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      等高反坡階對松華壩水源區(qū)次生林優(yōu)勢樹種的影響研究

      2018-01-29 06:01張香群丁鳳鳳黃茜蕊蔣輝華錦欣楊家慶鄒鯉嶺向云剛
      綠色科技 2018年9期
      關(guān)鍵詞:喬木

      張香群 丁鳳鳳 黃茜蕊 蔣輝 華錦欣 楊家慶 鄒鯉嶺 向云剛

      摘要:為研究等高反坡階措施對于次生林植被恢復(fù)的影響,給西南水土流失嚴重地區(qū)棄荒坡地植被恢復(fù)提供參考,在已布設(shè)等高反坡階多年的樣地內(nèi)進行了調(diào)查研究。結(jié)果表明:等高反坡階對植株數(shù)量有所提升,但效果不明顯,對植物地徑增加了10.15%~15.46%;高反坡階與對照樣地之間的正態(tài)分布偏度在2樹種分別表現(xiàn)為0.5821、0.5501和0.3291、0.0729,皆>0左偏,說明低矮植株含有較多比例。

      關(guān)鍵詞:等高反坡階;次生林;喬木;松華壩水源區(qū)

      中圖分類號:S731.6 文獻標(biāo)識碼:A 文章編號:1674-9944(2018)05-0104-04

      1 引言

      植被是陸地生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分,是生態(tài)系統(tǒng)中物質(zhì)循環(huán)與能量流動的中樞[1]。植被與周圍環(huán)境因子諸如土壤、大氣、水分等相互作用相互影響,共同維持著生態(tài)系統(tǒng)的平衡與穩(wěn)定[2]。由于其資源的分布不均性,植物種群之間及種群與環(huán)境之間相互競爭與相互選擇,各生物出現(xiàn)在空間配置上的差異性,即不同的群落結(jié)構(gòu)。坡耕地作為云南省的主要耕地,由于長期的不合理利用,水土流失嚴重、土壤養(yǎng)分大量流失,導(dǎo)致植被群落出現(xiàn)退化現(xiàn)象[3-6]。昆明松華壩水源區(qū)是我國首個水源保護區(qū),水源區(qū)內(nèi)山區(qū)半山區(qū)面積占總面積的95%以上[7],是典型的紅壤坡地侵蝕區(qū),由于20世紀中期以來的人為砍伐破壞,森林面積急劇減少,并且幸存下來的森林質(zhì)量也急劇退化[8]。自1981年水源區(qū)成立以來,先后采用飛播造林、人工直播、人工植苗等不同的造林方式,營造了云南松(Pinus yunnanensi)、華山松(Pinus ar-mandii )等人工羀[8]。因缺乏配套的造林技術(shù)以及不同森林類型水源涵養(yǎng)功能的科學(xué)評價,水源區(qū)內(nèi)次生林大多是水源涵養(yǎng)功能較差的針葉純林,很少有發(fā)育良好的常綠闊葉林。

      等高反坡階是調(diào)節(jié)坡面徑流的重要舉措之一,研究表明[9-10]對高反坡階的水土保持效益研究中發(fā)現(xiàn),等高反坡階具有較好的保土保肥作用。本研究在松華壩水庫水源區(qū)迤者小流域內(nèi)遴選一個典型次生林生長群落,采用調(diào)查分析與實測研究相結(jié)合、野外監(jiān)測與室內(nèi)實驗分析相結(jié)合的研究方法,在布設(shè)多年的反坡水平階影響下,研究次生林群落喬木結(jié)構(gòu)和生長狀況變化的規(guī)律,為科學(xué)評價反坡階對次生林生長的影響以及對科學(xué)評價水源區(qū)內(nèi)次生林對林地養(yǎng)分和水源涵養(yǎng)的功能,提供一定的實測數(shù)據(jù)和理論支撐,也希望可以為其他同等條件下水源區(qū)次生林建設(shè)與保護提供一定的參考和借鑒。

      2 研究區(qū)概況

      迤者小流域?qū)俚岢亓饔虮P龍江源頭支流流域,地處北緯24°14′43″~25°12′48″,東經(jīng)102°44′51″~102°48′37″,地形以高原低山為主,小流域受牧羊河、小牧羊河及其支流遷回切割,水土流失嚴重,形成高原低山丘陵剝蝕地貌及土壤中輕度流失區(qū)。地勢總體西北高東南低,最高海拔2445.2m,位于流域西部土灰塘包,最低海拔2003.8m,位于流域河流出口處,相對高差441.4m,平均海拔2200.0m。屬北亞熱帶和暖溫帶混合型氣候,多年平均氣溫13.8℃,多年平均降雨量785.1mm,年內(nèi)降水分布極為不均,5~10月為雨季,降雨量占全年的87.5%,11月至次年4月為旱季,具有夏秋多雨,冬春干旱的特點。

