民勤義糧灘不同林齡梭梭人工林群落生態(tài)特征研究

張勤德，劉偉,白斌 ， 張軍，何彩 ，李棟，董存元，谷英， 任德全

(1.武威市林業(yè)科學(xué)研究院，甘肅 武威 733000；2.石羊河林業(yè)總場(chǎng)義糧灘分場(chǎng)，甘肅 武威 733300；3.甘肅省武威市上方寺林場(chǎng)，甘肅 武威 733000)

植物群落是由集合在一起的同種植物相互之間，以及與其他生物種間的作用，并經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的外界環(huán)境作用而形成的[1]。群落環(huán)境條件特征直接影響植物群落結(jié)構(gòu)，種類組成是植物群落最重要、最基本的特征，更是群落結(jié)構(gòu)形成和植物資源開(kāi)發(fā)利用的基礎(chǔ)[2]。目前，多數(shù)學(xué)者通過(guò)研究物種豐富度和分布均勻性指數(shù)，綜合反映植物群落中物種的多樣性[3]。群落物種多樣性可更好地評(píng)價(jià)群落結(jié)構(gòu)及其發(fā)展變化規(guī)律，同時(shí)也能反映群落的保護(hù)狀態(tài)[4，5]。

梭梭屬(Haloxylon)植物是亞洲荒漠區(qū)分布最廣的荒漠植被類型[6]。在我國(guó)，梭梭(Haloxylonammodendron)荒漠分布的面積十分廣闊，約占整個(gè)荒漠(不包括山地)面積的1/10[7]。民勤縣東西北三面被騰格里和巴丹吉林兩大沙漠包圍，荒漠化和沙化面積占90%以上，工程造林是當(dāng)?shù)胤郎持紊持饕绞剑渲紊成鷳B(tài)林區(qū)保存較好的人工梭梭林面積約2.9萬(wàn)hm2，形成約300 km的綠色長(zhǎng)廊，是當(dāng)?shù)鼐G洲的重要屏障[8]。本文通過(guò)對(duì)民勤義糧灘不同林齡梭梭人工林群落生態(tài)特征進(jìn)行研究，以期了解和掌握民勤荒漠人工梭梭群落的結(jié)構(gòu)和物種多樣性變化規(guī)律，以期為推動(dòng)干旱荒漠區(qū)植被恢復(fù)和物種多樣性的保護(hù)提供依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

2 研究方法

2.1 觀測(cè)樣地設(shè)置

2018年4月，在民勤縣石羊河林業(yè)總場(chǎng)義糧灘分場(chǎng)2004年?duì)I造梭梭人工林內(nèi)，選擇長(zhǎng)勢(shì)相對(duì)一致、林分密度相似的區(qū)域，分別設(shè)置4個(gè)20 m×20 m的調(diào)查樣地，編號(hào)為A1、A2、A3和A4，樣地間距保持在50 m以上。以同樣方式，在民勤縣石羊河林業(yè)總場(chǎng)義糧灘分場(chǎng)2011年?duì)I造梭梭人工林內(nèi)，選擇4個(gè)20 m×20 m調(diào)查樣地，分別編號(hào)為B1、B2、B3和B4。對(duì)樣地中梭梭植株進(jìn)行統(tǒng)一編號(hào)(2018年當(dāng)年生梭梭植株除外)。相應(yīng)的樣方調(diào)查林下植被狀況。

2.2 梭梭種群特征觀測(cè)

2018年 5 月，記錄樣地內(nèi)梭梭種群的現(xiàn)存梭梭株數(shù)，推算初始造林株數(shù)(根據(jù)造林密度計(jì)算)，得到梭梭種群的存活率。5—9月，在每塊樣地中選擇20株大小相似標(biāo)準(zhǔn)木，用鋼卷尺定期測(cè)量株高(cm)、冠幅直徑(cm);每株標(biāo)準(zhǔn)木測(cè)量20個(gè)新生枝條，測(cè)量其生長(zhǎng)量。4個(gè)樣地分別測(cè)值取平均值。

2.3 林下植被調(diào)查

2018年6—8月，調(diào)查記錄樣方中林下植物的種類、株數(shù)，并測(cè)量每株植物的株高和冠幅。用數(shù)碼相機(jī)對(duì)草本樣方垂直拍照，用軟件Image Pro Plus 獲得照片中植物地上部分地面垂直投影面積百分?jǐn)?shù)，計(jì)算出各樣方的植被蓋度(%)，4個(gè)樣方取平均值。

2.4 數(shù)據(jù)處理與分析方法

用 SPSS 16.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行差異顯著性分析(非參數(shù)檢驗(yàn))和Pearson相關(guān)分析。植物物種多樣性指標(biāo)包括重要值、物種豐富度指數(shù)R和α多樣性[Shannon-Wiener指數(shù)(H′)、Simpson 指數(shù)(D)、Pielou 均勻度指數(shù)(Jsw和Jsi)]，計(jì)算方法參考文獻(xiàn)[10]。

3 結(jié)果與分析

3.1 梭梭人工林的種群特征

3.1.1 保存率 根據(jù)樣地梭梭種群中正常生長(zhǎng)齡級(jí)最大的梭梭株數(shù)的調(diào)查，參考最初造林密度，發(fā)現(xiàn)目前2004年造林地保存率較高，平均可達(dá) 85%，2011年造林梭梭植株保存率為 73%。

