干旱半干旱地區(qū)主要治理模式森林植被群落結(jié)構(gòu)及穩(wěn)定性研究

齊沛森 黃鐘宣 桑尼 楊育林 鄢武先 尤繼勇 吳雨峰

摘 要：為評(píng)價(jià)并篩選適合干旱河谷地區(qū)植被恢復(fù)的植物種類，該研究基于甘孜州瀘定縣的干旱半干旱生態(tài)綜合治理試點(diǎn)示范項(xiàng)目，在甘孜州瀘定縣生態(tài)治理植被恢復(fù)區(qū)調(diào)查了21個(gè)典型樣地，記錄樣地內(nèi)喬木種名、株數(shù)等，灌草層種名、多度、蓋度等;土壤樣品主要測(cè)定有機(jī)質(zhì)含量、總孔隙度、pH值以及水分含量等指標(biāo)。結(jié)果表明，岷江柏在干旱半干旱地區(qū)最適宜栽培;仙人掌和刺槐適宜種植在山腰地帶;輻射松和銀杏建議種植在生存環(huán)境較好的地帶;香樟和云南松不建議種植在干旱半干旱地區(qū)。

關(guān)鍵詞：干旱河谷;群落結(jié)構(gòu);穩(wěn)定性

中圖分類號(hào) S731文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 1007-7731（2019）22-0057-05

Study on the Community Structure and Stability of Forest in Arid and Semi-Arid Regions

Qi Peisen1 et al.

（1Sichuan Academy of Forestry，Chengdu 610081，China）

Abstract： To evaluate and select the plant species that are suitable to vegetation restoration in arid valleys，this study selected 21 typical sample areas to research and record the specific name，the number，the height and thechest height diameter of the trees in the vegetation recovery areas of restoration and rehabilitation of eco-environment in Luding of Ganzi Autonomous Prefecture on the basis of the pilot demonstration project on therestoration and rehabilitation of eco-environment in arid and semi-arid regions in Luding of Ganzi Autonomous Prefecture. About the shrub layer，the specific name，the abundance，the coverage and the height were recorded，and about the field layer，the same things were recorded. About the soil samples，the organic content，the total porosity，the pH value and the moisture content of soil were measured. The result of the stability study showed that cupressus chengiana is the most suitable plant to cultivate in arid and semi-arid regions，cactus and locust are suitable to be cultivated on the mountainside，monterey pine and gingko are advised to be cultivated in the areas of better living environment，and Cinnamomum camphora and Pinus yunnanensis are not suitable to cultivate in arid and semi-arid regions.

Key words：Arid valley;Community structure;Stability

干旱河谷是生態(tài)相對(duì)脆弱、存在生態(tài)問(wèn)題較多、治理極為困難的特殊地域類型[1]，主要分布在中國(guó)西南山區(qū)。川西干旱河谷主要分布在橫斷山區(qū)地帶[2]，其成因主要是高大山體阻擋了季風(fēng)氣流，受“焚風(fēng)效應(yīng)”的影響，降水量少而蒸發(fā)量大，使得河谷地區(qū)常年干旱。同時(shí)，人類活動(dòng)使土地的退化和植被的逆向演替越加迅速[3]。長(zhǎng)期以來(lái)，干旱河谷的植被恢復(fù)困難是阻礙當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)建設(shè)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要因素，受到了各級(jí)部門和社會(huì)的廣泛關(guān)注[4]。任由植被自然恢復(fù)，可能需要幾十年甚至上百年時(shí)間，且未必能達(dá)到理想效果，而人工造林可促進(jìn)植被群落朝正向演替發(fā)展，縮短植被恢復(fù)時(shí)間[5]。本研究對(duì)干旱河谷核心區(qū)域?yàn)o定縣岷江柏、云南松、仙人掌等主要造林模式植物群落進(jìn)行了結(jié)構(gòu)及穩(wěn)定性調(diào)查，篩選出適合的治理模式，將有助于指導(dǎo)干旱河谷地區(qū)的植被恢復(fù)工作，對(duì)該地區(qū)生態(tài)建設(shè)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)選擇在甘孜州瀘定縣，位于東經(jīng)101°46′～102°25′，北緯29°54′～30°10′。屬于大渡河干旱河谷區(qū)，界于邛崍山脈與大雪山脈之間，大渡河由北向南縱貫全境，為大渡河流域的中游。河谷內(nèi)干濕季明顯，年均氣溫15.5℃，年降雨量664.4mm，年蒸發(fā)量1275.7mm，年蒸發(fā)量為降雨量的2～4倍。年均日照時(shí)數(shù)1323.6h，全年無(wú)霜期279d。旱季為11月至次年4月，降雨量?jī)H占全年降雨量的10%。土壤多為山地黃褐土、黃棕壤，石礫含量高，造林立地條件整體較差[6]。

