等高反坡階對松華壩水源區(qū)次生林優(yōu)勢樹種的影響研究

張香群 丁鳳鳳 黃茜蕊 蔣輝 華錦欣 楊家慶 鄒鯉嶺 向云剛

摘要：為研究等高反坡階措施對于次生林植被恢復(fù)的影響，給西南水土流失嚴重地區(qū)棄荒坡地植被恢復(fù)提供參考，在已布設(shè)等高反坡階多年的樣地內(nèi)進行了調(diào)查研究。結(jié)果表明：等高反坡階對植株數(shù)量有所提升，但效果不明顯，對植物地徑增加了10.15%～15.46%;高反坡階與對照樣地之間的正態(tài)分布偏度在2樹種分別表現(xiàn)為0.5821、0.5501和0.3291、0.0729，皆>0左偏，說明低矮植株含有較多比例。

關(guān)鍵詞：等高反坡階;次生林;喬木;松華壩水源區(qū)

中圖分類號：S731.6 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-9944（2018）05-0104-04

1 引言

植被是陸地生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，是生態(tài)系統(tǒng)中物質(zhì)循環(huán)與能量流動的中樞[1]。植被與周圍環(huán)境因子諸如土壤、大氣、水分等相互作用相互影響，共同維持著生態(tài)系統(tǒng)的平衡與穩(wěn)定[2]。由于其資源的分布不均性，植物種群之間及種群與環(huán)境之間相互競爭與相互選擇，各生物出現(xiàn)在空間配置上的差異性，即不同的群落結(jié)構(gòu)。坡耕地作為云南省的主要耕地，由于長期的不合理利用，水土流失嚴重、土壤養(yǎng)分大量流失，導(dǎo)致植被群落出現(xiàn)退化現(xiàn)象[3-6]。昆明松華壩水源區(qū)是我國首個水源保護區(qū)，水源區(qū)內(nèi)山區(qū)半山區(qū)面積占總面積的95%以上[7]，是典型的紅壤坡地侵蝕區(qū)，由于20世紀中期以來的人為砍伐破壞，森林面積急劇減少，并且幸存下來的森林質(zhì)量也急劇退化[8]。自1981年水源區(qū)成立以來，先后采用飛播造林、人工直播、人工植苗等不同的造林方式，營造了云南松（Pinus yunnanensi）、華山松（Pinus ar-mandii ）等人工羀[8]。因缺乏配套的造林技術(shù)以及不同森林類型水源涵養(yǎng)功能的科學(xué)評價，水源區(qū)內(nèi)次生林大多是水源涵養(yǎng)功能較差的針葉純林，很少有發(fā)育良好的常綠闊葉林。

等高反坡階是調(diào)節(jié)坡面徑流的重要舉措之一，研究表明[9-10]對高反坡階的水土保持效益研究中發(fā)現(xiàn)，等高反坡階具有較好的保土保肥作用。本研究在松華壩水庫水源區(qū)迤者小流域內(nèi)遴選一個典型次生林生長群落，采用調(diào)查分析與實測研究相結(jié)合、野外監(jiān)測與室內(nèi)實驗分析相結(jié)合的研究方法，在布設(shè)多年的反坡水平階影響下，研究次生林群落喬木結(jié)構(gòu)和生長狀況變化的規(guī)律，為科學(xué)評價反坡階對次生林生長的影響以及對科學(xué)評價水源區(qū)內(nèi)次生林對林地養(yǎng)分和水源涵養(yǎng)的功能，提供一定的實測數(shù)據(jù)和理論支撐，也希望可以為其他同等條件下水源區(qū)次生林建設(shè)與保護提供一定的參考和借鑒。

2 研究區(qū)概況

迤者小流域?qū)俚岢亓饔虮P龍江源頭支流流域，地處北緯24°14′43″～25°12′48″，東經(jīng)102°44′51″～102°48′37″，地形以高原低山為主，小流域受牧羊河、小牧羊河及其支流遷回切割，水土流失嚴重，形成高原低山丘陵剝蝕地貌及土壤中輕度流失區(qū)。地勢總體西北高東南低，最高海拔2445.2m，位于流域西部土灰塘包，最低海拔2003.8m，位于流域河流出口處，相對高差441.4m，平均海拔2200.0m。屬北亞熱帶和暖溫帶混合型氣候，多年平均氣溫13.8℃，多年平均降雨量785.1mm，年內(nèi)降水分布極為不均，5～10月為雨季，降雨量占全年的87.5%，11月至次年4月為旱季，具有夏秋多雨，冬春干旱的特點。

