白龙江干旱河谷灌丛群落类型与土壤持水特性

陈林生,张岚琦,宋占邦,王龙江,张海龙,齐孝华,奚 淑

(甘肃省白龙江林业生态监测和调查规划院,甘肃兰州 730070)

干旱河谷是指在高山峡谷区下部出现的四周被相对湿润环境所包围的较干旱、温度较高、以灌丛和草丛植被为主的河谷生态系统或河谷景观[1],该区域以高山峡谷地貌为主,地形破碎,植被稀疏,降雨量少,蒸发量大,气候干热,水热矛盾突出,水土流失严重,是在山区整治中最关键和最困难的特殊地域类型之一[2-3]。保护和合理利用这一地区的植物资源对于干旱河谷水源涵养、水土保持等生态环境建设有着重要作用[4-9]。

白龙江流域干旱河谷是长江水系北部的生态脆弱带和敏感区,其植被生态系统退化严重,泥石流和滑坡等地质灾害频发,水土流失严重,治理困难,具有向荒漠化发展的趋势。白龙江干旱河谷区域也是人口和城镇分布密集地带,其恶劣的生态环境和逐渐增多的自然灾害严重影响当地及下游的工农业生产和人民群众的生活,已成为制约该地区经济社会可持续发展的主要因素[10-11]。由于白龙江中下游地区地质构造较复杂,地形、地貌的差异引起了水、热的再分配,形成了不同的生物、气候带的自然景观[12]。笔者对白龙江干旱河谷区灌丛群落类型与土壤持水特性进行研究，旨在为今后该地区生态恢复、造林树种选择提供科学依据。

1 研究区概况与研究方法

1.1 研究区概况白龙江干旱河谷脆弱生态区主要是指甘肃迭部县尼傲乡至文县口头坝乡长约400 km的白龙江干流及其支流流域,海拔700～2 200 m,面积约271 214 hm2[13]的河谷及浅山地带地区,大部分属于亚热带季风气候,还有部分属于温带大陆性气候,境内气候温暖湿润,光照充足,冬无严寒,夏无酷暑,主要包括舟曲、迭部、宕昌、武都和文县等行政单元[14]。该区域植被稀疏,部分地块裸露,土壤类型在上游宽谷盆地以山地棕褐土为主,中游及下中游则以棕色森林土为主[15]。

1.2 研究方法采用典型抽样法,选择植物分布均匀、人为因素干扰较少,且以天然植被为主的区域,设置5 m×5 m的灌木调查样方,并在样方内设置5个1 m×1 m的小样方进行草本调查。调查因子包括植物的种类、基径、冠幅、株数、株高、盖度等,记录海拔、坐标、坡向、坡度等。根据不同的地形、海拔、坡向、土壤类型以及植物类型在白龙江干旱河谷地区共设置75个植物样方。该研究参考李玉等[16]的研究选取重要值前6的种群进行研究,河朔荛花(WikstroemiachamaedaphneMeisn)、川甘亚菊(Ajaniapotaninii)、小叶香茶菜[Rabdosiaparvifolia(Batalin) Hara]、西南野丁香(LeptodermispurdomiiHutch)、荆条(Vitexnegundovar.heterophylla)和胡枝子(Lespedezadaurica)。

2 结果与分析

2.1 灌木种群类型河朔荛花是瑞香科(Thymelaeaceae Juss)荛花属(WikstroemiaEndl)灌木,喜光,极耐干旱,耐瘠薄,不耐水湿,纤维可造纸,作人造棉,茎叶有毒杀害虫的作用,是白龙江干旱河谷主要植被建群种之一,其分布较广,在18个样地中出现,占总样地的24.0%(表1),海拔分布在965～2 019 m,平均盖度51.8%,主要伴生种有川甘亚菊、小叶香茶菜、西北栒子(CotoneasterzabeliiSchneid)、小檗(Berberisthunbergii)等。川甘亚菊是菊科(Asteraceae Bercht)亚菊属(AjaniaPoljak)小灌木,也是我国特有植物,主要生长在河谷、山坡、山坡林下及丘陵地。与河朔荛花一样在研究区样地中出现18次,占总样地的24.0%,分布很广,研究区海拔内均有出现,样地盖度(54.6%)略大于河朔荛花,主要伴生种有小檗、华西小石积(OsteomelesschwerinaeSchneid)、西南叶丁香、小叶香茶菜、小黄素馨(JasminumhumileL.)、红花锦鸡儿(CaraganaroseaTurcz)、胡枝子和平枝荀子(CotoneasterhorizontalisDecne)等。小叶香茶菜是唇形科(Labiatae)香茶菜属[Rabdosia(Bl. )Hassk]小灌木,在研究区出现的比例为22.7%,和前2种相差不大,但是样地的盖度大于河朔荛花和川甘亚菊,主要以河朔荛花、川甘亚菊、胡枝子、杭子梢(Campylotropismacrocarpa)等为伴生种。西南野丁香相比较前几种在研究区样方中出现的比例较小,为9.3%,主要伴生种有荆条、胡枝子和黄蔷薇(RosahugonisHemsl)等。荆条是马鞭草科(Verbenaceae)牡荆属(Vitex)落叶灌木或小乔木,是黄荆的一个变种,其占总样地比例的21.3%,样地盖度和小叶香茶菜相差不大,主要伴生种有火棘(Pyracanthafortuneana)、小檗、胡枝子、小叶香茶菜等。胡枝子是豆科(Leguminosae)胡枝子属(Lespedeza)植物,其分布最广,在研究区出现的样地最多(24次),占总样地的32.0%,主要伴生种有荆条、川甘亚菊、小叶香茶菜、西北栒子(CotoneasterzabeliiSchneid)等。

