全 文 ：第 42卷　第 3期 河 南 农 业 大 学 学 报 Vol.42　No.3
2008年　　 6月 JournalofHenanAgriculturalUniversity Jun.　 2008
收稿日期:2007-11-19
基金项目:国家 “十一五 ”重大科技攻关项目(2006BAD03A1102)
作者简介:樊　巍(1964-),男 ,河南商丘人 ,研究员 ,博士 ,从事复合农林业与经济林生态培育研究.
文章编号:1000-2340(2008)03-0299-04
太行山退化山地火炬树群落物种多样性与土壤
特性变化的研究
樊　巍 1 ,高喜荣 1 ,赵　东1 ,赵　辉 1 ,万　猛2 ,秦光霞 3
(1.河南省林业科学研究院 ,河南 郑州 450008;2.中南林业科技大学 ,湖南 长沙 410004;
3.安钢集团 ,河南 安阳 455004)
摘要:采取空间代替时间的方法 , 研究了太行山退化山地不同林龄的火炬树群落物种多样性及土壤特性的变化 ,
结果表明 , (1)火炬树群落呈单优势群落 , 物种多样性指数和丰富度指数数值由草本层 -灌木层 -乔木层依次
递减;随火炬树群落林龄增加 ,多样性指数下降 ,各样地多样性指数差异不大.(2)随火炬树群落林龄增长 , 土壤
容重下降 、孔隙度增加 、水分含量增加 ,土壤物理性状得到改善 , 土壤渗透性 、保水功能等能力得到提高;有机质 、
全氮及速效钾等养分指标含量逐渐增加 , pH值下降 , 这些理化指标均呈线性变化.随火炬树林龄增长 ,土壤肥力
有所提高 , 对研究区严重退化的生态环境起到良好的恢复效果.
关键词:太行山;退化山地;火炬树群落;物种多样性;土壤特性
中图分类号:S718.54 2　　　　文献标识码:A
ResearchonSpeciesDiversityandSoilPropertyChangeofRhus
typhinaCommunityinDegradedHilyTaihangMountain
FANWei1 , GAOXi-rong1 , ZHAODong1 , ZHAOHui1 , WANMeng2 , QINGuang-xia3
(1.HenanAcademyofForestry, Zhengzhou450008, China;
2.CentralSouthUniversityofForestryandTechnology, Changsha410004, China;
3.AngangGroup, Anyang455004, China)
Abstract:ThisexperimentresearchedspeciesdiversityandsoilpropertychangeofRhustyphina
communitybyapplyingthemethodofspatialsequenceinsteadoftimesuccessionalsequencein
degradedhilyTaihangmountain.Theresultscanbebrieflystatedasfolows:(1)Thecommunitywas
dominatedbyRhustyphinaandthespeciesdiversitywasindescendingorderinherblayer, shrub
layer, andtreelayer.Thespeciesdiversitydescendedwiththeincreaseofplantationageandthe
varietiesofdiversityindicesofRhustyphinacommunitywereobvious.(2)Thesoilbulkdensity
descended, andthetotalporosity, watercontent, soilpermeabilityandwatermaintainingcapacity
increasedwiththeincreaseofplantationage, whichindicatedthatthesoilphysicalpropertiesbecame
beterwiththedevelopmentofRhustyphinacommunity.Furthermore, forsoilchemicalproperties, the
organicmater, totalNandavailableKshowedthesametendencyofgradualincrease, butpHvaluewas
converse.Thesoilphysicalandchemicalpropertieswerealignmentchange.Thesoilfertilitywas
increased, andthedegradedecologicalenvironmentwassignificantlyimprovedwiththeincreaseofRhus
typhinaplantationage.
