王子婷，楊 磊，蔡國軍，莫保儒，柴春山，戚建莉，張洋東

1 甘肅省林業(yè)科學研究院，蘭州 730020 2 中國科學院生態(tài)環(huán)境研究中心城市與區(qū)域生態(tài)國家重點實驗室，北京 100085

半干旱黃土區(qū)坡面尺度檸條生長狀況及影響要素分析

王子婷1，楊 磊2,*，蔡國軍1，莫保儒1，柴春山1，戚建莉1，張洋東1

1 甘肅省林業(yè)科學研究院，蘭州 730020 2 中國科學院生態(tài)環(huán)境研究中心城市與區(qū)域生態(tài)國家重點實驗室，北京 100085

以半干旱黃土丘陵區(qū)典型小流域坡面大規(guī)模人工種植檸條林為例，基于坡面不同部位檸條生長狀況和生境條件調(diào)查，定量分析了地形變化、土壤水分及灌木密度對檸條生長的直接、間接影響及其貢獻率。結(jié)果表明：(1)東坡大株檸條生長明顯好于南坡，下坡位檸條生長狀況略好于中上坡位，其他各坡位之間檸條生長狀況差異較??；(2)大株檸條生長與淺層土壤水分有正相關關系，而與灌木密度和深層土壤水分則呈負相關關系；大株檸條灌木高度、灌木縱截面積和冠幅體積對淺層土壤水分的響應敏感，冠幅長度對坡向和坡位的響應較為敏感，冠幅寬度對灌木密度的響應較為敏感；(3)地形和土壤水分變化解釋了59.9%的大株檸條生長變異，其中坡向、坡位和淺層土壤水分是影響大株檸條生長的主導環(huán)境因子，它們分別解釋了21.1%、16.0%和13.1%的檸條生長變化。研究認為半干旱黃土區(qū)人工植被恢復既要重視空間布局，也要在后期實施必要的管理措施以維持人工林地的穩(wěn)定性。