流域內(nèi)原坡地森林植被因過度采薪、放牧等人為因素使其被毀嚴重，疏幼林面積大，該區(qū)地帶性植被以暖溫性針闊葉林和大量分布的稀樹灌草叢為主。暖溫性針葉林主要有云南松（Pinus yunnanensis）、華山松（Pinusarmandii ）、滇油杉（Keteleeria evelyniana）等;闊葉林主要有滇青岡（Cyclobalanopsis glaucoides）、滇石礫（Litho-carpus dealbatus）、旱冬瓜（Alnus nepalensis）等;稀樹灌草叢中的主要物種有扭黃茅（Hetero pogon contortus ）、四脈金茅（Eulalia quadrinervis ）、火絨草（Leontopodium ja-ponicum）等。

3 研究方法

3.1 樣地布設(shè)

在小流域內(nèi)的迤者村南邊八里咩山，海拔1790～1851m處，坡度為20°～25°的西北向陽坡的棄荒坡次生林地。2010年，選取4塊10m×20m的樣地，其中3塊樣地上布設(shè)等高反坡階，等高反坡階沿等高線自上而下里切外墊，修成一臺面，臺面外高內(nèi)低，寬1.5m，反坡5°，以盡量蓄水，減少流失，每2個等高反坡階之間距為4m（圖1）。另外一塊樣地做對照。

3.2 植被調(diào)查

2015年3～6月是旱季與雨季交匯時期，對樣地進行植被進行全木調(diào)查，內(nèi)容包括種類、株數(shù)、高度和蓋度等，并在雨季期間，每月定期觀測植株生長狀況。

4 結(jié)果分析

4.1 直徑結(jié)構(gòu)分析

迤者小流域內(nèi)主要以針葉林為主，主要樹種為云南松，在試驗區(qū)次生林樣地內(nèi)，喬木優(yōu)勢種主要為云南松，而且次生林屬于低齡化的演替初期，故選取云南松和滇青岡為分析對象，因為樣地內(nèi)的喬木樹高均在3m以下，故直徑結(jié)構(gòu)選取的是地徑結(jié)構(gòu)。直徑結(jié)構(gòu)不僅是樹高、斷面積和材積的基礎(chǔ)，而且也是對森林木材蓄積量的經(jīng)統(tǒng)計分析的重要數(shù)據(jù)支持[11]。經(jīng)統(tǒng)計分析，等高反坡階樣地和對照樣地的樹種地徑結(jié)構(gòu)特征參數(shù)，見表1。

從表1可以得出，等高反坡階與對照樣地中的2種優(yōu)勢種（云南松、滇青岡）的地徑變化。等高反坡階樣地中2樹種的株數(shù)均比對照樣地中有所提升，這是在等高反坡階是作用下，在原地貌之間形成小范圍的生態(tài)綴塊，繼而形稱交錯區(qū)，既能提供物種的多樣性，也能增加植株數(shù)量。

云南松和滇青岡的直徑正態(tài)偏度在2種樣地中幾乎均呈現(xiàn)負值，說明直徑分布偏向小徑階，樹種的新生個體較多，這也從側(cè)面反映試驗樣地所屬次生林為低齡化的演替初期的森林群落。對照樣地樹種的變異系數(shù)大于反坡階樣地，再結(jié)合平均數(shù)和標(biāo)準差，可以說明，等高反坡階樹木有大量的新生低齡的植株，而對照樣地處于自然狀態(tài)，植株的生長和直徑變化相對的呈現(xiàn)出正態(tài)分布，說明等高反坡階在影響土壤水分和養(yǎng)分的分布時，進而能增加新生植株數(shù)。

4.2 樹高結(jié)構(gòu)分析

株高是植物形態(tài)學(xué)調(diào)查工作中最基本的指標(biāo)之一，其定義為從植株基部至主莖頂部即主莖生長點之間的距離。從表2可以得出，整個次生林群落的株高均不超過4m，再與周邊的森林群落相比而言，這是極為年輕的群落，從兩種樣地之間的正態(tài)分布偏度皆大于0為左偏，說明低矮植株含有較多比例，在次生林群中有大量的云南松、滇青岡幼木，分布于中下層，其更新優(yōu)勢相比于周邊的成熟林結(jié)構(gòu)更大。

4.3 新枝年生長量分析

自然環(huán)境中，云南松、滇青岡等植物生長情況較為緩慢，等高反坡階布設(shè)后產(chǎn)生的影響效果不能及時有效的快速體現(xiàn)，這是本研究的不足之處。針對研究論文的需要，在本研究中選取云南松、滇青岡優(yōu)勢種樹木進行新枝生長量調(diào)差，表3是2015年兩種樹木的新枝生長情況。