Keywords:Taihangmountain;degradedhilyarea;Rhustyphinacommunity;speciesdiversity;soil
property
DOI :10.16445/j.cnki.1000-2340.2008.03.021
300　 河　南　农　业　大　学　学　报 第 42卷
　　火炬树(RhustyphinaL.)为漆树科盐肤木属
小乔木 ,原产北美 , 1959年由中国科学院植物研究
所引种 ,后推广至华北 、西北 、东北及华中等地.由
于其根萌蘖力强 ,且耐寒 、耐旱 、耐盐碱 ,是一种适
应周围环境能力极强的树种 ,因此火炬树成为一种
优良的防火 、护坡 、防风固沙 、水土保持的树种.近
年来 ,太行山区火炬树主要引种在生态退化较重的
低山丘陵区 ,其林龄不过十几年 ,现已发展相当面
积的林地 ,起到良好水土保持效益.因此 ,对该区火
炬树群落研究具有重要意义.
目前 ,国内对火炬树进行了较多研究 ,其研究
重点主要集中在火炬树的引种 、造林 、抚育管理 、生
理生态 、开发利用等方面 [ 1] ,但研究的深度还不
够 ,在火炬树群落多样性及土壤特性变化的研究方
面 ,还未见报导.国内在其它物种群落及土壤性质
方面已进行了大量研究[ 2 ～ 8] ,不过火炬树群落这方
面的研究也需要迫切进行.本研究选取土壤贫瘠 、
生境条件较差地带的火炬树群落为研究对象 ,分析
不同林龄火炬树群落多样性及土壤特性 ,探讨了火
炬树随林龄增长对退化较重区域的土壤影响及对
环境的作用 ,以期为该区退化严重的区域进行快速
恢复提供科学理论支持.
1　试验地概况
研究区位于河南省西北部的小浪底库区及北
部的鹤璧市 ,小浪底地处太行山南麓 ,东经 112°02′～
112°45′,北纬 34°53′～ 35°17′;鹤壁市地处太行山
东麓 ,东经 113°59′～ 114°45′,北纬 35°26′～ 36°
02′.研究区属于温带大陆性季风气候 ,冬季干燥严
寒 ,雨雪稀少;夏季炎热多雨 ,季风环流影响明显 ,
四季分明 ,光热资源十分丰富.年平均气温在 12 ～
14℃之间 , 年内降雨量分配极不均匀 ,多集中在
7 ～ 9月份.研究区土壤主要为石灰岩 、页岩风化后
发育成的典型褐土 、碳酸盐褐土或粗骨性褐土 ,土
层薄 ,石砾多 ,土壤贫瘠.
2　研究方法
2.1　样地设置及群落调查
根据不同的立地条件及林龄等 ,选取典型样
地 ,本研究选取 12个样地 ,其中 1个为对照样地
(退化较重的草本样地).采用样方法进行群落调
查.样地面积为 10 m×10 m,每个样地内划分 4个
5m×5m的样方 ,在每个样方的右下角划出 3m×
3m的小样方调查灌木层 ,用同样的方法在 3 m×3
m的小样方内划出 2 m×2 m的小样方调查草本
层.乔木层逐株调查 ,记录种名 、胸径 、高度 、冠幅
等 ,灌木层 、草本层记录种名 、株数 、高度 、盖度 ,并
记录层间植物(表 1).
2.2　土壤调查
取表层土(0 ～ 20 cm)作为研究对象.在每个
表 1　各样地基本情况
Table1　Generalconditionsofsamplingplots
序号
No.
地点
Researchsites
林龄 /a
Forestage
样地数
Plotnumber
海拔 /m
Altitude
物种数
Plantspecies
盖度 /% Coverage
总盖度
Totalcovergae
乔木
Arbor
灌木
Shrub
草本
Herbage
Ⅰ 小浪底 3 1 295 17 85 83 18
Ⅱ 鹤壁 5 3 215～ 230 13～ 16 90 ～ 98 89～ 97 3～ 8
Ⅲ 小浪底 、鹤壁 8 4 200～ 305 13～ 15 90 ～ 99 89～ 99 3～ 5
Ⅳ 小浪底 11 3 330～ 340 10～ 13 99 94 96 2
Ⅴ 小浪底 1 328 14 32 4 30
　注:Ⅰ ～ Ⅳ 为火炬树群落;Ⅴ 为对照样地.下同.
