干旱半干旱地區主要治理模式森林植被群落結構及穩定性研究

齊沛森 黃鐘宣 桑尼 楊育林 鄢武先 尤繼勇 吳雨峰

摘 要：為評價并篩選適合干旱河谷地區植被恢復的植物種類，該研究基于甘孜州瀘定縣的干旱半干旱生態綜合治理試點示范項目，在甘孜州瀘定縣生態治理植被恢復區調查了21個典型樣地，記錄樣地內喬木種名、株數等，灌草層種名、多度、蓋度等;土壤樣品主要測定有機質含量、總孔隙度、pH值以及水分含量等指標。結果表明，岷江柏在干旱半干旱地區最適宜栽培;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。

關鍵詞：干旱河谷;群落結構;穩定性

中圖分類號 S731文獻標識碼 A文章編號 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

干旱河谷是生態相對脆弱、存在生態問題較多、治理極為困難的特殊地域類型[1]，主要分布在中國西南山區。川西干旱河谷主要分布在橫斷山區地帶[2]，其成因主要是高大山體阻擋了季風氣流，受“焚風效應”的影響，降水量少而蒸發量大，使得河谷地區常年干旱。同時，人類活動使土地的退化和植被的逆向演替越加迅速[3]。長期以來，干旱河谷的植被恢復困難是阻礙當地生態建設和經濟發展的重要因素，受到了各級部門和社會的廣泛關注[4]。任由植被自然恢復，可能需要幾十年甚至上百年時間，且未必能達到理想效果，而人工造林可促進植被群落朝正向演替發展，縮短植被恢復時間[5]。本研究對干旱河谷核心區域瀘定縣岷江柏、云南松、仙人掌等主要造林模式植物群落進行了結構及穩定性調查，篩選出適合的治理模式，將有助于指導干旱河谷地區的植被恢復工作，對該地區生態建設和經濟發展具有重要的現實意義。

1 研究區概況

研究區選擇在甘孜州瀘定縣，位于東經101°46′～102°25′，北緯29°54′～30°10′。屬于大渡河干旱河谷區，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。河谷內干濕季明顯，年均氣溫15.5℃，年降雨量664.4mm，年蒸發量1275.7mm，年蒸發量為降雨量的2～4倍。年均日照時數1323.6h，全年無霜期279d。旱季為11月至次年4月，降雨量僅占全年降雨量的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 樣地調查與采樣 調查地為甘孜州瀘定縣生態治理植被恢復區，林地喬木主要為人工栽植，其余灌木和草本大都自然生長，林齡有10年以上，已基本成林，試點區均無人工施肥和人工灌溉情況。試點區多位于中坡位，干旱的核心地段，在其中選取21個典型樣地進行調查。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置對照調查樣方。記錄樣地內所有胸徑5cm以上喬木的種名、株數等;灌草層記錄種名、多度、蓋度等。樣方內隨機設置3個樣點，并同時記錄土壤類型、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行分析測定，主要測定土壤有機質含量、土壤總孔隙度、pH值和水分含量等指標。

2.2 測定指標 土壤理化性質的測定：（1）土壤有機質（g/kg）：參照中華人民共和國農業行業標準（NY/T1121.6-2006）[7]，采用重鉻酸鉀滴定法測定;（2）含水量（g/kg）：參照中華人民共和國林業行業標準（LY/T1213-1999）[8]，采用烘干法測定;（3）孔隙度（%）：采用相關公式計算獲得，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農業行業標準（NY/T1121.4-2006），采用環刀法[10]測定）;酸堿度參照中華人民共和國農業行業標準（NY/T1121.2-2006）采用電極法測定[11]。保存率和多樣性的測定：（1）保存率：計算栽植和死亡數目獲得;（2）多樣性：由Simpson指數、Shannon-wiener指數（H）和Pielou均勻度指數（E）確定[12，13，14]，Simpson指數[D=1-NiNi-1NN-1、]Shannon-wiener指數H=-ΣPilnPi、Pielou指數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個物種的重要值，Pi=Ni/N;Hmax=LnS（S為群落中的總物種數）。

2.3 數據分析 采用SPSS 21.0和Excel 2016進行單因素方差分析和T檢驗。測定結果均用mean±SE（平均值±標準誤）表示。通過研究結果，確定該地區主要治理模式的群落結構和穩定性，評價并篩選適合干旱河谷地區植被恢復的植物種類。

