晋西黄土区不同密度油松人工林林下植物多样性及水文效应_李民义

从目前的研究进展来看，大多数研究仅从养分 循环、固碳、多样性、水土保持效益中选择某一要素 作为确定林分合理密度的指标，而通过林下植物多 样性、枯落 物 及 土 壤 层 物 理 性 质、蓄 水 量 等 多 个 指 标，在探讨这些指标与油松人工林密度及结构相互 关系的基础上，确定人工油松林合理密度的研究较 少。为此，本文以晋西黄土区林龄在 30 年左右、不 同密度的油松人工林为研究对象，系统调查了乔木、 灌木、草本 植 物 的 组 成，枯 落 物 的 蓄 积 量 及 蓄 水 能
E—110°52'10″E，36°09'27″N—36°13'12″N） 。该地 位于黄土高原东南部，属黄土梁状丘陵沟壑区，水土 流失严重，海拔 1067 ～ 1453 m，年均气温 9. 1℃ ，年 均降水量 500 ～ 550 mm，年均日照时数 2457. 7 h，年 均无霜期 165 d，属暖温带大陆性气候。土壤为褐 土，黄土母质。为了防治水土流失和改善生态环境， 当地于 20 世纪 70 年代末开始营造水土保持林。这 些水土 保 持 林 主 要 树 种 有 油 松 （ Pinus tabulaeformis） 、刺槐 （ Robinia pseudoacaci） 和辽东栎 （ Quercus liaotungensis） 等，林分结构简单，以人工纯林为主。 灌丛主要是由黄刺玫（ Rosa xanthina） 、紫丁香（ Syringa oblata） 、三亚绣线菊 （ Spiraea trilobata） 、连 翘 （ Forsythia suspensa） 、酸枣（ Zizyphs jujube） 等形成的 自然群落； 草本植物主要有苔草（ Carex tristachya） 、 艾篙（ Artemisia argyi） 、茭 蒿 （ Artemisia giraldii） 、铁 杆蒿 （ Artemisia gmelinii） 、蛇莓 （ Duchesnea indica） 、 草地 早 熟 禾 （ Poa pratensis ） 、芨 芨 草 （ Achnatherum splendens） 、披针叶茜草（ Rubia lanceolata） 和异叶败 酱（ Patrinia heterophylla） 等。
DOI:10.13292/j.1000-4890.2013.0194
生态学杂志 Chinese Journal of Ecology 2013，32（ 5） ： 1083－1090
晋西黄土区不同密度油松人工林林下植物 多样性及水文效应*
李民义1 张建军1，2＊＊ 郭宝妮1 黄 明1 茹 豪1
( 1 北京林业大学水土保持学院，北京 100083; 2 水土保持与荒漠化防治教育部重点实验室，北京 100083)
* “十二五”国家科技支撑项目（ 2011BAD38B0603） 资助。 ＊＊通讯作者 E-mail： zhangjianjun@ bjfu． edu． cn 收稿日期： 2012-12-20 接受日期： 2013-01-28
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生态学杂志 第 32 卷 第 5 期
had no significant difference，but the litter amount，maximal water-holding capacity，maximal water-holding rate，effective interception amount，and effective interception rate had significant differences among some plantations with different stand densities． When the stand density was 1300 trees·hm－2 ，the soil bulk density was the minimum，while the total porosity，capillary porosity，and their corresponding water-holding capacity all reached the maximum． At the stand density 1675 trees·hm－2 ，the litter amount and water-holding capacity were up to the maximum values，the surface （ 0－20 cm） soil bulk density was lower （ 1． 07 g·cm－3 ） ，and the non-capillary porosity and non-capillary water-holding capacity were the largest （ 17． 45% and 87． 25 mm， respectively） ． Overall，the P． tabulaeformis plantation of about 30 years old had the greatest understory plant species diversity and the best eco-hydrological effect when the stand density was 1675 trees·hm－2 ．
Key words： Pinus tabulaeformis plantation； stand density； plantal effect．
油松（ Pinus tabulaeformis） 具有根系发达，适应 性强、耐干旱、贫瘠等特点，是黄土区适宜的造林树 种之一（ 焦醒和刘广全，2009） 。油松人工林在涵养 水源、防止土壤侵蚀、防洪减灾及改善生态环境等方 面都具有重要作用，但是由于营造油松人工林时，未 充分考虑林分密度的动态变化，致使现有林分密度 不合理、结构单一、稳定性差、功能低，这不仅会严重 影响其生态服务功能的发挥，而且会导致整体林分 群落逐渐衰退（ 陈立新等，1998； 崔国发，1998； 赵鸿 雁等，1998） ，对这类林分亟待进行改造，以维护其 生态服务功能的持续、稳定发挥。为此研究人员进 行过大量研究，如赵光亮等（ 2006） 研究了北京八达 岭地区 37 年生油松人工林密度与养分循环的关系， 得出该地区合理的成林密度应为 1500 株·hm－2 ； 任 丽娜等（ 2012） 从林地土壤固碳的角度提出在华北 土石山区 40 年生油松人工林的合理密度应为 1104 株·hm－2 ； 吕婧娴等 （ 2010 ） 研究了小陇山林区 30 年生油松人工林密度对林下植物多样性的影响，得 出密度为 1717 ～ 1876 株·hm－2 时，林下植物物种 丰富度指数、多样性指数均最高； 张建军等（ 2002） 从人工林防护效益的角度提出在晋西地区油松人工 林合理密度应为 3000 株·hm－2 。
