干旱半干旱地区主要治理模式森林植被群落结构及稳定性研究

齐沛森 黄钟宣 桑尼 杨育林 鄢武先 尤继勇 吴雨峰

摘 要：为评价并筛选适合干旱河谷地区植被恢复的植物种类，该研究基于甘孜州泸定县的干旱半干旱生态综合治理试点示范项目，在甘孜州泸定县生态治理植被恢复区调查了21个典型样地，记录样地内乔木种名、株数等，灌草层种名、多度、盖度等;土壤样品主要测定有机质含量、总孔隙度、pH值以及水分含量等指标。结果表明，岷江柏在干旱半干旱地区最适宜栽培;仙人掌和刺槐适宜种植在山腰地带;辐射松和银杏建议种植在生存环境较好的地带;香樟和云南松不建议种植在干旱半干旱地区。

关键词：干旱河谷;群落结构;稳定性

中图分类号 S731文献标识码 A文章编号 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

干旱河谷是生态相对脆弱、存在生态问题较多、治理极为困难的特殊地域类型[1]，主要分布在中国西南山区。川西干旱河谷主要分布在横断山区地带[2]，其成因主要是高大山体阻挡了季风气流，受“焚风效应”的影响，降水量少而蒸发量大，使得河谷地区常年干旱。同时，人类活动使土地的退化和植被的逆向演替越加迅速[3]。长期以来，干旱河谷的植被恢复困难是阻碍当地生态建设和经济发展的重要因素，受到了各级部门和社会的广泛关注[4]。任由植被自然恢复，可能需要幾十年甚至上百年时间，且未必能达到理想效果，而人工造林可促进植被群落朝正向演替发展，缩短植被恢复时间[5]。本研究对干旱河谷核心区域泸定县岷江柏、云南松、仙人掌等主要造林模式植物群落进行了结构及稳定性调查，筛选出适合的治理模式，将有助于指导干旱河谷地区的植被恢复工作，对该地区生态建设和经济发展具有重要的现实意义。

1 研究区概况

研究区选择在甘孜州泸定县，位于东经101°46′～102°25′，北纬29°54′～30°10′。属于大渡河干旱河谷区，界于邛崃山脉与大雪山脉之间，大渡河由北向南纵贯全境，为大渡河流域的中游。河谷内干湿季明显，年均气温15.5℃，年降雨量664.4mm，年蒸发量1275.7mm，年蒸发量为降雨量的2～4倍。年均日照时数1323.6h，全年无霜期279d。旱季为11月至次年4月，降雨量仅占全年降雨量的10%。土壤多为山地黄褐土、黄棕壤，石砾含量高，造林立地条件整体较差[6]。

2 研究方法

2.1 样地调查与采样 调查地为甘孜州泸定县生态治理植被恢复区，林地乔木主要为人工栽植，其余灌木和草本大都自然生长，林龄有10年以上，已基本成林，试点区均无人工施肥和人工灌溉情况。试点区多位于中坡位，干旱的核心地段，在其中选取21个典型样地进行调查。样地大小为20m×20m。在人工林地周边选择生境相似的天然林地设置对照调查样方。记录样地内所有胸径5cm以上乔木的种名、株数等;灌草层记录种名、多度、盖度等。样方内随机设置3个样点，并同时记录土壤类型、土层厚度等，随后采集0～50cm土层的土壤样品（若土层不足50cm，按最厚土层采集），用塑封袋密封好后带回进行分析测定，主要测定土壤有机质含量、土壤总孔隙度、pH值和水分含量等指标。

2.2 测定指标 土壤理化性质的测定：（1）土壤有机质（g/kg）：参照中华人民共和国农业行业标准（NY/T1121.6-2006）[7]，采用重铬酸钾滴定法测定;（2）含水量（g/kg）：参照中华人民共和国林业行业标准（LY/T1213-1999）[8]，采用烘干法测定;（3）孔隙度（%）：采用相关公式计算获得，公式为：P%=93.947-32.995*d[9]（式中d为土壤容重（g/cm3），参照中华人民共和国农业行业标准（NY/T1121.4-2006），采用环刀法[10]测定）;酸碱度参照中华人民共和国农业行业标准（NY/T1121.2-2006）采用电极法测定[11]。保存率和多样性的测定：（1）保存率：计算栽植和死亡数目获得;（2）多样性：由Simpson指数、Shannon-wiener指数（H）和Pielou均匀度指数（E）确定[12，13，14]，Simpson指数[D=1-NiNi-1NN-1、]Shannon-wiener指数H=-ΣPilnPi、Pielou指数E=H/Hmax。以上公式中，N为群落中所有物种重要值之和，Ni为第i个物种的重要值，Pi=Ni/N;Hmax=LnS（S为群落中的总物种数）。