3.1.2 長(zhǎng)勢(shì)和當(dāng)年新枝生長(zhǎng)量 由圖2、圖3、圖4可知，梭梭株高5—9月均呈逐漸增高的趨勢(shì)，說(shuō)明目前梭梭仍能生長(zhǎng)。2018年調(diào)查顯示2004年造林和2011年造林梭梭平均株高分別為2.32 m 和1.58 m。2004年造林和2011年造林梭梭的平均冠幅分別為3.08 m2和1.33 m2，冠幅各月間生長(zhǎng)波動(dòng)性較大，但總體呈增加趨勢(shì)(圖3)。

梭梭當(dāng)年新枝生長(zhǎng)量逐漸增加(圖4)，各月均為2011年造林林分顯著大于2004年造林林分;在生長(zhǎng)季末期，達(dá)到最大值，其中2011年造林林分9月達(dá)到27.89 cm，2004年造林林分9月達(dá)到21.46 cm。

圖2 2004年造林和2011年造林林分梭梭株高年內(nèi)變化

圖3 2004年造林和2011年造林林分梭梭冠幅年內(nèi)變化

圖4 2004年造林和2011年造林的梭梭林分月平均新枝生長(zhǎng)量

3.2 林下植物多樣性

林下植被對(duì)保護(hù)沙漠、防風(fēng)固沙有重要作用，是調(diào)整林分結(jié)構(gòu)和恢復(fù)地力的主導(dǎo)驅(qū)動(dòng)因子。兩種林地的林下植被均以小灌木為主，且短命植物分布較少，物種豐富度表現(xiàn)為2004年造林林分高于2011年造林林分。2004年造林地林下植被以紅砂(Reaumuriasoongorica)、白刺(Nitrariatangutorum)和黑果枸杞(Lyciumruthenicum)為優(yōu)勢(shì)種。2011年造林地林下植被以紅砂、白刺為優(yōu)勢(shì)種。2004年造林和2011年造林林分總蓋度分別為 30.63%和16.88%。兩個(gè)林地植被α多樣性不同，Simpson指數(shù)和Pielou均勻度指數(shù)差別不大，而2004年林地的Shannon-Wiener指數(shù)高于2011年造林地(表1、表2)。

3.3 2008-2017年民勤縣的年平均降雨量

圖 5是2008-2017年民勤縣的年平均降雨量?？梢钥闯雒袂诳h平均年降雨量為124 mm，降水量年際變異系數(shù)比較小，為0.11，土壤比較適合梭梭生長(zhǎng)。兩種林齡林地中有不同齡的自然更新梭梭苗木，使林地密度較種植初期有所提高，表明這兩種梭梭人工林地已具備較好的自然更新能力，已形成異齡復(fù)層混交林[11,12]，有利于人工林的長(zhǎng)期適應(yīng)性。

表1 2004年造林和2011年造林梭梭物種多樣性狀況

表2 2004年造林和2011年造林梭梭多樣性指數(shù)

4 討論

通過(guò)對(duì)民勤縣義糧灘不同林齡的梭梭人工林進(jìn)行野外調(diào)查和數(shù)據(jù)分析，可知2004年造林保存率大于2011年的造林保存率，分別為85%和73%；兩種林齡的梭梭株高5—9月均呈逐漸增高的趨勢(shì)，說(shuō)明目前梭梭仍較旺盛生長(zhǎng)，2004年造林和2011年造林梭梭平均株高分別為2.32 m和1.58 m，平均冠幅分別為3.08 m2和1.33 m2，冠幅各月間生長(zhǎng)波動(dòng)性較大，分析可能是受測(cè)量誤差、沙鼠啃食等影響，但總體呈增加趨勢(shì)，當(dāng)年新枝生長(zhǎng)量也是逐漸增加的，各月均為2011年造林顯著大于2004年造林，在生長(zhǎng)季末期，達(dá)到最大值，其中2011年造林9月達(dá)到27.89 cm，2004年造林9月份達(dá)到21.46 cm。

兩種林地植被均以小灌木為主，且短命植物分布較少，2004年造林地植物種類為8種，2011年為6種，2004年造林和2011年造林植被總蓋度分別為30.63%和16.88%，兩個(gè)林地植被α多樣性不同，Simpson指數(shù)和Pielou均勻度指數(shù)差別不大，而2004年造林地的Shannon-Wiener指數(shù)高于2011年造林地，分別為1.735和1.306，總體來(lái)說(shuō)，民勤義糧灘梭梭人工林的植物種類比較少，物種不豐富，這可能與民勤干旱環(huán)境有關(guān)，這與盧占芳[13]等研究的一致。林下植物多樣性除與造林時(shí)間和環(huán)境有關(guān)，人為的干擾以及樹(shù)種的選擇等作用有待進(jìn)一步研究。

5 結(jié)論

為了恢復(fù)沙漠邊緣退化植被和防止風(fēng)沙危害，在民勤石羊河林業(yè)總場(chǎng)義糧灘分場(chǎng)成功建植了梭梭林。經(jīng)過(guò)多年的生長(zhǎng)，該人工林目前存活率仍保持較好，冠幅也較大，當(dāng)年新生枝條生長(zhǎng)良好，株高也呈增加趨勢(shì)，林內(nèi)有不同林齡的自然更新苗木伴生，林木自然更新是林地對(duì)當(dāng)?shù)丨h(huán)境適應(yīng)的重要表征。林下草本植物和生物結(jié)皮發(fā)育良好，發(fā)揮了良好的防風(fēng)固沙作用。從林地的梭梭存活率、生長(zhǎng)狀況、林下植被恢復(fù)情況來(lái)看，兩種林齡梭梭林均能夠滿足功能的可持續(xù)性。