邵阳县石漠化植被恢复湿地松人工林林分结构的研究

江 蕾 ，邓湘雯 ，2，黄小健 ，刘豪健 ，彭长辉 ，4

（1.中南林业科技大学 生命科学与技术学院，湖南 长沙 410004；2. 南方林业生态应用技术国家工程实验室，湖南 长沙 410004；3. 邵阳县林业局，湖南 邵阳 422100；4. Institute of Environment Sciences, University of Quebec at Montreal, Montreal H3C 3P8, Canada）

邵阳县石漠化植被恢复湿地松人工林林分结构的研究

江 蕾1，邓湘雯1，2，黄小健3，刘豪健3，彭长辉1，4

（1.中南林业科技大学 生命科学与技术学院，湖南 长沙 410004；2. 南方林业生态应用技术国家工程实验室，湖南 长沙 410004；3. 邵阳县林业局，湖南 邵阳 422100；4. Institute of Environment Sciences, University of Quebec at Montreal, Montreal H3C 3P8, Canada）

石漠化植被恢复已受到人们的广泛关注。湿地松前期生长快，是湘西南石漠化植被恢复的首选树种之一。以邵阳县石漠化植被恢复湿地松人工林为研究对象，采用随机标准地法对湿地松林分进行调查，分别研究了不同石漠化程度下湿地松人工林的群落结构、胸径和树高结构。结果表明：湿地松人工林林下植被共有21科27种，其中灌木6科，6种，草本15科，21种；3类石漠化程度下湿地松林下植被种类从高到低排序为：轻度（59.0%）＞中度（37.0%）＞重度（25.9%）。轻度石漠化湿地松林直径分布呈正态分布，生长状况良好，其余两个立地条件下的直径分布不规则，不符合一般人工林径级分布规律。树高分布中，轻度石漠化人工林分布曲线呈正态分布，长势良好；中度石漠化林分树高分布较集中，主要在6～7 m，小树较少；重度石漠化树高分布范围广，且尖峭，树高生长主要受土壤等立地条件的影响，受林分密度的影响较小；中度和重度树高生长呈现散生木的生长特征；立地条件的优劣决定了整个林分的树高和胸径结构。

石漠化；植被恢复；群落结构；直径结构；树高结构；邵阳县

喀斯特石漠化是土地荒漠化的主要类型之一[1]，全球现有石漠化土地面积约3600万km2，占陆地总面积的四分之一，遍布全球六大洲的110个国家，10亿多人口面临荒漠化灾害的威胁。我国是世界上荒漠化程度最严重的国家之一，西南地区的石漠化程度尤为严重[2]。石漠化不仅破坏了人类社会的生存和发展，而且威胁喀斯特山区人们赖以生存的自然环境，并造成巨大的经济损失。尤其是近几十年来，由于气候的变化、人类活动影响的加剧，土地资源的不合理利用和过度开发，森林植被破坏，更是严重制约了石漠化地区社会经济的可持续发展[3]。在自然界中森林植被是维护生态平衡的主体，具有调节气候、涵养水源、保持水土等巨大的功能和作用[4]。因此，对石漠化地区植被恢复情况的研究，对社会经济、生态环境方面都具有重要的现实意义。

由于石漠化地区植被恢复难度大，树木成活率低，石漠化地区的生态系统演替方向和进度不同于一般的生态系统。如果采用的方法和手段不正确，常常会出现逆行演替[5]。解决喀斯特石漠化地区突出生态环境问题，最直接的方式便是选择适应性强、水土保持效果较好且又具有较高经济价值的树种。通过前期的数据监测，发现湿地松是石漠化治理工作中的先锋树种。具有早期生长迅速快，干形通直，木材质量好，含脂量高、适生区域广等特点[6]。林分直径株数分布规律及林下植物群落特征是林分结构的基本特征，是树种生长环境条件及经营措施长期相互作用的结果[7]，对阐明森林生态系统的形成与维持、群落的稳定性与演替规律、种群的生态特征和更新、适地适树、科学经营管理具有重要的意义[8-11]。本文通过对湿地松人工林的调查分析，研究石漠化地区林分结构特征及林下植被特征，探索已退化生态系统的恢复途径，为石漠化地区植被恢复模式的构建和人工林群落结构的调控提供科学依据。