表1 白龙江干旱河谷主要灌丛群落类型

研究区草本植物主要以菊科植物为主,其次是禾本科植物,主要的草本有山艾蒿(ArtemisiaargyiLevl)、苦苣菜(Sonchusoleraceus)、抱茎小苦荬(Ixeridiumsonchifolia)、白茅(Imperatacylindrica)、芸香草(Cymbopogondistans)等。白龙江干旱河谷的乔木主要有岷江柏木(Cupressuschengiana)、小叶杨(Populussimonii)、文县杨(P.wenxianensis)、乌柳(Salixcheilophylla)等。

2.2 灌木种群植株含水率和土壤含水率由表2可知,不同灌丛种群植株含水率不同,植株含水率最大的是川甘亚菊种群,为58.8%,河朔荛花种群植株含水率最小,为47.1%,各群落类型表现为川甘亚菊>胡枝子>西南野丁香>荆条>小叶香茶菜>河朔荛花,西南野丁香、荆条、小叶香茶菜和河朔荛花植株含水率相差不大,可能是木质化程度相似的原因。各样地土壤含水率较低,西南野丁香种群0～10 cm土层土壤含水率最低,仅15.6%,土壤含水率最大是胡枝子种群20～40 cm土层和荆条种群0～10 cm土层土壤,均为21.8%,说明白龙江干旱河谷地区土壤含水率低。胡枝子和河朔荛花种群土壤含水率随着土壤深度的增加而增大,其余均随着土壤深度的增大而减小。

表2 白龙江干旱河谷主要灌丛与土壤含水率

续表2

2.3 主要灌丛植株含水率和土壤含水率的相关性由表3可知,河朔荛花0～10 cm土层和10～20 cm土层呈显著正相关(P<0.05)；川甘亚菊和小叶香茶菜种群土壤0～10 cm土层和10～20 cm土层呈显著负相关(P<0.05)；西南野丁香植株含水率与10～20和20～40 cm土层含水率呈显著负相关；荆条植株含水率与0～10 cm土层土壤含水率呈显著正相关。通过白龙江干旱河谷主要灌丛植株含水率和土壤含水率的相关性分析可知,研究区土壤水分是限制植物生长的最主要因素之一。

表3 白龙江干旱河谷主要灌丛植株与土壤含水率的相关性

3 结论与讨论

白龙江干旱河谷脆弱生态环境退化严重,植被恢复困难,矮小灌丛植物是主要优势群落[17],通过对该地区6种主要灌丛种群分析可知,该地区植被盖度较低,在51.8%～62.1%,其余地表裸露,导致土壤含水率低,植株含水率表现为川甘亚菊>胡枝子>西南野丁香>荆条>小叶香茶菜>河朔荛花,川甘亚菊植株含水率为58.8%,河朔荛花种群植株含水率为47.1%。通过白龙江干旱河谷主要灌丛植株含水率和土壤含水率的相关性分析可知,研究区土壤水分是限制植物生长的最主要因素之一。

白龙江干旱河谷生态环境的植被恢复是一个长期的过程,需要进行不断总结和研究示范,干旱河谷植被恢复的任务仍然艰难,一是必须认识白龙江干旱河谷退化机制,只有认清其退化机制,才能更有效防治退化和进行植被恢复；二是从现有的植被研究出发,认清现有植被的功能及生态作用,注重适应机制,减少现有植被的破坏；三是减少人为的破坏,通过封山育林、禁牧和禁止开矿等,保护植被不再遭受破坏；四是适地适树,选择当地的树种,如河朔荛花、胡枝子、小叶香茶菜、西南野丁香、小黄素馨等,保证造林成活,在条件适宜的区域可以选择一些经济林树种,如油橄榄、花椒和核桃等,不仅可以起到植被恢复和保护生态环境的作用,还能带来一定的经济收入。