從表3可以得出，在等高反坡階樣地中的云南松和滇青岡，不管在新枝的長度、新枝枝徑上均優(yōu)于對照樣地。其中，等高反坡階樣地內(nèi)云南松新枝和滇青岡生長量較對照樣地分別平均增長了19.01%、7.88%，結(jié)合樹高（表2）生長量來看，兩樣地內(nèi)樹高差異不大，從側(cè)面說明，等高反坡階作用下，使土壤中的營養(yǎng)物質(zhì)更多的促使植株在株徑、側(cè)枝等橫向方向生長。

4.4 等高反坡階對植被特征的相關(guān)性分析

植被特征諸如株高、株直徑和樣地中的等高反坡階、樣地的類型和坡位之間的相關(guān)分析（表4）顯示，株高與等高反坡階之間的相關(guān)性為0.121，說明二者之間的相關(guān)性極弱，可視為不線性相關(guān)，株直徑與等高反坡階的相關(guān)性位0.371，為低度相關(guān)性。

綜合分析可以得出，株高、株直徑等植被特征在等高反坡階的作用下，不能直接完全的表現(xiàn)出其效果。等高反坡階首先改變的是土壤的結(jié)構(gòu)，通過這種土壤的物理結(jié)構(gòu)的變化，對土壤徑流和壤中流進行截留和再分配，再加上環(huán)境因素中的溫度、降水和土壤是微生物的作用下，形成一套復(fù)雜的機制，進而會影響土壤中的氮素、磷素、鉀素等植物生長所需的營養(yǎng)元素的分布。

5 討論與結(jié)論

5.1 討論

植物種群分布格局的形成受物種的生物學(xué)特性和群落環(huán)境密度兩方面的影響[12]。環(huán)境對植物群落的組成、結(jié)構(gòu)、功能及動態(tài)分布等都有影響[13]，由于長期的自然選擇，不同生境植被群落對各自生態(tài)位均具有適應(yīng)性[14];生境中資源分布的不均性，在趨利性作用下，植物會逐漸向更有利于生長的區(qū)域拓展生態(tài)位，從而導(dǎo)致植物種群的斑塊化分布。本研究試驗地屬創(chuàng)設(shè)早期，植物群落處演替初期，人為干擾和土木建設(shè)對植被群落演替發(fā)展存在一定程度的影響，植物群落處于演替早期，在等高反坡階是作用下，原地貌形成小范圍的生態(tài)綴塊，繼而形稱交錯區(qū)，多變且較脆弱的生態(tài)系統(tǒng)，使整個植物群落表現(xiàn)出r-選擇。

生態(tài)系統(tǒng)的自然恢復(fù)能力存在著地域差異，在寒冷和干燥的氣候條件下，植被自然恢復(fù)速度比較慢;而在溫暖潮濕的氣候條件下，植被自然恢復(fù)速度比較快[15]。松華壩迤者小流域地處亞熱帶和暖溫帶混合型氣候區(qū)，其植被的恢復(fù)過程相對較快，在較短的時期內(nèi)便自然形成了具有喬木樹種和灌木植物的次生林，表明該地區(qū)的廢棄地具備較強的植被恢復(fù)能力。

本研究試驗區(qū)所在的是棄荒坡地次生林，該地段的植被恢復(fù)生長過程也是對環(huán)境不斷適應(yīng)和改造的過程，在該過程中布設(shè)等高反坡階，改變了土壤養(yǎng)分的分布，而土壤養(yǎng)分又是植被生長的主要驅(qū)動力之一[16]。受等高反坡階的影響，使原就分布不均的土壤養(yǎng)分出現(xiàn)了一個小范圍的聚集，使差異更為顯著，植被生長特征就更為差異化，即成層性和斑塊碎片化。結(jié)合前人研究[17，18]，土壤中的有機質(zhì)、氮磷等含量與土壤環(huán)境的復(fù)雜多樣性密切相關(guān)，并得出在小尺度內(nèi)，植物多樣性和土壤中有機質(zhì)、全氮含量成負相關(guān)。綜上所言，環(huán)境的差異對植物群落生長因子產(chǎn)生影響，在一定程度上是通過土壤的異質(zhì)性導(dǎo)致的一系列相變化。

5.2 結(jié)論

（1）等高反坡階樣地中2優(yōu)勢樹種的株數(shù)均比對照樣地中有所提升，分別是38株對應(yīng)33株，17株對應(yīng)12株，等高反坡階樣地的2樹種的直徑均值分別為5.32cm和4.27cm，相較于對照樣地的5.86cm和4.93cm減小了10.15%和15.46%。

（2）等高反坡階與對照樣地之間的正態(tài)分布偏度在2樹種分別表現(xiàn)為0.5821、0.5501和0.3291、0.0729，皆>0左偏，說明低矮植株含有較多比例。

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