退化喀斯特森林群落類型劃分及土壤理化性質(zhì)

摘要：本文主要針對退化喀斯特森林植被恢復問題，以修文縣喀斯特示范區(qū)為研究對象，在示范區(qū)內(nèi)開展對不同退化喀斯特森林群落的調(diào)查研究，采用TWINSPAN分類法和DCA排序?qū)?1個樣地進行群落類型劃分，將修文縣喀斯特示范區(qū)劃分為7個森林群落類型，并對不同類型群落土壤理化性質(zhì)進行深入研究，探索不同類型群落土壤理化性質(zhì)變異規(guī)律，為下一步開展退化植被恢復提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：TWINSPAN；DCA；群落類型；土壤理化性質(zhì)

中圖分類號： S15 文獻標識碼： A DOI編號： 10.14025/j.cnki.jlny.2016.17.061

貴州省地處我國西南地區(qū)，該省喀斯特地貌發(fā)育非常典型，面積約占全省總面積的62%。由于該地區(qū)人地矛盾的突出性，加之經(jīng)濟落后，大面積的開山造地，導致大片的原生喀斯特森林遭到毀滅性的破壞，喀斯特森林植被出現(xiàn)退化，繼而引發(fā)了石漠化危害。石漠化問題已經(jīng)誘變?yōu)樵搮^(qū)域最嚴重的生態(tài)環(huán)境問題，嚴重制約著區(qū)域經(jīng)濟社會的發(fā)展，并已對人們的生存問題構(gòu)成了嚴重的威脅。近年來，隨著全社會生態(tài)文明意識的逐漸增強，對于生態(tài)環(huán)境的保護也越來越受到人們的重視，退耕還林工程、天然林保護工程以及各類造林綠化工程的逐步實施，使貴州的生態(tài)環(huán)境得到了有效改善，森林覆蓋率逐年提高。但由于喀斯特森林群落的特殊性，全省部分地區(qū)森林仍存在有量無質(zhì)的情況，退化森林群落面積較大，其組成結(jié)構(gòu)不合理，生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性差，極易發(fā)生退化，如何切實改善退化森林群落的結(jié)構(gòu)，提高森林生態(tài)系統(tǒng)的多種效能是解決貴州生態(tài)環(huán)境問題的關(guān)鍵。本文以修文縣喀斯特示范區(qū)為研究對象，通過采用TWINSPAN分類法和DCA排序?qū)ν嘶λ固厣秩郝溥M行劃分，并深入研究不同類型群落土壤理化性質(zhì)，為下一步開展退化森林群落結(jié)構(gòu)調(diào)整提供理論依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)域位于貴州省貴陽市修文縣龍場鎮(zhèn)城邊，烏江支流的貓?zhí)佑野?，海?100～1500米，屬亞熱帶季風氣候區(qū)，年均溫13.6℃，≥10℃積溫4097.4℃，年降雨量1235毫米，分布不均，易出現(xiàn)干旱現(xiàn)象。試驗示范區(qū)面積共1500畝，包括強、中、輕度三類石漠化等級，其中強度石漠化面積為260畝，中度石漠化面積為515畝，輕度石漠化面積為725畝。母巖以白云質(zhì)灰?guī)r為主。土壤為發(fā)育在白云質(zhì)灰?guī)r上的黃色石灰土和黑色石灰土，pH為4.0～7.4，土層淺薄，石礫含量高。現(xiàn)存植被為各種次生喬林、灌木林、藤刺灌叢、草坡以及石漠化荒地，群落蓋度15%。主要植物種類有白櫟（Quercus fabri Hance）、川榛（Corylus heterophylla Fisch. ex Trautv. var. sutchuenensis Franch）、茅栗（Castanea seguinii Dode）、火棘（Pyracantha fortuneana （Maxim.） Li）、光皮樺（Betula luminifera H. Winkl.）、紅葉木姜子（Litsea rubescens Lec.）、響葉楊（Populus adenopoda Maxim.）、云南鼠刺（Itea yunnanensis Franch.）、鹽膚木（Rhus chinensis Mill.）、麻櫟（Quercus acutissima Carr.）等。當?shù)卮迕窠?jīng)濟條件較差，以農(nóng)業(yè)生產(chǎn)為主要經(jīng)濟來源，副業(yè)以挖鋁土礦為主。