摘 要 通过野外调查与室内实验相结合的方法，以晋西黄土区不同林分密度的油松人工 林为对象，以林下植物多样性、枯落物蓄水、土壤物理性质和土壤蓄水能力为指标，分析了 不同密度油松林对这些指标的影响，以期为油松林合理密度的确定提供科学依据。结果表 明： 油松林内灌木层物种丰富度指数、多样性指数随油松林密度的增大而减小，而均匀度指 数无明显规律； 草本层物种丰富度指数与灌木层变化规律一致，但多样性指数和均匀度指 数均先增后减； 油松林密度为 1675 株·hm－2 时草本的多样性和均匀度为最大，整个群落的 多样性指数和均匀度指数也最大； 油松林灌木层的多样性指数及均匀度指数均大于草本 层； 不同密度油松林枯落物自然含水率无显著差异，而枯落物蓄积量、最大持水率以及持水 量、有效拦蓄率和拦蓄量在一些林分密度间差异显著； 密度为 1300 株·hm－2 时，土壤容重 最小，总孔隙度、毛管孔隙度及所对应的贮水量均最大； 密度为 1675 株·hm－2 时枯落物蓄 积量、持水量最大，表层 （ 0 ～ 20 cm） 土壤容重 （ 1． 07 g · cm－3 ） 相对较低，非毛管孔隙度 （ 17. 45% ） 及滞留贮水量（ 87． 25 mm） 最大。综合来看，30 年生左右的油松人工林，当密度 约为 1675 株·hm－2 时林下植物多样性及生态水文效应最好。 关键词 油松人工林； 林分密度； 植物多样性； 水文效应 中图分类号 Q948 文献标识码 A 文章编号 1000－4890（ 2013） 5－1083－08 Understory plant species diversity and hydrological effect of Pinus tabulaeformis plantations with different stand densities in Loess Plateau of Western Shanxi，China． LI Min-yi1 ， ZHANG Jian-jun1，2＊＊ ，GUO Bao-ni1 ，HUANG Ming1 ，RU Hao1 （ 1 College of Soil and Water Conservation，Beijing Forestry University，Beijing 100083，China； 2 The Key Laboratory for Soil and Water Conservation and Desertification Combating，Ministry of Education，Beijing 100083， China） ． Chinese Journal of Ecology，2013，32（ 5） ： 1083－1090． Abstract： Taking the Pinus tabulaeformis plantations with different stand densities in the Loess Plateau of Western Shanxi Province，China as the objects，and by the methods of field survey and laboratory experiment，this paper studied the effects of stand density on the understory plant species diversity，litter water-holding capacity，soil physical properties，and soil water-holding capacity，aimed to provide scientific basis for the determination of reasonable stand density of P． tabulaeformis plantation． With the increasing P． tabulaeformis stand density，the understory species richness index and diversity index of shrub layer decreased，while the species evenness index had no obvious trend． In herb layer，the species richness had the same variation trend as that in shrub layer，while the diversity index and evenness index had different trend，i． e． ，decreased after an initial increase，and reached the maximum when the P． tabulaeformis stand density was 1675 trees·hm－2 ． The species diversity index and evenness index of the total community were also the highest at the stand density 1675 trees·hm－2 ． Both the evenness index and the diversity index of the shrub layer were higher than those of the herb layer，no matter the stand density was． The litter natural water content in P． tabulaeformis plantations with different stand densities