全 文 ：第 1期 山 西 林 业 科 技 No . 1
1998年 3月 S HANXI　 FORESTRY SCIENCE AND T ECHNOLOGY Mar. 1998
1)山西省林业科学研究所 , 030012　太原 ;　 2)山西省林业学校 ;　 3)山西省水利学校 ;　 4)阳泉矿务局林业处 ;　 5)山
西省林业勘测设计院。 第一作者:女 , 35岁 ,工程师。
收稿日期: 1998-01-05
石灰岩山地野皂荚灌丛水保功能及营造技术研究
李林英 1)　王启明 2)　王玉生3)　杨红平 4)　郭增跃 5)
摘要　通过对不同立地条件下石灰岩山地野皂荚灌丛系统调查及定位观测 ,初步掌
握了野皂荚灌丛生物、生态学特性及其分布范围。利用调查资料 ,建立了野皂荚灌丛
生物量与其覆盖度的回归方程 ,并对野皂荚灌丛的水保功能及营造技术作了探讨。
关键词　石灰岩山地 , 野皂荚 , 生物量 , 营造技术
野皂荚 (Gleditsia heterophylla Bge)在晋东南太行山石灰岩山地 ,海拔 800 m～ 1 000 m的
干旱阳坡 (土层厚度多在 10 m～ 15 m)常有大面积分布。 其根系发达 ,适应性强 ,耐干旱瘠薄 ,
是石灰岩区干瘠阳坡有代表性的指示植物。为此 ,在试验基点对野皂荚生物、生态学特性、灌丛
生物量、野皂荚水保功能及其造林方法进行了较为系统的研究 ,以便为太行山区干瘠立地的绿
化造林提供科学依据。
1　研究区域自然概况
研究在山西省晋东南地区平顺、潞城县进行。本区为石灰岩山区 ,海拔高差悬殊 ,属大陆性
季风气候。年均气温 9. 1℃ ,相对湿度 59% ,年均降水量 608. 3 mm,分布不均 ,主要集中在 7、
8、 9三个月 ,约占全年降水量的 70% 。春季降水仅占全年的 13% ～ 14%。春季温度回升快 ,蒸
发量大 ,常形成严重春旱。 地带性土壤为褐土。 调查样地情况见表 1。
表 1　野皂荚样地基本情况统计
样地数
/块
海拔
/m
坡向 土层厚度
/cm
年龄
/ a
野皂荚盖度
/%
草本盖度
/%
枯落物厚度
/cm
26 800～ 1 600 阳坡、半阳坡 10～ 30 8～ 16 30～ 75 10～ 30 0. 4～ 1. 4
2　研究方法
2. 1　标准地调查
按照海拔、坡向、土层厚度三个组合立地因子布设标地 ,不同组合标地至少重复两次。标地
面积为 50m2～ 100 m2 ,进行立地因子和灌丛生长情况调查。样地内按求算的野皂荚平均木 ,作
3株～ 5株生物量调查。并调查样地内优势及伴生灌木的种类、覆盖度、草本的种类、覆盖度。样
地内沿对角线设 4个 30 cm× 30 cm的样方 ,做枯落物厚度、盖度、重量调查。调查于 1992年 8
月下旬进行。 为了各标地具有可比性 ,将不同样地生物量进行了以基准年龄为 10 a的换算。
基准年龄生物量= 现有生物量现有年龄 × 10
2. 2　水保功能测定
采用北京林业大学水保系设计的针头式人工模拟降雨器方法测定。
3　调查结果分析
3. 1　野皂荚生物、生态学特性
野皂荚属豆科 ,皂荚属。 呈灌木或小乔木 ,株高 2 m～ 4 m,枝条灰白色 ,有褐色突出的皮
孔 ,刺尖硬。生长在石灰岩中山区海拔 700 m～ 1 600 m的干瘠阳坡多石山地 ,或黄土覆盖的土
石山区。极陡山坡生长良好。喜光、耐贫瘠、耐干旱、耐砍割。 具有极强的根蘖特性 ,多以单群
丛分布。根系发达 ,活力极强 ,常见生于岩石裂缝之中。在调查中发现 ,野皂荚水平根系延伸可
达 9 m以外 ,且能萌生新的植株。 10年生野皂荚平均生物量达 13. 98 t /hm2 ,热值较高 ,达 4
355 Cal /g。
3. 2　野皂荚灌丛生物量
3. 2. 1　不同立地条件下野皂荚灌丛生物量分布特点　通过对不同立地条件下野皂荚生物量
调查可以看出 ,在不同立地条件下 ,野皂荚生物量具有如下分布特点 (见表 2)。
表 2　不同立地条件下生物量统计
土层厚度
/cm
生物量
/kg· hm- 2
海　　拔　　 /m
800～ 1 000 1 001～ 1 200 1 201～ 1 400 1 401～ 1 600
10～ 15
野皂荚 3 160. 73 3 052. 61 1 182. 93 938. 91
(比值 ) ( 75) ( 73) ( 53) ( 46)
草 1 041. 39 1 156. 45 1 052. 65 1 103. 30
(比值 ) ( 25) ( 27) ( 47) ( 54)
野皂荚+ 草 4 202. 12 4 209. 06 2 235. 58 2 042. 21
16～ 30
野皂荚 4 850. 50 4 781. 30 2 963. 40 1 558. 80
(比值 ) ( 73) ( 72) ( 61) ( 40)
