五道沟林场沙荒地造林及林下物种多样性研究

王海东，魏浩亮，郭敬丽，刘佳，李桂森，曹运强

(河北省木兰围场国有林场管理局，河北 围场 068450)



五道沟林场沙荒地造林及林下物种多样性研究

王海东，魏浩亮，郭敬丽，刘佳，李桂森，曹运强

(河北省木兰围场国有林场管理局，河北 围场 068450)

为了揭示木兰围场五道沟林场沙荒地造林技术效果，以油松、樟子松和黄柳恢复植被为研究对象，对3种栽植苗木成活率、树高、地径、冠幅以及恢复植被林下物种多样性进行研究，结果表明：3种苗木成活率均在98%以上，且长势良好；植被恢复林内灌木以黄柳和苦参为主，草本植物主要为1 a生和多年生草本植物；2016年灌木和草本植物优势度指数分别是2015年的0.54和0.77倍；2016年草本Shannon-Wiener多样性指数是2015年的0.69倍；2016年灌木和草本植物的辛普森多样性指数、均匀度和丰富度指数均大于2015年。

沙荒地；物种多样性；黄柳；油松；樟子松；造林技术

荒漠化是当前全球最严重的环境问题之一[1]。近十几年来，出现了影响范围较广的沙尘暴天气，给人民生产和生活造成了严重的影响[2]。沙荒地的土壤粒间孔隙大，内部排水快，蓄水量少且易蒸发失水。在沙化严重的地区，主要采取植树造林，以达到沙化土地植被恢复的目的。植物治沙是用植物治理流动、半流动沙地，从而恢复沙地植被，以取得最佳治理效果的措施；植物治沙具有改善沙地理化性质，加速土壤形成过程及全面改善沙地生态系统的优势[3]。在沙荒地植被恢复方面的研究主要集中在沙化土地土壤理化性质的改良、土壤种子库、苗木生长、物种多样性以及植被恢复效益等方面的研究[4-6]。

五道沟林场是河北省木兰围场国有林场管理局的一个下属林场。在五道沟林场，沙荒地有一定面积的分布，在一定程度上影响了该地区的植被景观效果。沙荒地植被恢复对提高该地区植被覆盖率和植被景观质量具有重要的意义。但有关该地区沙荒地造林技术及植被恢复效果的研究鲜见报道。为此，以五道沟林场沙荒地3种造林苗木油松(PinustabulaeformisCarr.)、樟子松(PinussylevestrisL.var.mongolicaLitv.)和黄柳(SalixgordejeviiY. L.Chang et Skv.)的恢复植被为研究对象，对3种造林苗木成活率、树高、地径、冠幅以及恢复植被林下物种多样性变化规律进行研究，旨在分析该地区沙荒地植被恢复造林技术效果，为该地区植被恢复和树种选择提供依据。

1 研究区概况

河北省木兰围场国有林场管理局五道沟林场地处蒙古高原和燕山余脉汇合点，由北向南跨2个地貌单元，位于浑善达克沙地南缘的滦河上游地区，是阴山、大兴安岭、燕山余脉的汇接地带，地理坐标为北纬41°52′～42°01′、东经116°49′～116°59′，属于寒温带向中温带过渡、半干旱向湿润过渡大陆性季风型山地气候。冬季酷寒干燥，夏季凉爽无暑热，春秋两季多风沙；具有水热同季，冬长夏短，春季偏旱，四季分明，昼夜温差大的特征；年降水量在380～560 mm之间，主要集中在7—9月份。土壤包括棕壤、褐土、风沙土、草甸土等。植被类型主要有油松林、华北落叶松(Larixprincipis-rupprechtiiMayr)林、白桦(BetulaplatyphyllaSuk.)山杨(PopulusdavidianaDode)次生林、针阔混交林和灌木林等。