      流域內(nèi)原坡地森林植被因過度采薪、放牧等人為因素使其被毀嚴重,疏幼林面積大,該區(qū)地帶性植被以暖溫性針闊葉林和大量分布的稀樹灌草叢為主。暖溫性針葉林主要有云南松(Pinus yunnanensis)、華山松(Pinusarmandii )、滇油杉(Keteleeria evelyniana)等;闊葉林主要有滇青岡(Cyclobalanopsis glaucoides)、滇石礫(Litho-carpus dealbatus)、旱冬瓜(Alnus nepalensis)等;稀樹灌草叢中的主要物種有扭黃茅(Hetero pogon contortus )、四脈金茅(Eulalia quadrinervis )、火絨草(Leontopodium ja-ponicum)等。

      3 研究方法

      3.1 樣地布設(shè)

      在小流域內(nèi)的迤者村南邊八里咩山,海拔1790~1851m處,坡度為20°~25°的西北向陽坡的棄荒坡次生林地。2010年,選取4塊10m×20m的樣地,其中3塊樣地上布設(shè)等高反坡階,等高反坡階沿等高線自上而下里切外墊,修成一臺面,臺面外高內(nèi)低,寬1.5m,反坡5°,以盡量蓄水,減少流失,每2個等高反坡階之間距為4m(圖1)。另外一塊樣地做對照。

      3.2 植被調(diào)查

      2015年3~6月是旱季與雨季交匯時期,對樣地進行植被進行全木調(diào)查,內(nèi)容包括種類、株數(shù)、高度和蓋度等,并在雨季期間,每月定期觀測植株生長狀況。

      4 結(jié)果分析

      4.1 直徑結(jié)構(gòu)分析

      迤者小流域內(nèi)主要以針葉林為主,主要樹種為云南松,在試驗區(qū)次生林樣地內(nèi),喬木優(yōu)勢種主要為云南松,而且次生林屬于低齡化的演替初期,故選取云南松和滇青岡為分析對象,因為樣地內(nèi)的喬木樹高均在3m以下,故直徑結(jié)構(gòu)選取的是地徑結(jié)構(gòu)。直徑結(jié)構(gòu)不僅是樹高、斷面積和材積的基礎(chǔ),而且也是對森林木材蓄積量的經(jīng)統(tǒng)計分析的重要數(shù)據(jù)支持[11]。經(jīng)統(tǒng)計分析,等高反坡階樣地和對照樣地的樹種地徑結(jié)構(gòu)特征參數(shù),見表1。

      從表1可以得出,等高反坡階與對照樣地中的2種優(yōu)勢種(云南松、滇青岡)的地徑變化。等高反坡階樣地中2樹種的株數(shù)均比對照樣地中有所提升,這是在等高反坡階是作用下,在原地貌之間形成小范圍的生態(tài)綴塊,繼而形稱交錯區(qū),既能提供物種的多樣性,也能增加植株數(shù)量。

      云南松和滇青岡的直徑正態(tài)偏度在2種樣地中幾乎均呈現(xiàn)負值,說明直徑分布偏向小徑階,樹種的新生個體較多,這也從側(cè)面反映試驗樣地所屬次生林為低齡化的演替初期的森林群落。對照樣地樹種的變異系數(shù)大于反坡階樣地,再結(jié)合平均數(shù)和標(biāo)準差,可以說明,等高反坡階樹木有大量的新生低齡的植株,而對照樣地處于自然狀態(tài),植株的生長和直徑變化相對的呈現(xiàn)出正態(tài)分布,說明等高反坡階在影響土壤水分和養(yǎng)分的分布時,進而能增加新生植株數(shù)。

      4.2 樹高結(jié)構(gòu)分析

      株高是植物形態(tài)學(xué)調(diào)查工作中最基本的指標(biāo)之一,其定義為從植株基部至主莖頂部即主莖生長點之間的距離。從表2可以得出,整個次生林群落的株高均不超過4m,再與周邊的森林群落相比而言,這是極為年輕的群落,從兩種樣地之間的正態(tài)分布偏度皆大于0為左偏,說明低矮植株含有較多比例,在次生林群中有大量的云南松、滇青岡幼木,分布于中下層,其更新優(yōu)勢相比于周邊的成熟林結(jié)構(gòu)更大。

      4.3 新枝年生長量分析

      自然環(huán)境中,云南松、滇青岡等植物生長情況較為緩慢,等高反坡階布設(shè)后產(chǎn)生的影響效果不能及時有效的快速體現(xiàn),這是本研究的不足之處。針對研究論文的需要,在本研究中選取云南松、滇青岡優(yōu)勢種樹木進行新枝生長量調(diào)差,表3是2015年兩種樹木的新枝生長情況。