2 研究方法

2.1 樣地調(diào)查與采樣 調(diào)查地為甘孜州瀘定縣生態(tài)治理植被恢復(fù)區(qū)，林地喬木主要為人工栽植，其余灌木和草本大都自然生長(zhǎng)，林齡有10年以上，已基本成林，試點(diǎn)區(qū)均無(wú)人工施肥和人工灌溉情況。試點(diǎn)區(qū)多位于中坡位，干旱的核心地段，在其中選取21個(gè)典型樣地進(jìn)行調(diào)查。樣地大小為20m×20m。在人工林地周邊選擇生境相似的天然林地設(shè)置對(duì)照調(diào)查樣方。記錄樣地內(nèi)所有胸徑5cm以上喬木的種名、株數(shù)等;灌草層記錄種名、多度、蓋度等。樣方內(nèi)隨機(jī)設(shè)置3個(gè)樣點(diǎn)，并同時(shí)記錄土壤類型、土層厚度等，隨后采集0～50cm土層的土壤樣品（若土層不足50cm，按最厚土層采集），用塑封袋密封好后帶回進(jìn)行分析測(cè)定，主要測(cè)定土壤有機(jī)質(zhì)含量、土壤總孔隙度、pH值和水分含量等指標(biāo)。

2.2 測(cè)定指標(biāo) 土壤理化性質(zhì)的測(cè)定：（1）土壤有機(jī)質(zhì)（g/kg）：參照中華人民共和國(guó)農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（NY/T1121.6-2006）[7]，采用重鉻酸鉀滴定法測(cè)定;（2）含水量（g/kg）：參照中華人民共和國(guó)林業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（LY/T1213-1999）[8]，采用烘干法測(cè)定;（3）孔隙度（%）：采用相關(guān)公式計(jì)算獲得，公式為：P%=93.947-32.995*d[9]（式中d為土壤容重（g/cm3），參照中華人民共和國(guó)農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（NY/T1121.4-2006），采用環(huán)刀法[10]測(cè)定）;酸堿度參照中華人民共和國(guó)農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（NY/T1121.2-2006）采用電極法測(cè)定[11]。保存率和多樣性的測(cè)定：（1）保存率：計(jì)算栽植和死亡數(shù)目獲得;（2）多樣性：由Simpson指數(shù)、Shannon-wiener指數(shù)（H）和Pielou均勻度指數(shù)（E）確定[12，13，14]，Simpson指數(shù)[D=1-NiNi-1NN-1、]Shannon-wiener指數(shù)H=-ΣPilnPi、Pielou指數(shù)E=H/Hmax。以上公式中，N為群落中所有物種重要值之和，Ni為第i個(gè)物種的重要值，Pi=Ni/N;Hmax=LnS（S為群落中的總物種數(shù)）。

2.3 數(shù)據(jù)分析 采用SPSS 21.0和Excel 2016進(jìn)行單因素方差分析和T檢驗(yàn)。測(cè)定結(jié)果均用mean±SE（平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤）表示。通過(guò)研究結(jié)果，確定該地區(qū)主要治理模式的群落結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性，評(píng)價(jià)并篩選適合干旱河谷地區(qū)植被恢復(fù)的植物種類。

2.4 相關(guān)指標(biāo)評(píng)價(jià)方法 借鑒單因子與綜合指數(shù)法對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)[15]，計(jì)算后得到各群落的平均得分。計(jì)算方法分為3類，第1類是土壤有機(jī)質(zhì)、含水量、Simpson指數(shù)、Shannon-wiener指數(shù)和Pielou均勻度指數(shù)、保存率和幼苗更新率，數(shù)值越高表明樣地現(xiàn)狀越好，公式為[I=CiSi];第2類是孔隙度，數(shù)值越低表明樣地現(xiàn)狀越好，公式[I=SiCi];第3類是土壤酸堿度，公式[I=pH-7.0pHsu-7.0pH≥7.0，][I=7.0-pH7.0-pHsdpH≤7.0];第4類是病蟲害情況評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)，無(wú)病蟲害記為1分、病蟲害較為嚴(yán)重記為0.5分、特別嚴(yán)重記為0分;式中，I為得分值，Si為均值，Ci為實(shí)測(cè)值。各樣地綜合得分：[I總=1ki=1kIi];其中，I總為綜合指數(shù)，k為評(píng)價(jià)因子數(shù)。

