共和盆地不同人工灌木群落生态特性分析

尹书乐，王学全

（中国林业科学研究院 荒漠化研究所，北京 100091）

共和盆地不同人工灌木群落生态特性分析

尹书乐，王学全

（中国林业科学研究院 荒漠化研究所，北京 100091）

共和盆地高寒沙区植被恢复区4种典型人工灌木林是柠条Caragana korshinskii，沙棘Hippophae rhamnoides，沙柳Salix psammophila，乌柳Salix cheilophila。选取林龄相近的4种人工灌木林，对群落及林下草本植物的物种多样性和相关的环境因子进行调查，揭示林下植被物种多样性及环境因子的差异。结果表明：人工林类型对物种多样性的影响较为明显，各人工林类型林下草本植被物种多样性指数与物种丰富度指数具有相似的变化规律，均为沙棘＞柠条＞沙柳＞乌柳，而优势度指数与前者相反。不同林地表层土壤粒径组成差异明显，但细砂粒所占比例较大。试验样地均为碱性土壤，且林分类型对土壤养分含量影响显著。

共和盆地；人工灌木林；多样性；土壤粒径；养分

近年来，土地荒漠化受到越来越多人的重视，而植被恢复与重建作为防治土地荒漠化的有效方式，在干旱半干旱生态系统修复中得到广泛应用。干旱区环境条件恶劣，干燥少雨，风沙频繁，植被生长受到很大程度的影响，引入适当的造林树种显得尤为重要。多年研究调查表明，灌木对干旱区恶劣的环境条件适应能力很强，并且经过大量实践得到证实，人工灌木林在沙区植被恢复，水土保持，防风固沙等方面均能发挥重要作用[1,2]。灌木林具有很强的防风固沙能力，在干旱区与半干旱区植被恢复中得到广泛应用。林下植被能够丰富物种多样性，进而维护整个系统的稳定性，作为林地生态系统的重要组成部分，有着不可或缺的作用[3-5]。位于青藏高原东北部的共和盆地，是青藏高原土地荒漠化的典型代表，在气候上属于高寒干旱荒漠与半干旱草原的过渡区域，由于海拔高，气温低的原因，较其他沙漠化地区有着高寒的特殊性[6]。

在高寒荒漠地区开展植被恢复与重建，研究共和盆地典型灌木群落对于高寒干旱土地沙化防治和生态修复方面有重要意义[7-9]。当前学者们对于共和盆地的研究主要集中在单一林分，不同林龄植被的水分利用，光合特性，根系分布特征等[10-14]，而围绕该地区典型灌木群落的生物多样性及土壤理化性质综合报道的研究较少。因此，选取共和盆地典型灌木群落，对不同林分进行植被调查，得到林分类型对物种多样性的影响；对林下土壤理化性质分析，比较土壤水分含量，养分特征，粒径组成等方面的差异，为干旱区植被恢复与重建提供参考。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

研究区处于共和盆地中西部，行政上处于青海省海南藏族自治州共和县沙珠玉乡，地理纬度 99°45′～ 100°30′E， 36°03′～ 36°40′N，海拔2 871～3 870 m。气温低，年均2.4℃；年降水量246.3 mm，且主要集中在5～9月份，降雨季节分布不均，干湿季差异明显。干燥少雨的气候特征，加之大风的影响，使得该区域风沙活动频繁，沙丘固定难度大，风蚀荒漠化是当地土地荒漠化的主要成因，在一定程度限制了当地植被恢复与重建[15]。流动沙丘、半固定沙丘、固定沙丘和丘间地构成了研究区内的主要地貌类型[16]，随着沙障的引入，沙丘直播柠条、油蒿，丘间地进行乌柳造林等措施，流动沙丘得到控制，逐步演变为半固定沙丘和固定沙丘。植被也由最初人工种植的单一灌木演变到出现1年生和多年生草本，植被种类增多，群落生态系统更加稳定。研究区土壤以风沙土为主，主要包括固定风沙土、半固定风沙土和流动风沙土[17-18]。