黃土高原；坡面尺度；坡位；人工檸條林；土壤水分

半干旱黃土高原因受區(qū)域自然條件和人類活動的雙重影響，生態(tài)環(huán)境脆弱、土壤侵蝕嚴重，一直是我國植被恢復和生態(tài)建設的重點區(qū)域之一[1-3]，人工林草種植已經(jīng)成為這一地區(qū)植被恢復的主要措施[4-6]，其中檸條是黃土高原地區(qū)人工種植最為廣泛的灌木樹種之一[7-8]。研究認為，黃土高原人工植被恢復需要遵循植被地帶性規(guī)律[3-5]和水資源承載力[9-10]。黃土丘陵區(qū)地形破碎、溝壑縱橫，坡面水熱組合條件變化較大[11-12]，從而導致人工植被在空間配置中還需充分考慮非地帶性因子[3,5]，如黃土的質(zhì)地組成、坡向、坡度、坡位、坡面地形和水分條件的差異，因此在坡面尺度開展人工植被恢復須根據(jù)對應的生境條件進行科學配置，否則將不利于人工植被的穩(wěn)定以及水土流失控制等生態(tài)功能的有效發(fā)揮[13]。關于黃土高原坡面尺度植被恢復的研究，不同的研究者選取了不同的植被類型以期探尋植被恢復與坡面地形環(huán)境的響應關系，其中王晶等[14]在陜北黃土區(qū)封禁流域坡面微地形內(nèi)以經(jīng)過自然恢復的植物群落為研究對象，分析其物種組成、數(shù)量特征及多樣性與環(huán)境因子的關系；楊士梭等[15]在黃土丘陵區(qū)以自然植被為對象，分析植物各功能性狀值在科屬和群落水平上與環(huán)境因子的響應關系；胡嬋娟等[16]在丘陵溝壑區(qū)小流域內(nèi)，不同坡面上對不同退耕還林植被配置模式下植物物種組成與土壤環(huán)境的變化關系進行研究；胡相明等[17]在黃土丘陵區(qū)從坡面尺度以自然封育形成的天然草地為研究對象，對其結(jié)構(gòu)與地形因素和土壤水分的關系進行了研究。然而，關于大規(guī)模植被恢復以后坡面尺度成熟檸條林生長狀況及其影響因素的認識還很有限，其與環(huán)境因子的定量表達關系還有待進一步深入探討。本文以黃土高原廣泛分布的檸條為例，通過對半干旱黃土區(qū)坡面尺度不同部位檸條生長狀況的分析與比較，探索坡面尺度檸條生長規(guī)律，確定地形、種植密度和土壤水分變化對檸條生長的直接、間接影響及其貢獻率，以期為半干旱黃土丘陵區(qū)植被恢復模式及空間配置提供科學依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于甘肅省定西市龍灘小流域(104°27′—104°32′E，35°43′—35°46′N)，屬典型半干旱黃土丘陵溝壑區(qū)，流域面積16km2，平均海拔1900m。研究區(qū)年平均氣溫6.8℃，1月份平均氣溫-7.9℃，極端最高溫38.5℃，平均無霜期152d，平均日照時數(shù)2052h。多年平均降水量為386mm，降雨主要集中在7—9月份，潛在蒸發(fā)量1439mm。年平均相對濕度72%，干燥度1.9。流域內(nèi)土壤以黃綿土為主，有機質(zhì)含量低，土壤貧瘠且易侵蝕。天然植被以多年生草本為主，目前主要草本種類長芒草(Stipabungeana)、賴草(Leymussecalinus)、阿爾泰狗娃花(Heteropappusaltaicus)、紫花苜蓿(Medicagosativa)，人工栽植的灌喬樹種有檸條(Caraganakorshinskii)、側(cè)柏(Platycladusorientalis)、油松(Pinustabuliformis)等，其中人工檸條林地面積較大且分布較廣，林下草本物種主要有長芒草(S.bungeana)、灌木亞菊(Ajaniafruticulosa)、阿爾泰狗娃花(H.altaicus)及駱駝蓬(Peganumharmala)等。

2 研究方法

2.1 監(jiān)測樣點布設

在研究區(qū)內(nèi)依據(jù)坡向不同選取5個樣帶，其中東坡取兩個樣帶分別命名為E1和E2，南坡選取3個樣帶分別命名為S1、S2和S3；每條樣帶自上而下依次選取上坡位、中上坡位、中坡位、中下坡位及下坡位5個坡位作為監(jiān)測樣點。坡面5條樣帶內(nèi)的檸條以水平階整地的造林方式栽植于1984年。

2.2 數(shù)據(jù)采集與分析

于生長季(8月份)在各監(jiān)測樣點，對檸條林測定20m×20m樣方內(nèi)每株檸條的灌木高度、冠幅長度和冠幅寬度，用土鉆采集0—600cm深度土壤樣品，每隔20cm采集1個土樣，利用烘干法測定土壤水分含量。有研究表明，黃土高原地區(qū)0—200cm深度土壤水分受降水影響相對較大，而200cm以下土壤水分受降水影響較小[18-20]。因而根據(jù)土壤水分對降雨的響應規(guī)律，本文選取0—200cm深土壤含水量作為淺層土壤水分，200—600cm深土壤含水量作為深層土壤水分，東坡和南坡不同坡位淺層土壤水分和深層土壤水分含量見表1。利用南方S740手持GPS記錄各監(jiān)測樣點的經(jīng)緯度及海拔信息，利用羅盤測定坡度和坡向。

表1 東坡和南坡不同坡位淺層土壤水分和深層土壤水分

E1：東1坡，East slope 1；E2：東2坡，East slope 2；S1：南1坡，South slope 1；S2：南2坡，South slope 2；S3：南3坡，South slope 3