2 研究方法

2.1 土壤理化性質(zhì)測定

巖石裸露率用裸露巖石總面積與樣地面積的百分比表示，裸露巖石面積用皮尺量測樣地每一塊巖石的尺寸，計算其面積；土壤厚度用自制測扦在樣地中隨機選擇10個點實測，取其平均值。土壤pH值 — 電位測定法；有機質(zhì) — 重鉻酸鉀（K2Cr2O7）容量法、外加熱法；全氮測定采用靛酚藍比色法；全磷 — 鉬銻抗比色法；全鉀 — 火焰光度法；水解氮 — 堿解擴散法；速效磷 — pH8.5，0.5mol/lmNaHCO3法；速效鉀 — 1mol/L NH 4OAc浸提、火焰光度法[1]。

2.2 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)處理主要使用Excel2007、SPSS17.0、WinTWINS Version2.3和CANOCO 4.5等分析軟件。

3 結(jié)果與分析

3.1 退化喀斯特森林類型劃分

3.1.1 TWINSPAN群落分類 退化喀斯特森林類型的劃分是開展植被恢復研究的前提，TWINSPAN是一種理想的植物群落分類方法，其分劃過程充分利用了能夠反映群落生境特征的指示種及其組合，可得到比較客觀、合理的分類結(jié)果[2，3]。本文主要采用TWINSPAN分類法對31個樣地進行群落類型劃分，并結(jié)合野外調(diào)查結(jié)果和群落特征對TWINSPAN分類結(jié)果做了一些調(diào)整，選擇D=4的劃分結(jié)果，最終將示范區(qū)植被劃分為7種群叢，具體劃分結(jié)果見圖1。

群落類型I：光皮樺—火棘—蕨類+芒群叢（ASS.Betula luminifera-Pyracantha fortuneana （Maxim.） Li-Cyclosorus interruptus （Willd.） H.Ito+Miscanthus sinensis），包含樣地11、12、14。主要分布在弱度石漠化區(qū)內(nèi)，海拔1355～1415米，坡度10～49°，巖石裸露率2%～65%，土層厚度21～75厘米，群落蓋度為85%～95%，喬木層優(yōu)勢種為光皮樺，灌木層優(yōu)勢種為火棘，草本層為蕨類（Cyclosorus interruptus （Willd.） H.Ito）和芒（Miscanthus sinensis）。

群落類型II：香樟—小果薔薇—白茅+藎草群叢（ASS.Cinnamomum camphora （L.） Presl.-Rosa cymosa Tratt.-Imperata cylindrica （Linn.）Beauv.+Arthraxon guizhouensis S. L. Chen et Y. X. Jin），包含樣地25、26。主要分布在中度石漠化區(qū)內(nèi)，海拔1297～1302米，坡度20°，巖石裸露率2%，土層厚度大于100厘米，群落蓋度為80%，喬木層優(yōu)勢種為香樟（Cinnamomum camphora （L.） Presl.），灌木層為小果薔薇（Rosa cymosa Tratt），草本層為藎草（Arthraxon guizhouensis S. L. Chen et Y. X. Jin）。

群落類型III：光皮樺—茅栗+白櫟—芒群叢（ASS.Betula luminifera-Pyracantha fortuneana （Maxim.） Li-Castanea seguinii Dode+Quercus fabri Hance-Miscanthus sinensis），包含樣地7、8、9、18、19、20。主要分布在弱度石漠化區(qū)內(nèi)，海拔1308～1370米，坡度15～30°，巖石裸露率2%～55%，土層厚度20～100厘米，群落蓋度80%～95%，喬木層優(yōu)勢種為光皮樺，灌木層優(yōu)勢種為茅栗和白櫟，草本層優(yōu)勢種為芒（Miscanthus sinensis）。

群落類型IV：火棘—白茅+密毛蕨群叢（ASS.Pyracantha fortuneana （Maxim.） Li-Imperata cylindrica （Linn.） Beauv.+Cyclosorus interruptus （Willd.） H. Ito），包含樣地15、16。主要分布在中度石漠化區(qū)內(nèi)，海拔1350米，坡度20°，巖石裸露率25%～28%，土層厚度8～10厘米，群落蓋度85%～90%，灌木層優(yōu)勢種為火棘，草本層優(yōu)勢種為白茅（Imperata cylindrica （Linn.） Beauv.）和密毛蕨（Cyclosorus interruptus （Willd.） H. Ito）。

群落類型V：獼猴桃—蒿類群叢（ASS.Actinidia chinensis-Artemisia japonica Thunb.），包含樣地31。分布在中度石漠化區(qū)內(nèi)，海拔1289米，坡度3°，巖石裸露率0，土層厚度大于100厘米，群落蓋度80%，灌木層優(yōu)勢種為獼猴桃（Actinidia chinensis），無其他木本植物分布，草本層優(yōu)勢種為蒿類（Artemisia japonica Thunb.）。