　Note:Ⅰ ～ Ⅳ meanRhustyphinacommunity, respectively.Ⅴmeanscontrastherbagecommunity.Thesameasbelow.
样地内挖取土壤剖面 3个 ,记录土壤基本情况;在
每个样地内按照 S型选取 7个采样点.样品采集分
为原状土样和分析土样:用环刀采取原状土 ,用于
物理分析;分析土样于每样点采取 1 kg左右 ,去除
根系 、石块等用于化学分析.
2.3　试验方法及数据处理
土壤有机质采用重铬酸钾容量法测定;全氮采
用凯氏定氮法测定;速效钾采用乙酸铵浸提 -原子
吸收法测定;全磷采用 NaOH熔融 -钼锑抗比色
法;土壤含水量采用重量法测定;土壤容重采用环
刀法;pH值采用电位法[ 9] .每组数据重复 3次 ,取
平均值.数据用 SPSS10.0软件进行的统计分析.
重要值的计算 [ 2, 3]公式为
乔木层重要值 =(相对密度 +相对频度 +相
对显著度)/3 (1)
灌木层和草本层重要值 =(相对高度 +相对
第 3期 樊　巍等:太行山退化山地火炬树群落物种多样性与土壤特性变化的研究 301　
频度 +相对盖度)/3 (2)
Shannon-Wiener指数 H=-∑PilnPi (3)
Pielou均匀度指数 J=(-∑PilnPi)/lnS
(4)
Simpson指数 D=1-∑P2i (5)
式中:S为物种数 ,指出现在样地的物种之和 ,即物
种丰富度;Ni为第 i个物种的重要值;N为群落中
所有物种的重要值之和;Pi为第 i个物种的相对重
要值 , Pi=Ni/N.
3　结果与分析
3.1　群落物种多样性
由表 2可知 ,研究区内只有Ⅳ才有乔木层 ,乔
木层物种丰富度较其它层次低 ,其物种数为 2, H,
D较低.主要有 2方面原因:一方面样地内只有 2
种乔木 ,群落结构简单 ,形成火炬树单一群落 ,且火
炬树根萌蘖能力强 ,限制林内其它植被的生长;另
一方面 ,火炬树作为人工林 ,营造时几乎为纯林.因
此造成火炬树群落乔木层物种多样性低.
在灌木层 ,火炬树群落随着林龄增加 ,物种丰
富度降低 , H, D和 J均下降 ,且各群落间多样性指
数差别不大.火炬树群落随林龄增加 ,多样性指数
下降且变化不大 ,这是因为火炬树根萌蘖能力强 ,
郁闭快 , 3年生林龄火炬树群落覆盖度达 80%以
上.此外 ,人工造林时 ,铲除了大量的灌草植被 ,余
下植被的灌草生长及其萌发受到很大影响 ,林下植
被受到抑制 ,火炬树群落多样指数下降且差异也
较小.
在草本层 ,随火炬树林龄增加 ,物种丰富度变
化不太明显 , Ⅰ , Ⅱ , Ⅲ的都为 13种 , Ⅳ的为 11种.
H, D, J均变化不大 ,同灌木层一样 ,也是随着林龄
增加而逐渐降低.虽然物种丰富度变化不明显 ,但
随林龄增加 ,郁闭度增加抑制草本植物的生长 ,从
而使其多样性指数下降.