數(shù)據(jù)分析時為了避免樣方內(nèi)每株檸條樣本因大小株差異而影響顯著性及相關性分析結(jié)果，本文在分析統(tǒng)計時首先對樣方內(nèi)的檸條樣本按株高將其分為小株(0100cm)[21]，在此基礎上分別統(tǒng)計代表檸條生長的形態(tài)特征值并參考相關研究計算特征值來近似代表每株檸條地上生物量[21-23]，包括檸條灌木高度(H)、冠幅長度(CL)、冠幅寬度(CW)、冠幅直徑(C)、冠幅橫截面積(A)、灌木縱截面積(CH)及冠幅體積(V)，其中：冠幅直徑C=(CL+CW)/2，冠幅橫截面積A=πC2/4，灌木縱截面積CH=C×H，冠幅體積V=A×H。

利用相似性分析(Analysis of similarities，ANOSIM)檢驗坡向和坡位對大株檸條(中株和小株檸條數(shù)據(jù)較少不做分析)生長的影響，ANOSIM分析使用PRIMER 5.0[24]。運用單因素方差分析比較5條樣帶不同坡位對大株和中株檸條7個生長指標的影響，采用Pearson相關分析不同坡向和不同坡位與坡向大株和中株檸條灌木密度、淺層土壤水分和深層土壤水分與檸條生長的相關關系，利用通徑分析確定灌木密度、淺層土壤水分及深層土壤水分對檸條生長的直接和間接影響，統(tǒng)計分析使用SPS S21.0。采用RDA和pRDA分析地形因子(坡向、坡位及坡度)和土壤水分(淺層土壤水分及深層土壤水分)對大株和中株檸條生長狀況(灌木高度、冠幅寬度、冠幅長度、冠幅直徑、冠幅橫截面積、灌木縱截面積和冠幅體積)的影響及貢獻率，排序分析使用CANOCO 4.5[25]。

3 結(jié)果

3.1 坡向和坡位對檸條生長的影響

檸條生長狀況的相似性分析(ANOSIM)結(jié)果表明，坡向?qū)帡l生長有顯著影響(GlobalR=0.267，P=0.014)，東坡檸條的生長好于南坡，東坡檸條的高度、冠幅長度及寬度均大于南坡。5條樣帶綜合分析的結(jié)果表明，坡位對檸條生長的影響較小(GlobalR=-0.054、P=0.676)。不同樣帶內(nèi)檸條生長對坡位的響應可能存在一定差異，進而對5條樣帶內(nèi)不同坡位檸條生長狀況進行方差分析。結(jié)果表明，就大株檸條而言，坡位對大株檸條的生長有顯著影響，但這種影響隨坡向不同又存在一定變化(表2)。東坡兩條樣帶內(nèi)下坡位檸條的平均高度要高于上坡位，其中E1樣帶內(nèi)上坡和中上坡與下坡位檸條高度相差較小，E2坡檸條的高度則自上而下逐漸增加(表2)。東坡檸條冠幅長度對坡位變化的響應較冠幅寬度明顯，下坡檸條的冠幅長度顯著高于上坡，而上坡和下坡檸條冠幅寬度相差較小(表2)。整體而言，在表征檸條生長的7個生長指標中，冠幅橫截面積、灌木縱截面積和冠幅體積隨坡位變化相比植株高度和冠幅明顯，下坡位檸條的冠幅橫截面積、灌木縱截面積和冠幅體積普遍高于中上坡位(表2)。南坡S1和S3樣帶灌木高度及冠幅長度均表現(xiàn)為下坡位高于上坡位及中上坡位，檸條的冠幅橫截面積、灌木縱截面積及冠幅體積變化表現(xiàn)更為明顯(表2)。S2樣帶與S1和S3樣帶不同，S2樣帶下坡位檸條的高度、冠幅長度、冠幅橫截面積、灌木縱截面積及冠幅體積均低于中上坡位(表2)。總之就大株檸條而言，下坡位檸條生長要好于其他坡位(S2除外)，而上坡和中下坡之間檸條生長差異較小。

