等高反坡阶对松华坝水源区次生林优势树种的影响研究

2018-01-29张香群丁凤凤黄茜蕊蒋辉华锦欣杨家庆邹鲤岭向云刚

绿色科技 2018年9期

关键词：乔木

张香群丁凤凤黄茜蕊蒋辉华锦欣杨家庆邹鲤岭向云刚

摘要：为研究等高反坡阶措施对于次生林植被恢复的影响，给西南水土流失严重地区弃荒坡地植被恢复提供参考，在已布设等高反坡阶多年的样地内进行了调查研究。结果表明：等高反坡阶对植株数量有所提升，但效果不明显，对植物地径增加了10.15%～15.46%;高反坡阶与对照样地之间的正态分布偏度在2树种分别表现为0.5821、0.5501和0.3291、0.0729，皆>0左偏，说明低矮植株含有较多比例。

关键词：等高反坡阶;次生林;乔木;松华坝水源区

中图分类号：S731.6 文献标识码：A 文章编号：1674-9944（2018）05-0104-04

1 引言

植被是陆地生态系统的重要组成部分，是生态系统中物质循环与能量流动的中枢[1]。植被与周围环境因子诸如土壤、大气、水分等相互作用相互影响，共同维持着生态系统的平衡与稳定[2]。由于其资源的分布不均性，植物种群之间及种群与环境之间相互竞争与相互选择，各生物出现在空间配置上的差异性，即不同的群落结构。坡耕地作为云南省的主要耕地，由于长期的不合理利用，水土流失严重、土壤养分大量流失，导致植被群落出现退化现象[3-6]。昆明松华坝水源区是我国首个水源保护区，水源区内山区半山区面积占总面积的95%以上[7]，是典型的红壤坡地侵蚀区，由于20世纪中期以来的人为砍伐破坏，森林面积急剧减少，并且幸存下来的森林质量也急剧退化[8]。自1981年水源区成立以来，先后采用飞播造林、人工直播、人工植苗等不同的造林方式，营造了云南松（Pinus yunnanensi）、华山松（Pinus ar-mandii ）等人工羀[8]。因缺乏配套的造林技术以及不同森林类型水源涵养功能的科学评价，水源区内次生林大多是水源涵养功能较差的针叶纯林，很少有发育良好的常绿阔叶林。

等高反坡阶是调节坡面径流的重要举措之一，研究表明[9-10]对高反坡阶的水土保持效益研究中发现，等高反坡阶具有较好的保土保肥作用。本研究在松华坝水库水源区迤者小流域内遴选一个典型次生林生长群落，采用调查分析与实测研究相结合、野外监测与室内实验分析相结合的研究方法，在布设多年的反坡水平阶影响下，研究次生林群落乔木结构和生长状况变化的规律，为科学评价反坡阶对次生林生长的影响以及对科学评价水源区内次生林对林地养分和水源涵养的功能，提供一定的实测数据和理论支撑，也希望可以为其他同等条件下水源区次生林建设与保护提供一定的参考和借鉴。

2 研究区概况

迤者小流域属滇池流域盘龙江源头支流流域，地处北纬24°14′43″～25°12′48″，东经102°44′51″～102°48′37″，地形以高原低山为主，小流域受牧羊河、小牧羊河及其支流迁回切割，水土流失严重，形成高原低山丘陵剥蚀地貌及土壤中轻度流失区。地势总体西北高东南低，最高海拔2445.2m，位于流域西部土灰塘包，最低海拔2003.8m，位于流域河流出口处，相对高差441.4m，平均海拔2200.0m。属北亚热带和暖温带混合型气候，多年平均气温13.8℃，多年平均降雨量785.1mm，年内降水分布极为不均，5～10月为雨季，降雨量占全年的87.5%，11月至次年4月为旱季，具有夏秋多雨，冬春干旱的特点。

流域内原坡地森林植被因过度采薪、放牧等人为因素使其被毁严重，疏幼林面积大，该区地带性植被以暖温性针阔叶林和大量分布的稀树灌草丛为主。暖温性针叶林主要有云南松（Pinus yunnanensis）、华山松（Pinusarmandii ）、滇油杉（Keteleeria evelyniana）等;阔叶林主要有滇青冈（Cyclobalanopsis glaucoides）、滇石砾（Litho-carpus dealbatus）、旱冬瓜（Alnus nepalensis）等;稀树灌草丛中的主要物种有扭黄茅（Hetero pogon contortus ）、四脉金茅（Eulalia quadrinervis ）、火绒草（Leontopodium ja-ponicum）等。