群落類型VI：火棘+茅栗+木姜子—密毛蕨+白茅群叢（ASS. Pyracantha fortuneana （Maxim.） Li+Castanea seguinii Dode+Litsea rubescens Lec.-Cyclosorus interruptus （Willd.） H. Ito+Imperata cylindrica （Linn.） Beauv.），包含樣地21、22、23、24、27、28、29、30。主要分布在強度石漠化區(qū)內(nèi)，海拔1310～1435米，坡度15～45°，巖石裸露率5%～70%，土層厚度12～25厘米，群落蓋度25%～90%，灌木層優(yōu)勢種為火棘和木姜子，草本層優(yōu)勢種為密毛蕨和白茅。

群落類型VII：白櫟+小果南燭+茅栗群叢（ASS.Quercus fabri Hance+Lyonia ovalifolia （Wall.） Drude var. Elliptica （S. Et Z .） H. -M.+Castanea seguinii Dode），包含樣地1、2、3、4、5、6、10、13、17。主要分布在中度石漠化區(qū)內(nèi)，海拔1338～1373米，坡度15～50°，巖石裸露率1%～55%，土層厚度12～100厘米，群落蓋度80%～100%，部分樣地有馬尾松（Pinus massoniana Lamb.）喬木樹種分布，但密度低，灌木層優(yōu)勢種為白櫟、小果南燭（Lyonia ovalifolia （Wall.） Drude var. Elliptica （S. Et Z .） H. -M.）和茅栗，灌木層蓋度過大導致草本植物稀少。

3.1.2 DCA排序分析 采用DCA對示范區(qū)退化喀斯特森林群落31個樣地進行分析，并根據(jù)前2個排序軸作出樣地的二維排序圖（圖2），從圖2可以看出，TWINSPAN分類所得各群叢類型在二維排序上有一定的分布范圍和界線，分析結(jié)果較一致，說明DCA較好地反映出各植物群落之間以及植物群落與環(huán)境之間的關(guān)系，其排序的第一軸和第二軸顯示出了較顯著的生態(tài)學意義。DCA第一排序軸主要反映了各樣方土層厚度、巖石裸露的變化趨勢，從左到右樣地土層厚度逐漸增大，巖石裸露率逐漸降低，土壤環(huán)境改善明顯，DCA第二排序軸主要反映了各樣方隨坡度的變化趨勢，從下到上坡度逐漸減小。

3.2 不同群落類型土壤特征

土壤養(yǎng)分是植物營養(yǎng)物質(zhì)的主要來源，也是物質(zhì)循環(huán)的重要組成部分，生態(tài)系統(tǒng)發(fā)展與穩(wěn)定的潛在能力。本文主要對不同類型退化喀斯特森林土壤養(yǎng)分進行研究，不同群落類型土壤特征統(tǒng)計，見表1。

3.2.1 不同群落類型土壤pH值 土壤酸堿度對土壤肥力及植物生長影響較大，掌握不同群落類型土壤酸堿度狀況對于開展植被恢復早期樹種配置具有指導意義，示范區(qū)中除群落IV的土壤pH為7.78偏堿性外，其余土壤均偏酸性，其余群落pH值分布在5.13～6.33之間，均呈現(xiàn)偏弱酸性，主要是示范區(qū)屬于白云質(zhì)灰?guī)r地段，其發(fā)育的土壤呈偏中到弱酸性。

3.2.2 不同群落類型土壤有機質(zhì) 土壤有機質(zhì)是土壤中非?；钴S并普通存在的組分，其幾乎對土壤本質(zhì)的所有方面都產(chǎn)生強烈的影響[4]。近年來的研究則承認土壤有機質(zhì)是土壤理化質(zhì)量和健康的中心指標。由于土壤有機質(zhì)可以對土壤理化質(zhì)量健康和植被生產(chǎn)力產(chǎn)生有益的影響，多數(shù)人認為土壤有機質(zhì)是土壤理化質(zhì)量衡量指標體系中最重要的指標。

從圖3中可以發(fā)現(xiàn)，不同類型退化喀斯特森林群落土壤有機質(zhì)存在著一定的差異，其中有機質(zhì)含量最高的是群落III，該類型植被覆蓋率高，物種豐富多樣，林下枯枝落葉層厚，微生物種類多，植被營養(yǎng)返還能力高，群落II的有機質(zhì)含量最低，僅為19.54克/公斤，主要是由于該種群落為香樟純林，物種單一，香樟為常綠樹種，枯枝落葉稀少，并且由于栽植密度過大，植物生長消耗了土壤中的大量養(yǎng)分，導致有機質(zhì)含量很低，其他類型群落有機質(zhì)差異不明顯，值主要分布在34.17～49.46克/公斤之間。