表2 東坡和南坡不同坡位大株檸條生長狀況比較

表中不同小寫字母表示同一坡面上不同坡位之間差異顯著;H：灌木高度，Height;CL：冠幅長度，Crown length;CW：冠幅寬度，Crown width;C：冠幅直徑，Crown diameter;A：冠幅橫截面積，Crown cross sectional area;CH：灌木縱截面積，Crown diameter×height;V：冠幅體積，Canopy volume

5條樣帶內(nèi)中株檸條的密度較低，其生長狀況與大株檸條相比對坡面變化響應較小。E1、E2和S1樣帶內(nèi)不同坡位檸條生長差異較小(P>0.05)，S2坡冠幅長度在坡位間的差異極顯著(P<0.001)，冠幅直徑(P=0.002)和灌木縱截面積(P=0.003)在坡位間也存在顯著差異，且上述3個生長指標均表現(xiàn)為中上坡位好于下坡位，而其他生長指標在坡位間無明顯差異；S3坡僅灌木高度在坡位間存在極顯著差異(P<0.001)，其他各生長指標均無明顯差異。

3.2 土壤水分及灌木密度與檸條生長的關系

檸條生長與灌木密度的相關分析結(jié)果表明，大株檸條灌木密度與7個生長指標均表現(xiàn)為負相關關系，其中東坡和南坡灌木密度與各生長指標的相關性均較小(表3)。檸條生長與淺層土壤水分的相關分析結(jié)果表明，淺層土壤水分與大株檸條各指標均表現(xiàn)為正相關關系，其中淺層土壤水分與灌木高度和灌木縱截面積呈顯著正相關。就不同坡向而言，東坡淺層土壤水分與檸條各生長指標均呈正相關關系，而南坡淺層土壤水分與各生長指標均呈負相關關系，其中南坡淺層土壤水分與冠幅寬度顯著負相關。檸條生長與深層土壤水分的相關關系表明，雖然深層土壤水分與檸條各生長指標的相關性較小，但不同坡向之間的表現(xiàn)存在差異。東坡深層土壤水分與檸條各生長指標表現(xiàn)為正相關關系，其中東坡深層土壤水分與冠幅寬度呈顯著正相關，而南坡深層土壤水分與各生長指標呈負相關關系。中株檸條與大株檸條不同，其密度及土壤水分與中株檸條各生長指標的相關性不顯著(表3)。

進一步對大株檸條各生長指標與灌木密度、淺層土壤水分和深層土壤水分進行通徑分析。結(jié)果表明，淺層土壤水分對大株檸條灌木高度、灌木縱截面積及冠幅體積均有直接的正影響(通徑系數(shù)分別為0.593、0.401和0.312)，大株檸條密度對冠幅寬度有直接的負影響(通徑系數(shù)為-0.323)，而深層土壤水分及大株檸條密度對灌木高度、灌木縱截面積和冠幅體積產(chǎn)生間接負影響(表4)。

表3 淺層土壤水分、深層土壤水分及灌木密度與檸條生長指標的相關分析

*P< 0.05, **P< 0.01

表4大株檸條密度、淺層土壤水分及深層土壤水分對檸條生長的直接影響和間接影響

Table4Directlyandindirectlyeffectofshallow&deepsoilmoisturecontentandplantdensitytogrowthstatusasbig-sizeCaraganakorshinskiishrubs