由表 2可以看出 ,物种丰富度 , H, D的平均值
在 3个层次间顺序均是:草本层 >灌木层 >乔木
层 ,而 J是草本层高 ,灌木层低;整个火炬树群落多
样性较低 ,而且差异较小.原因可能是火炬树萌发
能力强 ,很快形成单优势群落 ,郁闭度迅速增加 ,影
响其它物种的生长和分布 ,使火炬树群落多样性降
低 ,造成其多样性较低 ,特别是在乔木层 ,物种少 ,
结构简单 ,所以 ,乔木层多样性指数较低 ,而草本层
物种相对较多 ,其多样性指数也相对较高.火炬树
郁闭快 ,使各年龄段火炬树郁闭度差别小 ,从而使
火炬树群落间多样性差异较小.
表 2　火炬树群落物种多样性指数
Table2　DiversityindicesinthecommunityofRhustyphina
分层
Dividedlayer
序号
No.
物种数
Plantspecies H D J
草本层
Herbage
layer
Ⅰ 13 2.444 4 0.905 4 0.953 0
Ⅱ 13 2.367 7 0.884 1 0.926 2
Ⅲ 13 2.184 4 0.872 8 0.875 2
Ⅳ 11 2.127 9 0.840 1 0.910 7
(Ⅰ +Ⅱ +Ⅲ +Ⅳ)/4 13 2.281 1 0.875 6 0.916 3
灌木层
Shrub
layer
Ⅰ 6 1.190 1 0.546 0 0.664 2
Ⅱ 4 0.809 5 0.418 4 0.627 1
Ⅲ 4 0.762 9 0.378 1 0.567 4
Ⅳ 3 0.687 1 0.357 9 0.558 5
(Ⅰ +Ⅱ +Ⅲ +Ⅳ)/4 4 0.862 4 0.425 6 0.604 3
乔木层
Arbor Ⅳ 2 0.682 6 0.229 9 0.746 9
3.2　火炬树群落土壤特性
3.2.1　土壤物理性质　在土壤容重 、孔隙度方面 ,
由表 3可知 ,随着火炬树林龄增加 ,火炬树群落内
的土壤容重逐渐减小 ,而孔隙度情况与之相反.Ⅳ
的容重是Ⅴ的 86.5%,而 Ⅳ的土壤孔隙度是Ⅴ的
1.19倍 ,是Ⅰ的 1.15倍.说明火炬树群落能够改
善土壤结构 ,而且随林龄增加 ,改变土壤结构的能
力逐步增强.总体来看 ,样地土壤容重较大 ,孔隙度
偏低 ,这可能与火炬树林龄偏低有关.
表 3　群落内土壤物理性质
Table3　Thesoilphysicalproperties
序号
No.
容重
/(g· cm-3)
Bulkdensity
总空隙度 /%
Total
porosity
自然水分
含量 /%
Naturalwater
content
吸湿水
含量 /%
Hygroscopic
watercontent
Ⅰ 1.52 42.6 8.7 1.71
Ⅱ 1.48 44.2 9.2 2.11
Ⅲ 1.41 46.8 14.7 2.34
Ⅳ 1.35 49.1 14.8 2.48
Ⅴ 1.56 41.1 8.3 1.58
　　相关分析表明 ,容重与有机质含量呈极显著
性负相关(表 5),这表明随林龄增加 ,有机质含量
增加 ,降低了土壤容重 ,此外 ,由于火炬树根系密
集 ,主要分布在土壤表层 ,也会使容重降低.
随着火炬树林龄增加 ,火炬树群落内的吸湿水
含量和自然水分含量逐渐增加且均比Ⅴ高 ,其中Ⅳ
的吸湿水含量是Ⅴ和 Ⅰ的 1.60倍和 1.45倍 , Ⅳ的
自然含水量分别是Ⅴ和Ⅰ的 1.78和 1.70倍.说明
火炬树群落能够提高土壤水量含量 ,且随林龄增加
逐渐增高.Ⅴ的自然含水量较低 ,可能与其土壤容
重大 ,孔隙度小 ,保水性能低 ,且样地郁闭度小 ,蒸
发量大有关.林龄增加 ,郁闭度增大 ,蒸发弱 ,且孔
隙度逐渐增加 ,保水能力增强 ,这些可能是自然含
302　 河　南　农　业　大　学　学　报 第 42卷
水量逐渐增加的原因.
