黄土高原半干旱区立地群落特征及景观功能分析*

张德顺 李科科 孙 倩 刘 鸣

1 同济大学建筑与城市规划学院 高密度人居环境生态与节能教育部重点实验室 上海 200092 2 上海市城市规划设计研究院 上海 200040

研究论文

黄土高原半干旱区立地群落特征及景观功能分析*

张德顺1李科科1孙 倩2刘 鸣1

1 同济大学建筑与城市规划学院 高密度人居环境生态与节能教育部重点实验室 上海 200092 2 上海市城市规划设计研究院 上海 200040

黄土高原区域是我国占地面积较大的一种干旱、半干旱地貌特征，其植被景观功能关系到整个区域的可持续发展。 文章以甘肃环县为例，对黄土高原干旱区32个典型样地进行植被群落调查。通过样方数据和土壤肥力指标的分析、景观功能评价(LFA法)，诠释了植被群落与不同立地条件土壤结构、水分渗透、养分循环特征关系，依据植被抗旱性和节水性对植被进行配置，将环县植被恢复划分为保持区、改良区、修复区和重建区4个分区。针对环县的“修复区”和“重建区”，从“植物选择—植被配置—立地选择—LFA评价”着手，结合农林牧等产业发展情况，提出6种针对不同立地类型的恢复模式。

植被群落恢复，景观功能分析，黄土高原，半干旱区

本文以黄土高原典型植被群落为研究对象，通过引入LFA(Landscape Function Analysis)[1-3]快速景观功能评价方法对样地植被样方数据、土壤综合肥力、景观结构和土壤表层特征加权求和，建立参数化方程。其评价结果可以帮助构建植被生态恢复模式，改变人工植被群落建群种单一的现象，实现植被生态系统的自然更新，探索黄土高原植被群落修复的新途径。

1 研究区域概况

环县地处甘肃省庆阳市西北部，与宁夏、陕西两省接壤，毗邻毛乌素沙漠南部，属陇东黄土高原丘陵沟壑残垣区。全县总面积9 236 km2，共20个乡镇，地势西北高，东南低，海拔为1 136～2 089 m。北部是牧区，地广人稀，中东南部地势平坦，是农业区。环县自古植被稀疏、生态退化严重，年均降雨量300 mm。1999—2013年，退耕还林面积22 827.63 hm2，退耕还草面积20.34 hm2[4-5]，生态退化有了逆转的迹象。

2 植被样方调查及配置特征分析

2.1 植物样方调查法

选取环县7个乡镇共计32个典型样地，采用生态学植物样方调查法，沿海拔在不同坡向、不同坡度截取样方，分别对灌木和草本样方统计种类、覆盖度和多度，并求平均值[6-7]。同时记录海拔、坡向、坡度等生境因子。

2.2 样地群落特征分析

调查共取得乔木样方10个，灌木样方54个，草本样方155个，总计219个样方。统计共得到植物27科60属74种。依据种数大小依次排列为：菊科(Compositae)15种，豆科(Leguminosae)12种，蔷薇科(Rosaceae)9种，禾本科(Gramineae)6种，杨柳科(Labiatae)4种，藜科(Chenopodiaceae)3种，群落代表性的植被多度、频度、优势度及重要值指标见表1。

表1 群落代表性植被多度、频度、优势度及重要值的相关构成值

调查发现，黄土高原甘肃区域植被恢复初有成效，植被群落分层现象明显，乔木、灌木、草本层次差别较大，乔木层、灌木层、草本层(相对)频度、(相对)多度、(相对)优势度、重要值指标差异较大，植被群落结构和成分具有异质性。群落整体的多样性指数为4.649 7，体现了环县植被较丰富的多样性。整体群落均匀性指数为0.746 4，表明该处植被恢复种植的物种分布比例差异小，植被物种重复率高，样方内植被物种类似，差异小。