3.2.3 不同群落類型土壤全量養(yǎng)分 土壤養(yǎng)分全量是該元素土壤中各種形態(tài)含量的總和，一定程度上可以代表土壤的養(yǎng)分供應(yīng)的潛在水平。從圖4可以看出，不同類型退化喀斯特森林群落土壤全量養(yǎng)分含量均是K>N>P，全N含量最高的是群落IV，含量為2.37克/公斤，最低的是群落V，含量為1.36克/公斤；全P含量均很小，其中最高的是群落IV，含量為0.41克/公斤，最低的是群落VI，含量為0.28克/公斤 ；全K含量最高的是群落II，含量為12.97克/公斤，最低的是I，含量僅為1.59克/公斤，與群落II差距顯著。

3.2.4 不同群落類型土壤有效養(yǎng)分 土壤元素的全量只能看作土壤養(yǎng)分的潛在供應(yīng)能力和貯量的指標，植物能吸收利用的是土壤中元素的有效態(tài)，有效態(tài)元素的含量對植物生長的作用較元素全量大[5]，其含量的高低直接決定植被生產(chǎn)力的大小。

從圖5可以看出，不同類型退化喀斯特森林群落土壤有效養(yǎng)分含量普遍都是N>K>P。水解N含量最高的是群落IV，含量為221.20毫克/公斤，最低的是群落VI，含量為100.56毫克/公斤；不同類型群落有效P含量差異不顯著，其中最高的是群落I，含量為15.61毫克/公斤，最低的是群落III，含量為12.44毫克/公斤；速效K含量最高的是群落IV，含量為146.25毫克/公斤，最低的是群落I，含量為71.33毫克/公斤。

3.2.5 不同群落類型土壤體積 由于喀斯特區(qū)環(huán)境復雜，巖石裸露率高，小生境多樣，如石溝、石槽等小生境較多，土壤總量便成為植被恢復的早期的重要元素，土壤體積成為反映喀斯特生態(tài)系統(tǒng)潛在發(fā)展能力的重要指標。

從表2可以看出，不同類型群落中群落V的土層厚度大，巖石裸露率低，土壤體積最大，高達1.00立方米/平方米，土壤具有很強的供應(yīng)能力，其次群落II的土壤條件與群落V相當，也具有很高的土壤體積，而群落IV土層厚度很小，僅為9.00厘米，并且?guī)r石裸露率高達26.5%，導致其土壤體積很小，只有0.07立方米/平方米，土壤供應(yīng)能力較差。

4 結(jié)語

本文采用TWINSPAN群落分類方法將示范區(qū)植被類型劃分為7個群叢；通過采用DCA排序分析，較好地反映出各植物群落之間以及植物群落與環(huán)境之間的關(guān)系。對退化森林群落進行科學劃分是開展退化植被恢復的關(guān)鍵和前提，它能為植物群落早期樹種配置和后期群落結(jié)構(gòu)調(diào)整提供理論依據(jù)。

通過研究不同群落類型土壤理化性質(zhì)，研究表明：不同群落類型土壤理化性質(zhì)差異顯著，土壤養(yǎng)分含量的高低能夠客觀反映不同類型群落恢復的潛力大小。通過研究不同群落類型土壤理化性質(zhì)，針對不同退化群落土壤養(yǎng)分狀況，制定相應(yīng)的植被恢復模式，確保植被恢復取得良好成效。

參考文獻

[1]鮑士旦.土壤農(nóng)化分析[M].北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2000.

[2]張金屯.數(shù)量生態(tài)學[M].北京：科學出版社， 2004.

[3]許彬，張金屯，楊洪曉，等. 京西百花山植物群落數(shù)量分析[J].北京師范大學學報（自然科學版），2006，42（01）：90-94.

[4]劉曉冰，邢寶山，Stephen J.Herbert.投入質(zhì)量及其評價指標[J].農(nóng)業(yè)系統(tǒng)科學與綜合研究，2002，18（02）：109-111.

[5]謝麗萍.石漠化過程中土壤——植被系統(tǒng)營養(yǎng)元素的協(xié)變關(guān)系[D].中國科學院研究生院，2006.

作者簡介：蔡品迪，碩士，貴州省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃院，工程師，研究方向：林業(yè)調(diào)查規(guī)劃設(shè)計。