沙生灌木是毛烏素沙地的先鋒樹種，灌木經(jīng)營(yíng)所采伐的枝條是生產(chǎn)人造板、造紙和發(fā)電的良好原料。在錢學(xué)森先生倡導(dǎo)的發(fā)展沙產(chǎn)業(yè)的新型治沙思維指導(dǎo)下，內(nèi)蒙古于20世紀(jì)末在沙化地區(qū)大面積推廣種植灌木資源，使得沙區(qū)推進(jìn)速度得到有效的扼制［1－2］。通過(guò)對(duì)鄂爾多斯沙地灌木林長(zhǎng)期跟蹤調(diào)查發(fā)現(xiàn)，該區(qū)域內(nèi)除了少數(shù)天然灌木林外，其他整體長(zhǎng)勢(shì)衰退，自然枯死現(xiàn)象在各試驗(yàn)區(qū)塊頻發(fā)，生產(chǎn)力下降。照此持續(xù)，灌木林的生態(tài)服務(wù)功能必將退化。這其中有自然氣候因素惡化造成的結(jié)果，然而，有關(guān)灌木林經(jīng)營(yíng)的方式不當(dāng)所引起退化更不容忽視。只是單純以灌木林的數(shù)量保護(hù)為核心，對(duì)灌木林僅采取簡(jiǎn)單的帶狀輪伐撫育經(jīng)營(yíng)的方式是值得商榷的，需要從新的視角去研究灌木林的經(jīng)營(yíng)方式。依據(jù)生態(tài)學(xué)理論，分析灌木林衰退的誘因，可歸結(jié)為以下2個(gè)方面:(1)簡(jiǎn)單的空間結(jié)構(gòu)。相比于天然灌木林系統(tǒng)，占多數(shù)的人工灌木林植被在空間上布局的合理性和時(shí)間上的連續(xù)性較差，樹種單一，林內(nèi)生物多樣性指標(biāo)脆弱，系統(tǒng)自身維穩(wěn)能力較差，對(duì)風(fēng)災(zāi)、蟲害抵御能力不強(qiáng)。連年輪伐使林內(nèi)草本與地衣植被受風(fēng)蝕破壞嚴(yán)重，采伐作業(yè)機(jī)械損壞土壤結(jié)皮結(jié)構(gòu)和灌叢沙堆形態(tài)，破壞灌叢沙堆的“肥島”效應(yīng)，土壤肥力下降。(2)灌叢密度與地區(qū)水分平衡矛盾。早期固沙灌叢采用高密度栽植，以增強(qiáng)其防風(fēng)效益，隨著人工固沙灌叢的生長(zhǎng)，灌叢水分營(yíng)養(yǎng)面積不足，引起了各水分平衡分量的比例關(guān)系發(fā)生改變，土壤水分條件惡化，制約灌叢與植被的生存，造成固沙灌叢植物衰退。要想保持灌叢植被防風(fēng)固沙功能的持續(xù)和高效。針對(duì)所分析的灌木林生態(tài)系統(tǒng)衰退原因，需要從沙生灌木林生態(tài)系統(tǒng)整體出發(fā)，深入研究其系統(tǒng)組成要素的結(jié)構(gòu)和功能之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，對(duì)沙生灌木資源實(shí)施系統(tǒng)整體上的恢復(fù)和保護(hù)。這才能使人們所做的前期努力不付之東流，使得沙化問(wèn)題得以更加持續(xù)有效的控制，這也是沙區(qū)生態(tài)和沙漠化治理研究發(fā)展的必然趨勢(shì)。