1.2 研究方法

1.2.1 样地调查

对青海省沙珠玉林场多方踏查的基础上，选取4种有代表性的人工灌木林地，分别为柠 条Caragana intermedia、 沙 棘Hippophae rhamnoides、沙柳Salix psammophila、乌柳Salix cheilophila。不同林分样地基本情况见表1。4种林地中柠条位于沙丘（坡度13 °，丘高3 m），沙棘，沙柳，乌柳都位于丘间低地。选取林地林龄相近，长势均匀的灌木群落，在每种林地下分别设置样地面积为20 m×20 m的样地。在选取好的样地地随机设置5个5 m×5 m的样方，调查样方内灌木林的树高、胸径、冠幅、郁闭度等指标；每个样地设置5个1 m×1 m小样方，调查样方内草本植物的种名、数量、高度、盖度等。

表1 不同林分类型试验地基本情况Table 1 Basic conditions of different forest test plots

1.2.2 生物量与土壤因子测定

在1 m×1 m的小样方内，用剪刀剪取草本植被地上部分，带回实验室烘干，确定草本植被地上生物量。土壤水分测定用土钻法取0～100 cm，每10 cm一层，用铝盒烘干法测定其含水量。土壤调查用塑封袋取表层0～10 cm混合样，用四分法处理，带回实验室分析，其中：土壤全N含量采用凯氏定氮法测定，有机质含量采用重铬酸钾氧化法测定，全P、全K含量采用氢氧化钠碱熔法，土壤速效N含量分别用碱解扩散法，速效P含量采用碳酸氢钠浸提-钼锑抗比色法测定，速效K含量采用醋酸铵浸提-火焰光度法测定。土壤粒度采用比重计法测定。土壤酸碱度（pH值）采用1∶1水土比悬液pH 计测定法。以上土壤粒径和养分测定工作委托北京市农林科学院实验室完成。

1.2.3 多样性的测定方法

（1）重要值计算公式：

式中：P为重要值；E为相对密度；O为相对盖度；H为相对高度。

（2）灌木林下草本植被多样性选用物种多样性指数、丰富度指数、均匀度指数和优势度指数这4个指标来测定，具体计算见公式[19-21]如下。

1）Shannon-Weiner多样性指数：

式中：H为Shannon-Weiner指数；Pi为样地中各种植物的相对重要值；Pi＝Ni/N，其中Ni为某个物种的重要值，N为所有物种的重要值之和。

2）Margalef丰富度指数：

式中：D为Margalef丰富度指数，S为物种总数，N为观察到的个体总数。

3）Gleason丰富度指数：

式中：I为Gleason丰富度指数，S为物种总数，A为样地面积。

Pielou均匀度指数：

式中：E是均匀度指数，H是由Shannon-Weiner指数计算所得的多样性指数，S为物种种数。

Simpson优势度指数：

式中：D是Simpon优势度指数，S是物种总数，Pi为样地中各种植物的相对重要值。

2 结果与分析

2.1 4种灌木林下草本植被物种组成

调查显示，4种典型灌木林下共有高等植物24种，分属于10科，22属。其中菊科6种，豆科5种，藜科4种，因此菊科，豆科，藜科作为该研究区出现的优势科。一年生草本仅为5种，主要分布在柠条群落下，多年生草本19种，占物种总数的80%以上。表明在恢复年限较长的灌木群落中，多年生草本植被占着主体地位。灌木林草本植被组成见表2。

表2 4种灌木林下草本植被物种组成Table 2 Species composition of grassland vegetation under four shrubs

柠条林主要种是蝟实Corispermum hyssopifolium、多裂委陵菜Potentilla multi fi da、赖草Leymus secalinus、灰藜Chenopodium album等；沙棘林下主要是赖草，针茅Stipa capillata、多裂委陵菜Potentilla multi fi da、黄芪Astragalus densi fl orus等；沙柳林下主要种是赖草、镰形棘豆Oxytropis falcata、臭蒿Artemisia hedinii；乌柳林下主要种是赖草、二裂委陵菜Potentilla bifurca var.bifurca等。柠条与沙棘林下物种接近，沙柳、乌柳林下物种数相同。赖草在4种灌木林下均作为优势种出现，其中在乌柳与沙柳林下重要值达到0.8以上，表明在恢复较长年限的人工灌木林下草本植被类型逐渐向多年生赖草转变。4种灌木群落下草本植被生物量由大到小为柠条＞乌柳＞沙柳＞沙棘，其中柠条林下最大，为57.84 g/m2，沙棘林下最小，为20.20 g/m2，沙柳和乌柳较为接近。