调查中还发现一些具有黄土高原当地特色的偶见种或相应特定变种，如秦艽(Gentianamacrophylla)、黄花角蒿(Incarvilleasinensis)、阿尔泰紫菀(Heteropappusaltaicus)、翠雀(Delphiniumgrandiflorum)、蒙古莸(Caryopterismongholica)、黄花棘豆(Oxytropisochrocephala)等，都具蓝、黄色花朵，可点缀黄土荒漠。优良的水土保持、固沙耐旱和绿化开荒物种柠条、沙棘、沙打旺(Astragalusadsurgens)、星毛委陵菜等广泛生长。

3 土壤理化性质及立地条件研究

3.1 土壤抽样调查

在群落样方调查基础上进行土壤抽样调查。为排除土壤不均一性、自然因素(高度、坡度、母质等)和人为因素(耕作、施肥等)，遵循混合样品采集原则[8]对土壤进行研究。

3.2 环县立地类型划分及分类

根据测定的土壤肥力，求得每个样地多个肥力指标的平均值，依据立地因子分级和研究区域的自然气候特点，选取坡度、坡向、土层厚度作为影响水分分布的立地因子，将32个样地归纳为10种立地类型(表2)。

表2 甘肃环县10种样地土壤立地因子及肥力含量值

由聚类分析将综合立地模式评估分成3类。第1类综合立地模式分数最高，包括Ⅱ阴坡缓坡中土、Ⅸ半阴坡缓坡中土、Ⅴ阴坡陡坡中土、Ⅳ阳坡缓坡中土。第2类分数中等，包括Ⅶ半阳坡陡坡中土、Ⅷ半阴坡陡坡中土、Ⅹ阳坡陡坡中土、Ⅲ阴坡缓坡薄土、Ⅰ半阳坡缓坡薄土。第3类分数最低，为Ⅵ阴坡陡坡薄土。

4 景观功能评价研究

4.1 LFA方法简介

景观功能分析(Landscape Function Analysis/LFA)是一种快速评估植被功能状态的生态学调查方法[2]，与传统植物学监测方法相比，LFA增加了植被结构、组成与土壤功能等之间的相互作用，可在野外快速采集评价指标，对植被群落的景观功能进行监测和评价[3]。是基于地表水文、土壤侵蚀、

植物生长和养分循环的综合模型，由概念性框架、实地数据获取模块、数据精简和制表模块、解译性框架4部分组成[9]，其主要功能包括景观结构和土壤表层特征评价。

LFA田间方法评价指标分为景观结构和土壤表层特征评价指标。景观结构评价指标包括4个单指标和2个表征景观结构的复合指标，即地面特征物指标和景观结构指标。地面特征物面积计算公式为A1=Ap/Am，其中，Ap表示样线所截特征物面积总和(m2)，Am表示最大覆盖区面积(m2)；景观结构指标为A2=lp/lt，其中lp表示样线上所截覆盖区总长度(m)，lt表示样线长度(m)。土壤表层评价指标包括11个单指标和3个表征林地土壤性能的复合指标，即土壤稳定指标Sj、水分渗透指标Ij和营养循环指标Nj。复合指标计算公式见表3。两个复合指标表示土壤可有效保持水土和有机质资源[10]。

表3 LFA复合指标的组成及计算

4.2 基于LFA方法的景观功能评价

使用LFA方法进行调查与评价，评价结果见表4。LFA分析评估法反映了土壤稳定、水分渗透、养分循环等景观功能。表征林地土壤性能的土壤结构稳定性指标、渗透性指标、养分循环指标与植被类型的相联度值都在0.799以上，表示土壤结构稳定性、渗透性、养分循环与植被类型密切相关。不同指标类型的反映林地景观功能的水分渗透性指标If、营养循环指标Ne、土壤稳定性指标Sa和地面特征物指标A1差异显著，而景观结构指标的差异性不显著。植被类型对景观结构指标A2无显著性影响，而对土壤稳定指标Sa、水分渗透指标If和营养循环Ne3项指标均有显著影响。