2015年4—5月，在该地区沙荒地采用油松、樟子松和黄柳苗木进行沙荒地造林及近自然植被恢复。油松和樟子松采用容器苗进行造林，栽植密度分别为750株/hm2、450株/hm2。栽植时避免散坨窝根，并且深埋，以提高樟子松和油松苗木的成活率。在裸沙严重地段，采用黄柳网格状设置沙障，以改善微环境，减少风沙流动，从而提高引入乔木油松和樟子松的成活率。黄柳采用分殖造林法，选取具有生命力的1～2 a生黄柳枝条，截成0.6 m长，生长点朝上扦插于沙土地里。黄柳插穗不能高出沙面0.1 m，同时成行成带做“水盆”状，以蓄水保墒，保证成活率；栽植密度22 500株/hm2。

2 研究方法

2.1 标准地设置

选择具有代表性的地块进行标准地设置。在植被恢复林下分别设置3个10 m×10 m样地，测定样地内更新苗木的高度、地径及冠幅。在恢复植被林下分别设3个3 m×3 m的灌木样方和1 m×1 m草本样方，测定样方内各物种的数量、高度、地径和盖度等。

2.2 物种重要值计算

以标准样地内获得的数据为基础，计算该植被恢复林下灌木和草本植物各物种的重要值。计算方法：重要值等于相对密度、相对盖度、相对高度三者之和除以3[7]。

2.3 物种多样性指数计算

通过测定样方内灌木和草本植物的种类、数量、盖度和高度等相关指标，计算样方内草本植物的多样性指数、丰富度指数、均匀度指数和优势度指数等指标，进而分析不同年份恢复植被林内灌草层植物物种多样性差异。本研究选择几个常见的指数进行物种多样性分析[8-9]，计算公式为：

Simpson优势度指数(C)：

Shannon-Wiener香农-威纳多样性指数(H′)：

Simpson辛普森多样性指数(D)：

Pielou均匀度指数(E)：

Margalef丰富度指数(DMG)：

DMG=(S-1)/lnN；

式中，S为样方中物种数量；N为样方中所有物种的个体数之和；i为样方中第i个物种；Pi为样方中第i个物种的个体数占所有物种个体数的比值，即相对密度。

3 结果与分析

3.1 造林苗木生长规律分析

油松、樟子松和黄柳生长状况统计结果见表1。

表1 栽植幼苗生长状况Table 1 Growth status of planting seedlings

由表1可以看出，油松、樟子松和黄柳成活率达到了98%，表明3个树种均能适应沙荒地环境条件。与2015年相比，2016年油松、樟子松平均树高增长率分别为27.1%、32.6%、平均地径增长率分别为8.2%、25.8%。油松在东、南、西、北4个方向的平均冠幅增长了9.2%、7.5%、1.5%和13.5%；樟子松在东、南2个方向的平均冠幅增长了6.5%、22.2%，但在西和北2个方向没有变化。说明栽植初期油松、樟子松在沙荒地长势良好；但2个树种在树高生长、地径生长及冠幅变化方面存在差异，原因可能是油松和樟子松有着不同的生态学特性，对五道沟沙荒地环境的适应度不同。

3.2 恢复植被植物物种组成

恢复植被林内植物物种组成及重要值如表2。

表2 恢复植被林内主要物种组成Table 2 The main species composition of vegetation restoration

续表2

由表2可以看出，2015年恢复植被林内灌木植物隶属2科3属4种，主要是豆科和杨柳科植物。2016年林内灌木植物种类与2015年相同，其中造林苗木黄柳在2015年和2016年恢复植被林内占较大优势，重要值分别为64.01%和63.36%，表明灌木植物黄柳是优良的沙荒地植被恢复树种。与2015年相比，2016年苦参、兴安胡枝子重要值呈现降低的趋势，分别下降了10.80%和13.34%，而胡枝子重要值增加了90.83%，表明引入灌木和乔木植物恢复植被后，原有灌木树种在林内的作用在发生变化。2015年和2016年半灌木植物均为苦参、胡枝子、兴安胡枝子。这3种植物是沙地的先锋植物，对沙荒地具有较强适应性，在植被恢复的过程中应保留下来，对提高植被恢复效果具有重要的意义。