2.2 不同林分林下植被物种多样性分布

由表3可知，4种灌木林下草本植被Shannon-Weiner多样性指数的变化趋势为沙棘林＞柠条＞乌柳＞沙柳，且沙棘与柠条林地差异较小，均在1.90以上，乌柳与沙柳较为接近，多样性指数均在0.56～0.66之间，说明沙柳和乌柳人工林的郁闭度都较高，导致草本层不发达。Gleason丰富度指数变化趋势与多样性指数一致，沙棘林最大，为0.75，沙柳林最小，为0.28。Pielou均匀度的变化趋势为沙棘＞柠条＞沙柳=乌柳，其中沙棘明显高于其他三种，为8.69；沙柳、乌柳最小，为4.34。Simpson优势度指数与多样性指数和丰富度指数呈相反的关系，沙柳林下最大，为0.75；沙棘林下最小，为0.17。

表3 不同灌木林草本层多样性指数Table 3 Diversity index of herb layer under different shrubs

综上所述，共和盆地典型灌木林地Shannon-Weiner多样性指数，Gleason丰富度指数，Pielou均匀度指数的变化趋势均为沙棘林＞柠条＞沙柳＞乌柳。乌柳与沙柳较接近，沙棘林多样性指数最大。Simpson优势度指数与多样样指数，丰富度指数相反，由大到小排序为沙柳＞乌柳＞柠条＞沙棘。

2.3 4种主要人工林地土壤水分特征

由图1可知，4种人工林地下土壤水分含量随着深度的增加均有先降低后升高的趋势，位于沙丘上的柠条林地明显低于其它3；种林地。0～40 cm土层中，乌柳沙柳含水量高于沙棘。40～80 cm土层中，沙棘水分含量最高。80～100 cm土壤三者水分含量较为接近。总体来看，位于沙丘上的柠条林地水分含量最低，各层水分含量均在1%左右，而位于丘间低地的沙棘，沙柳，乌柳林地土壤各层含水量均在10%波动。位于沙丘柠条林地水分含量明显低于位于丘间低地的沙棘，沙柳，乌柳，但是林下草本植被多样性指数却没有相似差别，说明水分不是影响草本植被多样性的必要条件，这可能与草本植被类型，沙丘上1年生草本较多，而丘间低地多为多年生草本有关，林分郁闭度对草本植被多样性也有影响。

2.4 不同灌木群落土壤粒径组成

从图2可以看出粘粒，细粉粒变化趋势为柠条＜沙棘＜沙柳＜乌柳。其中柠条林含量最少，为5.88%，乌柳林含量最大，为33.88%。砂粒和细砂粒含量与粘粒，细粉粒含量恰好相反，为柠条＞沙棘＞沙柳＞乌柳。其中柠条林含量最高，乌柳林含量最低。粗粉粒含量为柠条＜乌柳＜沙柳＜沙棘，其中柠条林含量最低，沙棘含量最高。柠条，沙棘，沙柳林下土壤细砂粒含量，乌柳林下粘粒含量最高。其中柠条林下细砂粒含量为55.48%，占总含量的一半以上。沙棘、沙柳也均达到40%以上。这与共和盆地地带性土壤相符，表明不同灌木群落对土壤粒径组成有明显影响，柠条，沙棘，沙柳，乌柳表层土壤粒径呈现梯度变化，不同林地对土壤粒度影响较大，根系分布的不同导致土壤疏松，粒度变化。不同林分下物种组成的组成也会对粒径组成产生影响。

图2 不同林地表层土壤粒径组成Fig.2 Composition of soil particles in different forest surface

2.5 土壤养分特征

由表4中可以看出，沙棘林下有机质含量最高，为24.2 g/kg，乌柳、沙柳次之，柠条含量最少不到沙棘林的1/4。柠条林下全N全P全钾含量均为最低，沙棘，沙柳，乌柳较为接近。EC值为柠条＜沙棘＜沙柳＜乌柳。4种灌木群落下pH值含量最为接近都处在8.5～9.0之间，都为碱性土壤。

群落下K含量明显高于N和P含量。全量养分中，柠条群落土壤含量明显低于沙棘，乌柳，沙柳，表明沙丘养分含量要低于丘间低地。速效含量中丘间地与沙丘土壤含量差异不明显。碱解N含量沙棘，乌柳明显高于柠条，沙柳，其中乌柳林含量为48.3 mg/kg，为柠条林的一倍以上。有效磷含量为沙棘＞柠条＞乌柳＞沙柳。其中沙棘含量最高，为12.9 mg/kg，速效钾含量都较为接近。

