退化喀斯特森林群落類型劃分及土壤理化性質(zhì)
——以修文縣喀斯特示范區(qū)為例

蔡品迪（貴州省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃院，貴州貴陽550000）

退化喀斯特森林群落類型劃分及土壤理化性質(zhì)
——以修文縣喀斯特示范區(qū)為例

蔡品迪
（貴州省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃院，貴州貴陽550000）

本文主要針對退化喀斯特森林植被恢復(fù)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(jìn)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(jìn)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(fù)提供理論依據(jù)。

TWINSPAN；DCA；群落類型；土壤理化性質(zhì)

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(jì)落后，大面積的開山造地，導(dǎo)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(yán)重的生態(tài)環(huán)境問題，嚴(yán)重制約著區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展，并已對人們的生存問題構(gòu)成了嚴(yán)重的威脅。近年來，隨著全社會生態(tài)文明意識的逐漸增強(qiáng)，對于生態(tài)環(huán)境的保護(hù)也越來越受到人們的重視，退耕還林工程、天然林保護(hù)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(jìn)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(fēng)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(qiáng)、中、輕度三類石漠化等級，其中強(qiáng)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(dāng)?shù)卮迕窠?jīng)濟(jì)條件較差，以農(nóng)業(yè)生產(chǎn)為主要經(jīng)濟(jì)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(jī)選擇10個點實測，取其平均值。土壤pH值—電位測定法；有機(jī)質(zhì)—重鉻酸鉀（K2Cr2O7）容量法、外加熱法；全氮測定采用靛酚藍(lán)比色法；全磷 —鉬銻抗比色法；全鉀—火焰光度法；水解氮—堿解擴(kuò)散法；速效磷—pH8.5，0.5mol/lmNaHCO3法；速效鉀—1mol/L NH4OAc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

3.1.1TWINSPAN群落分類退化喀斯特森林類型的劃分是開展植被恢復(fù)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(jìn)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.I-to+Imperata cylindrica（Linn.）Beauv.），包含樣地 21、22、23、24、27、28、29、30。主要分布在強(qiáng)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(dǎo)致草本植物稀少。

圖1　修文縣示范區(qū)退化喀斯特森林植被群落的TWINSPAN分類樹狀圖

圖2　修文縣示范區(qū)退化喀斯特森林植被群落的DCA排序圖

3.1.2DCA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(jìn)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(xué)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(jìn)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(fù)早期樹種配置具有指導(dǎo)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。

表1　不同群落類型土壤特征

3.2.2不同群落類型土壤有機(jī)質(zhì)土壤有機(jī)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(qiáng)烈的影響［4］。近年來的研究則承認(rèn)土壤有機(jī)質(zhì)是土壤理化質(zhì)量和健康的中心指標(biāo)。由于土壤有機(jī)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(rèn)為土壤有機(jī)質(zhì)是土壤理化質(zhì)量衡量指標(biāo)體系中最重要的指標(biāo)。

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(jī)質(zhì)存在著一定的差異，其中有機(jī)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(jī)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(dǎo)致有機(jī)質(zhì)含量很低，其他類型群落有機(jī)質(zhì)差異不明顯，值主要分布在34.17～49.46克/公斤之間。

圖3　不同群落類型土壤有機(jī)質(zhì)圖

圖4　不同群落類型土壤全量養(yǎng)分

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(biāo)，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。

圖5　不同群落類型土壤有效養(yǎng)分

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(fù)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(fù)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(biāo)。

表2　不同群落類型土壤體積

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(dá)1.00立方米/平方米，土壤具有很強(qiáng)的供應(yīng)能力，其次群落II的土壤條件與群落V相當(dāng)，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(dá)26.5%，導(dǎo)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(jìn)行科學(xué)劃分是開展退化植被恢復(fù)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(fù)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(fù)模式，確保植被恢復(fù)取得良好成效。

［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(xué)［M］.北京：科學(xué)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(xué)學(xué)報（自然科學(xué)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(biāo)［J］.農(nóng)業(yè)系統(tǒng)科學(xué)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(xué)院研究生院，2006.

S15

ADOI編號：10.14025/j.cnki.jlny.2016.17.061

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。