1 研究区自然概况

研究区选在湘西南石漠化比较严重的湖南省邵阳县谷洲镇，位于湘中偏西南，地理位置为东经 111°29′，北纬 27°5′，海拔 200 ～ 1 454.9 m。邵阳县喀斯特面积占全县面积74.9%，地处丘陵盆地西南边缘向山地过渡地带，是岩溶丘陵地带。属于亚热带湿润季风侯，年平均气温16℃～17.8℃，昼夜温差大，年平均无霜期288天，年平均降水量1 255 mm，年平均蒸发量1 180 mm，具有温和湿润、阳光充足、雨量充沛、无霜期长、冰冻期短的特点。调节气候的能力差，地下水位低，地下水蓄量少，既不能承受干旱，也不能抵抗洪涝，对环境的调节和承受能力差。土壤以红色石灰土为主。

2 研究方法

2.1 标准地的选择及调查

采取随机取样的方法在不同立地条件和密度的湿地松人工林中设置标准地。根据石漠化程度（轻度、中度、重度），在每种石漠化类型中设置一个面积为20 m×20 m标准地。在所选标准地中对乔木层逐株调查，调查内容包括植物组成、胸径、树高、枝下高、株数、冠幅等；林下植物调查分灌木层和草本层进行样方调查，在每个标准地内各设3个灌木样方（2 m×2 m）和3个草本植物样方（l m×l m），灌木层主要调查植物组成、株数、高度、盖度，草本层主要调查植物组成、高度、盖度、多度。

表1 3种湿地松人工林的测树因子Table 1 Investigated factors of three different stands of P. elliottii plantation

2.2 数据分析及处理

采用径阶整化来统计树高和直径径阶分布。即采用上限排外法，直径以每 2 cm为1个径阶，树高以1 m为一个径阶进行整化，以组中值表示该径阶。并根据湿地松人工林林分调查的数据，计算各径阶平均胸径、平均树高及相应株数、建立树高-胸径关系模型。应用Excel软件包中的均数比较分析、方差分析、相关分析等方法对数据进行统计分析与处理。

3 结果与分析

3.1 群落结构

3.1.1 组成结构

谷洲镇湿地松人工林多为较纯的湿地松林，也有伴有少量的侧柏Platycladus orientalis、枫香Liquidambar formosana Hance等。人工林为2003年造，属于同龄林，林相比较整齐，结构较为简单。从垂直结构上看，可分为乔、灌、草三层。乔木层平均树高为6.1 m ，胸径为11.6 cm。灌木层种类较少。第三层草本层的种类较多，优势种明显。

3.1.2 林下植被分布

林下植物的多少影响林下天然更新、林地水源涵养与水土保持等生态功能，反映了立地条件的状况[11]。而灌木生长的多少与好坏说明了土壤条件的好与差，即土壤条件越好，灌木种越多，生长也越好。从表2中可以看出：林下灌层种类较少，共有6科，6种。轻度石漠化湿地松林的土壤条件要优于中度和重度石漠化程度下林下土壤条件。轻度石漠化湿地松林分灌木种类最多，有胡颓子Eleagnus pungens、构骨llex cornuta Thunb、粗叶悬钩子Rubus alceaefolius、野漆树Toxicodendron succedaneum；其次是中度石漠化，有柚子树Citrus maxima、假烟叶树Solanum erianthum、粗叶悬钩子3种；重度石漠化湿地松林下灌木层只有粗叶悬钩子Rubus alceaefolius一种。

草本植物共15科，21 种。其中，轻度石漠化中，草本植物有9科，11种；中度石漠化中，草本植物有5科，8种；重度石漠化中，草本植物有5科，6种。菊科Compositae植物共5种，为飞蓬Erigeron acer、野茼蒿Gynura crepidioides、蟛蜞菊Wedelia chinensis、 香 丝 草 Conyza bonariensis、 野菊花Dendranthema indicum，占林下草本植物种数的24%；禾本科Poaceae有芒Miscanthussinensis、白茅Imperata cylindrical、狗牙草Cynodondactylon占林下草本植物种数的14.3%；另外还有唇形科Labiatae的风轮菜Clinopodium chinense、蔷薇科Rosaceae的空心泡Rubus rosaefolius、旋花科Convolvulaceae的马蹄金Dichondra repens forst、鸭跖科Commelinaceae的鸭趾草Commelina communis、海金沙科Lygodiaceae的海金沙Lygodium japomicum、乌毛蕨科Blechnaceae的乌Blechnum orientale、铁线蕨科Adiantaceae的扇叶铁线蕨Adiantum flabellulatum、毛茛科Ranunculaceae的 天 葵Semiaquilegia adoxoides、报春花科Primulaceae的珍珠菜Lysimachia clethroides、蕨科Pteridiaceae的新月蕨Pronephrium gymnopteridifrons、夹竹桃科Apocynaceae的络石Trachelospermum jasminoides、葱科Alliaceae的野葱Allium chrysanthum Regel、薯蓣科Dioscoreaceae的薯蓣Dioscorea等13科的13种草本植物。

