退化喀斯特森林群落类型划分及土壤理化性质

摘要：本文主要针对退化喀斯特森林植被恢复问题，以修文县喀斯特示范区为研究对象，在示范区内开展对不同退化喀斯特森林群落的调查研究，采用TWINSPAN分类法和DCA排序对31个样地进行群落类型划分，将修文县喀斯特示范区划分为7个森林群落类型，并对不同类型群落土壤理化性质进行深入研究，探索不同类型群落土壤理化性质变异规律，为下一步开展退化植被恢复提供理论依据。

关键词：TWINSPAN；DCA；群落类型；土壤理化性质

中图分类号： S15 文献标识码： A DOI编号： 10.14025/j.cnki.jlny.2016.17.061

贵州省地处我国西南地区，该省喀斯特地貌发育非常典型，面积约占全省总面积的62%。由于该地区人地矛盾的突出性，加之经济落后，大面积的开山造地，导致大片的原生喀斯特森林遭到毁灭性的破坏，喀斯特森林植被出现退化，继而引发了石漠化危害。石漠化问题已经诱变为该区域最严重的生态环境问题，严重制约着区域经济社会的发展，并已对人们的生存问题构成了严重的威胁。近年来，随着全社会生态文明意识的逐渐增强，对于生态环境的保护也越来越受到人们的重视，退耕还林工程、天然林保护工程以及各类造林绿化工程的逐步实施，使贵州的生态环境得到了有效改善，森林覆盖率逐年提高。但由于喀斯特森林群落的特殊性，全省部分地区森林仍存在有量无质的情况，退化森林群落面积较大，其组成结构不合理，生态系统稳定性差，极易发生退化，如何切实改善退化森林群落的结构，提高森林生态系统的多种效能是解决贵州生态环境问题的关键。本文以修文县喀斯特示范区为研究对象，通过采用TWINSPAN分类法和DCA排序对退化喀斯特森林群落进行划分，并深入研究不同类型群落土壤理化性质，为下一步开展退化森林群落结构调整提供理论依据。

1 研究区概况

研究区域位于贵州省贵阳市修文县龙场镇城边，乌江支流的猫跳河右岸，海拔1100～1500米，属亚热带季风气候区，年均温13.6℃，≥10℃积温4097.4℃，年降雨量1235毫米，分布不均，易出现干旱现象。试验示范区面积共1500亩，包括强、中、轻度三类石漠化等级，其中强度石漠化面积为260亩，中度石漠化面积为515亩，轻度石漠化面积为725亩。母岩以白云质灰岩为主。土壤为发育在白云质灰岩上的黄色石灰土和黑色石灰土，pH为4.0～7.4，土层浅薄，石砾含量高。现存植被为各种次生乔林、灌木林、藤刺灌丛、草坡以及石漠化荒地，群落盖度15%。主要植物种类有白栎（Quercus fabri Hance）、川榛（Corylus heterophylla Fisch. ex Trautv. var. sutchuenensis Franch）、茅栗（Castanea seguinii Dode）、火棘（Pyracantha fortuneana （Maxim.） Li）、光皮桦（Betula luminifera H. Winkl.）、红叶木姜子（Litsea rubescens Lec.）、响叶杨（Populus adenopoda Maxim.）、云南鼠刺（Itea yunnanensis Franch.）、盐肤木（Rhus chinensis Mill.）、麻栎（Quercus acutissima Carr.）等。当地村民经济条件较差，以农业生产为主要经济来源，副业以挖铝土矿为主。

2 研究方法

2.1 土壤理化性质测定

岩石裸露率用裸露岩石总面积与样地面积的百分比表示，裸露岩石面积用皮尺量测样地每一块岩石的尺寸，计算其面积；土壤厚度用自制测扦在样地中随机选择10个点实测，取其平均值。土壤pH值 — 电位测定法；有机质 — 重铬酸钾（K2Cr2O7）容量法、外加热法；全氮测定采用靛酚蓝比色法；全磷 — 钼锑抗比色法；全钾 — 火焰光度法；水解氮 — 碱解扩散法；速效磷 — pH8.5，0.5mol/lmNaHCO3法；速效钾 — 1mol/L NH 4OAc浸提、火焰光度法[1]。

