共和盆地不同人工灌木群落生態(tài)特性分析

尹書(shū)樂(lè)，王學(xué)全

（中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院 荒漠化研究所，北京 100091）

共和盆地不同人工灌木群落生態(tài)特性分析

尹書(shū)樂(lè)，王學(xué)全

（中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院 荒漠化研究所，北京 100091）

共和盆地高寒沙區(qū)植被恢復(fù)區(qū)4種典型人工灌木林是檸條Caragana korshinskii，沙棘Hippophae rhamnoides，沙柳Salix psammophila，烏柳Salix cheilophila。選取林齡相近的4種人工灌木林，對(duì)群落及林下草本植物的物種多樣性和相關(guān)的環(huán)境因子進(jìn)行調(diào)查，揭示林下植被物種多樣性及環(huán)境因子的差異。結(jié)果表明：人工林類(lèi)型對(duì)物種多樣性的影響較為明顯，各人工林類(lèi)型林下草本植被物種多樣性指數(shù)與物種豐富度指數(shù)具有相似的變化規(guī)律，均為沙棘＞檸條＞沙柳＞烏柳，而優(yōu)勢(shì)度指數(shù)與前者相反。不同林地表層土壤粒徑組成差異明顯，但細(xì)砂粒所占比例較大。試驗(yàn)樣地均為堿性土壤，且林分類(lèi)型對(duì)土壤養(yǎng)分含量影響顯著。

共和盆地；人工灌木林；多樣性；土壤粒徑；養(yǎng)分

近年來(lái)，土地荒漠化受到越來(lái)越多人的重視，而植被恢復(fù)與重建作為防治土地荒漠化的有效方式，在干旱半干旱生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)中得到廣泛應(yīng)用。干旱區(qū)環(huán)境條件惡劣，干燥少雨，風(fēng)沙頻繁，植被生長(zhǎng)受到很大程度的影響，引入適當(dāng)?shù)脑炝謽?shù)種顯得尤為重要。多年研究調(diào)查表明，灌木對(duì)干旱區(qū)惡劣的環(huán)境條件適應(yīng)能力很強(qiáng)，并且經(jīng)過(guò)大量實(shí)踐得到證實(shí)，人工灌木林在沙區(qū)植被恢復(fù)，水土保持，防風(fēng)固沙等方面均能發(fā)揮重要作用[1,2]。灌木林具有很強(qiáng)的防風(fēng)固沙能力，在干旱區(qū)與半干旱區(qū)植被恢復(fù)中得到廣泛應(yīng)用。林下植被能夠豐富物種多樣性，進(jìn)而維護(hù)整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，作為林地生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，有著不可或缺的作用[3-5]。位于青藏高原東北部的共和盆地，是青藏高原土地荒漠化的典型代表，在氣候上屬于高寒干旱荒漠與半干旱草原的過(guò)渡區(qū)域，由于海拔高，氣溫低的原因，較其他沙漠化地區(qū)有著高寒的特殊性[6]。

在高寒荒漠地區(qū)開(kāi)展植被恢復(fù)與重建，研究共和盆地典型灌木群落對(duì)于高寒干旱土地沙化防治和生態(tài)修復(fù)方面有重要意義[7-9]。當(dāng)前學(xué)者們對(duì)于共和盆地的研究主要集中在單一林分，不同林齡植被的水分利用，光合特性，根系分布特征等[10-14]，而圍繞該地區(qū)典型灌木群落的生物多樣性及土壤理化性質(zhì)綜合報(bào)道的研究較少。因此，選取共和盆地典型灌木群落，對(duì)不同林分進(jìn)行植被調(diào)查，得到林分類(lèi)型對(duì)物種多樣性的影響；對(duì)林下土壤理化性質(zhì)分析，比較土壤水分含量，養(yǎng)分特征，粒徑組成等方面的差異，為干旱區(qū)植被恢復(fù)與重建提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)處于共和盆地中西部，行政上處于青海省海南藏族自治州共和縣沙珠玉鄉(xiāng)，地理緯度 99°45′～ 100°30′E， 36°03′～ 36°40′N(xiāo)，海拔2 871～3 870 m。氣溫低，年均2.4℃；年降水量246.3 mm，且主要集中在5～9月份，降雨季節(jié)分布不均，干濕季差異明顯。干燥少雨的氣候特征，加之大風(fēng)的影響，使得該區(qū)域風(fēng)沙活動(dòng)頻繁，沙丘固定難度大，風(fēng)蝕荒漠化是當(dāng)?shù)赝恋鼗哪闹饕梢颍谝欢ǔ潭认拗屏水?dāng)?shù)刂脖换謴?fù)與重建[15]。流動(dòng)沙丘、半固定沙丘、固定沙丘和丘間地構(gòu)成了研究區(qū)內(nèi)的主要地貌類(lèi)型[16]，隨著沙障的引入，沙丘直播檸條、油蒿，丘間地進(jìn)行烏柳造林等措施，流動(dòng)沙丘得到控制，逐步演變?yōu)榘牍潭ㄉ城鸷凸潭ㄉ城?。植被也由最初人工種植的單一灌木演變到出現(xiàn)1年生和多年生草本，植被種類(lèi)增多，群落生態(tài)系統(tǒng)更加穩(wěn)定。研究區(qū)土壤以風(fēng)沙土為主，主要包括固定風(fēng)沙土、半固定風(fēng)沙土和流動(dòng)風(fēng)沙土[17-18]。