5 结论

依据植被抗旱性和节水性对植被进行配置，将环县植被恢复划分为保持区、改良区、修复区和重建区4个分区。针对环县的“修复区”和“重建区”，从“植物选择—植被配置—立地选择—LFA评价”着手，结合农林牧等产业发展情况，提出6种针对不同立地类型的恢复模式。

表4 各植被类型评价的部分结果

模式1：上游梁峁顶+南坡+薄土，采用胡枝子、柠条、沙棘+紫花苜蓿(Medicagosativa)、骆驼蓬、猪毛菜、沙打旺、白花草木樨(Melilotusalbus)、苦豆子(Sophoraalopecuroides)等。

模式2：上中游沟壑+北坡+薄土，采用油松、刺槐(Robiniapseudoacacia)幼苗+栒子、胡枝子、小檗+铁杆蒿(Artemisiasacrorum)、苣荬菜(Sonchusarvensis)、火绒草(Leontopodiumjaponicum)等。

模式3：上中游放牧地+北坡+薄土，采用菊科蒿属、蔷薇科委陵菜属、豆科和禾本科。

模式4：中游峁坡沟坡+北坡+厚土，采用杨柳科、油松、侧柏+胡枝子+猪毛菜、火绒草、紫花地丁、刺儿菜(Cirsiumsetosum)等。

模式5：中下游坡脚、山脚、沟道+北坡+厚土，采用山杏、榆树、桃树+柠条、侧柏、柏+扫帚草(Rabdosiaternifolia)、绣线菊(Spiraeasalicifolia)、泥胡菜(Hemisteptalyrata)、马鞭草(Verbenaofficinalis)等。

模式6：梁峁坡+南北坡+厚土人工景区植被群，采用山桃、山杏、油松、侧柏+刺柏、柠条+狗尾草、马鞭草、马兰(Kalimerisindica)等。

黄土高原的生态修复任重而道远，LFA在黄土高原地区应用的实例，是对丰富风景园林在植被生态修复方面理论和方法的实践探索。通过恢复模式的应用，合理规划种植空间和人居空间，引导植被、水分之间的生长与涵养关系，以期对黄土高原半干旱区的植被生态恢复和人居环境建设起到借鉴作用。

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Analysis on Characteristics and Landscape Function of Site Communities in Semi-arid Region of Loess Plateau

Zhang Deshun1Li Keke1Sun Qian2Liu Ming1

(1.College of Architecture and Urban Planning, Tongji University, Shanghai 200092, China; 2.Shanghai Academy of Urban Planning and Design, Shanghai 200040, China)

The Loess Plateau region is a largest area with the feature of arid and semi-arid landforms in China. Its vegetation landscape function is key to the sustainable development of the whole region.Taking Huan County, Gansu, as an example, the 32 typical vegetation communities were investigated in arid region of the Loess Plateau. Relationship between vegetation communities and the soil structure, water infiltration, nutrient cycling in different soil site conditions was interpreted by analyzing quadrat data, soil fertility index and landscape function index. According to drought resistance and water conservation of vegetation, vegetation restoration was divided into four areas: preservation area, improvement area, rehabilitation area and reconstruction area. The pattern of "plant selection - vegetation allocation - site selection- landscape function analysis" was adopted for the rehabilitation area and reconstruction area in this county, and six restoration models for different site types were put forward in combination with the development of agriculture, forestry, husbandry and other industries.

vegetation community restoration, Landscape Function Analysis, the Loess Plateau, semi-arid area

2016-11-24

国家自然科学基金面上项目：应对气候变化的园林植物选择机制研究——以上海为例(31470701)；国家重点研发计划：典型脆弱生态修复与保护研究——自然遗产地生态保护与管理技术(2016YFC0503300)

张德顺(1964-)，男， 博导，教授，IUCNSSC委员，中国植物学会理事，研究方向为园林植物景观学原理与方法，生态与园林规划设计等。E-mail:zds@tongji.edu.cn

10.3969/j.issn.1672-4925.2017.01.003