丁全定，楊永紅，劉錦乾，趙 棟，羅子渝，金 煒

（1．甘肅省白龍江林業(yè)管理局林業(yè)科學(xué)研究所，蘭州730070；2．甘肅省白水江林業(yè)局，甘肅 隴南746400）

水源涵養(yǎng)林泛指河川、水庫(kù)、湖泊的上游集水區(qū)內(nèi)大面積的原有林（包括原始森林和次生林）和人工林，是一種復(fù)雜的森林生態(tài)系統(tǒng)，不但有森林普遍具有的生態(tài)、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，而且最主要的是它具有涵養(yǎng)保護(hù)水源、防止土壤侵蝕、凈化水質(zhì)和調(diào)節(jié)氣候等生態(tài)服務(wù)功能。加強(qiáng)水源涵養(yǎng)林建設(shè)是實(shí)現(xiàn)水資源可持續(xù)利用和水土保持的有效途徑［1］。白龍江上游水源涵養(yǎng)林地處西秦嶺與青藏高原東緣褶皺帶，整個(gè)流域山巒起伏，江河縱橫，地勢(shì)由東南向西北遞增，地形復(fù)雜，生態(tài)環(huán)境脆弱，歷史上經(jīng)過大規(guī)模森林采伐以及林區(qū)內(nèi)原居民長(zhǎng)期生產(chǎn)活動(dòng)，使林區(qū)植被和土壤退化加速，生態(tài)環(huán)境惡化，滑坡、泥石流等自然災(zāi)害頻發(fā)。為進(jìn)一步加強(qiáng)白龍江上游水源涵養(yǎng)林保護(hù)利用、提高管理水平，我們進(jìn)行了白龍江上游水源涵養(yǎng)林植物種類、植被類型、主要水源涵養(yǎng)林土壤養(yǎng)分含量等研究。

1 研究區(qū)概況與研究方法

1．1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于白龍江上游的迭部林區(qū)和舟曲林區(qū)，該區(qū)地形復(fù)雜，高差變化劇烈，相對(duì)高程500～1 500m，絕對(duì)高程為1 500～4 900m，平均坡度為30°～35°，局部可達(dá)50°，割切嚴(yán)重，高山峽谷，是典型的西北高山地形［2］。林區(qū)氣候?qū)俦眮啛釒Т箨憹駶?rùn)氣候，春季天氣多變，雨量不穩(wěn)，地勢(shì)高，溫度低，云霧多，濕度大，夏季常有冰雹，冬季嚴(yán)寒。

1．2 研究方法

1．2．1 植被類型及其主要植物種類調(diào)查 以白龍江上游的迭部縣和舟曲縣林地為對(duì)象，以踏查方法進(jìn)行白龍江上游林地類型調(diào)查，海拔范圍為1 700～4 400m。

1．2．2 水源涵養(yǎng)林物種多樣性調(diào)查

（1）喬木林地：對(duì)植被類型調(diào)查結(jié)果得出的8種喬木林類型，每種根據(jù)不同地形地貌設(shè)置1～2個(gè)具有代表性的標(biāo)準(zhǔn)樣地，樣地面積為20m×30 m，逐個(gè)進(jìn)行種類、高度、冠幅等調(diào)查測(cè)定，之后再在樣地4角分別設(shè)置5m×5m灌木樣方1個(gè)，調(diào)查測(cè)定灌木、草本層蓋度、植物種類、高度、生物量等，樣地、樣方調(diào)查同時(shí)，測(cè)定記載林地郁閉度、海拔、坡形、坡向、坡位、土層厚度等環(huán)境資料。共設(shè)置喬木林樣地19個(gè)，喬木林地灌木樣方36個(gè)。

（2）灌木林地：灌木林地在不同地形地貌、生長(zhǎng)狀況等地段共設(shè)置12個(gè)樣方，樣方面積、調(diào)查內(nèi)容與方法等和喬木林地灌木樣方相同。

