全 文 ：收稿日期 : 2003208201
基金项目 : 国家“九五”攻关项目“太行山区水土保持林营造技术研究”(No. 962007204203)
作者简介 : 贾志清 (1968 —) ,女 ,北京市人 ,博士 ,副研究员 ,主要研究领域 :水土保持与荒漠化防治.
林业科学研究　2004 ,17 (2) :226～230
Forest Research
　　文章编号 :100121498 (2004) 0220226205
太行山石质山地植被结构优化评价
贾志清1 , 郭保贵2 , 李昌哲1
(11 中国林业科学研究院林业研究所 ,北京　100091 ; 21 内蒙古包头市水利局水库管理处 ,内蒙古 包头　014030)
摘要 :以太行山石质砂岩区山地植被为研究对象 ,在对典型植被类型综合调查的基础上 ,提出了评价
山地植被水土保持效益的 10 项指标 ,并通过不同植被类型的水源涵养效能指标测定和径流小区泥沙
对比分析 ,认为人工 —天然复合植被类型的水土保持效果最好 ,乔木林最适郁闭度为 016～017。阐述
了突出水土保持、水源涵养功能的植被优化结构建设是太行山石质山地植被恢复的根本途径和防护
林体系建设的重要内容。
关键词 :太行山石质山地 ;植被类型 ;结构优化 ;水源涵养 ;产沙量
中图分类号 :S718154 　　　文献标识码 :A
太行山区生态条件恶劣 ,环境破坏较为严重 ,总面积 1114 万 km2。干旱、脊薄、土层薄、石
头多是该区的主要自然特征。该区植被建设与恢复技术从“七五”开始就一直作为国家科技攻
关的重点项目 ,在水土保持林营造技术、抗旱造林集流整地技术、林种树种选择与优化配置技
术、林地抚育管理技术、水土保持效益评价、不同植被条件下土壤水分动态变化规律研究、不同
森林类型立地长期生产研究等方面进行了较为系统的研究[1～3 ] 。随着本地区林业生态工程建
设的推进和生态脆弱带建设的需求 ,研究提出水保功能强、高效稳定、便于推广的水土保持林
优化结构模式是该地区生态环境建设中急需解决的一项关键技术 ;因此在以往研究的基础上 ,
选取该区具有典型代表意义的植被类型作为研究对象 ,通过分析其水土保持效益、水源涵养功
能、产沙量等 ,提出适合该区的植被优化模式 ,将为太行山区林业生态工程建设提供理论依据
和适用的推广模式。
1 　研究地区概况
试验区位于北京西郊门头沟区 (39°54′～39°59′N ,115°59′～116°07′E) ,海拔 100～997 m ,
属太行山低山丘陵区 ,暖温带大陆性东岸半湿润季风气候 ,土壤沙岩风化坡积物上发育起来的
山地褐土 ,含石量高 ,植被破坏严重 ,土壤流失量大 ,山地土层普遍较薄。
2 　试验方法
在对试区植被进行全面踏查的基础上 ,采用随机和典型取样技术 ,样地面积为 20 m ×20 m
与 5 m ×5 m ,测定每个样方植被特征 ,并记录各样方的立地因子 (如海拔、坡向等) 。在选取的
典型植被类型内 ,建立固定标准地 ,测定其土壤厚度、土壤非毛管孔隙度、郁闭度 (乔木层) 、盖
度 (灌草层) ,枯落物层厚度、干质量及最大持水量等有关反映枯枝落叶层蓄水能力的指标。通
过径流小区 (5 m ×10 m)和测流桶取样 ,测定相同降雨条件下 ,不同植被类型的盖度 (郁闭度)
及产沙量。
3 　山地植被优化结构分析
311 　试区主要植被的结构类型及其环境特征
在对试区综合调查的基础上 ,选取 4 种 (即乔木型、灌草型、草灌型和乔灌草型) 具有代表
性的植被结构类型作为研究对象 ,不同结构类型的环境特征见表 1。在选择的典型植被类型
中 ,油松 ( Pinus tabulaeformis Carr1)纯林在海拔 400 m 以上阴坡可郁闭成林 ,其下只能形成疏林
或小块片林 ;侧柏 ( Platycladus orientalis (L1) Franco) 在阳坡能成林。阴坡、半阴坡主要分布有