生長指標Growthindices變量Variate直接效應Directlyeffect間接效應Indirectlyeffect通過x1通過x2通過x3總效應Totaleffect灌木高度大株檸條密度(x1)0.018-0.3560.011-0.328Height/m淺層土壤水分(x2)0.593-0.011-0.0140.569深層土壤水分(x3)0.0250.007-0.328-0.296R2=0.325*冠幅長度大株檸條密度(x1)-0.001-0.083-0.013-0.097Crownlength/m淺層土壤水分(x2)0.1390.0010.0170.156深層土壤水分(x3)-0.0310.000-0.077-0.108R2=0.025冠幅寬度大株檸條密度(x1)-0.3230.0250.118-0.180Crownwidth/m淺層土壤水分(x2)-0.0420.194-0.153-0.001深層土壤水分(x3)0.277-0.1370.0230.163R2=0.104冠幅直徑大株檸條密度(x1)-0.165-0.0350.040-0.159Crowndiameter/m淺層土壤水分(x2)0.0580.099-0.0520.105深層土壤水分(x3)0.094-0.070-0.032-0.008R2=0.032冠幅橫截面積大株檸條密度(x1)-0.125-0.0550.049-0.130Crowncroectionalarea/m2淺層土壤水分(x2)0.0910.075-0.0640.102深層土壤水分(x3)0.116-0.053-0.0500.013R2=0.027灌木縱截面積大株檸條密度(x1)-0.063-0.2410.028-0.276Crowndiameter×height/m2淺層土壤水分(x2)0.4010.038-0.0360.403深層土壤水分(x3)0.065-0.027-0.222-0.183R2=0.167冠幅體積大株檸條密度(x1)-0.081-0.1870.026-0.242Canopyvolume/m3淺層土壤水分(x2)0.3120.049-0.0330.327深層土壤水分(x3)0.060-0.034-0.172-0.146R2=0.112

*P<0.05

3.3 坡面檸條生長與環(huán)境因子的定量分析

利用RDA和pRDA分析5條樣帶不同坡位大株和中株檸條生長狀況與5個環(huán)境因子(坡向、坡位、坡度、淺層土壤水分及深層土壤水分)的關系，確定影響大株和中株檸條生長的關鍵環(huán)境因子。大株檸條與環(huán)境因子的排序結(jié)果表明，第1軸解釋了58.0%的檸條生長變化(Eigenvalue=0.580，F(xiàn)=26.26，P=0.018)，所有的排序軸解釋了59.9%的檸條生長變化(Eigenvalue=0.599，F(xiàn)=5.68，P=0.015)，排序結(jié)果較好的反映了地形和土壤水分變化對大株檸條生長的影響。pRDA分析結(jié)果表明，坡向?qū)Υ笾隀帡l的生長影響最大(解釋了21.1%的變異)，其次是坡位(16.0%)、淺層土壤水分(13.1%)和深層土壤水分(9.6%)，而坡度對大株檸條生長的影響解釋量不足0.1%(圖1)。中株檸條與環(huán)境因子的排序結(jié)果表明，第1軸解釋了29.5%的檸條生長變化(Eigenvalue=0.295，F(xiàn)=5.87，P=0.339)，所有的排序軸解釋了30.6%的檸條生長變化(Eigenvalue=0.306，F(xiàn)=1.24，P=0.340)，排序結(jié)果表明地形和土壤水分變化對中株檸條生長的影響較小。pRDA分析結(jié)果表明，坡向?qū)χ兄隀帡l生長影響較大(解釋了18.9%的變異)，深層土壤水分、淺層土壤水分、坡度和坡位對中株檸條生長影響較小(解釋量分別為：6%、3.2%、2%和0.4%)(圖1)。

圖 1 大株和中株檸條生長狀況與環(huán)境因子的RDA排序圖Fig.1 RDA ordination figure of Caragana korshinskii growth indices and environmental factors at big-sized plants and medium-sized plantsSA：坡向，slope aspect；SP：坡位，slope position；SG：坡度，slope gradient；SMC1：淺層土壤水分，shallow soil moisture content；SMC2：深層土壤水分，deep soil moisture content；1：上坡位，upper slope position；2：中上坡位，upper-middle slope position；3：中坡位，middle slope position；4：中下坡，middle-low slope position；5：下坡位，low slope position

