民勤義糧灘不同林齡梭梭人工林群落生態特征研究

張勤德，劉偉,白斌 ， 張軍，何彩 ，李棟，董存元，谷英， 任德全

(1.武威市林業科學研究院，甘肅 武威 733000；2.石羊河林業總場義糧灘分場，甘肅 武威 733300；3.甘肅省武威市上方寺林場，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，并經過長期的外界環境作用而形成的[1]。群落環境條件特征直接影響植物群落結構，種類組成是植物群落最重要、最基本的特征，更是群落結構形成和植物資源開發利用的基礎[2]。目前，多數學者通過研究物種豐富度和分布均勻性指數，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價群落結構及其發展變化規律，同時也能反映群落的保護狀態[4，5]。

梭梭屬(Haloxylon)植物是亞洲荒漠區分布最廣的荒漠植被類型[6]。在我國，梭梭(Haloxylonammodendron)荒漠分布的面積十分廣闊，約占整個荒漠(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，工程造林是當地防沙治沙主要方式，其治沙生態林區保存較好的人工梭梭林面積約2.9萬hm2，形成約300 km的綠色長廊，是當地綠洲的重要屏障[8]。本文通過對民勤義糧灘不同林齡梭梭人工林群落生態特征進行研究，以期了解和掌握民勤荒漠人工梭梭群落的結構和物種多樣性變化規律，以期為推動干旱荒漠區植被恢復和物種多樣性的保護提供依據。

1 研究區概況

2 研究方法

2.1 觀測樣地設置

2018年4月，在民勤縣石羊河林業總場義糧灘分場2004年營造梭梭人工林內，選擇長勢相對一致、林分密度相似的區域，分別設置4個20 m×20 m的調查樣地，編號為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總場義糧灘分場2011年營造梭梭人工林內，選擇4個20 m×20 m調查樣地，分別編號為B1、B2、B3和B4。對樣地中梭梭植株進行統一編號(2018年當年生梭梭植株除外)。相應的樣方調查林下植被狀況。

2.2 梭梭種群特征觀測

2018年 5 月，記錄樣地內梭梭種群的現存梭梭株數，推算初始造林株數(根據造林密度計算)，得到梭梭種群的存活率。5—9月，在每塊樣地中選擇20株大小相似標準木，用鋼卷尺定期測量株高(cm)、冠幅直徑(cm);每株標準木測量20個新生枝條，測量其生長量。4個樣地分別測值取平均值。

2.3 林下植被調查

2018年6—8月，調查記錄樣方中林下植物的種類、株數，并測量每株植物的株高和冠幅。用數碼相機對草本樣方垂直拍照，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數，計算出各樣方的植被蓋度(%)，4個樣方取平均值。

2.4 數據處理與分析方法

用 SPSS 16.0軟件對數據進行差異顯著性分析(非參數檢驗)和Pearson相關分析。植物物種多樣性指標包括重要值、物種豐富度指數R和α多樣性[Shannon-Wiener指數(H′)、Simpson 指數(D)、Pielou 均勻度指數(Jsw和Jsi)]，計算方法參考文獻[10]。

3 結果與分析

3.1 梭梭人工林的種群特征

3.1.1 保存率 根據樣地梭梭種群中正常生長齡級最大的梭梭株數的調查，參考最初造林密度，發現目前2004年造林地保存率較高，平均可達 85%，2011年造林梭梭植株保存率為 73%。

3.1.2 長勢和當年新枝生長量 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，說明目前梭梭仍能生長。2018年調查顯示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，冠幅各月間生長波動性較大，但總體呈增加趨勢(圖3)。

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

圖2 2004年造林和2011年造林林分梭梭株高年內變化

圖3 2004年造林和2011年造林林分梭梭冠幅年內變化

圖4 2004年造林和2011年造林的梭梭林分月平均新枝生長量

3.2 林下植物多樣性

林下植被對保護沙漠、防風固沙有重要作用，是調整林分結構和恢復地力的主導驅動因子。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)為優勢種。2011年造林地林下植被以紅砂、白刺為優勢種。2004年造林和2011年造林林分總蓋度分別為 30.63%和16.88%。兩個林地植被α多樣性不同，Simpson指數和Pielou均勻度指數差別不大，而2004年林地的Shannon-Wiener指數高于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。可以看出民勤縣平均年降雨量為124 mm，降水量年際變異系數比較小，為0.11，土壤比較適合梭梭生長。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，已形成異齡復層混交林[11,12]，有利于人工林的長期適應性。

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

4 討論

通過對民勤縣義糧灘不同林齡的梭梭人工林進行野外調查和數據分析，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，說明目前梭梭仍較旺盛生長，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，冠幅各月間生長波動性較大，分析可能是受測量誤差、沙鼠啃食等影響，但總體呈增加趨勢，當年新枝生長量也是逐漸增加的，各月均為2011年造林顯著大于2004年造林，在生長季末期，達到最大值，其中2011年造林9月達到27.89 cm，2004年造林9月份達到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%，兩個林地植被α多樣性不同，Simpson指數和Pielou均勻度指數差別不大，而2004年造林地的Shannon-Wiener指數高于2011年造林地，分別為1.735和1.306，總體來說，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境有關，這與盧占芳[13]等研究的一致。林下植物多樣性除與造林時間和環境有關，人為的干擾以及樹種的選擇等作用有待進一步研究。

5 結論

為了恢復沙漠邊緣退化植被和防止風沙危害，在民勤石羊河林業總場義糧灘分場成功建植了梭梭林。經過多年的生長，該人工林目前存活率仍保持較好，冠幅也較大，當年新生枝條生長良好，株高也呈增加趨勢，林內有不同林齡的自然更新苗木伴生，林木自然更新是林地對當地環境適應的重要表征。林下草本植物和生物結皮發育良好，發揮了良好的防風固沙作用。從林地的梭梭存活率、生長狀況、林下植被恢復情況來看，兩種林齡梭梭林均能夠滿足功能的可持續性。