2.2 数据处理

数据处理主要使用Excel2007、SPSS17.0、WinTWINS Version2.3和CANOCO 4.5等分析软件。

3 结果与分析

3.1 退化喀斯特森林类型划分

3.1.1 TWINSPAN群落分类 退化喀斯特森林类型的划分是开展植被恢复研究的前提，TWINSPAN是一种理想的植物群落分类方法，其分划过程充分利用了能够反映群落生境特征的指示种及其组合，可得到比较客观、合理的分类结果[2，3]。本文主要采用TWINSPAN分类法对31个样地进行群落类型划分，并结合野外调查结果和群落特征对TWINSPAN分类结果做了一些调整，选择D=4的划分结果，最终将示范区植被划分为7种群丛，具体划分结果见图1。

群落类型I：光皮桦—火棘—蕨类+芒群丛（ASS.Betula luminifera-Pyracantha fortuneana （Maxim.） Li-Cyclosorus interruptus （Willd.） H.Ito+Miscanthus sinensis），包含样地11、12、14。主要分布在弱度石漠化区内，海拔1355～1415米，坡度10～49°，岩石裸露率2%～65%，土层厚度21～75厘米，群落盖度为85%～95%，乔木层优势种为光皮桦，灌木层优势种为火棘，草本层为蕨类（Cyclosorus interruptus （Willd.） H.Ito）和芒（Miscanthus sinensis）。

群落类型II：香樟—小果蔷薇—白茅+荩草群丛（ASS.Cinnamomum camphora （L.） Presl.-Rosa cymosa Tratt.-Imperata cylindrica （Linn.）Beauv.+Arthraxon guizhouensis S. L. Chen et Y. X. Jin），包含样地25、26。主要分布在中度石漠化区内，海拔1297～1302米，坡度20°，岩石裸露率2%，土层厚度大于100厘米，群落盖度为80%，乔木层优势种为香樟（Cinnamomum camphora （L.） Presl.），灌木层为小果蔷薇（Rosa cymosa Tratt），草本层为荩草（Arthraxon guizhouensis S. L. Chen et Y. X. Jin）。

群落类型III：光皮桦—茅栗+白栎—芒群丛（ASS.Betula luminifera-Pyracantha fortuneana （Maxim.） Li-Castanea seguinii Dode+Quercus fabri Hance-Miscanthus sinensis），包含样地7、8、9、18、19、20。主要分布在弱度石漠化区内，海拔1308～1370米，坡度15～30°，岩石裸露率2%～55%，土层厚度20～100厘米，群落盖度80%～95%，乔木层优势种为光皮桦，灌木层优势种为茅栗和白栎，草本层优势种为芒（Miscanthus sinensis）。

群落类型IV：火棘—白茅+密毛蕨群丛（ASS.Pyracantha fortuneana （Maxim.） Li-Imperata cylindrica （Linn.） Beauv.+Cyclosorus interruptus （Willd.） H. Ito），包含样地15、16。主要分布在中度石漠化区内，海拔1350米，坡度20°，岩石裸露率25%～28%，土层厚度8～10厘米，群落盖度85%～90%，灌木层优势种为火棘，草本层优势种为白茅（Imperata cylindrica （Linn.） Beauv.）和密毛蕨（Cyclosorus interruptus （Willd.） H. Ito）。

群落类型V：猕猴桃—蒿类群丛（ASS.Actinidia chinensis-Artemisia japonica Thunb.），包含样地31。分布在中度石漠化区内，海拔1289米，坡度3°，岩石裸露率0，土层厚度大于100厘米，群落盖度80%，灌木层优势种为猕猴桃（Actinidia chinensis），无其他木本植物分布，草本层优势种为蒿类（Artemisia japonica Thunb.）。