1人工灌木林經(jīng)營(yíng)方法

森林生態(tài)系統(tǒng)經(jīng)營(yíng)要求將森林作為有機(jī)整體，用自然特有的、從森林自身中學(xué)到的信息取代以人的愿望為中心的信息，從整體上認(rèn)識(shí)森林生命的真實(shí)特征。與人工灌木林系統(tǒng)衰退相比，在毛烏素沙地中現(xiàn)存的少量的、未經(jīng)人為干擾的、純天然的特殊灌叢群落—柳灣林(當(dāng)?shù)赜纸辛屠?，其灌叢生長(zhǎng)仍然茂盛，灌草種類豐富，是沙地中的天然“綠洲”，發(fā)揮著防風(fēng)固沙、保護(hù)生態(tài)環(huán)境的重要作用。其灌叢空間組織結(jié)構(gòu)，是長(zhǎng)期適應(yīng)自然的結(jié)果，具有高度的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性，是人工灌木林系統(tǒng)經(jīng)營(yíng)過(guò)程中值得研究和可供模仿的自然參照對(duì)象。對(duì)其結(jié)構(gòu)模式進(jìn)行研究，可以為大面積的人工灌木林結(jié)構(gòu)化經(jīng)營(yíng)提供依據(jù)，對(duì)于區(qū)域生態(tài)安全與可持續(xù)發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。基于灌木林生態(tài)系統(tǒng)的整體服務(wù)功能，對(duì)沙地柳灣林結(jié)構(gòu)模式進(jìn)行解析的過(guò)程，須依據(jù)生態(tài)學(xué)理論、系統(tǒng)學(xué)理論，通過(guò)學(xué)科間融合，從以下2方面入手進(jìn)行研究:(1)通過(guò)分析天然健康柳灣林系統(tǒng)的灌草植被密度、樹種混交程度以及垂直層次關(guān)系等數(shù)據(jù)，闡明其特有的干旱環(huán)境下能維持系統(tǒng)自身健康穩(wěn)定特性的灌木林系統(tǒng)空間結(jié)構(gòu)體系。(2)分析在不同典型柳灣林林分結(jié)構(gòu)下，群落的生態(tài)位配置關(guān)系及其維持系統(tǒng)自身健康的水分收支平衡的作用機(jī)制。

2人工灌木林經(jīng)營(yíng)的研究進(jìn)展

就上述2方面問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外已有相關(guān)文獻(xiàn)發(fā)表，取得了一些重要成果。森林生態(tài)系統(tǒng)經(jīng)營(yíng)是森林經(jīng)營(yíng)的發(fā)展方向，20世紀(jì)90年代美國(guó)提出森林生態(tài)系統(tǒng)經(jīng)營(yíng)的概念后，在世界范圍內(nèi)展開了森林生態(tài)系統(tǒng)經(jīng)營(yíng)的理論和實(shí)證研究，森林生態(tài)系統(tǒng)經(jīng)營(yíng)是森林經(jīng)營(yíng)的整體趨勢(shì)，美國(guó)、加拿大和歐洲都已開展了有關(guān)森林生態(tài)系統(tǒng)經(jīng)營(yíng)的大量研究，并有相關(guān)經(jīng)營(yíng)標(biāo)準(zhǔn)出臺(tái)。國(guó)內(nèi)也開展了這方面的工作，并取得了很多成就［3－5］。湯孟平，安慧君，惠剛盈等針對(duì)闊葉紅松林的空間結(jié)構(gòu)化經(jīng)營(yíng)做了大量研究與實(shí)踐［6－8］。PavelGrabarnik等建立了一個(gè)能夠描述林分空間結(jié)構(gòu)的隨機(jī)模型，經(jīng)過(guò)馬爾可夫鏈蒙特卡羅模擬取得很好的效果［9］。IndraPrasadSapkota等利用林分空間結(jié)構(gòu)指標(biāo)描述尼泊爾薩爾森林受到不同強(qiáng)度干擾時(shí)自恢復(fù)的能力［10］。FernandoMontes等提出了林分空間結(jié)構(gòu)分析的新的角度半變異參數(shù)指標(biāo)［11］。如前文所述，沙生灌木林作為一特殊的森林生態(tài)系統(tǒng)，在內(nèi)蒙古西部毛烏素沙區(qū)中起到防風(fēng)固沙橋頭堡的作用，是灌木林經(jīng)營(yíng)的出發(fā)點(diǎn)和落腳點(diǎn)。因此，理所當(dāng)然地要把生態(tài)系統(tǒng)經(jīng)營(yíng)的理論和方法應(yīng)用到灌木林的經(jīng)營(yíng)保護(hù)中去。薛嫻提出須從系統(tǒng)論的角度去看待沙漠化與可持續(xù)發(fā)展問(wèn)題［12］。當(dāng)前國(guó)內(nèi)同行針對(duì)灌木林經(jīng)營(yíng)的研究探索，也基本沒(méi)有跨越永續(xù)收獲經(jīng)營(yíng)理論的范疇。如何恢復(fù)灌木林的空間結(jié)構(gòu)和功能方面的研究尚很少見(jiàn)報(bào)導(dǎo)。林分的空間結(jié)構(gòu)是指林木的分布格局及其屬性在空間上的排列方式。空間結(jié)構(gòu)決定樹木之間的競(jìng)爭(zhēng)勢(shì)及其空間生態(tài)位，在很大程度上決定著林分的穩(wěn)定性。因此如何科學(xué)合理地解析出柳灣林的空間結(jié)構(gòu)，進(jìn)而據(jù)此利用采伐撫育的人工手段來(lái)優(yōu)化人工灌木林林分的空間結(jié)構(gòu)應(yīng)該是經(jīng)營(yíng)者努力研究的問(wèn)題;同時(shí)基于空間結(jié)構(gòu)分析的經(jīng)營(yíng)方案的優(yōu)化設(shè)計(jì)也是目前國(guó)際上森林經(jīng)營(yíng)研究的一個(gè)重要方向，但有關(guān)灌木林結(jié)構(gòu)化經(jīng)營(yíng)的研究還很少有開展。

