件下，随着固沙林密度的降低，固沙林的平均胸径、株高的生长加快，林分特征明显改善，如以密度为1 667株·hm^-2的固沙林为对照，同样13 a的固沙林当密度降低到1 250株·hm^-2，平均胸径(比对照)增加了32%；密度进一步降低到1 000株·hm^-2，平均胸径增加了63%，而当密度降低到500株·hm^-2后，平均胸径则增加了134%；同时，固沙林的枝和叶量的比例增加到30%以上，杆、枝和叶量的比例更趋于合理(朱春全等，2001)。

3.2 不同密度固沙林的胸径生长过程

固沙林密度首先对林木的胸径生长影响较大，如图 1所示，造林后前5 a内，不同密度固沙林的胸径生长量基本相同，5 a以后，密度对胸径生长的影响逐年加大，出现了随着固沙林密度增大，林木的胸径生长量减小的现象，如以密度为2 m×3 m(1 666.7株·hm²)的固沙林为对照(100%)，当林龄为5 a、10 a和13 a时，密度降低到2 m×4 m(1 250株·hm^-2)，固沙林平均胸径增加了7%、11%和15%；密度降低到2 m×5 m(1 000株·hm^-2)，固沙林平均胸径增加了28%、33%和42%；密度降低到3 m×4 m(833株·hm^-2)，固沙林平均胸径增加了25%、72%和75%；密度降低到4 m×5 m(500株·hm^-2)，固沙林平均胸径增加了22%、75%和86%。可见，在半干旱区的雨养条件下，杨树造林的密度每公顷在500株左右时，进入中龄林后才能充分发挥出杨树速生的优势，表现出生物生产力优势。

3.3 不同密度固沙林平均株高及胸高比的差异分析

固沙林密度也对林木的平均株高生长产生一定影响，分析测定资料发现，林木的平均株高同样随着固沙林密度降低而有所增加，如同样以密度为2 m×3 m(1 666.7株·h m^-2)的固沙林为对照，当林龄为13 a时，密度降低到2 m×4 m(1 250株·hm ^-2)，固沙林平均株高增加了2%；密度降低到2 m×5 m(1 000株·hm^-2)，平均株高增加了21%；密度降低到3 m×4 m(833株·hm^-2)，平均株高增加了38%；密度降低到4 m×5 m(500株·hm^-2)，平均株高增加了35%。

虽然固沙林的胸径和株高生长量均随密度的减低而增加，但二者的增长速率是有差异的，这个差异可以用胸高比较好地表现出来(表 2)。随着固沙林密度减低，林木的胸高比增加，林木植株更加健壮，表明固沙林稳定性增强。

3.4 不同密度固沙林平均标准木材积生长过程

密度对固沙林平均标准木单株材积的生长过程有显著影响(图 2)。分析表明：造林前5 a，不同密度固沙林单株材积生长量基本相同，造林5 a以后，密度对林木单株材积年生长量的影响逐年加大，而且随着固沙林密度减小，林木单株材积的年生长量显著增大，如以密度为2 m×3 m(1 666.7株·hm^-2)的固沙林为对照(100%)，当林龄为5 a、10 a和13 a时，密度降低到2 m×4 m(1 250株·hm^-2)，单株材积增加了10%、45%和71%；密度降低到2 m×5 m(1 000株·hm^-2)，单株材积增加了7%%、51%和122%；密度降低到3 m×4 m(833株·hm^-2)，单株材积增加了33%、172%和194%；密度降低到4 m×5 m(500株·hm^-2)，单株材积增加了1%、320%和350%。可见，密度对固沙林单株材积生长量的影响非常大，且随着林龄增大，固沙林密度太大严重制约林木单株材积的生长。

3.5 不同密度固沙林单位面积蓄积量累积过程

密度降低后，固沙林能够持续正常生长，稳定性增强了。由图 2的不同密度固沙林平均标准木的单株材积资料换算成单位面积木材蓄积量后(图 3)显示：当林龄小于5 a，密度为1 666.7株·hm^-2的固沙林单位面积木材蓄积量最大，随着密度降低，单位面积木材蓄积量依次降低，当林龄达到6 a以上时，密度为1 000株·hm^-2固沙林的单位面积木材蓄积量上升到其他4个密度之上，而林龄达到8 a以上时，密度为1 666.7株·hm^-2固沙林的单位面积木材蓄积量均处于最低；大约在林龄达到11 a时，密度为833株·hm^-2固沙林的单位面积木材蓄积量达到最高，直到13 a；密度为500株·hm^-2的固沙林的单位面积木材蓄积量上升到第2，同时表现出明显的上升趋势；密度为1 000株·hm^-2的处于第3；1 250株·hm^-2的处于第4；而1 666.7株·hm^-2固沙林单位面积木材蓄积量降到最小。