1.2 研究方法

1.2.1 樣地調(diào)查

對(duì)青海省沙珠玉林場(chǎng)多方踏查的基礎(chǔ)上，選取4種有代表性的人工灌木林地，分別為檸 條Caragana intermedia、 沙 棘Hippophae rhamnoides、沙柳Salix psammophila、烏柳Salix cheilophila。不同林分樣地基本情況見(jiàn)表1。4種林地中檸條位于沙丘（坡度13 °，丘高3 m），沙棘，沙柳，烏柳都位于丘間低地。選取林地林齡相近，長(zhǎng)勢(shì)均勻的灌木群落，在每種林地下分別設(shè)置樣地面積為20 m×20 m的樣地。在選取好的樣地地隨機(jī)設(shè)置5個(gè)5 m×5 m的樣方，調(diào)查樣方內(nèi)灌木林的樹(shù)高、胸徑、冠幅、郁閉度等指標(biāo)；每個(gè)樣地設(shè)置5個(gè)1 m×1 m小樣方，調(diào)查樣方內(nèi)草本植物的種名、數(shù)量、高度、蓋度等。

表1 不同林分類(lèi)型試驗(yàn)地基本情況Table 1 Basic conditions of different forest test plots

1.2.2 生物量與土壤因子測(cè)定

在1 m×1 m的小樣方內(nèi)，用剪刀剪取草本植被地上部分，帶回實(shí)驗(yàn)室烘干，確定草本植被地上生物量。土壤水分測(cè)定用土鉆法取0～100 cm，每10 cm一層，用鋁盒烘干法測(cè)定其含水量。土壤調(diào)查用塑封袋取表層0～10 cm混合樣，用四分法處理，帶回實(shí)驗(yàn)室分析，其中：土壤全N含量采用凱氏定氮法測(cè)定，有機(jī)質(zhì)含量采用重鉻酸鉀氧化法測(cè)定，全P、全K含量采用氫氧化鈉堿熔法，土壤速效N含量分別用堿解擴(kuò)散法，速效P含量采用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法測(cè)定，速效K含量采用醋酸銨浸提-火焰光度法測(cè)定。土壤粒度采用比重計(jì)法測(cè)定。土壤酸堿度（pH值）采用1∶1水土比懸液pH 計(jì)測(cè)定法。以上土壤粒徑和養(yǎng)分測(cè)定工作委托北京市農(nóng)林科學(xué)院實(shí)驗(yàn)室完成。

1.2.3 多樣性的測(cè)定方法

（1）重要值計(jì)算公式：

式中：P為重要值；E為相對(duì)密度；O為相對(duì)蓋度；H為相對(duì)高度。

（2）灌木林下草本植被多樣性選用物種多樣性指數(shù)、豐富度指數(shù)、均勻度指數(shù)和優(yōu)勢(shì)度指數(shù)這4個(gè)指標(biāo)來(lái)測(cè)定，具體計(jì)算見(jiàn)公式[19-21]如下。

1）Shannon-Weiner多樣性指數(shù)：

式中：H為Shannon-Weiner指數(shù)；Pi為樣地中各種植物的相對(duì)重要值；Pi＝Ni/N，其中Ni為某個(gè)物種的重要值，N為所有物種的重要值之和。