3 結(jié)果與分析

3.1 植被的群落結(jié)構(gòu)

3.1.1 植被保存率 共計(jì)調(diào)查刺槐（Black Locust）、輻射松（Monterey Pine）、岷江柏（Cupressus chengiana？S. Y. Hu）、仙人掌[Opuntia stricta （Haw.）Haw. var. dillenii（Ker-Gawl.）Benson]、香樟[Cinnamomum camphora （L.）Presl.]、銀杏（Ginkgo biloba L.）和云南松（Pinus yunnanensis）7種植物群落，其保存率見(jiàn)圖1。由圖1可知，栽植保存率較高的為仙人掌，達(dá)到了92%，較低的為刺槐和云南松，僅為47%和49.5%，保存率由大到小為：仙人掌>岷江柏>銀杏>輻射松>香樟>云南松>刺槐，且相互之間比較差異均不顯著（P>0.05）。

3.1.2 多樣性 由表1和圖2可知，刺槐、輻射松、岷江柏、香樟和銀杏群落的Simpson指數(shù)與云南松群落的Simpson指數(shù)相比都大，且P<0.05;刺槐、輻射松、岷江柏、香樟和銀杏群落的Shannon-wiener指數(shù)與云南松群落的Shannon-wiener指數(shù)相比都大，且P<0.05;刺槐、輻射松、岷江柏和銀杏群落的Pielou均勻度指數(shù)與云南松群落的Pielou均勻度指數(shù)相比都大，且P<0.05，其余組間兩兩相比差異均不顯著（P>0.05）。

3.1.3 幼苗更新率分析 幼苗更新率較高的為仙人掌和岷江柏，分別達(dá)到了29.63%和25.79%，云南松和香樟的幼苗更新率都為0%，幼苗更新率由大到小為：仙人掌>岷江柏>輻射松>銀杏>刺槐>云南松=香樟，且相互之間比較差異均不顯著（P>0.05）。

3.2 病蟲的危害分析 調(diào)查各樣地發(fā)現(xiàn)，輻射松和岷江柏觀察到有病蟲害情況，發(fā)現(xiàn)病蟲害的植株數(shù)量分別占全部植株數(shù)量的6.25%和7.843%。病蟲害表現(xiàn)為枝葉末端枯燒發(fā)黃、樹(shù)皮腐爛、樹(shù)葉出現(xiàn)明顯病蟲等。

3.3 土壤的改良

3.3.1 有機(jī)質(zhì) 由表3可知，土壤有機(jī)質(zhì)含量由大到小為：岷江柏>刺槐>輻射松>仙人掌>香樟>銀杏>云南松，其中，刺槐群落和岷江柏群落的土壤有機(jī)質(zhì)含量與其他群落的土壤有機(jī)質(zhì)含量?jī)蓛上啾炔町惥@著（P<0.05）;香樟群落與輻射松群落和仙人掌群落兩兩相比差異均顯著（P<0.05）;銀杏群落土壤有機(jī)質(zhì)與輻射松和仙人掌群落兩兩相比差異均顯著（P<0.05）;輻射松群落和仙人掌群落土壤有機(jī)質(zhì)含量與云南松群落兩兩相比差異均顯著（P<0.05）。

3.3.2 孔隙度 從高到低由表4可知，土壤孔隙度由大到小為：刺槐>銀杏>仙人掌>云南松>香樟>輻射松>岷江柏，其中，輻射松群落土壤總孔隙度與刺槐群落土壤總孔隙度兩兩相比差異顯著（P<0.05）;岷江柏群落與刺槐群落和銀杏群落兩兩相比差異顯著（P<0.05）。

3.3.3 pH 由圖4可知，土壤pH值由大到小依次為：仙人掌>銀杏岷>輻射松>刺槐>岷江柏>香樟>云南松。其中，輻射松群落、岷江柏群落和銀杏群落的土壤pH值與云南松群落的土壤pH值兩兩相比差異顯著（P<0.05）;香樟群落與銀杏群落土壤pH值兩兩相比差異顯著（P<0.05）。