2.4 相關指標評價方法 借鑒單因子與綜合指數法對各項指標進行評價[15]，計算后得到各群落的平均得分。計算方法分為3類，第1類是土壤有機質、含水量、Simpson指數、Shannon-wiener指數和Pielou均勻度指數、保存率和幼苗更新率，數值越高表明樣地現狀越好，公式為[I=CiSi];第2類是孔隙度，數值越低表明樣地現狀越好，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類是病蟲害情況評分標準，無病蟲害記為1分、病蟲害較為嚴重記為0.5分、特別嚴重記為0分;式中，I為得分值，Si為均值，Ci為實測值。各樣地綜合得分：[I總=1ki=1kIi];其中，I總為綜合指數，k為評價因子數。

3 結果與分析

3.1 植被的群落結構

3.1.1 植被保存率 共計調查刺槐（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，其保存率見圖1。由圖1可知，栽植保存率較高的為仙人掌，達到了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指數與云南松群落的Simpson指數相比都大，且P<0.05;刺槐、輻射松、岷江柏、香樟和銀杏群落的Shannon-wiener指數與云南松群落的Shannon-wiener指數相比都大，且P<0.05;刺槐、輻射松、岷江柏和銀杏群落的Pielou均勻度指數與云南松群落的Pielou均勻度指數相比都大，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 調查各樣地發現，輻射松和岷江柏觀察到有病蟲害情況，發現病蟲害的植株數量分別占全部植株數量的6.25%和7.843%。病蟲害表現為枝葉末端枯燒發黃、樹皮腐爛、樹葉出現明顯病蟲等。

3.3 土壤的改良

3.3.1 有機質 由表3可知，土壤有機質含量由大到小為：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質含量與其他群落的土壤有機質含量兩兩相比差異均顯著（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）;銀杏群落土壤有機質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質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性分析 表6可知，Simpson指數、Shannon-wiener指數和Pielou均勻度指數與有機質含量、土壤總孔隙度、pH值和土壤水分均呈正相關。其中植物群落Pielou均勻度指數與有機質含量相關系數為0.773，并且在0.05水平（雙側）上顯著相關。

3.5 植物群落結構穩定性評價 由表7可知，刺槐群落的Simpson指數、Shannon-wiener指數、Pielou均勻度指數、病蟲害情況、土壤有機質含量及土壤pH值6項含量評分都相對較高;輻射松群落的土壤總孔隙度、土壤pH值和土壤水分3項含量評分相對較高;岷江柏群落的Simpson指數、Shannon-wiener指數、Pielou均勻度指數、保存率、幼苗更新率、土壤有機質含量、土壤總孔隙度和土壤pH值8項含量評分相對較高;仙人掌群落的保存率、幼苗更新率和病蟲害情況3項含量評分都相對較高;香樟群落的Shannon-wiener指數、病蟲害情況、土壤總孔隙度和土壤水分含量4項含量評分相對較高;銀杏群落的保存率、病蟲害情況、土壤pH值和土壤水分4項含量評分相對較高;云南松群落只有病蟲害情況和土壤總孔隙度2項含量評分相對較高。

各植物群落各項指標綜合評價結果見表8，各植物群落各項指標進行等級劃分，等級劃分是根據各植物群落各項指標中最大數值的代數和減去最小數值的代數和，再進行3等分，把分級標準確定為高、中、低3個等級。由表8可知，植物群落的各項指標綜合評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指標 根據調查結果可以看出：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，其群落結構會更加穩定;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質的含量;對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均勻度指數與有機質含量呈正相關。

4.2 不同植物群落在干旱河谷綜合評價 根據本次調查結果可知：在干旱半干旱地區，岷江柏群落在各指標上優于其他群落，說明其在該地區具有最優的群落結構穩定性，但由于岷江柏群落易染病蟲害，所以在種植時需要多加管護;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，說明這2種植物在干旱半干旱地區種植也能取得較好的效果;香樟和云南松多項指標均為低，說明它們在干旱半干旱地區群落的穩定性較差。

5 結論

（1）岷江柏在干旱半干旱地區最適宜栽培，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都能保持較好的群落結構穩定性，并且這2種植物相對耐旱，可以種植在干旱半干旱地區生存環境相對較差的山腰地帶。

（3）輻射松和銀杏在干旱半干旱地區種植，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境較好或有人工管護的地帶。例如，山頂地帶或者公路兩旁綠化帶，以助于這2種植物群落能夠良好生長，長久保持其群落穩定性。

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

參考文獻

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（責編：張宏民）

基金項目：四川省財政專項項目“干旱河谷生態防護林治理恢復模式碳的積累與分配特征研究”（項目編號：2019CZZX09）。

作者簡介：齊沛森（1992—），男，蒙古族，內蒙古赤峰人，碩士，研究方向：森林生態學。

通訊作者? 收稿日期：2019-10-10