3类石漠化样地的湿地松林林下植被种类从高到低排序为：轻度＞中度＞重度。随着石漠化程度的加剧，湿地松林林下植被种类逐渐减少。即: 轻度石漠化湿地松林林下灌木层和草本层种类最多，占植被种数的59.0%，中度次之为37.0%，重度石漠化为25.9%，其中灌木仅一种。说明轻度石漠化湿地松林下环境更有利于林下植物的生长。

表2 不同石漠化程度湿地松人工林下植被物种组成结构Table 2 Understory’s species structure of P. elliottii plantation forest with three different rock desertification degree

3.2 林分的直径结构与树高结构

3.2.1 直径结构

林木个体大小的数量分布能反映出林分生长状况和林木之间的竞争关系，是林分结构特征的重要指标[12-13]。在不同石漠化和人类活动的干扰（砍伐、管理等）下，相同林龄的湿地松人工林直径分布存在着显著的差异[14]。从图1和表3可以看出，轻度石漠化样地径阶分布最广，分布范围在3.2～16.8 cm 之间，分布曲线向其两端径级逐渐减少的单峰左右似对称曲线，近似于正态分布（偏度0.481，峰度-0.716），10～14 cm径阶株数分布较多，占总数的75%左右，而在4 cm、6 cm、16 cm的径阶株数分布较少，这表明轻度石漠化样地的人工林生长情况比较良好，有待进一步发育为成熟林分。中度石漠化湿地松样地直径分布范围比较小，分布比较集中，仅有三个径阶，最大值为14.4 cm，最小值为9.8 cm。此立地条件下以孤立木为主，相比轻度石漠化样地缺少小径阶的林木，样地内没有自然更新。重度石漠化地区直径分布范围在5.8～14.7 cm之间，没有的较大16 cm和较小径阶4 cm林木，直径分布曲线比较平缓，分布比较均匀。轻度石漠化中湿地松人工林林木生长较好，直径结构分布合理，而中、重度石漠化林分直径结构分布不规则，不符合人工林直径结构的一般规律。造成这种情况的原因可能是因为中、重度石漠化人工林内土壤表层较薄，土壤营养流失较快，不利于林木的自然更新与发展。因此湿地松人工林直径分布主要受立地条件（土壤）的影响，受密度影响甚小。

图1 不同石漠化程度下湿地松人工林直径结构分布Fig.1 Diameter class distribution with different rock desertification degree of P. elliottii plantation forest

表3 不同石漠化程度径阶分布的峰值和偏斜度Table 3 Peak value and skewness of diameter distribution with different rock desertification

3.2.2 树高结构

图2和表4描述了不同石漠化程度湿地松人工林树高分布状况。从图中可以看出林分内最小树高级为4 m，最大树高级为10 m，树高级数为2～7个。轻度石漠化样地，树高分布曲线呈正态分布，树高分布范围大，在3.3～8.7 m之间，但树高主要集中在6 m、7 m的树高级处，占总体株数的90%，在4 m、9 m的株数分布最少，占株数的5%左右。中度石漠化样地内树高分布集中，只有6 m和7 m两个树高级，各占总株数的71%和29%，林分内缺少小树。重度石漠化样地的树高分布比较离散且十分尖俏（峰度15.025），在6 m树高级分布的株数最多为62%，7 m和10 m的树高级分布最少。中度和重度树高生长均呈现散生木的生长特征。3类石漠化样地的湿地松平均树高按大小排序为：轻度(6.5 m) ＞中度＞（6.1 m）＞重度（5.7 m)。说明树高生长受林分密度的影响较小，立地条件的优劣程度决定了树高生长状况。

图2 不同石漠化程度下湿地松人工林树高分布Fig. 2 Tree height distribution of P. elliottii plantation forest with different rock desertification degree

表4 不同样地树高分布的峰值和偏斜度Table 4 Peak value and skewness of tree high distribution with different rock desertification degree

3 结论与讨论

（1）湿地松人工林林下植被共有27种，其中灌木7种，草本21种。灌木主要以粗叶悬钩子和构骨为主。草本以芒、白茅、飞蓬为主。3类石漠化样地的湿地松林林下植被种类从高到低排序为：轻度＞中度＞重度。随着石漠化程度的加剧，湿地松林林下植被种类逐渐减少。轻度石漠化湿地松林的土壤条件要优于中度和重度石漠化程度下林下土壤条件，更有利于林下植物的生长。