物種多樣性調(diào)查共設(shè)置喬木樣地19個(gè)，灌木樣方48個(gè)（其中喬木林地36個(gè)，灌木林地12個(gè)）。

1．2．3 林地土樣采集和理化性狀測(cè)定 在進(jìn)行林地物種多樣性調(diào)查的同時(shí)，在每樣地四周設(shè)4個(gè)采樣點(diǎn)，挖取80cm深土壤剖面，觀察土壤厚度、類型、組成等，再按0～20cm、20～40cm共2層分別采集土樣，每層重復(fù)3次，每樣地分層混合土樣進(jìn)行理化性狀測(cè)定。共挖土壤剖面及取樣坑136個(gè)。測(cè)定指標(biāo)包括有機(jī)質(zhì)含量、堿解性氮含量、速效磷含量、速效鉀含量、全氮含量、全磷含量、全鉀含量、pH 值、電導(dǎo)率、風(fēng)干土含水率，測(cè)定方法為經(jīng)典或常規(guī)測(cè)定法［13］。

1．2．4 林地物種多樣性計(jì)算 采用物種豐富度（S）、香農(nóng)多樣性指數(shù)（Shannon＇s diversity index）H、辛普森多樣性指數(shù)（Simpson＇s diversity index）D、Pielou 均用一度指數(shù)（Species Evenness）J 等指標(biāo)及其計(jì)算方法［14］。

2 結(jié)果與分析

2．1 白龍江上游水源涵養(yǎng)林植物種類

經(jīng)調(diào)查，白龍江上游主要木本植物共42個(gè)科91個(gè)屬136個(gè)種，其中發(fā)現(xiàn)國(guó)家一類珍稀瀕危保護(hù)樹種2種：紅豆杉（Taxus cuspidata）、獨(dú)葉草（Kingdonia uniflora）；國(guó)家二類珍稀瀕危保護(hù)樹種18種：岷江柏木（Cupressus chengiana）、麥吊云杉（Picea brachytyla）、大果青杄（P．neoveitchii）、紫果云杉（Piceapurpurea Mast）、秦嶺冷杉（Abies chensiensis）、紅杉（Larix potaninii）、粗榧（Cephalotaxus sinensis）、杜仲（Eucommia ulmoides）、連香樹（Cercidiphyllum japanlcunl）、水青樹（Tetracentron sinense）、厚樸（Magnolia officinalis）、青檀（Pteroceltis tatarinowii）、樟樹（Cinnamomum camphora ）、華榛（Corylus chinensis）、錦繡杜鵑（Rhododendron pulchrum）、金背杜鵑（Rhododendron clementinae）、水曲柳（Fraxinus mandschurica）、刺五加（Eleutherococcus senticosus）。

2．2 白龍江上游植被類型及其不同海拔分布特征

白龍江上游植被類型依據(jù)不同的海拔高度依次為干熱河谷灌叢、闊葉混交林、針葉闊葉混交林、針葉林、高山灌叢、高山草甸（表1），垂直帶譜明顯。

（1）高山灌叢草甸：海拔3 400～3 800m。陰坡和半陰坡分布有以山光杜鵑、金背杜鵑、烈香杜鵑、高山柳為建群樹種的陰性灌叢樹種，林下分布有蒿草、苔蘚等極耐陰濕的植物種群；陽坡、半陽坡則分布有針茅、苔草及禾本科植物，伴生有薔薇、花楸、珍珠梅、金露梅、小檗、錦雞兒等灌叢，平均蓋度90%。3 800m以上多為裸巖及物理風(fēng)化流石灘。

（2）高山針葉林：海拔3 000～3 400m，是白龍江流域林型的最高海拔植被分布帶。在自然條件下形成森林復(fù)合景觀，巴山冷杉、青杄、青海云杉、粗枝云杉是該分布帶的主要建群樹種，林下植被組成單一，冷杉、青杄、云杉幼苗天然更新。陰坡、半陰坡生境比較溫潤(rùn)，主要為巴山冷杉或青杄形成單層純林，林下分布有金背杜鵑、山光杜鵑、金露梅、銀露梅、忍冬和薔薇等灌木以及苔蘚、苔草等；在氣候相對(duì)溫?zé)岬牡貐^(qū)，還分布有少量山楊、樺樹等針闊混交林。陽坡、半陽坡比較干燥，主要建群種為針茅和其他禾本科草類，零星分布有高山柏、沙棘灌叢。

（3）暗針葉林：海拔2 600～3 000m，是白龍江流域主要的針葉植被分布帶。陰坡、半陰坡主要樹種有紫果云杉、青海云杉、粗枝云杉、青杄、油松等；下木主要有箭竹、忍冬、黃刺玫、峨眉薔薇、扁刺薔薇、繡線菊、珍珠梅、山楂、茶鑣子、遼東櫟、康定柳等。陰坡2 800～3 000m有大面積的紅樺純林，楊樹純林；陰坡2 600～2 700m主要為油松單層純林，林下灌木單一，主要為黃刺玫、峨眉薔薇、扁刺薔薇和忍冬，生境比較溫潤(rùn)的草本分布茂盛。在石崖上或陽坡下部常有柏樹、樺樹、楊樹、遼東櫟、沙棘形成片狀林。