2）Margalef豐富度指數(shù)：

式中：D為Margalef豐富度指數(shù)，S為物種總數(shù)，N為觀察到的個(gè)體總數(shù)。

3）Gleason豐富度指數(shù)：

式中：I為Gleason豐富度指數(shù)，S為物種總數(shù)，A為樣地面積。

Pielou均勻度指數(shù)：

式中：E是均勻度指數(shù)，H是由Shannon-Weiner指數(shù)計(jì)算所得的多樣性指數(shù)，S為物種種數(shù)。

Simpson優(yōu)勢(shì)度指數(shù)：

式中：D是Simpon優(yōu)勢(shì)度指數(shù)，S是物種總數(shù)，Pi為樣地中各種植物的相對(duì)重要值。

2 結(jié)果與分析

2.1 4種灌木林下草本植被物種組成

調(diào)查顯示，4種典型灌木林下共有高等植物24種，分屬于10科，22屬。其中菊科6種，豆科5種，藜科4種，因此菊科，豆科，藜科作為該研究區(qū)出現(xiàn)的優(yōu)勢(shì)科。一年生草本僅為5種，主要分布在檸條群落下，多年生草本19種，占物種總數(shù)的80%以上。表明在恢復(fù)年限較長(zhǎng)的灌木群落中，多年生草本植被占著主體地位。灌木林草本植被組成見(jiàn)表2。

表2 4種灌木林下草本植被物種組成Table 2 Species composition of grassland vegetation under four shrubs

檸條林主要種是蝟實(shí)Corispermum hyssopifolium、多裂委陵菜Potentilla multi fi da、賴草Leymus secalinus、灰藜Chenopodium album等；沙棘林下主要是賴草，針茅Stipa capillata、多裂委陵菜Potentilla multi fi da、黃芪Astragalus densi fl orus等；沙柳林下主要種是賴草、鐮形棘豆Oxytropis falcata、臭蒿Artemisia hedinii；烏柳林下主要種是賴草、二裂委陵菜Potentilla bifurca var.bifurca等。檸條與沙棘林下物種接近，沙柳、烏柳林下物種數(shù)相同。賴草在4種灌木林下均作為優(yōu)勢(shì)種出現(xiàn)，其中在烏柳與沙柳林下重要值達(dá)到0.8以上，表明在恢復(fù)較長(zhǎng)年限的人工灌木林下草本植被類(lèi)型逐漸向多年生賴草轉(zhuǎn)變。4種灌木群落下草本植被生物量由大到小為檸條＞烏柳＞沙柳＞沙棘，其中檸條林下最大，為57.84 g/m2，沙棘林下最小，為20.20 g/m2，沙柳和烏柳較為接近。

2.2 不同林分林下植被物種多樣性分布

由表3可知，4種灌木林下草本植被Shannon-Weiner多樣性指數(shù)的變化趨勢(shì)為沙棘林＞檸條＞烏柳＞沙柳，且沙棘與檸條林地差異較小，均在1.90以上，烏柳與沙柳較為接近，多樣性指數(shù)均在0.56～0.66之間，說(shuō)明沙柳和烏柳人工林的郁閉度都較高，導(dǎo)致草本層不發(fā)達(dá)。Gleason豐富度指數(shù)變化趨勢(shì)與多樣性指數(shù)一致，沙棘林最大，為0.75，沙柳林最小，為0.28。Pielou均勻度的變化趨勢(shì)為沙棘＞檸條＞沙柳=烏柳，其中沙棘明顯高于其他三種，為8.69；沙柳、烏柳最小，為4.34。Simpson優(yōu)勢(shì)度指數(shù)與多樣性指數(shù)和豐富度指數(shù)呈相反的關(guān)系，沙柳林下最大，為0.75；沙棘林下最小，為0.17。

表3 不同灌木林草本層多樣性指數(shù)Table 3 Diversity index of herb layer under different shrubs

綜上所述，共和盆地典型灌木林地Shannon-Weiner多樣性指數(shù)，Gleason豐富度指數(shù)，Pielou均勻度指數(shù)的變化趨勢(shì)均為沙棘林＞檸條＞沙柳＞烏柳。烏柳與沙柳較接近，沙棘林多樣性指數(shù)最大。Simpson優(yōu)勢(shì)度指數(shù)與多樣樣指數(shù)，豐富度指數(shù)相反，由大到小排序?yàn)樯沉緸趿緳帡l＞沙棘。