沙生灌木林的生態(tài)功能是防風(fēng)固沙，清楚灌木林抑制風(fēng)沙起動(dòng)的機(jī)理，是經(jīng)營(yíng)和改造灌木林系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的理論依據(jù)之一。國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者開展了有關(guān)風(fēng)沙物理學(xué)的研究工作，取得了許多研究成果。當(dāng)前，風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)物理規(guī)律的研究方法包括野外觀測(cè)、風(fēng)洞試驗(yàn)以及數(shù)值模擬。國(guó)內(nèi)外都建立了類型和大小不等的風(fēng)洞，專門用以研究風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)以及土壤表面風(fēng)蝕過(guò)程。在測(cè)試技術(shù)和手段上，引入激光測(cè)試系統(tǒng)，PTV高速攝像機(jī)等對(duì)目標(biāo)顆粒運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行跟蹤，量化研究了沙粒起動(dòng)過(guò)程，通過(guò)各種參數(shù)分布，揭示了沙粒起動(dòng)的機(jī)理及其與輸沙率的關(guān)系。應(yīng)用超聲法測(cè)量顆粒兩相流粒徑及濃度，均取得了很好的效果。風(fēng)沙流受其下墊面形態(tài)的制約，沙生灌木生態(tài)系統(tǒng)作為一種非均勻狀態(tài)的特殊下墊面結(jié)構(gòu)，其對(duì)風(fēng)沙流的響應(yīng)機(jī)制應(yīng)當(dāng)受到關(guān)注。同時(shí)風(fēng)沙流對(duì)下墊面的反饋?zhàn)饔糜钟绊懙焦嗖葜脖幌到y(tǒng)的空間結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。邢茂，郭烈錦研究得出沙床含水率對(duì)沙粒起動(dòng)有很大影響，同時(shí)對(duì)低含水率沙床的起沙風(fēng)速進(jìn)行了界定。馬士龍，丁國(guó)棟等對(duì)單一白刺灌叢堆周圍的風(fēng)速流場(chǎng)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測(cè)定，指出其防風(fēng)蝕的主導(dǎo)因子是迎風(fēng)面寬度。在風(fēng)沙流數(shù)值模擬方面取得了許多重要的成就，張克存，屈建軍，李振山，董志寶，倪晉仁等在經(jīng)過(guò)研究，得出顆粒與床面的連續(xù)碰撞是風(fēng)沙流的本質(zhì)特征;顆粒的起躍形式受床面的微形態(tài)控制;顧兆林等對(duì)風(fēng)揚(yáng)粉塵—近地層湍流與氣固兩相流做了細(xì)致的研究，闡釋了近地層湍流與下墊面之間的相互作用機(jī)制，并且建立了風(fēng)－沙－電耦合的數(shù)學(xué)模型。鐘衛(wèi)通過(guò)對(duì)植被蓋度與近地表風(fēng)沙流特征關(guān)系研究，指出了蓋度和植被疏透度與風(fēng)蝕關(guān)系緊密。楊文斌研究了低覆蓋度下不同行帶式固沙林內(nèi)風(fēng)速流場(chǎng)和防風(fēng)效果，得出了2配置模式都形成了風(fēng)影區(qū)和風(fēng)速加速區(qū)相互組合的水平流場(chǎng)結(jié)構(gòu)。有關(guān)從生態(tài)系統(tǒng)整體出發(fā)，研究灌木林阻沙機(jī)理的研究卻很少見(jiàn)報(bào)導(dǎo)。灌木林生態(tài)系統(tǒng)中非灌木組成要素在防風(fēng)固沙所起的作用同樣不容忽視，灌草植被系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的完整性與風(fēng)沙流的輸移能力之間應(yīng)存在著互饋機(jī)制，關(guān)于此方面的研究也少見(jiàn)開展［13－25］。