賀維, 李田, 張煒, 吳世磊, 蘇宇, 鄢武先, 尤繼勇

1.四川省林業(yè)科學(xué)研究院，森林和濕地生態(tài)恢復(fù)與保育四川重點實驗室，四川 成都 610081；

2.汶川縣漩口鎮(zhèn)林業(yè)工作站，四川 汶川 623001

長期以來，由于人類對四川西部干旱河谷地區(qū)天然植被利用不當，原生植被已砍伐待盡，干旱河谷長期被灌叢所侵占[1]。自20世紀80年代以來，岷江上游汶川、茂縣、理縣等地引種并營造了大面積的輻射松林，成為我國引種輻射松種植面積最大的區(qū)域[2]，氣候匹配研究顯示，阿壩州干旱河谷地區(qū)有2.6萬hm2土地適宜輻射松生長[3]。在岷江上游干旱河谷地區(qū)，引種栽培的輻射松表現(xiàn)出耐旱、抗寒、耐瘠薄和生長快的特征[4]，但是林分密度太高，輻射松會受到水分脅迫[5]。李梅[6]提出在岷江上游干旱河谷生態(tài)恢復(fù)與重建中，引種的輻射松可與油松等鄉(xiāng)土樹種鑲嵌種植，以增加群落的物種多樣性，提高群落生產(chǎn)力水平。針葉人工純林存在林層單一、種植密度大、林分成熟期一致和自我更新比例低等問題[7]。陳文靜等[8]研究指出，長時間大面積栽植油松純林會導(dǎo)致林分結(jié)構(gòu)簡單，森林資源質(zhì)量下降，自然更新受阻，林下生物多樣性低下等一系列問題，從而造成整個林分穩(wěn)定性差，抵抗干擾的能力弱[9, 10]。與純林相比，人工混交林生產(chǎn)力和生物多樣性顯著增加、系統(tǒng)穩(wěn)定性和抗逆性增強，有效改良土壤理化性質(zhì)、促進林木可持續(xù)生長，形成“自養(yǎng)型”的森林生態(tài)系統(tǒng)[11]。因此，營造適宜的、種間關(guān)系協(xié)調(diào)的混交林生態(tài)系統(tǒng)是維護和改造林地生產(chǎn)力，保護和發(fā)展生物多樣性，提高人工林穩(wěn)定性與可持續(xù)性的有效措施之一[12]。

研究擬以岷江干旱河谷輻射松純林、輻射松+岷江柏針葉混交林、輻射松+刺槐+岷江柏針闊混交林3種模式為研究對象，重點研究其生物多樣性特征，分析林下植被變化情況，評價其植被恢復(fù)成效，為干旱河谷區(qū)域規(guī)模化治理提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)域位于汶川、理縣、茂縣，屬于岷江流域干暖河谷區(qū)。該區(qū)域風(fēng)速大、“焚風(fēng)效應(yīng)”顯著；光照充足，年日照時數(shù)多在2 000 h以上；溫差大，1月和7月平均溫差20 ℃以上；氣候干燥，年均降雨量大多不足600 mm，年均蒸發(fā)量是降水量的3~4倍；地形切割強烈，山高坡陡、河谷深邃、相對高差大多超過1 000 m；地質(zhì)破碎，滑坡、泥石流、崩塌等地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)；土壤類型主要為山地褐土，土壤貧瘠，土層薄、石粒含量高、有機質(zhì)含量低；植被蓋度極低，主要植被類型為小葉灌叢、扭曲散生的松林等。

1.2 調(diào)查方法

樣地設(shè)置見表1，以樹齡5~20年的輻射松人工林為研究對象，選擇100%輻射松（模式1純林）、6輻射松4岷江柏（模式2針葉混交林）、6輻射松2刺槐2岷江柏（模式3針闊混交林）共3種人工造林模式，按照樣地選擇標準，分別設(shè)置實驗樣地，調(diào)查其植被多樣性。樣地海拔 1 300~2 000 m，均位于下坡位，坡度 25~40°，造林密度2 500 株·hm2左右。每個樣地設(shè)置喬木調(diào)查樣方3個，每個樣方大小為20 m×20 m；沿樣方四個頂點方向設(shè)置4個灌木調(diào)查樣方，大小為5 m×5 m；在每個灌木樣方內(nèi)，沿對角線設(shè)置3個草本調(diào)查樣方，大小為1 m×1 m。

表1 輻射松人工林樣地設(shè)置表Tab.1 General information of sample plots of P.radiata plantation