3.2.2　土壤化学性质　由表 4可知 ,随着林龄的
增加 ,火炬树群落内的土壤的有机质 ,全氮和速效
钾的含量逐渐增加且均比Ⅴ高 ,而土壤 pH与之相
反 ,全磷的变化不尽相同.其养分变化主要是由于
火炬树群落随林龄增加 ,覆盖度增加 ,水分蒸发减
弱 ,样地水分条件得到改善 ,同时凋落物量逐渐增
多 ,且火炬树的落叶易分解 ,使样地表层土壤中腐
殖质增加 ,从而有机质氮素及速效养分含量 ,含量
逐渐增高.全磷的含量大小依次为Ⅲ >Ⅱ>Ⅰ>Ⅴ >
Ⅳ ,但总体上 ,各样地的全磷含量差别不大.
表 4　群落内土壤化学性质
Table4　Thesoilchemicalproperties
序号
No.
有机质 /%
OM
全氮 /%
TotalN
全磷 /%
TotalP
速效钾
/(mg· kg-1)
AvailableK
pH
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
Ⅴ
0.81
0.99
1.03
1.42
0.65
0.049
0.051
0.056
0.078
0.047
0.031
0.036
0.040
0.030
0.027
78.6
82.9
94.4
115.1
56.3
8.75
8.65
8.39
8.21
8.83
3.2.3　土壤有机质和其它指标之间的回归关系及
相关性分析　把群落内土壤的化学指标与物理指
标进行相关性分析 ,结果只有部分指标成相关性 ,
由表 5列出.土壤容重和速效钾与有机质含量相关
性均达到极显著性水平 ,其中容重为负相关.吸湿
水含量和全氮含量与有机质均呈显著性正相关 ,其
它几个指标与有机质含量相关性不显著未在表中
列出.这说明运用回归方法土壤容重及速效钾与有
机质含量拟合效果较好.
表 5　有机质和各土壤理化指标之间的回归模型
Table5　Regressionmodeloforganicmatterwithsoil
physicalandchemicalindices
指标 Index 回归方程 Regressionequation R
容重 /(g· cm-3)
Bulkdensity Y=-3.292 4x+5.800 1 -0.962 09＊＊
吸湿水含量 /%
Hygroscopicwatercontent Y=0.685 1x-0.420 4 0.925 11＊
全氮 /%
TotalN Y=21.587x-0.233 2 0.944 08＊
速效钾 /(mg· kg-1)
AvailableK Y=0.013 0x-0.132 9 0.972 39
＊＊
　注:Note:＊＊P<0.01, ＊P<0.05.
4　结论
1)太行山退化山区火炬树群落呈单优势群
落 ,物种多样性指数和丰富度指数数值由大到小的
顺序是:草本层 >灌木层 >乔木层;随着林龄增加 ,
多样性指数下降 ,但下降的幅度不大 ,即火炬树群
落各样地多样性指数差异不大.
2)火炬树群落内土壤容重 ,孔隙度 ,吸湿水含
量和自然水分含量受土壤有机质含量的影响 ,且随
林龄增加呈线性变化 ,容重与有机质成极显著负相
关.随着火炬树群落林龄增长 ,土壤物理性状得到
改善 ,土壤渗透性 、保水功能等能力得到提高.
3)火炬树群落土壤有机质影响土壤化学性
质 ,随林龄增加 ,有机质 、全氮及速效钾等养分指标
含量逐渐增加 , pH值下降 ,它们都呈线性变化.随
火炬树林龄增加 ,其群落土壤肥力逐步提高 ,火炬
树对研究区严重退化的生态环境起到良好的恢复
作用.
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(责任编辑:曾玲玲)