2.3 数据分析 采用SPSS 21.0和Excel 2016进行单因素方差分析和T检验。测定结果均用mean±SE（平均值±标准误）表示。通过研究结果，确定该地区主要治理模式的群落结构和稳定性，评价并筛选适合干旱河谷地区植被恢复的植物种类。

2.4 相关指标评价方法 借鉴单因子与综合指数法对各项指标进行评价[15]，计算后得到各群落的平均得分。计算方法分为3类，第1类是土壤有机质、含水量、Simpson指数、Shannon-wiener指数和Pielou均匀度指数、保存率和幼苗更新率，数值越高表明样地现状越好，公式为[I=CiSi];第2类是孔隙度，数值越低表明样地现状越好，公式[I=SiCi];第3类是土壤酸碱度，公式[I=pH-7.0pHsu-7.0pH≥7.0，][I=7.0-pH7.0-pHsdpH≤7.0];第4类是病虫害情况评分标准，无病虫害记为1分、病虫害较为嚴重记为0.5分、特别严重记为0分;式中，I为得分值，Si为均值，Ci为实测值。各样地综合得分：[I总=1ki=1kIi];其中，I总为综合指数，k为评价因子数。

3 结果与分析

3.1 植被的群落结构

3.1.1 植被保存率 共计调查刺槐（Black Locust）、辐射松（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.]、银杏（Ginkgo biloba L.）和云南松（Pinus yunnanensis）7种植物群落，其保存率见图1。由图1可知，栽植保存率较高的为仙人掌，达到了92%，较低的为刺槐和云南松，仅为47%和49.5%，保存率由大到小为：仙人掌>岷江柏>银杏>辐射松>香樟>云南松>刺槐，且相互之间比较差异均不显著（P>0.05）。

3.1.2 多样性 由表1和图2可知，刺槐、辐射松、岷江柏、香樟和银杏群落的Simpson指数与云南松群落的Simpson指数相比都大，且P<0.05;刺槐、辐射松、岷江柏、香樟和银杏群落的Shannon-wiener指数与云南松群落的Shannon-wiener指数相比都大，且P<0.05;刺槐、辐射松、岷江柏和银杏群落的Pielou均匀度指数与云南松群落的Pielou均匀度指数相比都大，且P<0.05，其余组间两两相比差异均不显著（P>0.05）。

3.1.3 幼苗更新率分析 幼苗更新率较高的为仙人掌和岷江柏，分别达到了29.63%和25.79%，云南松和香樟的幼苗更新率都为0%，幼苗更新率由大到小为：仙人掌>岷江柏>辐射松>银杏>刺槐>云南松=香樟，且相互之间比较差异均不显著（P>0.05）。

3.2 病虫的危害分析 调查各样地发现，辐射松和岷江柏观察到有病虫害情况，发现病虫害的植株数量分别占全部植株数量的6.25%和7.843%。病虫害表现为枝叶末端枯烧发黄、树皮腐烂、树叶出现明显病虫等。

3.3 土壤的改良

3.3.1 有机质 由表3可知，土壤有机质含量由大到小为：岷江柏>刺槐>辐射松>仙人掌>香樟>银杏>云南松，其中，刺槐群落和岷江柏群落的土壤有机质含量与其他群落的土壤有机质含量两两相比差异均显著（P<0.05）;香樟群落与辐射松群落和仙人掌群落两两相比差异均显著（P<0.05）;银杏群落土壤有机质与辐射松和仙人掌群落两两相比差异均显著（P<0.05）;辐射松群落和仙人掌群落土壤有机质含量与云南松群落两两相比差异均显著（P<0.05）。

3.3.2 孔隙度 从高到低由表4可知，土壤孔隙度由大到小为：刺槐>银杏>仙人掌>云南松>香樟>辐射松>岷江柏，其中，辐射松群落土壤总孔隙度与刺槐群落土壤总孔隙度两两相比差异显著（P<0.05）;岷江柏群落与刺槐群落和银杏群落两两相比差异显著（P<0.05）。

3.3.3 pH 由图4可知，土壤pH值由大到小依次为：仙人掌>银杏岷>辐射松>刺槐>岷江柏>香樟>云南松。其中，辐射松群落、岷江柏群落和银杏群落的土壤pH值与云南松群落的土壤pH值两两相比差异显著（P<0.05）;香樟群落与银杏群落土壤pH值两两相比差异显著（P<0.05）。