（4）針闊混交林：海拔2 200～2 600m，水熱條件相對(duì)較好，適宜喬木、灌木生長(zhǎng)，是白龍江流域樹種最豐富，群落類型最多的植被帶。陰坡、半陰坡主要樹種有油松、華山松、鐵杉、青杄、遼東櫟、山楊、甘肅楓楊、白樺、紅樺、糙皮樺、漆樹、槭樹等針闊葉樹的混交林；林下主要有箭竹、青海柳、川滇柳、毛榛、刺葉高山櫟、甘肅小檗、黃蘆木、茶鑣子、繡線菊、珍珠梅、栒子、懸鉤子、峨眉薔薇、扁刺薔薇、胡枝子、忍冬、衛(wèi)矛、莢蒾、山楂、沙棘等灌叢。在溝谷河灘地帶分布人工撫育栽植的楊樹林和油松林。

（5）干熱河谷灌叢：海拔1 800～2 200m，陰坡溫涼濕潤(rùn)，土層深厚肥，主要為楊樹，川滇柳、繡線梅、胡枝子、木姜子、薔薇等喬木或灌木；陽坡炎熱干燥，土壤淺薄貧瘠，其水熱條件不能滿足喬木、灌木生長(zhǎng)。地表為灌叢草地，主要為錦雞兒、遼東櫟、沙棘、小檗及禾本科草本植物等。

表1 不同林型的水源涵養(yǎng)林

2．2 不同類型水源涵養(yǎng)林物種多樣性特征

據(jù)調(diào)查（表2），白龍江上游不同類型水源涵養(yǎng)植物物種豐富度為6～24，闊葉混交林最高，杜鵑灌叢林和杜鵑－冷杉混交林最低；物種豐富度變化總趨勢(shì)表現(xiàn)出隨海拔升高而降低，闊葉混交林＞針闊混交林＞針葉林。香農(nóng)多樣性指數(shù)（H）0．8695～2．7385，干熱河谷灌叢最高，杜鵑灌叢最低；不同林型之間變化趨勢(shì)與物種豐富度相似。辛普森多樣性指數(shù)（D）0．3096～0．9848，冷杉－青杄混交林最高，油松林最低。Pielou均一度指數(shù)（J）為0．4468～0．9141，干熱河谷灌叢最高，杜鵑灌叢最低。從這4個(gè)指標(biāo)總體來看，白龍江上游不同類型水源涵養(yǎng)林物種多樣性干熱河谷灌叢最高，天然闊葉混交林次之，樺樹遼東櫟闊葉混交林、油松闊葉混交林、青杄冷杉混交林較大，杜鵑灌叢林和杜鵑－冷杉混交林最低。觀察還發(fā)現(xiàn)，樺樹闊葉混交林中，白樺生長(zhǎng)較差，病蟲害嚴(yán)重，糙皮樺死亡現(xiàn)象嚴(yán)重，而樺樹－云杉混交林，生長(zhǎng)較好，病蟲害輕。青杄－冷杉混交林，物種豐富，分布較均勻，但生長(zhǎng)勢(shì)弱，枯枝落葉多未分解，林下灌木稀疏。

針葉純林由于針葉樹種自身的缺陷，如枯落物分解困難、自肥能力較差等，涵養(yǎng)水源和保持水土能力相對(duì)于針闊混交林要差［10］。因此，為提高林地物種多樣性和保持水土、涵養(yǎng)水源能力，在進(jìn)行人工造林或森林撫育時(shí)，可根據(jù)立地條件和樹種生物學(xué)特性，盡量多營(yíng)造針闊混交林或闊葉混交林。

表2 不同林型水源涵養(yǎng)林群落物種多樣性指數(shù)