3 研究方法

3.1 样地布设

在小流域内的迤者村南边八里咩山，海拔1790～1851m处，坡度为20°～25°的西北向阳坡的弃荒坡次生林地。2010年，选取4块10m×20m的样地，其中3块样地上布设等高反坡阶，等高反坡阶沿等高线自上而下里切外垫，修成一台面，台面外高内低，宽1.5m，反坡5°，以尽量蓄水，减少流失，每2个等高反坡阶之间距为4m（图1）。另外一块样地做对照。

3.2 植被调查

2015年3～6月是旱季與雨季交汇时期，对样地进行植被进行全木调查，内容包括种类、株数、高度和盖度等，并在雨季期间，每月定期观测植株生长状况。

4 结果分析

4.1 直径结构分析

迤者小流域内主要以针叶林为主，主要树种为云南松，在试验区次生林样地内，乔木优势种主要为云南松，而且次生林属于低龄化的演替初期，故选取云南松和滇青冈为分析对象，因为样地内的乔木树高均在3m以下，故直径结构选取的是地径结构。直径结构不仅是树高、断面积和材积的基础，而且也是对森林木材蓄积量的经统计分析的重要数据支持[11]。经统计分析，等高反坡阶样地和对照样地的树种地径结构特征参数，见表1。

从表1可以得出，等高反坡阶与对照样地中的2种优势种（云南松、滇青冈）的地径变化。等高反坡阶样地中2树种的株数均比对照样地中有所提升，这是在等高反坡阶是作用下，在原地貌之间形成小范围的生态缀块，继而形称交错区，既能提供物种的多样性，也能增加植株数量。

云南松和滇青冈的直径正态偏度在2种样地中几乎均呈现负值，说明直径分布偏向小径阶，树种的新生个体较多，这也从侧面反映试验样地所属次生林为低龄化的演替初期的森林群落。对照样地树种的变异系数大于反坡阶样地，再结合平均数和标准差，可以说明，等高反坡阶树木有大量的新生低龄的植株，而对照样地处于自然状态，植株的生长和直径变化相对的呈现出正态分布，说明等高反坡阶在影响土壤水分和养分的分布时，进而能增加新生植株数。

4.2 树高结构分析

株高是植物形态学调查工作中最基本的指标之一，其定义为从植株基部至主茎顶部即主茎生长点之间的距离。从表2可以得出，整个次生林群落的株高均不超过4m，再与周边的森林群落相比而言，这是极为年轻的群落，从两种样地之间的正态分布偏度皆大于0为左偏，说明低矮植株含有较多比例，在次生林群中有大量的云南松、滇青冈幼木，分布于中下层，其更新优势相比于周边的成熟林结构更大。

4.3 新枝年生长量分析

自然环境中，云南松、滇青冈等植物生长情况较为缓慢，等高反坡阶布设后产生的影响效果不能及时有效的快速体现，这是本研究的不足之处。针对研究论文的需要，在本研究中选取云南松、滇青冈优势种树木进行新枝生长量调差，表3是2015年两种树木的新枝生长情况。

从表3可以得出，在等高反坡阶样地中的云南松和滇青冈，不管在新枝的长度、新枝枝径上均优于对照样地。其中，等高反坡阶样地内云南松新枝和滇青冈生长量较对照样地分别平均增长了19.01%、7.88%，结合树高（表2）生长量来看，两样地内树高差异不大，从侧面说明，等高反坡阶作用下，使土壤中的营养物质更多的促使植株在株径、侧枝等横向方向生长。

4.4 等高反坡阶对植被特征的相关性分析

植被特征诸如株高、株直径和样地中的等高反坡阶、样地的类型和坡位之间的相关分析（表4）显示，株高与等高反坡阶之间的相关性为0.121，说明二者之间的相关性极弱，可视为不线性相关，株直径与等高反坡阶的相关性位0.371，为低度相关性。

