等高反坡階對松華壩水源區次生林優勢樹種的影響研究

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的影響，給西南水土流失嚴重地區棄荒坡地植被恢復提供參考，在已布設等高反坡階多年的樣地內進行了調查研究。結果表明：等高反坡階對植株數量有所提升，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分布偏度在2樹種分別表現為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。

關鍵詞：等高反坡階;次生林;喬木;松華壩水源區

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

1 引言

植被是陸地生態系統的重要組成部分，是生態系統中物質循環與能量流動的中樞[1]。植被與周圍環境因子諸如土壤、大氣、水分等相互作用相互影響，共同維持著生態系統的平衡與穩定[2]。由于其資源的分布不均性，植物種群之間及種群與環境之間相互競爭與相互選擇，各生物出現在空間配置上的差異性，即不同的群落結構。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、土壤養分大量流失，導致植被群落出現退化現象[3-6]。昆明松華壩水源區是我國首個水源保護區，水源區內山區半山區面積占總面積的95%以上[7]，是典型的紅壤坡地侵蝕區，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量也急劇退化[8]。自1981年水源區成立以來，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以及不同森林類型水源涵養功能的科學評價，水源區內次生林大多是水源涵養功能較差的針葉純林，很少有發育良好的常綠闊葉林。

等高反坡階是調節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現，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迤者小流域內遴選一個典型次生林生長群落，采用調查分析與實測研究相結合、野外監測與室內實驗分析相結合的研究方法，在布設多年的反坡水平階影響下，研究次生林群落喬木結構和生長狀況變化的規律，為科學評價反坡階對次生林生長的影響以及對科學評價水源區內次生林對林地養分和水源涵養的功能，提供一定的實測數據和理論支撐，也希望可以為其他同等條件下水源區次生林建設與保護提供一定的參考和借鑒。

2 研究區概況

迤者小流域屬滇池流域盤龍江源頭支流流域，地處北緯24°14′43″～25°12′48″，東經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。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

在小流域內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查，內容包括種類、株數、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 結果分析

4.1 直徑結構分析

迤者小流域內主要以針葉林為主，主要樹種為云南松，在試驗區次生林樣地內，喬木優勢種主要為云南松，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，因為樣地內的喬木樹高均在3m以下，故直徑結構選取的是地徑結構。直徑結構不僅是樹高、斷面積和材積的基礎，而且也是對森林木材蓄積量的經統計分析的重要數據支持[11]。經統計分析，等高反坡階樣地和對照樣地的樹種地徑結構特征參數，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綴塊，繼而形稱交錯區，既能提供物種的多樣性，也能增加植株數量。

云南松和滇青岡的直徑正態偏度在2種樣地中幾乎均呈現負值，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大于反坡階樣地，再結合平均數和標準差，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，植株的生長和直徑變化相對的呈現出正態分布，說明等高反坡階在影響土壤水分和養分的分布時，進而能增加新生植株數。

4.2 樹高結構分析

株高是植物形態學調查工作中最基本的指標之一，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，其更新優勢相比于周邊的成熟林結構更大。

4.3 新枝年生長量分析

自然環境中，云南松、滇青岡等植物生長情況較為緩慢，等高反坡階布設后產生的影響效果不能及時有效的快速體現，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、滇青岡優勢種樹木進行新枝生長量調差，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、新枝枝徑上均優于對照樣地。其中，等高反坡階樣地內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%，結合樹高（表2）生長量來看，兩樣地內樹高差異不大，從側面說明，等高反坡階作用下，使土壤中的營養物質更多的促使植株在株徑、側枝等橫向方向生長。

4.4 等高反坡階對植被特征的相關性分析

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分析（表4）顯示，株高與等高反坡階之間的相關性為0.121，說明二者之間的相關性極弱，可視為不線性相關，株直徑與等高反坡階的相關性位0.371，為低度相關性。

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出其效果。等高反坡階首先改變的是土壤的結構，通過這種土壤的物理結構的變化，對土壤徑流和壤中流進行截留和再分配，再加上環境因素中的溫度、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元素的分布。

5 討論與結論

5.1 討論

植物種群分布格局的形成受物種的生物學特性和群落環境密度兩方面的影響[12]。環境對植物群落的組成、結構、功能及動態分布等都有影響[13]，由于長期的自然選擇，不同生境植被群落對各自生態位均具有適應性[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域拓展生態位，從而導致植物種群的斑塊化分布。本研究試驗地屬創設早期，植物群落處演替初期，人為干擾和土木建設對植被群落演替發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綴塊，繼而形稱交錯區，多變且較脆弱的生態系統，使整個植物群落表現出r-選擇。

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

本研究試驗區所在的是棄荒坡地次生林，該地段的植被恢復生長過程也是對環境不斷適應和改造的過程，在該過程中布設等高反坡階，改變了土壤養分的分布，而土壤養分又是植被生長的主要驅動力之一[16]。受等高反坡階的影響，使原就分布不均的土壤養分出現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。結合前人研究[17，18]，土壤中的有機質、氮磷等含量與土壤環境的復雜多樣性密切相關，并得出在小尺度內，植物多樣性和土壤中有機質、全氮含量成負相關。綜上所言，環境的差異對植物群落生長因子產生影響，在一定程度上是通過土壤的異質性導致的一系列相變化。

5.2 結論

（1）等高反坡階樣地中2優勢樹種的株數均比對照樣地中有所提升，分別是38株對應33株，17株對應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分布偏度在2樹種分別表現為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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