表4 不同林分土壤养分含量Table 4 Soil nutrient contents of different forest

3 结论与讨论

对共和盆地典型灌木群落进行调查研究，针对其物种多样性及其水分、土壤粒度、养分含量等指标调查分析，对于当地的植被恢复与重建有一定的参考价值，能够为以后开展造林等植被恢复措施提供依据。灌木对于恶劣环境条件的适应能力强，使其成为高寒沙地开展生态恢复的重要植被类型，对防风固沙，水土保持有重要的意义。灌木群落的长成在提高物种多样性的同时，也使共和盆地的生态系统更加稳定。由于本次研究时间较短，没有深入到不同林龄的灌木林进行研究。由于研究地点所处地理位置有自身的生境，与周边环境等因素的差异，使研究结果没有统一的比较标准。为尽可能的减少误差，应扩大研究区的范围，并增加样地数目，避免得出片面结论。

经过调查研究表明不同灌木群落对物种组成，水分含量，土壤养分等均有不同程度的影响，主要表现在以下几个方面：

（1）4种典型灌木林下共有高等植物24种，隶属于10科，22属。其中菊科6种，豆科5种，藜科4种，占了物种总数的62%。一年生草本仅为5种，主要分布在柠条群落下。多年生草本19种，占物种总数的80%以上。表明在恢复年限较长的群落中，一年生草本逐渐减少，多年生草本植被占着主体地位。

（2）共和盆地典型灌木林地Shannon-Weiner多样性指数、Gleason丰富度指数、Pielou均匀度指数的变化趋势均为沙棘林＞柠条＞沙柳＞乌柳。乌柳与沙柳较接近，沙棘林多样性指数最高；Simpson优势度指数变化趋势与前者相反。

（3）4种人工林地水分含量随着深度的增加均有先降低后升高的趋势，位于沙丘上的柠条林水分含量明显低于其它三种位于丘间地的林地。柠条，沙棘，沙柳林下土壤细砂粒含量，乌柳林下粘粒含量最高。

（4）4种灌木林土壤均为碱性，位于沙丘上的柠条林养分含量低于位于丘间地上的沙棘、沙柳、乌柳。表层土壤K含量明显高于N和P的含量。沙棘林有机质含量最高。

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An ecology characteristic analysis of different arti fi cial shrub community in Gonghe basin

YIN Shu-le, WANG Xue-quan
（Institute of Deserti fi cation Studies, Chinese Academy of Forestry, Beijing 100091, China）

There were four kinds of typical shrub plantations in alpine desert vegetation recovery areas of Gonghe basin:Caragana korshinskii,Hippophae rhamnoides,Salix psammophilaandSalix cheilophila.To reveal the differences in species diversity of understory vegetation and environmental factors, we selected four kinds of arti fi cial shrubberies with similar forest age located in the Gonghe basin,Qinghai Province and investigated species diversity and relevant environmental factors of community and herbaceous under forest.The results showed that: the impacts of plantation types on species diversity were obvious.species diversity index and species richness index of herbaceous under forest of each plantation type had a similar varying pattern, changing asHippophae rhamnoides＞Caragana intermedia＞Salix psammophila＞Salix cheilophila, while dominance index was on the contrary.Soil particle size composition of topsoil at different stands varied signi fi cantly, but fi ne sand had a larger proportion.Soil types of the plots are alkaline soil and the impacts of plantation types on soil nutrition content were obvious.

Gonghe basin; arti fi cial shrubberies; species diversity; soil particle diameter; nutrient

10.14067/j.cnki.1673-923x.2016.07.006

http: //qks.csuft.edu.cn

S718

A

1673-923X(2016)07-0031-05

2015-03-06

国家“十二五”科技支撑课题(2012BAD16B0105)；国家林业公益性行业专项(201404304)；国家自然科学基金项目(41130640)

尹书乐，硕士研究生

王学全，研究员；E-mail：wxq@caf.ac.cn

尹书乐，王学全.共和盆地不同人工灌木群落生态特性分析[J].中南林业科技大学学报，2016, 36(7): 31-35.

[本文编校：吴 毅]