4 討論

半干旱黃土區(qū)人工植被的生長受土壤水分、土壤養(yǎng)分及光熱組合等因素的共同制約[12,26]，其中土壤水分是該區(qū)植被生長的主要限制因子[27-28]。坡面地形變化塑造的小生境決定了土壤水分條件，它與土壤養(yǎng)分相互作用共同影響植被的生長狀況，從而改變坡面植被生長的空間分布格局[29-30]。本文的分析結(jié)果表明坡向?qū)帡l植被生長的影響較大，區(qū)域內(nèi)東坡檸條的生長明顯好于南坡，這主要是因為研究區(qū)東坡的光照不如南坡的強烈，致使土壤蒸發(fā)相對較小從而使得淺層土壤水分較高(表1)，檸條生長表現(xiàn)為東坡好于南坡。研究區(qū)坡面的坡度大致都在29°—32°之間，一般認為坡度越大，土壤容積含水率越低，同一坡面自坡頂?shù)狡碌?，土壤含水率呈增加趨勢[31]，但是坡面工程措施的改造及植被恢復生長影響了土壤水分及養(yǎng)分的再分配[32-33]。研究區(qū)檸條種植初期通過水平階整地在坡面栽植檸條，試圖削弱自然坡面徑流從而實現(xiàn)降水匯集，為植被生長提供適宜條件。本文的分析結(jié)果表明，相對于坡向而言，坡位對檸條的生長影響不及坡向?qū)帡l生長的影響大，樣帶內(nèi)僅下坡位檸條生長狀況略好于中上坡位(除S2樣帶)，而其他各坡位之間檸條生長狀況差異較小，表明水平階整地在一定程度上削弱了坡面地形變化對檸條生長的限制。該結(jié)果與趙艷云等[34]在寧夏黃土區(qū)的研究結(jié)果相似，該研究發(fā)現(xiàn)在工程措施改造后的坡面，坡位對17年生檸條的分枝數(shù)影響較小，但對株高、根深、生物量均有顯著影響，且中坡檸條的株高、根深、生物量明顯高于上坡。程杰等[35]在寧夏黃土區(qū)對不同栽植年限檸條生長的研究還發(fā)現(xiàn)，隨著檸條栽植年限的增加坡位對檸條生長的影響存在明顯變化，幼齡期(1—7年生)和老齡期(16—23年生)檸條株高表現(xiàn)為下坡>中坡>上坡，中齡期(8—15年生)表現(xiàn)為上坡>中坡>下坡。本研究也發(fā)現(xiàn)，下坡位大株檸條的灌木高度和冠幅長度高于中上坡位，而坡位對中株和小株檸條生長的影響較小。

坡面地形變化會通過改變土壤水分含量及養(yǎng)分條件對檸條生長產(chǎn)生影響，而在人工植被恢復的過程中隨著生長年限的增加，種植密度對植被生長的制約會逐漸增強[36]。研究發(fā)現(xiàn)東坡檸條的密度低于南坡，東坡大株檸條的7個生長指標均高于南坡，而中株及小株檸條的生長受密度影響較小。以上結(jié)果與趙龍等[37]在寧夏黃土區(qū)的研究結(jié)果相近，檸條的成林密度顯著影響其生長過程，低密度檸條林對其生長速率的制約強度小于高密度檸條林。此外，研究還發(fā)現(xiàn)大株檸條灌木高度、冠幅寬度和冠幅長度與灌木密度呈負相關，其中冠幅寬度與密度的相關性要大于冠幅長度與密度的相關性，這在東坡表現(xiàn)尤為明顯；中株檸條灌木高度、冠幅寬度和冠幅長度與灌木密度亦呈負相關，但冠幅長度與密度的相關性要大于與冠幅寬度與密度的相關性，這在南坡表現(xiàn)的尤為明顯。結(jié)果表明，對大株檸條而言灌木密度主要限制灌木高度和冠幅寬度的生長，對中株檸條而言灌木密度主要限制冠幅長度的生長。這可能與研究區(qū)大規(guī)模人工種植檸條林不同生長階段檸條的生長策略有關，研究區(qū)坡面檸條為水平階整地造林，各階地之間坡面距離大于水平階內(nèi)檸條株間距，坡面地形變化影響了局部土壤水分狀況進而決定了植被承載力，檸條密度和個體大小又影響了植物種間對水分及養(yǎng)分競爭的強弱，二者相互作用決定了區(qū)域檸條的生長狀況[34,36]。最終在成熟檸條林中表現(xiàn)為隨著檸條生長年限的增加，其水平方向的生長會受到相鄰植株的制約，灌木密度主要通過限制檸條水平(沿等高線方向)冠幅即冠幅寬度的生長進而抑制檸條植株的生長。