3.3.4 水分 由表5可知，该地区土壤水分含量香樟样地>仙人掌样地、辐射松样地>仙人掌样地、辐射松样地>云南松样地、银杏样地>仙人掌样地、银杏样地>云南松样地，且P<0.05，其余组间两两相比差异均不显著（P>0.05）。

3.4 植物群落多样性与土壤条件相关性分析 表6可知，Simpson指数、Shannon-wiener指数和Pielou均匀度指数与有机质含量、土壤总孔隙度、pH值和土壤水分均呈正相关。其中植物群落Pielou均匀度指数与有机质含量相关系数为0.773，并且在0.05水平（双侧）上显著相关。

3.5 植物群落结构稳定性评价 由表7可知，刺槐群落的Simpson指数、Shannon-wiener指数、Pielou均匀度指数、病虫害情况、土壤有机质含量及土壤pH值6项含量评分都相对较高;辐射松群落的土壤总孔隙度、土壤pH值和土壤水分3项含量评分相对较高;岷江柏群落的Simpson指数、Shannon-wiener指数、Pielou均匀度指数、保存率、幼苗更新率、土壤有机质含量、土壤总孔隙度和土壤pH值8项含量评分相对较高;仙人掌群落的保存率、幼苗更新率和病虫害情况3项含量评分都相对较高;香樟群落的Shannon-wiener指数、病虫害情况、土壤总孔隙度和土壤水分含量4项含量评分相对较高;银杏群落的保存率、病虫害情况、土壤pH值和土壤水分4项含量评分相对较高;云南松群落只有病虫害情况和土壤总孔隙度2项含量评分相对较高。

各植物群落各项指标综合评价结果见表8，各植物群落各项指标进行等级划分，等级划分是根据各植物群落各项指标中最大数值的代数和减去最小数值的代数和，再进行3等分，把分级标准确定为高、中、低3个等级。由表8可知，植物群落的各项指标综合评分从高到低依次为岷江柏>仙人掌=刺槐>辐射松>银杏>香樟>云南松。

4 讨论

4.1 不同植物群落的各项指标 根据调查结果可以看出：在自然情况下，仙人掌、岷江柏、银杏在干旱河谷种植保存率较大;在自然情况下，仙人掌和岷江柏在干旱河谷种植能较好的自行繁殖;在自然情况下，刺槐、岷江柏、香樟和辐射松在干旱河谷种植，其群落结构会更加稳定;在干旱河谷种植，辐射松和岷江柏患病概率比其他植物品种的概率更大。另外，岷江柏和刺槐都能极大地提高土壤有机质的含量;对土壤孔隙度改良较为显著的是岷江柏和辐射松;辐射松、仙人掌、岷江柏和刺槐的土壤pH值更接近于该地区的平均水平;辐射松和银杏具有较高的保水性;植物群落Pielou均匀度指数与有机质含量呈正相关。

4.2 不同植物群落在干旱河谷综合评价 根据本次调查结果可知：在干旱半干旱地区，岷江柏群落在各指標上优于其他群落，说明其在该地区具有最优的群落结构稳定性，但由于岷江柏群落易染病虫害，所以在种植时需要多加管护;仙人掌和刺槐具有相同的综合得分，不同的是刺槐群落是在多样性方面的得分较高，仙人掌群落则是在保存率和幼苗更新率方面的得分较高;辐射松群落和银杏群落的群落物种多样性均为中等，综合得分处于中等水平，说明这2种植物在干旱半干旱地区种植也能取得较好的效果;香樟和云南松多项指标均为低，说明它们在干旱半干旱地区群落的稳定性较差。

5 结论

（1）岷江柏在干旱半干旱地区最适宜栽培，但需要做好病虫害防治工作。

（2）仙人掌和刺槐在干旱半干旱地区都能保持较好的群落结构稳定性，并且这2种植物相对耐旱，可以种植在干旱半干旱地区生存环境相对较差的山腰地带。

（3）辐射松和银杏在干旱半干旱地区种植，虽然能较好的改善土壤条件，但是其群落多样性和幼苗更新率都处于中等水平。因此，建议将辐射松和银杏种植在生存环境较好或有人工管护的地带。例如，山顶地带或者公路两旁绿化带，以助于这2种植物群落能够良好生长，长久保持其群落稳定性。

（4）香樟和云南松综合得分都偏低，尤其是更新率和对土壤条件的改良情况较差，不建议种植在干旱半干旱地区。

参考文献

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（责编：张宏民）

基金项目：四川省财政专项项目“干旱河谷生态防护林治理恢复模式碳的积累与分配特征研究”（项目编号：2019CZZX09）。

作者简介：齐沛森（1992—），男，蒙古族，内蒙古赤峰人，硕士，研究方向：森林生态学。

通讯作者  收稿日期：2019-10-10