草 1 800. 03 1 905. 90 1 880. 30 2 318. 20
(比值 ) ( 27) ( 28) ( 39) ( 60)
野皂荚+ 草 6 650. 53 6 687. 20 3 843. 70 3 877. 00
　　注:表中 (比值 )栏表示野皂荚占“野皂荚+ 草”生物量之比。
表 2表明 ,在同一海拔范围内 ,土层厚度大 ,样地生物量高。在同一土层厚度内 ,随海拔的
增高 ,野皂荚生物量在降低 ,其占样地总生物量的比值在减小 (如土厚 10 cm～ 15 cm样地内 ,
野皂荚比值由 75%降低到 46% ) ,而草类生物量占样地总生物量比值在增高 (如土厚 10 cm～
15 cm样地内 ,草类比由 25%上升到 54% )。 不论何种土层厚度条件下 ,野皂荚生物量都可明
显分为两个海拔段 ,即海拔 800 m～ 1 200 m, 1 200 m以上。由表 2知 ,海拔 800 m～ 1 200 m范
围内 ,野皂荚生物量最高 ,样地总生物量也达最高。 表明石灰岩区野皂荚适宜分布海拔以 800
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m～ 1 200 m为宜。
3. 2. 2　野皂荚的生物量预测方程　灌木生物量大小 ,是衡量其水土保持作用大小的重要指
标。为此 ,利用调查资料 ,对影响野皂荚生物量的几个因子作了多元回归分析 ,预测方程为:
W鲜 = - 0. 4 021+ 0. 1x 1+ 0. 1x 2+ 0. 01x3+ 0. 36x4 ( 1)
复相关系数 R= 0. 89, F= 13. 13> F( 4, 15) = 4. 89,回归显著。
式中: x 1为灌丛高 ( m ) ; x 2为地茎 (cm ) ; x 3为第一分枝数 ; x4为年龄 ( a)。
利用方程 ( 1)求算出标准株生物量 ,再根据单位面积灌丛数即可算出整个样地的生物量。
3. 2. 3　野皂荚生物量与其覆盖度的关系　植被盖度的大小直接影响其生态效益的发挥 ,利用
标地资料 ,拟合野皂荚生物量与其盖度的方程为:
y= 0. 1 875+ 10
- 4
x - 5. 2× 10- 9x 2 ( 2)
式中: x为野皂荚生物量 ( kg /hm2 ) ; y为野皂荚覆盖度 (% )。
由方程 ( 2)求算不同等级生物量覆盖度见表 3。
表 3　不同等级生物量的覆盖度
生物量
/k g· hm- 2 2 000 3 000 4 000 5 000 6 000 7 000 8 000 9 000 10 000 11 000
盖度
/%
37. 0 44. 0 50. 0 56. 0 60. 0 63. 0 65. 0 66. 7 66. 7 65. 7
由表 3知 ,在一定范围内 ,随生物量的增加 ,野皂荚覆盖度增大。由方程 ( 2)计算出 ,当生物
量为 9 615. 4 kg /hm2时 ,野皂荚覆盖度最大为 67% ,大于此值后 ,随生物量的增加 ,野皂荚覆
盖度减小。这是因为在野皂荚幼龄时 ,随树体长大 ,其生物量增加 ,覆盖度增大。 当幼树长大 ,
树体发生一定的变化 ,丛枝数增多 ,影响了野皂荚冠幅生长 ,虽生物量增加 ,而覆盖度并不增
大。从实地调查情况来看 ,野皂荚灌丛生物量多为 2 000 kg /hm2～ 5 000 kg /hm2 ,远未达到最
大盖度时的生物量。为进一步发挥其生态效益 ,应对现有野皂荚灌丛进行封育 ,促进其生物量
增长。
3. 3　野皂荚灌丛的水保功能
为了解野皂荚灌丛的水保功能 ,采用人工降雨的方法 ,选择典型样地 ,对不同盖度的野皂
荚灌丛进行了地表径流和侵蚀模数的测定 ,结果见表 4。
表 4　不同覆盖度时野皂荚灌丛的水保功能*
盖度
/%
枯落物厚度
/cm
降雨量
/mm
降雨强度
/m m· min- 1
土壤侵蚀量
/ g
地表径流
/ml
侵蚀模数
/ t· km- 2
30 0. 2 82. 8 1. 726 2. 023 2 468 10. 12
40 0. 3 82. 8 1. 810 1. 833 1 856 9. 17
50 0. 5 82. 9 1. 830 1. 531 1 683 7. 66
荒坡 / 82. 9 1. 260 2. 732 2 777 14. 40
　　* 　径流小区面积为 0. 2 m2。
3. 3. 1　减少地表径流　野皂荚覆盖地面 ,当雨滴降落在野皂荚的茎叶上 ,茎叶截持降雨 ,吸收
和调节地表径流 ,减少地表径流量。 表 4中随着覆盖度的增加 ,地表径流在减少 ,当盖度为
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50%时 ,地表径流量为 1 683 ml,比空旷地少 1 094 m l。