在植物生長季的6—8月份開展樣地調(diào)查，測定和統(tǒng)計內(nèi)容有喬木層、灌木層、草本層和林下植被生物量[13]。

1.3 物種多樣性計算

根據(jù)樣地資料，計算各物種的相對密度、相對頻度和相對顯著度（相對蓋度）和重要值（important value，IV）。采用Margalef豐富度指數(shù)、Simpson多樣性指數(shù)、Shannon-wienner信息指數(shù)、Pielou均勻度指數(shù)來綜合評價人工林群落的物種多樣性[13]。

用Excel軟件進行基礎(chǔ)數(shù)據(jù)統(tǒng)計；單因素方差分析（one-way ANOVA）和最小差異顯著法（LSD）進行比較分析；SPSS 19.0統(tǒng)計軟件完成統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同造林模式下人工林主要物種組成

調(diào)查共記錄到維管束植物110種，其中喬木8種，灌木27種，草本75種；灌木層胡枝子更新潛力較大，處于優(yōu)勢地位；草本層以菊科（24種）、禾本科（8種）、豆科（5種）為主，菊科蒿屬植物占草本層總物種數(shù)的30%左右。總體來說，純林物種數(shù)量少于混交林，物種豐富情況均表現(xiàn)為：草本層>灌木層>喬木層（見表2和表3）。

表2 不同造林模式下喬木層主要物種組成及重要值Tab.2 Main species composition and important value of tree layer under different afforestation models

表3 不同造林模式下灌木、草本層主要物種組成及重要值Tab.3 Main species composition and important value of shrub and herb layer under different afforestation models

隨著林齡增加，輻射松純林物種數(shù)量由26種減少到17種，總體呈減少趨勢；喬木層少有構(gòu)樹（Broussonetia papyrifera）、鹽膚木（Rhus chinensis）

伴生，灌木層優(yōu)勢種為胡枝子，草本層白蓮蒿、野菊、藎草重要值總計約70%。輻射松+岷江柏針葉混交林物種數(shù)量保持在20種左右，變化不大；喬木層少見有臭椿，灌木層小葉鼠李、醉魚草、胡枝子重要值較大，草本層野菊、小蓬草重要值共25%左右。隨著林齡增加，輻射松+岷江柏+刺槐針闊混交林物種數(shù)量仍在增加，由27種增加到33種；喬木層常見有自然更新的臭椿，灌木層主要分布有胡枝子、白刺花；草本層白茅、角蒿重要值占50%。

2.2 不同造林模式下人工林林下植被情況

從圖1可以看出，隨著時間延長，3種人工林模式喬木蓋度均呈上升趨勢，20年后能達到80%，且草本蓋度均大于灌木蓋度。隨著時間延長，輻射松純林灌木、草本蓋度逐漸降低，林下灌草和枯落物生物量不斷減少；輻射松+岷江柏針葉混交林灌木蓋度稍有減小，草本蓋度先減小后增加，林下灌草和枯落物生物量稍有降低；輻射松+岷江柏+刺槐針闊混交林灌木、草本蓋度幾乎無變化，且草本蓋度保持在90%以上，林下灌草和枯落物生物量總體較高（見表4）。

表4 不同造林模式下人工林林下灌草、枯落物生物量Tab.4 Biomass of shrub, herb and litter under different afforestation models

圖1 不同造林模式下人工林植被蓋度情況Fig.1 Vegetation coverage of plantation under different afforestation models

2.3 不同造林模式下人工林林下物種多樣性

物種多樣性作為生物多樣性的構(gòu)成部分之一，是群落的基本特征，也是群落功能復(fù)雜和穩(wěn)定性的重要指標[14]。一般采用Margalef豐富度指數(shù)、Simpson多樣性指數(shù)、Shannon-wienner信息指數(shù)、Pielou均勻度指數(shù)來綜合評價。物種豐富度指數(shù)是表明群落中物種多寡的參數(shù)，均勻度指數(shù)反映群落中物種個體數(shù)分布的均勻程度，多樣性指數(shù)是物種水平多樣性和異質(zhì)性程度的度量，綜合反映群落物種豐富度和均勻度[15]。從表5可知，不同造林模式人工林群落的豐富度指數(shù)（R）、多樣性指數(shù)（D）、信息指數(shù)（H）均表現(xiàn)為：草本層>灌木層，這與上文中物種組成和重要值的分析一致。

表5 輻射松不同造林模式下林下物種多樣性Tab.5 Species diversity of P.radiata plantation under different afforestation models