恢复植被林内草本植物有1 a生和多年生草本植物11种，并以多年生草本植物为主。2015年林内草本植物有7科10属10种，分别是菊科、豆科、蓼科、莎草科、禾本科、百合科和藜科植物；而2016年林内植物为7科11属11种，增加的草本植物为1 a生尖头叶藜。2015年和2016年沙蒿的重要值最大，分别为36.62%和43.41%，并且沙蒿和花苜蓿重要值之和大于50%，表明菊科和豆科植物在沙荒地恢复植被中占绝对优势，对沙荒地具有较强的适应性。蓼科小酸模、藜科兴安虫实与莎草科披针叶苔草重要值也在前5位，并且重要值之和大于15%。2015年和2016年禾本科植物种类最多，均为3种，重要值之和分别为11.48%和10.78%。与2015年相比，2016年恢复植被林下草本植物不仅种类增加，而且重要值也发生了变化，表明通过植被的恢复，促进了林下植物的生长和发育。

3.3 恢复植被植物物种多样性

物种多样性作为群落的基本特征，对体现群落的组织结构、稳定性以及物种组成等具有重要的意义[10]。 一般情况下，群落中的植物物种多样性高，表明林分结构较为稳定。2015年与2016年灌木、草本植物物种多样性指数见图1、图2。

图1 2015与2016灌木物种多样性指数Fig.1 The shrub species diversity index in 2015 and 2016

如图1所示，2016年灌木优势度指数低于2015年，香农-威纳指数、辛普森指数、均匀度指数、丰富度指数高于2015年。从灌木物种优势度指数来看，2016年灌木优势度指数是2015年的0.54倍；2016年灌木植物香农-威纳指数与辛普森指数分别是2015年的5.91倍和5.52倍，表明灌木植物香农-威纳指数与辛普森多样性指数在1 a内呈现上升的趋势。2016年灌木物种均匀度指数和丰富度指数分别是2015年的4.95倍和5.62倍。可以看出，物种丰富度指数与物种均匀度表现出增加的变化趋势，灌木物种趋向于均匀分布。以上灌木植物物种多样性指数变化规律表明，植被的恢复对灌木植物的生长和分布产生了影响。

图2 2015与2016草本物种多样性指数Fig.2 The herbaceous species diversity index in 2015 and 2016

如图2所示，草本植物2016年优势度指数、香农-威纳指数低于2015年，辛普森多样性指数、均匀度指数、丰富度指数均高于2015年。2016年草本植物优势度指数和香农-威纳多样性指数分别是2015年的0.77倍和0.69倍；辛普森多样性指数与香农-威纳多样性指数呈现相反的趋势，2016年是2015年的1.14倍；2016年草本植物均匀度指数和丰富度指数分别是2015年的2.64和1.48倍。由以上草本植物物种多样性指数变化规律表明，随着植被的恢复，由于人工栽植黄柳、樟子松、油松在样地内呈均匀分布，增加了地表植物覆盖度，固定了土壤，阻止了流沙的发生，改变了微环境，也使草本植物种类、数量在增加的同时趋于均匀分布。

4 结论

研究表明，该地区沙荒地栽植的油松、樟子松和黄柳苗木成活率可达到98%，且短期内长势良好。其中，2016年油松、樟子松平均树高增长率分别为27.1%、32.6%，平均地径增长率分别为8.2%、25.8%，平均冠幅变化不明显。恢复植被林下植物主要为多年生草本植物，并且菊科和豆科植物占较大优势。灌木主要以栽植的黄柳苗木为主，其他灌木为豆科植物苦参、胡枝子和兴安胡枝子。2016年灌木和草本植物的辛普森多样性指数、均匀度和丰富度指数均大于2015年。由于油松、樟子松的介入，2016年灌木和草本植物的优势度指数小于2015年。这说明随着人工植被的栽植，草本植物种类呈现增加的趋势，并且草本植物趋于均匀分布。