2.3 4種主要人工林地土壤水分特征

由圖1可知，4種人工林地下土壤水分含量隨著深度的增加均有先降低后升高的趨勢(shì)，位于沙丘上的檸條林地明顯低于其它3；種林地。0～40 cm土層中，烏柳沙柳含水量高于沙棘。40～80 cm土層中，沙棘水分含量最高。80～100 cm土壤三者水分含量較為接近。總體來(lái)看，位于沙丘上的檸條林地水分含量最低，各層水分含量均在1%左右，而位于丘間低地的沙棘，沙柳，烏柳林地土壤各層含水量均在10%波動(dòng)。位于沙丘檸條林地水分含量明顯低于位于丘間低地的沙棘，沙柳，烏柳，但是林下草本植被多樣性指數(shù)卻沒(méi)有相似差別，說(shuō)明水分不是影響草本植被多樣性的必要條件，這可能與草本植被類(lèi)型，沙丘上1年生草本較多，而丘間低地多為多年生草本有關(guān)，林分郁閉度對(duì)草本植被多樣性也有影響。

2.4 不同灌木群落土壤粒徑組成

從圖2可以看出粘粒，細(xì)粉粒變化趨勢(shì)為檸條＜沙棘＜沙柳＜烏柳。其中檸條林含量最少，為5.88%，烏柳林含量最大，為33.88%。砂粒和細(xì)砂粒含量與粘粒，細(xì)粉粒含量恰好相反，為檸條＞沙棘＞沙柳＞烏柳。其中檸條林含量最高，烏柳林含量最低。粗粉粒含量為檸條＜烏柳＜沙柳＜沙棘，其中檸條林含量最低，沙棘含量最高。檸條，沙棘，沙柳林下土壤細(xì)砂粒含量，烏柳林下粘粒含量最高。其中檸條林下細(xì)砂粒含量為55.48%，占總含量的一半以上。沙棘、沙柳也均達(dá)到40%以上。這與共和盆地地帶性土壤相符，表明不同灌木群落對(duì)土壤粒徑組成有明顯影響，檸條，沙棘，沙柳，烏柳表層土壤粒徑呈現(xiàn)梯度變化，不同林地對(duì)土壤粒度影響較大，根系分布的不同導(dǎo)致土壤疏松，粒度變化。不同林分下物種組成的組成也會(huì)對(duì)粒徑組成產(chǎn)生影響。

圖2 不同林地表層土壤粒徑組成Fig.2 Composition of soil particles in different forest surface

2.5 土壤養(yǎng)分特征

由表4中可以看出，沙棘林下有機(jī)質(zhì)含量最高，為24.2 g/kg，烏柳、沙柳次之，檸條含量最少不到沙棘林的1/4。檸條林下全N全P全鉀含量均為最低，沙棘，沙柳，烏柳較為接近。EC值為檸條＜沙棘＜沙柳＜烏柳。4種灌木群落下pH值含量最為接近都處在8.5～9.0之間，都為堿性土壤。

群落下K含量明顯高于N和P含量。全量養(yǎng)分中，檸條群落土壤含量明顯低于沙棘，烏柳，沙柳，表明沙丘養(yǎng)分含量要低于丘間低地。速效含量中丘間地與沙丘土壤含量差異不明顯。堿解N含量沙棘，烏柳明顯高于檸條，沙柳，其中烏柳林含量為48.3 mg/kg，為檸條林的一倍以上。有效磷含量為沙棘＞檸條＞烏柳＞沙柳。其中沙棘含量最高，為12.9 mg/kg，速效鉀含量都較為接近。