坡面地形變化通過改變土壤水分狀況，進而與灌木密度相互作用來共同調(diào)節(jié)坡面檸條生長，同時檸條生長也改變了土壤水分的存儲。有研究發(fā)現(xiàn)在坡面尺度上植被的分布及其生物量與不同土層深度土壤水分含量存在耦合關系[38]，本研究發(fā)現(xiàn)淺層土壤水分與檸條各生長指標呈現(xiàn)正相關關系，深層土壤水分與檸條生長呈現(xiàn)負相關關系，該研究結(jié)果與郭忠升[27]和莫保儒等[39]的研究結(jié)論相近。同時在半干旱區(qū)植被類型的不同對土壤水分的消耗明顯不同且存在顯著的空間分異，而同一植被類型，生長年限及栽植密度的不同對土壤水分的消耗亦有不同[18,36,40-41]。研究區(qū)坡面地帶性植被是天然草本，人工植被超過了該區(qū)土壤水分的承載力，故檸條林地后期管理更需要考慮該區(qū)水分的承載力[9-10,42]，選擇適宜的管理模式。研究發(fā)現(xiàn)，淺層土壤水分直接影響坡面檸條生長，而深層土壤水分和灌木密度則與檸條生長呈負相關關系。此外，研究還發(fā)現(xiàn)灌木密度低長勢好的E2樣帶深層土壤水分低于淺層土壤水分，而其他樣帶檸條密度均高于E2樣帶且深層土壤水分高于淺層土壤水分，該結(jié)果與周萍等[43]在陜西紙坊溝流域的研究結(jié)果相似。以上結(jié)果揭示，檸條蓋度或生物量的變化強烈影響淺層和深層土壤水分的關系，人工植被對土壤水分的過度消耗導致深層土壤水分的匱缺，是引起林地退化的原因之一[44]。坡面檸條的生長，既受土壤水分的影響，又受灌木密度的調(diào)控，隨著檸條地上、地下生物量的增加對土壤水分抑制的程度也在增強，土壤水分的匱缺會導致檸條林地退化。因而，半干旱黃土區(qū)進行人工檸條植被恢復時既要結(jié)合立地條件選用不同的工程措施創(chuàng)造適宜植被生長的小生境，也要依據(jù)土壤水分的植被承載力在植株生長的不同階段調(diào)控植株密度和空間配置，以維持人工植被恢復的可持續(xù)性。

5 結(jié)論

研究表明坡向?qū)帡l生長有顯著影響，東坡檸條的生長好于南坡，而相對于坡向而言，坡位對檸條生長的影響較小。淺層土壤水分對檸條生長有直接影響，而灌木密度和深層土壤水分則與檸條生長指標存在負相關關系。大株檸條灌木高度、灌木縱截面積和冠幅體積對淺層土壤水分的響應敏感，而冠幅長度對坡向和坡位的響應較為敏感，冠幅寬度對灌木密度的響應較為敏感。地形變化和土壤水分與檸條生長的RDA分析結(jié)果表明，地形和土壤水分變化解釋了59.9%的大株檸條生長變異，其中坡向、坡位和淺層土壤水分是影響大株檸條生長的主要環(huán)境因子，它們分別解釋了21.1%、16.0%和13.1%的檸條生長變化；地形和土壤水分變化對中株檸條生長的影響較小，它們僅解釋了30.6%的檸條生長變異，其中坡向解釋了18.9%的檸條生長變化，其他因子對檸條生長影響均較小。坡面地形、土壤水分及灌木密度互饋互作調(diào)節(jié)了檸條生長的空間分布格局。研究認為半干旱黃土區(qū)坡面人工植被既要結(jié)合地形條件選擇適宜的工程措施，也需要在植被的不同恢復階段依據(jù)土壤水分植被承載力實施必要的管理措施(如平茬、間伐等)，這將有利于維持坡面人工植被的穩(wěn)定，從而抑制因林地退化而造成的水土流失。