今后，在该地区沙荒地植被恢复中可优先选用油松和樟子松作为造林乔木树种，选用黄柳作为灌木沙障植物，同时引入以菊科和豆科植物为主的多年生乡土草本植物，对促进地表植被的恢复具有重要意义。由于沙荒地植被恢复的过程比较漫长，其恢复效果需要长时间的监测，才能进一步揭示其变化规律。

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(编辑 潘秀华)

《河北林果研究》更名为《林业与生态科学》启事

经国家新闻出版广电总局批准(新广出审[2017]2613号)，《河北林果研究》将于2018年第1期正式更名为《林业与生态科学》，新编国内统一连续出版物号为CN13-1425/S，原国内统一连续出版物号CN13-1215/S作废。

更名后的《林业与生态科学》办刊宗旨为“贯彻‘双百’方针，及时报道林业与生态学领域的创新性科研成果和科研进展，反映林业与生态学领域的学术水平和发展方向，促进学术交流、学科建设和人才培养，为推动科学技术进步、高等教育发展和生态文明建设服务”。主要刊登林学、生态学、园艺、园林与旅游、环境科学及相关领域的学术论文、研究报告、简报、专论与综述等。读者对象为从事林学、生态、资源与环境科学、农学、园艺、园林、旅游、城建、生物、经贸、商学等相关专业的师生、科研和管理人员。

根据贯例，更名后的期刊将继承原有期刊的数据及评价结果。该刊曾多次获得全国高校优秀学报、中国高校特色科技期刊奖、中国高校编辑出版质量优秀科技期刊、河北省高校优秀学报、河北省优秀期刊等奖励，并被《中国科技核心期刊》《中国科技论文与引文数据库》《万方数据库》《中国期刊全文数据库》《中国学术期刊全文数据库》《中文科技期刊文摘数据库》等多家权威检索系统和数据库收录。

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《林业与生态科学》将依托河北农业大学这所百年学府，广泛联合和依靠各方面力量，继承和发扬原来的优良传统，为全面建成小康社会、建设生态文明和美丽中国，严谨办刊，精益求精，努力把刊物办成林业与生态科学研究成果展示的平台和学术交流的窗口，竭诚为广大作者、读者服务。欢迎从事相关领域教学、科研和生产的科技人员、高校师生订阅并赐稿！

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《河北林果研究》编辑部

Research on sandy wasteland afforestation and understory species diversity in Wudaogou forest farm

WANG Haidong，WEI Haoliang，GUO Jingli，LIU Jia,LI Guisen，CAO Yunqiang

(MulanweichangNationalForestryAdministrationofHebeiProvince,Weichang068450,China)

In order to reveal the land afforestation effect in Wudaogou forestry station of Mulanweichang, three kinds of planting seedlings ofPinustabulaeformis,Pinussylvestrisvar.mongolicaandSalixgordejeviiwere used as the research objects in this paper and the survival rate, height, ground diameter, crown growth and understory species diversity were discussed. The research results are as follows: The survival rates of 3 kinds of seedlings were all above 98%, with good growth conditions. The dominance index of shrubs and herbs in 2016 were 0.54 and 0.77 times of that in the year of 2015; the Shannon-Wiener diversity index of herbs in 2016 was 0.69 times of that in the year of 2015; the Simpson index, evenness and richness index of shrubs and herbs in 2016 were all higher than that of 2015.

sandy wasteland; species diversity;Salixgordejevii;Pinustabulaeformis;Pinussylvestrisvar.mongolica; afforestation technology

2016-12-01；

2017-03-30

中央财政林业科技推广项目“沙荒地治理及近自然植被恢复技术推广”(冀TG(2014)003号)。

王海东(1974-)，男，河北围场人，本科，林业工程师，从事森林培育工作。

曹运强(1967-)，男，河北围场人，本科，正高级林业工程师，从事森林培育及管理工作。

1007 - 4961(2017)02 - 0139 - 06

10.13320/j.cnki.hjfor.2017.0026

S 725

A