表4 不同林分土壤養(yǎng)分含量Table 4 Soil nutrient contents of different forest

3 結(jié)論與討論

對(duì)共和盆地典型灌木群落進(jìn)行調(diào)查研究，針對(duì)其物種多樣性及其水分、土壤粒度、養(yǎng)分含量等指標(biāo)調(diào)查分析，對(duì)于當(dāng)?shù)氐闹脖换謴?fù)與重建有一定的參考價(jià)值，能夠?yàn)橐院箝_(kāi)展造林等植被恢復(fù)措施提供依據(jù)。灌木對(duì)于惡劣環(huán)境條件的適應(yīng)能力強(qiáng)，使其成為高寒沙地開(kāi)展生態(tài)恢復(fù)的重要植被類(lèi)型，對(duì)防風(fēng)固沙，水土保持有重要的意義。灌木群落的長(zhǎng)成在提高物種多樣性的同時(shí)，也使共和盆地的生態(tài)系統(tǒng)更加穩(wěn)定。由于本次研究時(shí)間較短，沒(méi)有深入到不同林齡的灌木林進(jìn)行研究。由于研究地點(diǎn)所處地理位置有自身的生境，與周邊環(huán)境等因素的差異，使研究結(jié)果沒(méi)有統(tǒng)一的比較標(biāo)準(zhǔn)。為盡可能的減少誤差，應(yīng)擴(kuò)大研究區(qū)的范圍，并增加樣地?cái)?shù)目，避免得出片面結(jié)論。

經(jīng)過(guò)調(diào)查研究表明不同灌木群落對(duì)物種組成，水分含量，土壤養(yǎng)分等均有不同程度的影響，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）4種典型灌木林下共有高等植物24種，隸屬于10科，22屬。其中菊科6種，豆科5種，藜科4種，占了物種總數(shù)的62%。一年生草本僅為5種，主要分布在檸條群落下。多年生草本19種，占物種總數(shù)的80%以上。表明在恢復(fù)年限較長(zhǎng)的群落中，一年生草本逐漸減少，多年生草本植被占著主體地位。

（2）共和盆地典型灌木林地Shannon-Weiner多樣性指數(shù)、Gleason豐富度指數(shù)、Pielou均勻度指數(shù)的變化趨勢(shì)均為沙棘林＞檸條＞沙柳＞烏柳。烏柳與沙柳較接近，沙棘林多樣性指數(shù)最高；Simpson優(yōu)勢(shì)度指數(shù)變化趨勢(shì)與前者相反。

（3）4種人工林地水分含量隨著深度的增加均有先降低后升高的趨勢(shì)，位于沙丘上的檸條林水分含量明顯低于其它三種位于丘間地的林地。檸條，沙棘，沙柳林下土壤細(xì)砂粒含量，烏柳林下粘粒含量最高。

（4）4種灌木林土壤均為堿性，位于沙丘上的檸條林養(yǎng)分含量低于位于丘間地上的沙棘、沙柳、烏柳。表層土壤K含量明顯高于N和P的含量。沙棘林有機(jī)質(zhì)含量最高。

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An ecology characteristic analysis of different arti fi cial shrub community in Gonghe basin

YIN Shu-le, WANG Xue-quan
（Institute of Deserti fi cation Studies, Chinese Academy of Forestry, Beijing 100091, China）

There were four kinds of typical shrub plantations in alpine desert vegetation recovery areas of Gonghe basin:Caragana korshinskii,Hippophae rhamnoides,Salix psammophilaandSalix cheilophila.To reveal the differences in species diversity of understory vegetation and environmental factors, we selected four kinds of arti fi cial shrubberies with similar forest age located in the Gonghe basin,Qinghai Province and investigated species diversity and relevant environmental factors of community and herbaceous under forest.The results showed that: the impacts of plantation types on species diversity were obvious.species diversity index and species richness index of herbaceous under forest of each plantation type had a similar varying pattern, changing asHippophae rhamnoides＞Caragana intermedia＞Salix psammophila＞Salix cheilophila, while dominance index was on the contrary.Soil particle size composition of topsoil at different stands varied signi fi cantly, but fi ne sand had a larger proportion.Soil types of the plots are alkaline soil and the impacts of plantation types on soil nutrition content were obvious.

Gonghe basin; arti fi cial shrubberies; species diversity; soil particle diameter; nutrient

10.14067/j.cnki.1673-923x.2016.07.006

http: //qks.csuft.edu.cn

S718

A

1673-923X(2016)07-0031-05

2015-03-06

國(guó)家“十二五”科技支撐課題(2012BAD16B0105)；國(guó)家林業(yè)公益性行業(yè)專(zhuān)項(xiàng)(201404304)；國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41130640)

尹書(shū)樂(lè)，碩士研究生

王學(xué)全，研究員；E-mail：wxq@caf.ac.cn

尹書(shū)樂(lè)，王學(xué)全.共和盆地不同人工灌木群落生態(tài)特性分析[J].中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2016, 36(7): 31-35.

[本文編校：吳 毅]