3.3.4 水分 由表5可知，該地區(qū)土壤水分含量香樟樣地>仙人掌樣地、輻射松樣地>仙人掌樣地、輻射松樣地>云南松樣地、銀杏樣地>仙人掌樣地、銀杏樣地>云南松樣地，且P<0.05，其余組間兩兩相比差異均不顯著（P>0.05）。

3.4 植物群落多樣性與土壤條件相關(guān)性分析 表6可知，Simpson指數(shù)、Shannon-wiener指數(shù)和Pielou均勻度指數(shù)與有機(jī)質(zhì)含量、土壤總孔隙度、pH值和土壤水分均呈正相關(guān)。其中植物群落Pielou均勻度指數(shù)與有機(jī)質(zhì)含量相關(guān)系數(shù)為0.773，并且在0.05水平（雙側(cè)）上顯著相關(guān)。

3.5 植物群落結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性評(píng)價(jià) 由表7可知，刺槐群落的Simpson指數(shù)、Shannon-wiener指數(shù)、Pielou均勻度指數(shù)、病蟲害情況、土壤有機(jī)質(zhì)含量及土壤pH值6項(xiàng)含量評(píng)分都相對(duì)較高;輻射松群落的土壤總孔隙度、土壤pH值和土壤水分3項(xiàng)含量評(píng)分相對(duì)較高;岷江柏群落的Simpson指數(shù)、Shannon-wiener指數(shù)、Pielou均勻度指數(shù)、保存率、幼苗更新率、土壤有機(jī)質(zhì)含量、土壤總孔隙度和土壤pH值8項(xiàng)含量評(píng)分相對(duì)較高;仙人掌群落的保存率、幼苗更新率和病蟲害情況3項(xiàng)含量評(píng)分都相對(duì)較高;香樟群落的Shannon-wiener指數(shù)、病蟲害情況、土壤總孔隙度和土壤水分含量4項(xiàng)含量評(píng)分相對(duì)較高;銀杏群落的保存率、病蟲害情況、土壤pH值和土壤水分4項(xiàng)含量評(píng)分相對(duì)較高;云南松群落只有病蟲害情況和土壤總孔隙度2項(xiàng)含量評(píng)分相對(duì)較高。

各植物群落各項(xiàng)指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)結(jié)果見(jiàn)表8，各植物群落各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行等級(jí)劃分，等級(jí)劃分是根據(jù)各植物群落各項(xiàng)指標(biāo)中最大數(shù)值的代數(shù)和減去最小數(shù)值的代數(shù)和，再進(jìn)行3等分，把分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)確定為高、中、低3個(gè)等級(jí)。由表8可知，植物群落的各項(xiàng)指標(biāo)綜合評(píng)分從高到低依次為岷江柏>仙人掌=刺槐>輻射松>銀杏>香樟>云南松。

4 討論

4.1 不同植物群落的各項(xiàng)指標(biāo) 根據(jù)調(diào)查結(jié)果可以看出：在自然情況下，仙人掌、岷江柏、銀杏在干旱河谷種植保存率較大;在自然情況下，仙人掌和岷江柏在干旱河谷種植能較好的自行繁殖;在自然情況下，刺槐、岷江柏、香樟和輻射松在干旱河谷種植，其群落結(jié)構(gòu)會(huì)更加穩(wěn)定;在干旱河谷種植，輻射松和岷江柏患病概率比其他植物品種的概率更大。另外，岷江柏和刺槐都能極大地提高土壤有機(jī)質(zhì)的含量;對(duì)土壤孔隙度改良較為顯著的是岷江柏和輻射松;輻射松、仙人掌、岷江柏和刺槐的土壤pH值更接近于該地區(qū)的平均水平;輻射松和銀杏具有較高的保水性;植物群落Pielou均勻度指數(shù)與有機(jī)質(zhì)含量呈正相關(guān)。

4.2 不同植物群落在干旱河谷綜合評(píng)價(jià) 根據(jù)本次調(diào)查結(jié)果可知：在干旱半干旱地區(qū)，岷江柏群落在各指標(biāo)上優(yōu)于其他群落，說(shuō)明其在該地區(qū)具有最優(yōu)的群落結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，但由于岷江柏群落易染病蟲害，所以在種植時(shí)需要多加管護(hù);仙人掌和刺槐具有相同的綜合得分，不同的是刺槐群落是在多樣性方面的得分較高，仙人掌群落則是在保存率和幼苗更新率方面的得分較高;輻射松群落和銀杏群落的群落物種多樣性均為中等，綜合得分處于中等水平，說(shuō)明這2種植物在干旱半干旱地區(qū)種植也能取得較好的效果;香樟和云南松多項(xiàng)指標(biāo)均為低，說(shuō)明它們?cè)诟珊蛋敫珊档貐^(qū)群落的穩(wěn)定性較差。