综合分析可以得出，株高、株直径等植被特征在等高反坡阶的作用下，不能直接完全的表现出其效果。等高反坡阶首先改变的是土壤的结构，通过这种土壤的物理结构的变化，对土壤径流和壤中流进行截留和再分配，再加上环境因素中的温度、降水和土壤是微生物的作用下，形成一套复杂的机制，进而会影响土壤中的氮素、磷素、钾素等植物生长所需的营养元素的分布。

5 讨论与结论

5.1 讨论

植物种群分布格局的形成受物种的生物学特性和群落环境密度两方面的影响[12]。环境对植物群落的组成、结构、功能及动态分布等都有影响[13]，由于长期的自然选择，不同生境植被群落对各自生态位均具有适应性[14];生境中资源分布的不均性，在趋利性作用下，植物会逐渐向更有利于生长的区域拓展生态位，从而导致植物种群的斑块化分布。本研究试验地属创设早期，植物群落处演替初期，人为干扰和土木建设对植被群落演替发展存在一定程度的影响，植物群落处于演替早期，在等高反坡阶是作用下，原地貌形成小范围的生态缀块，继而形称交错区，多变且较脆弱的生态系统，使整个植物群落表现出r-选择。

生态系统的自然恢复能力存在着地域差异，在寒冷和干燥的气候条件下，植被自然恢复速度比较慢;而在温暖潮湿的气候条件下，植被自然恢复速度比较快[15]。松华坝迤者小流域地处亚热带和暖温带混合型气候区，其植被的恢复过程相对较快，在较短的时期内便自然形成了具有乔木树种和灌木植物的次生林，表明该地区的废弃地具备较强的植被恢复能力。

本研究试验区所在的是弃荒坡地次生林，该地段的植被恢复生长过程也是对环境不断适应和改造的过程，在该过程中布设等高反坡阶，改变了土壤养分的分布，而土壤养分又是植被生长的主要驱动力之一[16]。受等高反坡阶的影响，使原就分布不均的土壤养分出现了一个小范围的聚集，使差异更为显著，植被生长特征就更为差异化，即成层性和斑块碎片化。结合前人研究[17，18]，土壤中的有机质、氮磷等含量与土壤环境的复杂多样性密切相关，并得出在小尺度内，植物多样性和土壤中有机质、全氮含量成负相关。综上所言，环境的差异对植物群落生长因子产生影响，在一定程度上是通过土壤的异质性导致的一系列相变化。

5.2 结论

（1）等高反坡阶样地中2优势树种的株数均比对照样地中有所提升，分别是38株对应33株，17株对应12株，等高反坡阶样地的2树种的直径均值分别为5.32cm和4.27cm，相较于对照样地的5.86cm和4.93cm减小了10.15%和15.46%。

（2）等高反坡阶与对照样地之间的正态分布偏度在2树种分别表现为0.5821、0.5501和0.3291、0.0729，皆>0左偏，说明低矮植株含有较多比例。

参考文献：

[1]安韶山.黃土丘陵区土壤肥力质量对植被恢复的响应及其演变[D].杨凌：西北农林科技大学，2004.

[2]赵冬.黄土丘陵区植被恢复过程土壤团聚体结构演变特征及其量化表征[D].北京：中国科学院教育部水土保持与生态环境研究中心，2017.

[3]王帅兵，王克勤，宋娅丽，等.等高反坡阶对昆明市松华坝水源区坡耕地氮、磷流失的影响[J].水土保持学报，2017，31（06）：39～45.

[4]赵冬.黄土丘陵区植被恢复过程土壤团聚体结构演变特征及其量化表征[D].北京：中国科学院教育部水土保持与生态环境研究中心，2017.

[5]华锦欣，王克勤，张香群，等.等高反坡阶对松华坝水源区弃荒坡地植被恢复的初期影响[J].西南林业大学学报，2016，36（03）：116～120.

[6]卫仁娟，梁川，任财，等.松华坝水资源安全评价的可变模糊识别方法[J].南水北调与水利科技，2013，11（02）：1～5.

[7]李苗苗，王克勤，陈志中，等.不同坡度下反坡水平阶的蓄水减沙效益[J].水土保持研究，2011，18（6）：100～104.

[8]关品高.昆明市松华坝水源区森林植被类型及水源涵养量估算[J].山东林业科技，2011，41（2）：57～59.