群落类型VI：火棘+茅栗+木姜子—密毛蕨+白茅群丛（ASS. Pyracantha fortuneana （Maxim.） Li+Castanea seguinii Dode+Litsea rubescens Lec.-Cyclosorus interruptus （Willd.） H. Ito+Imperata cylindrica （Linn.） Beauv.），包含样地21、22、23、24、27、28、29、30。主要分布在强度石漠化区内，海拔1310～1435米，坡度15～45°，岩石裸露率5%～70%，土层厚度12～25厘米，群落盖度25%～90%，灌木层优势种为火棘和木姜子，草本层优势种为密毛蕨和白茅。

群落类型VII：白栎+小果南烛+茅栗群丛（ASS.Quercus fabri Hance+Lyonia ovalifolia （Wall.） Drude var. Elliptica （S. Et Z .） H. -M.+Castanea seguinii Dode），包含样地1、2、3、4、5、6、10、13、17。主要分布在中度石漠化区内，海拔1338～1373米，坡度15～50°，岩石裸露率1%～55%，土层厚度12～100厘米，群落盖度80%～100%，部分样地有马尾松（Pinus massoniana Lamb.）乔木树种分布，但密度低，灌木层优势种为白栎、小果南烛（Lyonia ovalifolia （Wall.） Drude var. Elliptica （S. Et Z .） H. -M.）和茅栗，灌木层盖度过大导致草本植物稀少。

3.1.2 DCA排序分析 采用DCA对示范区退化喀斯特森林群落31个样地进行分析，并根据前2个排序轴作出样地的二维排序图（图2），从图2可以看出，TWINSPAN分类所得各群丛类型在二维排序上有一定的分布范围和界线，分析结果较一致，说明DCA较好地反映出各植物群落之间以及植物群落与环境之间的关系，其排序的第一轴和第二轴显示出了较显著的生态学意义。DCA第一排序轴主要反映了各样方土层厚度、岩石裸露的变化趋势，从左到右样地土层厚度逐渐增大，岩石裸露率逐渐降低，土壤环境改善明显，DCA第二排序轴主要反映了各样方随坡度的变化趋势，从下到上坡度逐渐减小。

3.2 不同群落类型土壤特征

土壤养分是植物营养物质的主要来源，也是物质循环的重要组成部分，生态系统发展与稳定的潜在能力。本文主要对不同类型退化喀斯特森林土壤养分进行研究，不同群落类型土壤特征统计，见表1。

3.2.1 不同群落类型土壤pH值 土壤酸碱度对土壤肥力及植物生长影响较大，掌握不同群落类型土壤酸碱度状况对于开展植被恢复早期树种配置具有指导意义，示范区中除群落IV的土壤pH为7.78偏碱性外，其余土壤均偏酸性，其余群落pH值分布在5.13～6.33之间，均呈现偏弱酸性，主要是示范区属于白云质灰岩地段，其发育的土壤呈偏中到弱酸性。

3.2.2 不同群落类型土壤有机质 土壤有机质是土壤中非常活跃并普通存在的组分，其几乎对土壤本质的所有方面都产生强烈的影响[4]。近年来的研究则承认土壤有机质是土壤理化质量和健康的中心指标。由于土壤有机质可以对土壤理化质量健康和植被生产力产生有益的影响，多数人认为土壤有机质是土壤理化质量衡量指标体系中最重要的指标。

从图3中可以发现，不同类型退化喀斯特森林群落土壤有机质存在着一定的差异，其中有机质含量最高的是群落III，该类型植被覆盖率高，物种丰富多样，林下枯枝落叶层厚，微生物种类多，植被营养返还能力高，群落II的有机质含量最低，仅为19.54克/公斤，主要是由于该种群落为香樟纯林，物种单一，香樟为常绿树种，枯枝落叶稀少，并且由于栽植密度过大，植物生长消耗了土壤中的大量养分，导致有机质含量很低，其他类型群落有机质差异不明显，值主要分布在34.17～49.46克/公斤之间。