5 結(jié)論

（1）岷江柏在干旱半干旱地區(qū)最適宜栽培，但需要做好病蟲害防治工作。

（2）仙人掌和刺槐在干旱半干旱地區(qū)都能保持較好的群落結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，并且這2種植物相對(duì)耐旱，可以種植在干旱半干旱地區(qū)生存環(huán)境相對(duì)較差的山腰地帶。

（3）輻射松和銀杏在干旱半干旱地區(qū)種植，雖然能較好的改善土壤條件，但是其群落多樣性和幼苗更新率都處于中等水平。因此，建議將輻射松和銀杏種植在生存環(huán)境較好或有人工管護(hù)的地帶。例如，山頂?shù)貛Щ蛘吖穬膳跃G化帶，以助于這2種植物群落能夠良好生長(zhǎng)，長(zhǎng)久保持其群落穩(wěn)定性。

（4）香樟和云南松綜合得分都偏低，尤其是更新率和對(duì)土壤條件的改良情況較差，不建議種植在干旱半干旱地區(qū)。

參考文獻(xiàn)

[1]關(guān)文彬，冶民生，馬克明，等.岷江干旱河谷植被分類及其主要類型[J].山地學(xué)報(bào)，2004（06）：679-686.

[2]中國(guó)科學(xué)院青臧高原綜合考察隊(duì).橫斷山區(qū)干旱河谷[M].北京：科學(xué)出版社，1992.

[3]李宏林.青藏高原東部高寒濕地逆向演替序列上植物物種對(duì)土壤水分變化響應(yīng)的研究[D].蘭州：蘭州大學(xué)，2016.

[4]龍漢利，覃志剛，劉福云，等.四川干旱河谷地區(qū)植被恢復(fù)研究進(jìn)展[J].四川林業(yè)科技，22013，234（6）：27-32.

[5]趙琳，楊育林，鄢武先，等.川西干旱河谷植被恢復(fù)立地質(zhì)量評(píng)價(jià)[J].南方林業(yè)科學(xué)，2018，46（04）：51-62.

[6]瀘定縣大渡河干旱河谷地區(qū)云南松撒播造林成效調(diào)查[J].四川林業(yè)科技，1984（02）：34-35.

[7]中華人民共和國(guó)農(nóng)業(yè)部.NY/T1121.6-2006.土壤檢測(cè)第6部分;土壤有機(jī)質(zhì)的測(cè)定[S].2006.

[8]中華人民共和國(guó)國(guó)家林業(yè)局.LY/T1213-1999.森林土壤含水量的測(cè)定[S].1999.

[9]Fortin M J.， Draperal P.， Legendre P. Spatial autocorrelation and sampling design in plant ecology[J].Vegetation. 1989（83）：209-222.

[10]中華人民共和國(guó)農(nóng)業(yè)部.NY/T1121.4-2006.土壤檢測(cè)第4部分;土壤容重的測(cè)定[S].2006.

[11]中華人民共和國(guó)農(nóng)業(yè)部.NY/T1121.2-2006.土壤檢測(cè)第2部分;土壤pH的測(cè)定[S].2006.

[12]高賢明.陳靈芝.北京山區(qū)遼東櫟（Quercus liaotungensis）群落物種多樣性的研究[J].植物生態(tài)學(xué)報(bào)，1998（1）：23-32.

[13]Pielou E C. Ecological diversity[M].New York，1975.

[14]錢迎倩.生物多樣性研究的原理與方法[M].北京：中國(guó)科學(xué)技術(shù)出版社，1994.

[15]陳振民.環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)實(shí)務(wù)[M].鄭州：鄭州大學(xué)出版社，2003.

（責(zé)編：張宏民）

基金項(xiàng)目：四川省財(cái)政專項(xiàng)項(xiàng)目“干旱河谷生態(tài)防護(hù)林治理恢復(fù)模式碳的積累與分配特征研究”（項(xiàng)目編號(hào)：2019CZZX09）。

作者簡(jiǎn)介：齊沛森（1992—），男，蒙古族，內(nèi)蒙古赤峰人，碩士，研究方向：森林生態(tài)學(xué)。

通訊作者? 收稿日期：2019-10-10