白龍江干旱河谷灌叢群落類型與土壤持水特性

陳林生,張嵐琦,宋占邦,王龍江,張海龍,齊孝華,奚 淑

(甘肅省白龍江林業(yè)生態(tài)監(jiān)測和調(diào)查規(guī)劃院,甘肅蘭州 730070)

干旱河谷是指在高山峽谷區(qū)下部出現(xiàn)的四周被相對濕潤環(huán)境所包圍的較干旱、溫度較高、以灌叢和草叢植被為主的河谷生態(tài)系統(tǒng)或河谷景觀[1],該區(qū)域以高山峽谷地貌為主,地形破碎,植被稀疏,降雨量少,蒸發(fā)量大,氣候干熱,水熱矛盾突出,水土流失嚴(yán)重,是在山區(qū)整治中最關(guān)鍵和最困難的特殊地域類型之一[2-3]。保護(hù)和合理利用這一地區(qū)的植物資源對于干旱河谷水源涵養(yǎng)、水土保持等生態(tài)環(huán)境建設(shè)有著重要作用[4-9]。

白龍江流域干旱河谷是長江水系北部的生態(tài)脆弱帶和敏感區(qū),其植被生態(tài)系統(tǒng)退化嚴(yán)重,泥石流和滑坡等地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā),水土流失嚴(yán)重,治理困難,具有向荒漠化發(fā)展的趨勢。白龍江干旱河谷區(qū)域也是人口和城鎮(zhèn)分布密集地帶,其惡劣的生態(tài)環(huán)境和逐漸增多的自然災(zāi)害嚴(yán)重影響當(dāng)?shù)丶跋掠蔚墓まr(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民群眾的生活,已成為制約該地區(qū)經(jīng)濟(jì)社會可持續(xù)發(fā)展的主要因素[10-11]。由于白龍江中下游地區(qū)地質(zhì)構(gòu)造較復(fù)雜,地形、地貌的差異引起了水、熱的再分配,形成了不同的生物、氣候帶的自然景觀[12]。筆者對白龍江干旱河谷區(qū)灌叢群落類型與土壤持水特性進(jìn)行研究，旨在為今后該地區(qū)生態(tài)恢復(fù)、造林樹種選擇提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況與研究方法

1.1 研究區(qū)概況白龍江干旱河谷脆弱生態(tài)區(qū)主要是指甘肅迭部縣尼傲鄉(xiāng)至文縣口頭壩鄉(xiāng)長約400 km的白龍江干流及其支流流域,海拔700～2 200 m,面積約271 214 hm2[13]的河谷及淺山地帶地區(qū),大部分屬于亞熱帶季風(fēng)氣候,還有部分屬于溫帶大陸性氣候,境內(nèi)氣候溫暖濕潤,光照充足,冬無嚴(yán)寒,夏無酷暑,主要包括舟曲、迭部、宕昌、武都和文縣等行政單元[14]。該區(qū)域植被稀疏,部分地塊裸露,土壤類型在上游寬谷盆地以山地棕褐土為主,中游及下中游則以棕色森林土為主[15]。

1.2 研究方法采用典型抽樣法,選擇植物分布均勻、人為因素干擾較少,且以天然植被為主的區(qū)域,設(shè)置5 m×5 m的灌木調(diào)查樣方,并在樣方內(nèi)設(shè)置5個1 m×1 m的小樣方進(jìn)行草本調(diào)查。調(diào)查因子包括植物的種類、基徑、冠幅、株數(shù)、株高、蓋度等,記錄海拔、坐標(biāo)、坡向、坡度等。根據(jù)不同的地形、海拔、坡向、土壤類型以及植物類型在白龍江干旱河谷地區(qū)共設(shè)置75個植物樣方。該研究參考李玉等[16]的研究選取重要值前6的種群進(jìn)行研究,河朔蕘花(WikstroemiachamaedaphneMeisn)、川甘亞菊(Ajaniapotaninii)、小葉香茶菜[Rabdosiaparvifolia(Batalin) Hara]、西南野丁香(LeptodermispurdomiiHutch)、荊條(Vitexnegundovar.heterophylla)和胡枝子(Lespedezadaurica)。

2 結(jié)果與分析

2.1 灌木種群類型河朔蕘花是瑞香科(Thymelaeaceae Juss)蕘花屬(WikstroemiaEndl)灌木,喜光,極耐干旱,耐瘠薄,不耐水濕,纖維可造紙,作人造棉,莖葉有毒殺害蟲的作用,是白龍江干旱河谷主要植被建群種之一,其分布較廣,在18個樣地中出現(xiàn),占總樣地的24.0%(表1),海拔分布在965～2 019 m,平均蓋度51.8%,主要伴生種有川甘亞菊、小葉香茶菜、西北栒子(CotoneasterzabeliiSchneid)、小檗(Berberisthunbergii)等。川甘亞菊是菊科(Asteraceae Bercht)亞菊屬(AjaniaPoljak)小灌木,也是我國特有植物,主要生長在河谷、山坡、山坡林下及丘陵地。與河朔蕘花一樣在研究區(qū)樣地中出現(xiàn)18次,占總樣地的24.0%,分布很廣,研究區(qū)海拔內(nèi)均有出現(xiàn),樣地蓋度(54.6%)略大于河朔蕘花,主要伴生種有小檗、華西小石積(OsteomelesschwerinaeSchneid)、西南葉丁香、小葉香茶菜、小黃素馨(JasminumhumileL.)、紅花錦雞兒(CaraganaroseaTurcz)、胡枝子和平枝荀子(CotoneasterhorizontalisDecne)等。小葉香茶菜是唇形科(Labiatae)香茶菜屬[Rabdosia(Bl. )Hassk]小灌木,在研究區(qū)出現(xiàn)的比例為22.7%,和前2種相差不大,但是樣地的蓋度大于河朔蕘花和川甘亞菊,主要以河朔蕘花、川甘亞菊、胡枝子、杭子梢(Campylotropismacrocarpa)等為伴生種。西南野丁香相比較前幾種在研究區(qū)樣方中出現(xiàn)的比例較小,為9.3%,主要伴生種有荊條、胡枝子和黃薔薇(RosahugonisHemsl)等。荊條是馬鞭草科(Verbenaceae)牡荊屬(Vitex)落葉灌木或小喬木,是黃荊的一個變種,其占總樣地比例的21.3%,樣地蓋度和小葉香茶菜相差不大,主要伴生種有火棘(Pyracanthafortuneana)、小檗、胡枝子、小葉香茶菜等。胡枝子是豆科(Leguminosae)胡枝子屬(Lespedeza)植物,其分布最廣,在研究區(qū)出現(xiàn)的樣地最多(24次),占總樣地的32.0%,主要伴生種有荊條、川甘亞菊、小葉香茶菜、西北栒子(CotoneasterzabeliiSchneid)等。