3. 3. 2　减少土壤侵蚀量　野皂荚经过几年生长 ,根系进一步深入土层 ,灌丛下草本渐趋繁茂 ,
表土所承受的雨滴直接溅击作用逐渐减弱 ,渗透能力逐渐增强 ,保持水土功能不同程度地提
高 ,表现在单位降雨量的土壤侵蚀模数下降了。从表 4看出 ,野皂荚灌丛覆盖度由 30%增加到
50% ,其侵蚀模数由 10. 12 t /km2下降到 7. 66 t /km2。即使覆盖度为 30%时 ,土壤侵蚀也比空
旷地减少 4. 28 t /km2。
3. 4　野皂荚灌丛的营造技术
调查发现野皂荚灌丛主要分布在阳坡、半阳坡石灰岩山地 ,土层薄、石砾多 ,立地条件差。
在这种立地下造林 ,成活率、保存率低 ,为寻求能提高该立地造林成活率的最佳造林方法 ,在试
验点进行了造林试验 ,采用了撒播、直播、容器苗造林和封山育林等方法。三年后调查表明 ,野
皂荚撒播成活率为 2% ,容器苗成活率较高 ,达 50% ,但生长缓慢 ,据调查 2年生苗高 14. 2
cm, 3年生 15. 8 cm ,并且有逐年死亡现象 ,保存率不高 ,且造林投资大。直播造林效果较好 ,尤
以雨季直播造林效果最好 ,成活率达 70% ,比春季直播造林成活率高 20%。 造林方法为 ,播前
凉水浸种 10 h～ 12 h,每穴播 5粒～ 8粒 ,覆土厚 2 cm～ 3 cm ,压实即可。经过三年封育试验 ,
表明样地植被种属没有增加 ,但其分布多度及植被盖度均有不同程度增加 ,草本盖度增加
9. 5% ,野皂荚盖度增加 5. 8% 。综上所述 ,对试区灌草型野皂荚水保林 ,宜采取封山育灌 ,并结
合雨季直播造林方式 ,这样可较快形成覆盖度较大、水保功能较强的灌草型水保林。
4　结论与讨论
4. 1　不同立地条件下 ,野皂荚灌丛生物量调查结果表明 ,野皂荚灌丛在石灰岩中山区适生范
围为海拔 1 200 m以下 ,在同一海拔范围内 ,随着土层厚度增加 ,野皂荚灌丛生物量增大。
4. 2　利用标地资料 ,分别拟合野皂荚灌丛生物量及生物量与灌丛覆盖度回归方程 ,可在今后
科研和生态效益估测实践中应用。
4. 3　野皂荚灌丛具有一定水土保持功能 ,随着灌丛覆盖度增加 ,水保功能增强。
4. 4　据调查资料统计 ,目前石灰岩中山区野皂荚灌丛远未达到其最大生物量 ,对此类灌丛应
采取封山育灌与直播造林相结合方式进行改造 ,使之能发挥更大的生态效益。
Gled itsia heterophylla Bush s Water Conservation Functions
and Afforestation Techniques in limestone Mountainous Region
Li Linying1)　Wang Qiming2)　 Wang Yusheng3)　 Yang Hongping4)　 Guo Zengyue5)
( 1) Shanx i Forestry Research Institute,030012　 Taiyuan　2 ) Shan xi Forest ry School ;
3) Shanx i Water Conservancy School ;　4 ) Forestry Section of Yangquan Mine Bureau;
5 ) Forestry Invest igat ion and Design Insti tute of Shanx i )
Abstract　 By means of systematic investiga tion and fixed po sitio n obse rv a tion onGleditsia heterophylla bush-
es unde r different sites o f lim estone mountainous region, its bio logical and ecological chara cteristics and distri-
bution range have ba sica lly been in hand. The data from investig ations w as used to develop a reg ression of
bussh s biomass to cove rage. The bussh s wa ter conserv a tion function and affo restation techniques w ere also
probed.
Key words　 Limestone mountainous r egion, Gleditsia heterophylla , biomass, affo restation techiques
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