2．3 不同水源涵養(yǎng)林土壤養(yǎng)分含量

土壤有機(jī)質(zhì)含量和全N含量作為土壤養(yǎng)分中最主要的兩個(gè)指標(biāo)［13］，其含量高低直接影響土壤的肥力狀況，進(jìn)而影響植物的生長(zhǎng)發(fā)育水平及其生態(tài)穩(wěn)定性。從表3可以看出，白龍江上游不同水源涵養(yǎng)林土壤有機(jī)質(zhì)含量為1．71%～25．19%，干熱河谷灌叢最高，冷杉－青杄混交林最低，杜鵑－冷杉混交林、樺樹－遼東櫟混交林、油松－闊葉混交林也較高。土壤全N含量為0．94～8．90g·kg－1，干熱河谷灌叢最高，冷杉－青杄混交林最低，杜鵑－冷杉混交林和油松－闊葉混交林也較高。從有機(jī)質(zhì)含量和全N含量看，干熱河谷灌叢土壤養(yǎng)分最好，其次為杜鵑－冷杉混交林和油松－闊葉混交林，冷杉－青杄混交林最最差。

同林地不同深度土壤養(yǎng)分含量存在差異，在從0～20cm至20～40cm過渡中，其中有機(jī)質(zhì)含量、全氮、堿解氮含量、速效磷、速效鉀和風(fēng)干土含水率都在顯著降低。尤其以土壤有機(jī)質(zhì)含量（圖1）、全氮含量（圖2）變化變化最為顯著。

土壤有機(jī)質(zhì)和全氮含量變化與土壤pH值變化比較分析發(fā)現(xiàn)，有機(jī)質(zhì)和全氮含量較高的土壤其pH值較小，土壤呈弱酸性或中性（圖3），如杜鵑冷杉混交林和樺樹—遼東櫟闊葉混交林養(yǎng)分含量較高，pH值都較小，而養(yǎng)分含量最低的冷杉－青杄混交林pH 值卻最高（9．17）。

圖1 不同林型的不同層次土壤有機(jī)質(zhì)含量

圖2 不同林型的不同層次土壤含N含量

3 結(jié)論

白龍江上游主要木本植物共42個(gè)科91個(gè)屬136個(gè)種，其中國(guó)家保護(hù)植物20種；不同海拔高度植被垂直帶譜明顯，由低到高依次為干熱河谷灌叢、針闊混交林、暗針葉林、高山針葉林、高山灌叢草甸。不同類型水源涵養(yǎng)植物物種豐富度為6～24，香農(nóng)多樣性指數(shù)（H）0．8695～2．7385，辛普森多樣性指數(shù)（D）0．3096～0．9848，Pielou均一度指數(shù)（J）為0．4468～0．9141，物種多樣性天然干熱河谷灌叢最高，天然闊葉混交林次之，樺樹遼東櫟闊葉混交林、油松闊葉混交林、青杄冷杉混交林較大，杜鵑灌叢林和杜鵑－冷杉混交林最低。不同水源涵養(yǎng)林土壤有機(jī)質(zhì)含量為1．71%～25．19%，全 N含量為0．94～8．90g·kg－1，養(yǎng)分狀況干熱河谷灌叢土壤養(yǎng)分最好，其次為杜鵑－冷杉混交林和油松－闊葉混交林，冷杉－青杄混交林最最差。

表3 不同林型的水源涵養(yǎng)林土壤理化特征

干熱河谷灌叢物種多樣性高，但以灌木為主，灌層高度不超過3m，土壤肥力處于中下水平，且因在河谷階地處，放牧對(duì)植被破壞較大。闊葉混交林（樺木、遼東櫟等）多樣性水平次之，層高度不小于15m，但土壤肥力高，有利于土壤改造及幼林撫育。構(gòu)建水源涵養(yǎng)林，以營(yíng)造針闊混交林為主，合理搭配云杉、青杄、樺樹、楊樹等樹種，對(duì)提高林下灌木層物種多樣性水平具有重要作用，而針葉純林的物種多樣性則較差。建議在撫育和封育時(shí)，人為傾向于針葉純林的改造，對(duì)針葉純林補(bǔ)植闊葉樹種進(jìn)行林分改造。