      從表3可以得出,在等高反坡階樣地中的云南松和滇青岡,不管在新枝的長度、新枝枝徑上均優(yōu)于對照樣地。其中,等高反坡階樣地內(nèi)云南松新枝和滇青岡生長量較對照樣地分別平均增長了19.01%、7.88%,結(jié)合樹高(表2)生長量來看,兩樣地內(nèi)樹高差異不大,從側(cè)面說明,等高反坡階作用下,使土壤中的營養(yǎng)物質(zhì)更多的促使植株在株徑、側(cè)枝等橫向方向生長。

      4.4 等高反坡階對植被特征的相關(guān)性分析

      植被特征諸如株高、株直徑和樣地中的等高反坡階、樣地的類型和坡位之間的相關(guān)分析(表4)顯示,株高與等高反坡階之間的相關(guān)性為0.121,說明二者之間的相關(guān)性極弱,可視為不線性相關(guān),株直徑與等高反坡階的相關(guān)性位0.371,為低度相關(guān)性。

      綜合分析可以得出,株高、株直徑等植被特征在等高反坡階的作用下,不能直接完全的表現(xiàn)出其效果。等高反坡階首先改變的是土壤的結(jié)構(gòu),通過這種土壤的物理結(jié)構(gòu)的變化,對土壤徑流和壤中流進行截留和再分配,再加上環(huán)境因素中的溫度、降水和土壤是微生物的作用下,形成一套復(fù)雜的機制,進而會影響土壤中的氮素、磷素、鉀素等植物生長所需的營養(yǎng)元素的分布。

      5 討論與結(jié)論

      5.1 討論

      植物種群分布格局的形成受物種的生物學(xué)特性和群落環(huán)境密度兩方面的影響[12]。環(huán)境對植物群落的組成、結(jié)構(gòu)、功能及動態(tài)分布等都有影響[13],由于長期的自然選擇,不同生境植被群落對各自生態(tài)位均具有適應(yīng)性[14];生境中資源分布的不均性,在趨利性作用下,植物會逐漸向更有利于生長的區(qū)域拓展生態(tài)位,從而導(dǎo)致植物種群的斑塊化分布。本研究試驗地屬創(chuàng)設(shè)早期,植物群落處演替初期,人為干擾和土木建設(shè)對植被群落演替發(fā)展存在一定程度的影響,植物群落處于演替早期,在等高反坡階是作用下,原地貌形成小范圍的生態(tài)綴塊,繼而形稱交錯區(qū),多變且較脆弱的生態(tài)系統(tǒng),使整個植物群落表現(xiàn)出r-選擇。

      生態(tài)系統(tǒng)的自然恢復(fù)能力存在著地域差異,在寒冷和干燥的氣候條件下,植被自然恢復(fù)速度比較慢;而在溫暖潮濕的氣候條件下,植被自然恢復(fù)速度比較快[15]。松華壩迤者小流域地處亞熱帶和暖溫帶混合型氣候區(qū),其植被的恢復(fù)過程相對較快,在較短的時期內(nèi)便自然形成了具有喬木樹種和灌木植物的次生林,表明該地區(qū)的廢棄地具備較強的植被恢復(fù)能力。

      本研究試驗區(qū)所在的是棄荒坡地次生林,該地段的植被恢復(fù)生長過程也是對環(huán)境不斷適應(yīng)和改造的過程,在該過程中布設(shè)等高反坡階,改變了土壤養(yǎng)分的分布,而土壤養(yǎng)分又是植被生長的主要驅(qū)動力之一[16]。受等高反坡階的影響,使原就分布不均的土壤養(yǎng)分出現(xiàn)了一個小范圍的聚集,使差異更為顯著,植被生長特征就更為差異化,即成層性和斑塊碎片化。結(jié)合前人研究[17,18],土壤中的有機質(zhì)、氮磷等含量與土壤環(huán)境的復(fù)雜多樣性密切相關(guān),并得出在小尺度內(nèi),植物多樣性和土壤中有機質(zhì)、全氮含量成負相關(guān)。綜上所言,環(huán)境的差異對植物群落生長因子產(chǎn)生影響,在一定程度上是通過土壤的異質(zhì)性導(dǎo)致的一系列相變化。

      5.2 結(jié)論

      (1)等高反坡階樣地中2優(yōu)勢樹種的株數(shù)均比對照樣地中有所提升,分別是38株對應(yīng)33株,17株對應(yīng)12株,等高反坡階樣地的2樹種的直徑均值分別為5.32cm和4.27cm,相較于對照樣地的5.86cm和4.93cm減小了10.15%和15.46%。

      (2)等高反坡階與對照樣地之間的正態(tài)分布偏度在2樹種分別表現(xiàn)為0.5821、0.5501和0.3291、0.0729,皆>0左偏,說明低矮植株含有較多比例。

      參考文獻:

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