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SpatialpatternsofCaraganakorshinskiigrowthonhillslopescaleandinfluencingfactorsinthesemi-aridLoessPlateau

WANG Ziting1, YANG Lei2,*, CAI Guojun1, MO Baoru1, CHAI Chunshan1, QI Jianli1，ZHANG Yangdong1

1GansuAcademyofForestryScience,Lanzhou730020,China2StateKeyLaboratoryofUrbanandRegionalEcology,ResearchCenterforEco-EnvironmentalSciences,ChineseAcademyofSciences,Beijing100085,China

Topography and soil moisture are the key factors affecting the spatial growth patterns of artificialCaraganakorshinskiishrubs in the semi-arid loess region. However, the recognition of the growth status ofC.korshinskiishrubs affected by topographic variation, soil moisture content, and shrub density is limited on the hillslope scale. In this study, we selected a typical artificialC.korshinskiishrub on the hillslope as a research model, and the data on its growth status and habitat conditions under different (east- and south-facing) slope positions were collected. Furthermore, the relationships between the growth status ofC.korshinskiishrubs and the shrub density, topographic variation, and soil moisture content were quantitatively analyzed using the Pearson correlation, path analysis, and RDA. The following results were obtained in this study. (1)The growth status ofC.korshinskiishrubs on the east-facing slope was significantly better than that of the shrubs on the south-facing slope. Furthermore, the growth status of theC.korshinskiishrubs on the lower slope position was slightly better than that of the shrubs on the upper or middle slope positions, and no significant difference was observed between the other slope positions. (2) Shallow soil moisture content had a direct, positive effect on the growth status ofC.korshinskii, and the shrub density and deep soil moisture content had a negative relationship with the growth status ofC.korshinskii. For the largeC.korshinskiishrubs, the height, crown diameter multiplied by the height, and canopy volume showed sensitive responses to the shallow soil moisture content. The results also demonstrated that the crown length responded with more sensitivity to the slope aspect and slope position than the other factors did, and the crown width showed a sensitive response to shrub density. (3) The topographical features (slope aspect, position, and gradient) and soil moisture content (shallow and deep soil moisture contents) determined the growth status ofC.korshinskiishrubs and explained the 59.9% variation in the growth changes. Furthermore, the variation of the growth changes in the slope aspect, slope position, and shallow soil moisture content were 21.1%, 16.0%, and 13.1%, respectively. Therefore, human-introduced vegetation restoration of the semi-arid loess regions should consider the spatial pattern of vegetation based on soil water conditions of the hillslope scale, and the scientific management of the middle and later periods of revegetation is also necessary to sustain theC.korshinskiishrub in the semi-arid loess region.

Loess Plateau; hillslope scale; slope position; artificialCaraganakorshinskiishrub; soil moisture content

國家自然科學基金項目(41401209，41561112)；國家科技支撐計劃課題(2015BAC01B02)

2017- 02- 16; < class="emphasis_bold">網(wǎng)絡出版日期

日期:2017- 07- 03

*通訊作者Corresponding author.E-mail: leiyang@rcees.ac.cn

10.5846/stxb201702160264

王子婷，楊磊，蔡國軍，莫保儒，柴春山，戚建莉，張洋東.半干旱黃土區(qū)坡面尺度檸條生長狀況及影響要素分析.生態(tài)學報,2017,37(23):7872- 7881.

Wang Z T, Yang L, Cai G J, Mo B R, Chai C S, Qi J L，Zhang Y D.Spatial patterns ofCaraganakorshinskiigrowth on hillslope scale and influencing factors in the semi-arid Loess Plateau.Acta Ecologica Sinica,2017,37(23):7872- 7881.