3.2.3 不同群落类型土壤全量养分 土壤养分全量是该元素土壤中各种形态含量的总和，一定程度上可以代表土壤的养分供应的潜在水平。从图4可以看出，不同类型退化喀斯特森林群落土壤全量养分含量均是K>N>P，全N含量最高的是群落IV，含量为2.37克/公斤，最低的是群落V，含量为1.36克/公斤；全P含量均很小，其中最高的是群落IV，含量为0.41克/公斤，最低的是群落VI，含量为0.28克/公斤 ；全K含量最高的是群落II，含量为12.97克/公斤，最低的是I，含量仅为1.59克/公斤，与群落II差距显著。

3.2.4 不同群落类型土壤有效养分 土壤元素的全量只能看作土壤养分的潜在供应能力和贮量的指标，植物能吸收利用的是土壤中元素的有效态，有效态元素的含量对植物生长的作用较元素全量大[5]，其含量的高低直接决定植被生产力的大小。

从图5可以看出，不同类型退化喀斯特森林群落土壤有效养分含量普遍都是N>K>P。水解N含量最高的是群落IV，含量为221.20毫克/公斤，最低的是群落VI，含量为100.56毫克/公斤；不同类型群落有效P含量差异不显著，其中最高的是群落I，含量为15.61毫克/公斤，最低的是群落III，含量为12.44毫克/公斤；速效K含量最高的是群落IV，含量为146.25毫克/公斤，最低的是群落I，含量为71.33毫克/公斤。

3.2.5 不同群落类型土壤体积 由于喀斯特区环境复杂，岩石裸露率高，小生境多样，如石沟、石槽等小生境较多，土壤总量便成为植被恢复的早期的重要元素，土壤体积成为反映喀斯特生态系统潜在发展能力的重要指标。

从表2可以看出，不同类型群落中群落V的土层厚度大，岩石裸露率低，土壤体积最大，高达1.00立方米/平方米，土壤具有很强的供应能力，其次群落II的土壤条件与群落V相当，也具有很高的土壤体积，而群落IV土层厚度很小，仅为9.00厘米，并且岩石裸露率高达26.5%，导致其土壤体积很小，只有0.07立方米/平方米，土壤供应能力较差。

4 结语

本文采用TWINSPAN群落分类方法将示范区植被类型划分为7个群丛；通过采用DCA排序分析，较好地反映出各植物群落之间以及植物群落与环境之间的关系。对退化森林群落进行科学划分是开展退化植被恢复的关键和前提，它能为植物群落早期树种配置和后期群落结构调整提供理论依据。

通过研究不同群落类型土壤理化性质，研究表明：不同群落类型土壤理化性质差异显著，土壤养分含量的高低能够客观反映不同类型群落恢复的潜力大小。通过研究不同群落类型土壤理化性质，针对不同退化群落土壤养分状况，制定相应的植被恢复模式，确保植被恢复取得良好成效。

参考文献

[1]鲍士旦.土壤农化分析[M].北京：中国农业出版社，2000.

[2]张金屯.数量生态学[M].北京：科学出版社， 2004.

[3]许彬，张金屯，杨洪晓，等. 京西百花山植物群落数量分析[J].北京师范大学学报（自然科学版），2006，42（01）：90-94.

[4]刘晓冰，邢宝山，Stephen J.Herbert.投入质量及其评价指标[J].农业系统科学与综合研究，2002，18（02）：109-111.

[5]谢丽萍.石漠化过程中土壤——植被系统营养元素的协变关系[D].中国科学院研究生院，2006.

作者简介：蔡品迪，硕士，贵州省林业调查规划院，工程师，研究方向：林业调查规划设计。