3.6 固沙林边行木生长优势分析

在上述固沙林调查的同时，对18年生的造林株行距3 m×5 m的赤峰-36号杨树固沙林边行木的生长优势进行调查，结果见表 3。分析发现：18 a的赤峰36号杨树固沙林的边行林木的平均胸径、株高、冠幅、单株材积量、枝量和叶量分别比林内林木增加41.4%、50.4%、30.5%、119.5%、71.8%和41.1%，边行木枝叶茂盛，未出现严重衰退和腐烂病。表 4是不同密度赤峰36号杨树固沙林及其边行木平均胸径和单株材积量调查结果，可以发现：边行林木的平均胸径和单株材积量分别比林内平均值高20%~70%和90%~260%，而且随着密度降低，边行优势相对降低。

从图 4可以看到：2种密度的固沙林均在造林5 a后，边行林木胸径的生长速度开始超过固沙林平均值，以后边行林木的胸径生长量与固沙林胸径生长量平均值的差值逐年增大；大约在13 a时，固沙林的平均胸径生长量趋势开始减弱，曲线向平缓转变，形成“S”形曲线；而同龄的边行木的胸径总生长量趋势仍持续增大，到18 a时还未出现曲线向平缓转变的迹象；同理，边行木的材积生长(如图 5所示)也有类似过程，固沙林边行木的平均单株材积量明显优于固沙林总体平均水平，而且，由于降低密度后，固沙林的林分特征显著改善，相对降低了边行林木的优势，但是，就边行林木的生长情况进行比较，低密度固沙林的边行木的生长量又比高密度固沙林边行木的生长量明显增加，其中，密度为3 m×5 m的边行林木的材积量比密度为2 m×3 m的高132%之多。这表明：低密度的杨树林更具有显著的边行优势。

3.7 相同密度不同配置对固沙林生长状况的影响

认识到杨树固沙林具有明显的边行优势，并能确保林木持续正常生长和固沙林的稳定性(杨文斌等，1997a；1997b)，设计了行带式配置结构来进一步研究同密度不同配置结构固沙林的林分特征及林木生长过程。从表 5可以看出：一行一带式配置的固沙林胸径、株高和冠幅面积分别比同密度、同林龄的片林高37.4%、17.4%和61. 8%。

两者的胸径和材积生长过程分别见图 6和图 7：大约在5 a时，胸径和材积生长开始出现差异，以后逐年加大，当林龄达到13 a时，一行一带式配置的固沙林平均标准木单株材积量比同密度的片林高81%。

对两行一带配置的赤峰36杨树固沙林的调查也得出相同的结果(表 6)：同样为62 5株·hm^-2的密度，6 a时，两行一带式配置的固沙林胸径、株高和材积量分别比同等株行的片林高5.4%、2.3%和8.8%；10 a时，两行一带式配置的固沙林胸径、株高和材积量分别比同等株行的片林高19.8%、16.2%和64.8%。可见，在相同密度时，采用充分发挥固沙林边行优势的行带式配置，能显著提高固沙林的生物生产力和稳定性。

4 结论

通过对赤峰36号杨树固沙林的上述分析，初步得出如下结果:

1) 密度是影响杨树固沙林生长的重要因素，在1~5 a, 林木的生长基本不受密度的影响；密度大，单位面积木材蓄积量大；6~11 a，是密度对林木生长显著影响的阶段，不同密度固沙林的单位面积的木材蓄积量的大小处于一个相对变化期，密度大的固沙林的单位面积的木材蓄积量随林龄增大而逐年减小，密度小固沙林的单位面积的材积量随林龄增大则逐年增大；大约在11 a之后趋于稳定，以密度为8 25株·hm^-2的固沙林的最大，可达153.39 m³·hm^-2，其他依次为540株·hm^-2大于420株·hm^-2大于1 215株·hm^-2。

2) 随着固沙林的密度的降低，林木的胸径的生长速率较株高的生长速率快，进而使得林木的胸高比随密度的降低而增大；13 a时，以密度为500株·hm^-2时最大，为1.082 6；其他依次为：833株·hm^-2时为1.008 5；1 000株·hm^-2时为0.883 5；1 250株·hm^-2时为0.850 5；1 666.7株·hm^-2时为0.658 8。说明随着固沙林密度减低，林木植株更加健壮，稳定性增强。

3) 边行林木的平均胸径、株高、冠幅、单株材积量、枝量和叶量分别比林内林木增加41.4%、50.4%、30.5%、119.5%、71.8%和41.1%，边行林木枝叶茂盛，生长优势明显。

4) 不同密度的固沙林，边行林木的平均胸径和单株材积量分别比林内平均值高20%~70%和90%~260%，密度降低，边行优势相对降低；但是，就边行林木的生长情况进行比较，低密度固沙林的边行林木的生长量又比高密度固沙林边行林木的生长量明显增加，这表明：低密度的杨树林边行林木的生长量更加显著。

5) 行带式固沙林，因其具备了边行林木的环境条件，生长优势明显；同密度(500株·hm^-2)时，13 a的一行一带式固沙林的胸径、株高和材积量分别比片林高37.4%、17.4%和81%。而10 a的两行一带式的胸径、株高和材积量分别比片林高19.8%、16.2%和64.8%。因此，低密度行带式固沙林固沙效果显著(杨文斌等，2006a; 2006b)，生长优势明显，林木健壮，枝叶茂盛，稳定性增强，是理想的杨树固沙林模式。