造林5年后，輻射松純林灌木豐富度（R）和多樣性指數(shù)（D、H）較高，隨著林齡增加，灌木豐富度和多樣性指數(shù)逐漸降低，草本R、D、H指數(shù)先減小后增大；隨著灌木均勻度指數(shù)（J）下降，草本均勻度升高，表明造林后期草本優(yōu)勢明顯。針葉混交林灌木R、D、H指數(shù)最低，且隨時間延長呈降低趨勢；草本R、D、H指數(shù)先增加后減小，均勻度很低，物種之間個體數(shù)相差大。隨時間延長，針闊混合林灌木R、D、H指數(shù)逐漸增加，草本R、D、H指數(shù)先減小后增大；5年、20年生林分灌木和草本均勻度幾乎一致，表明針闊混合林呈現(xiàn)出較高的豐富度和多樣性，且各物種分布較均勻。

2.4 不同造林模式下造林樹種生長情況

從圖2可以看出，在造林初期，純林造林樹種平均樹高和胸徑長勢不明顯，針闊混交林造林樹種平均樹高和胸徑相對較高；5~10年之間，純林造林樹種的生長速度明顯比混交林快；造林20年后，純林造林樹種的平均胸徑已達到21.93 cm，約為混交林的2倍左右，長勢情況總體為：純林>針闊混交林>針葉混交林。

圖2 不同造林模式下造林樹種生長情況Fig.2 Growth of afforestation species under different afforestation models

3 結(jié)論與討論

總體來說，輻射松人工林喬木層中，常見有臭椿伴生；灌木層優(yōu)勢種為胡枝子；草本層蒿屬植物有較大更新潛力。物種豐富情況總體表現(xiàn)為草本層>灌木層>喬木層，林下以菊科、禾本科、豆科等植物為主，這與干旱缺水環(huán)境有直接關(guān)系，體現(xiàn)了灌草在維護生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性方面的重要作用[16]。

隨著時間延長，輻射松純林平均樹高、胸徑生長速度加快，但林下灌草物種數(shù)量逐漸減少，灌草植被蓋度降低，物種多樣性不高。研究發(fā)現(xiàn)，由于林冠層樹木較高的生物量和較大個體，會消耗大量資源，降低林下層資源利用率，削弱林下層的物種多樣性[17]。5~20年間，輻射松+岷江柏針葉混交林平均樹高、胸徑生長量偏小，林下灌草物種數(shù)量變化不大，灌草和枯落物生物量稍有降低。研究發(fā)現(xiàn)，5年生輻射松人工幼林喬木層的平均凈生產(chǎn)量是同地區(qū)同齡岷江柏的12.6倍[14]，分析可能是因為混交樹種岷江柏生長緩慢，導(dǎo)致喬木層整體長勢水平不高。輻射松+刺槐+岷江柏針闊混交林，隨著時間增加，喬木平均樹高、胸徑生長量增加緩慢，但林下灌木、草本物種豐富程度增加，生物多樣性更高，灌草和枯落物生物量呈上升趨勢，植被蓋度維持在較高水平，這與康希睿等[18]研究一致。閆東鋒等[19]認為，混交林中喬木層植物種類多，由于各物種間生態(tài)位不同，使得灌木層物種多樣性整體水平較高。魯君悅等[20]發(fā)現(xiàn)，由于凋落物和透光率的改變，林冠層物種多樣性會增加林下層的資源異質(zhì)性，林下物種更豐富。本研究分析認為混交刺槐對純林的影響包括：一是透光率，刺槐屬于落葉喬木，落葉期內(nèi)，林下光照較充足，有利于打破種子休眠[21]；二是凋落物，刺槐落葉可以增加枯落物層厚度，提高土壤保水性能等[22]；三是林冠截留降雨率，與針葉林相比，針闊混交林樹冠層層間密度更大，樹冠層的阻攔，能夠延長雨水流經(jīng)樹冠的時間，提高林冠截留降雨率[23]。此外，杜滿義等[12]研究結(jié)果表明，油松、遼東櫟針闊混交顯著降低土壤密度，增加土壤總空隙度和土壤最大持水量。林文樹等[24]認為不同樹種的合理搭配，可以整體提高林地滲入量，減少表土流失量。

因此，營造混交林會使林內(nèi)環(huán)境復(fù)雜化、多樣化[25]。在岷江干旱河谷的造林實踐中，可以將密度適宜的輻射松+刺槐+岷江柏針闊混交林作為主要造林模式；在輻射松純林撫育過程中，對衰老樹、病蟲樹等進行擇伐，同時補植刺槐、臭椿、胡枝子等鄉(xiāng)土樹種，有助于合理增加物種豐富度，優(yōu)化林分結(jié)構(gòu)，提高群落穩(wěn)定性[26]。