物種多樣性指數(shù)與土壤特征的關(guān)系較為復(fù)雜，本研究結(jié)果表明，土壤有機(jī)質(zhì)含量、堿解性氮含量、速效磷含量、速效鉀含量、全氮含量、束縛水含量的高低與香農(nóng)多樣性指數(shù)（H）、Pielou均一度指數(shù)（J）、辛普森多樣性指數(shù)（D）水平的極大值呈負(fù)相關(guān)，與多樣性水平的極小值呈正相關(guān)，這與肖德榮［12］等的研究結(jié)果相似。不同林型的土壤養(yǎng)分特征差異達(dá)到極顯著性水平，闊葉混交和針闊混交對(duì)提高土壤質(zhì)量作用顯著，尤其以天然闊葉混交林的養(yǎng)分狀況最好，而天然冷杉和青杄混交林的養(yǎng)分最差。因此，在白龍江上游區(qū)域，以營(yíng)造水源涵養(yǎng)林為目的營(yíng)林或幼林撫育，在針葉純林中栽植闊葉林構(gòu)建針闊混交林，對(duì)闊葉混交林多進(jìn)行人為干預(yù)，進(jìn)行不定期修枝、割灌、鋤草，從而更有力于植物的生長(zhǎng)發(fā)育，提高水源涵養(yǎng)林的生態(tài)功能。Gentry［16］認(rèn)為隨著土壤肥沃程度的增加，群落的物種多樣性也逐漸增加。本文研究結(jié)果為針闊混交林（云杉混交林）和闊葉混交林物種多樣性和土壤肥力差異均極顯著，物種多樣性與土壤質(zhì)量相關(guān)性尤其顯著。因此，在以后的水源涵養(yǎng)林營(yíng)林中，可將調(diào)查物種多樣性和檢測(cè)土壤特征因子作為選擇宜林地或林地改造參考條件或營(yíng)林作業(yè)成功與否的重要評(píng)價(jià)指標(biāo)之一。

［1］陳偉，李山東，薛立．水源涵養(yǎng)林的功能和效益綜述［J］．山西林業(yè)科技，2004（6）：2．

［2］尹祚棟，赫卓峰，姚剛．白龍江洮河林區(qū)綜合考察報(bào)告［J］．甘肅林業(yè)科技，1990，（2）：16－20．

［3］李占軍．白龍江林區(qū)水源涵養(yǎng)林天然更新情況調(diào)查［J］．陜西林業(yè)科技，2004，（3）：30－33．

［4］鞏文．洮河林區(qū)云、冷杉林分類型的多樣性及穩(wěn)定性［J］．中南林學(xué)院學(xué)報(bào)，2003，23（2）：71－75．

［5］白星．白龍江上游云、冷杉林密度控制及經(jīng)營(yíng)決策的研究［J］．甘肅林業(yè)科技，1996（4）：59－62．

［6］羅榮軍．甘肅白龍江林區(qū)生物多樣性及其保護(hù)策略［J］．甘肅科技，2008，24（14）：168－170．

［7］艾麗，吳建國(guó)，劉建泉，等．土壤有機(jī)碳和全氮含量及其與海拔、植被和氣候要素的關(guān)系——以祁連山中段北坡為研究對(duì)象［J］．中國(guó)園藝文摘，2010（3）：27－33．

［8］吳建國(guó)，艾麗．土壤顆粒組分中氮含量及其與海拔和植被的關(guān)系［J］．林業(yè)科學(xué)，2008，44（6）：10－19．

［9］安樹青，王崢峰，朱學(xué)雷．土壤因子對(duì)次生森林群落物種多樣性的影響［J］．武漢植物學(xué)研究，1997，15（2）：143－150．

［10］王凱博，陳美玲，秦娟．子午嶺植被自然演替中植物多樣性變化及其與土壤理化性質(zhì)的關(guān)系［J］．西北植物學(xué)報(bào)，2007，27（10）：2089－2096．

［11］王長(zhǎng)庭，曹廣民，王啟蘭，等．三江源地區(qū)不同建植期人工草地植被特征及其與土壤特征的關(guān)系［J］．應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2007，18（11）：2426－2431．

［12］肖德榮，田昆，張利權(quán)．滇西北高原納帕海濕地植物多樣性與土壤肥力的關(guān)系［J］．生態(tài)學(xué)報(bào)，2008，28（7）：3116－3124．

［13］國(guó)家林業(yè)局．中華人民共和國(guó)林業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)－森林土壤分析方法［M］．北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2000．

［14］章家恩．生態(tài)學(xué)常用實(shí)驗(yàn)研究方法與技術(shù)［M］．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006．

［15］李生寶，王占軍，王月玲等．寧南山區(qū)不同生態(tài)恢復(fù)措施對(duì)土壤環(huán)境效應(yīng)影響的研究［J］．水土保持學(xué)報(bào)，2006，20（4）：20－22．

［16］GENTRY A H．Endemism in Tropical vs．Temperate Plant Communi ties in Soule［M］．Sunderland，Massachusetts：Conservation Biology，Sinauer Press，1986：153－181．