表1 白龍江干旱河谷主要灌叢群落類型

研究區(qū)草本植物主要以菊科植物為主,其次是禾本科植物,主要的草本有山艾蒿(ArtemisiaargyiLevl)、苦苣菜(Sonchusoleraceus)、抱莖小苦荬(Ixeridiumsonchifolia)、白茅(Imperatacylindrica)、蕓香草(Cymbopogondistans)等。白龍江干旱河谷的喬木主要有岷江柏木(Cupressuschengiana)、小葉楊(Populussimonii)、文縣楊(P.wenxianensis)、烏柳(Salixcheilophylla)等。

2.2 灌木種群植株含水率和土壤含水率由表2可知,不同灌叢種群植株含水率不同,植株含水率最大的是川甘亞菊種群,為58.8%,河朔蕘花種群植株含水率最小,為47.1%,各群落類型表現(xiàn)為川甘亞菊>胡枝子>西南野丁香>荊條>小葉香茶菜>河朔蕘花,西南野丁香、荊條、小葉香茶菜和河朔蕘花植株含水率相差不大,可能是木質(zhì)化程度相似的原因。各樣地土壤含水率較低,西南野丁香種群0～10 cm土層土壤含水率最低,僅15.6%,土壤含水率最大是胡枝子種群20～40 cm土層和荊條種群0～10 cm土層土壤,均為21.8%,說明白龍江干旱河谷地區(qū)土壤含水率低。胡枝子和河朔蕘花種群土壤含水率隨著土壤深度的增加而增大,其余均隨著土壤深度的增大而減小。

表2 白龍江干旱河谷主要灌叢與土壤含水率

續(xù)表2

2.3 主要灌叢植株含水率和土壤含水率的相關(guān)性由表3可知,河朔蕘花0～10 cm土層和10～20 cm土層呈顯著正相關(guān)(P<0.05)；川甘亞菊和小葉香茶菜種群土壤0～10 cm土層和10～20 cm土層呈顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05)；西南野丁香植株含水率與10～20和20～40 cm土層含水率呈顯著負(fù)相關(guān)；荊條植株含水率與0～10 cm土層土壤含水率呈顯著正相關(guān)。通過白龍江干旱河谷主要灌叢植株含水率和土壤含水率的相關(guān)性分析可知,研究區(qū)土壤水分是限制植物生長的最主要因素之一。

表3 白龍江干旱河谷主要灌叢植株與土壤含水率的相關(guān)性

3 結(jié)論與討論

白龍江干旱河谷脆弱生態(tài)環(huán)境退化嚴(yán)重,植被恢復(fù)困難,矮小灌叢植物是主要優(yōu)勢群落[17],通過對該地區(qū)6種主要灌叢種群分析可知,該地區(qū)植被蓋度較低,在51.8%～62.1%,其余地表裸露,導(dǎo)致土壤含水率低,植株含水率表現(xiàn)為川甘亞菊>胡枝子>西南野丁香>荊條>小葉香茶菜>河朔蕘花,川甘亞菊植株含水率為58.8%,河朔蕘花種群植株含水率為47.1%。通過白龍江干旱河谷主要灌叢植株含水率和土壤含水率的相關(guān)性分析可知,研究區(qū)土壤水分是限制植物生長的最主要因素之一。

白龍江干旱河谷生態(tài)環(huán)境的植被恢復(fù)是一個長期的過程,需要進(jìn)行不斷總結(jié)和研究示范,干旱河谷植被恢復(fù)的任務(wù)仍然艱難,一是必須認(rèn)識白龍江干旱河谷退化機(jī)制,只有認(rèn)清其退化機(jī)制,才能更有效防治退化和進(jìn)行植被恢復(fù)；二是從現(xiàn)有的植被研究出發(fā),認(rèn)清現(xiàn)有植被的功能及生態(tài)作用,注重適應(yīng)機(jī)制,減少現(xiàn)有植被的破壞；三是減少人為的破壞,通過封山育林、禁牧和禁止開礦等,保護(hù)植被不再遭受破壞；四是適地適樹,選擇當(dāng)?shù)氐臉浞N,如河朔蕘花、胡枝子、小葉香茶菜、西南野丁香、小黃素馨等,保證造林成活,在條件適宜的區(qū)域可以選擇一些經(jīng)濟(jì)林樹種,如油橄欖、花椒和核桃等,不僅可以起到植被恢復(fù)和保護(hù)生態(tài)環(huán)境的作用,還能帶來一定的經(jīng)濟(jì)收入。