（2）湿地松人工林在3种不同石漠化程度下，呈现出不同的直径径阶分布规律。轻度石漠化湿地松人工林的径阶分布范围最广，且呈近似于正态分布，径阶分布合理。中度石漠化的林分直径结构分布集中，分布范围主要集中在9.8～14.4 cm，缺少小径阶林木，以孤立木为主。重度石漠化地区径阶分布曲线比较平坦，分布比较均匀。一般情况下，密度小的林分比较有利于胸径生长这是因为树木的生长空间大，光照、养分等资源比较充分，有利于树木横向生长[15]，但从上述结果中可以看出，随着石漠化程度的加剧，林分密度的减少，林分直径径阶结构反而越不合理。这说明密度不是影响直径径阶结构的主要因素，石漠化程度是影响林木直径生长的主要因子。

（3）不同石漠化程度下树高分布也明显不同。轻度石漠化程度下林分的树高分布呈现正态曲线分布，中度石漠化林木树高分布集中在两个树高级范围内，重度石漠化树高分布比较尖峭且分布较广。一般树高和林分密度具有一定的关系性。密度越小，接受的光照越充分，树木长的越高。但是湿地松人工林并没有随着密度的减小，林木的长势越好。说明树高生长受林分密度的影响较小，立地条件的优劣决定了树高分布情况。

（4）综上所述，轻度石漠化湿地松人工林直径、树高结构最接近正态分布，径阶分布合理，其余两种立地条件下的林分胸径、树高分布不符合人工林一般分布规律。因此建议对湿地松人工林的中度和重度立地条件下人工林进行林分小环境改善从而调控林分径阶结构向正态型分布过渡，提高林分质量。林下木本层、草本层植物以轻度石漠化的为好，因而，建议在中度、重度人工林内，改善土壤营养促进林下植被更好的生长以及增加林下植被多样性，以获得更大的经济效益和生态效益。但本研究只对植被恢复前期湿地松人工林的结构进行研究，没有对以后几年的林分结构进行后续研究。由于石漠化生境的特殊性，因此，应当通过长期的更为细致的定位观察，按年、月来评估石漠化地区的生态效益[16]。从而更好地为石漠化地区植被恢复、退耕还林提供完善的科学依据。

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Stand structure of Pinus elliottii plantation in rocky desertification area in Shaoyang county, Hunan province

JIANG Lei1, DENG Xiang-wen1,2, HUANG Xiao-jian3, LIU Hao-jian3, PENG Chang-hui1,4
(1. School of Life Science and Technology, Central South University of Forestry and Technology, Changsha 410004; 2. National Engineering Lab. for Applied Technology of Forestry & Ecology in South China, Changsha 410004; 3.Forestry Bureau of Shaoyang County,Shaoyang, 422100, Hunan, China; 4. Institute of Environmental Science, University of Quebec at Montreal, Montreal H3C 3P8, Canada)

Vegetation restoration in rock desertification land is attracting people’s widespread concern. As a pioneer tree species in the southwest of Hunan province, Pinus elliottii grows quickly in the early growth stage. Based on the of sample investigation in standard plots of different rocky desertification degree of P. elliottii forest, theirs community structure, DBH and tree height distribution were compared and analyzed. The results show that there were 27 species of 21 families in the understory vegetation, including 6 shrub species of 6 families and 21 herbaceous species of 15 families; The species of P. elliottii forests under three different rocky desertification degrees were: slight (59.0%)＞ moderate (37.0%)＞intense desertification (25.9%); The diameter distribution of slight degree was close to normal distribution which indicated the trees grows well; The diameter distribution of the other two site distributed irregularly and were inconformity with the general diameter distribution of plantation; In the tree height structure, the distribution curve of stand of intense rock desertification was similar to diameter distribution；The H-distribution of moderate rocky intense desertification degree was relatively concentratedly and mainly distributed between 6 meters and 7 meters with less sapling; The range of H-distribution of moderate rocky desertification degree was widely and the curve was very sharp; Tree height was more affected by the site conditions(the soil) than stand density; Trees showed a scattered distribution in the moderate and intense desertification stands; Height and DBH distribution of the study stands were determined by the quality of site conditions.

rocky desertification; vegetation restoration; structure of community; DBH distribution; tree height distribution; Shaoyang county

S791.246

A

1673-923X(2013)04-0082-05

2013-01-05

国家林业局石漠化定位监测项目（20110531）；湖南省“芙蓉学者计划”项目；中南林业科技大学引进高层次人才科研启动基金项目（104-0081）

江 蕾（1987-），女，湖南怀化人，硕士研究生，主要从事城市生态学研究工作

邓湘雯（1968-），男，湖南邵阳人，博士，教授，主要从事森林生态系统定位研究和林火生态学研究；E-mail:dxwfree@126.com

[本文编校：吴 彬]