胡枝子 (Lespedeza bicolor Turcz) 、荆条 ( Vitex negundo L1var1 heterophylla (Franch1 ) Rehd) 、六道木
(Sambucus williamsii Hance) 、三裂绣线菊 ( Spraea trilobata Lindl1) 、矮丛苔草 ( Carex humilis
var1 nana) 、野青茅 ( Deyeuxia hupehensis) [ 4 ]等 ,植被生长较茂盛 ,物种多样性及群落均匀度较
高。
表 1 　不同植被类型(结构类型)环境特征
编号 植被类型 结构类型
地形因子
海拔/ m 坡向 坡度/(°)
土层厚
度/ cm
A 层厚
度/ cm
土壤因子
含水量/
(g·kg - 1)
B 层石砾
含量/ %
有机质含
量/ (g·kg - 1)
1 油松纯林 乔木型 425 阴 25 85 25 　8144 　　5 3175
油松纯林 乔木型 300 阴 20 95 29 9178 4 4102
油松纯林 乔木型 370 阴 25 81 22 8104 7 2186
2 侧柏纯林 乔木型 430 阳 29 60 10 6189 30 2159
侧柏纯林 乔木型 320 阳 20 76 15 7156 22 3118
侧柏纯林 乔木型 470 阳 30 48 8 6114 36 2105
3 油松 + 天然灌草 乔灌草型 660 阴 23 75 30 9154 5 4130
油松 + 天然灌草 乔灌草型 580 阴 20 83 32 10155 4 4155
油松 + 天然灌草 乔灌草型 730 阴 26 66 24 8177 9 3185
4 胡枝子 + 三裂绣线菊 灌草型 345 阴 22 46 7 5193 35 2114
胡枝子 + 三裂绣线菊 灌草型 250 阴 20 52 10 6180 24 2147
胡枝子 + 三裂绣线菊 灌草型 465 阴 25 40 6 5145 38 2101
5 苔草 + 野青茅 草灌型 460 阴 27 70 20 6136 5 2103
苔草 + 野青茅 草灌型 420 阴 26 72 21 6155 5 2188
苔草 + 野青茅 草灌型 540 阴 33 64 15 5103 12 2101
312 　不同植被类型水土保持功能综合评价
31211 　不同植被类型 (结构类型)水土保持效益评价
3121111 　评价指标体系的确立 　通过对主要植被类型的调查分析 (表 2) ,并参照有关水土保
持效益评价的方法[5～8 ] ,选取以下 10 项指标建立研究区域不同植被类型 (结构类型) 水土保
持效益评价指标体系 : (1) 植被结构层次 X1 ; (2) 植被类型盖度 (或郁闭度) ,即乔木层郁闭度
722第 2 期 贾志清等 :太行山石质山地植被结构优化评价
X2 ,灌木层盖度 X3 ;草本层盖度 X4 ; (3)枯落物层厚度 X5、盖度 X6 及最大持水量 X7 ; (4) 土壤
层中的土壤非毛管孔隙度 X8 及土壤厚度 X9 ; (5)地形因子中坡度 X10。
指标 X1～ X4 反映群落地上部分的水文效益 ; X5～ X7 反映了枯落物对降水的有效调蓄作
用和“间接调蓄”作用 ; X8～ X9 反映了土壤调蓄作用和水土保持的好坏 ; X10是地形因子中对水
土保持有最密切关系的因子。
表 2 　不同植被类型(结构类型)样方调查情况
样方 植被名称 结构类型 盖度/ % 枯落物厚度/
mm
枯落物盖度/
%
最大持水量/
(t·hm - 2)
10～30 cm 土壤
非毛管孔隙度/ %
1 - 1 油松纯林 乔木型 50 319 60 36134 7125
1 - 2 油松纯林 乔木型 70 417 70 40167 8109
1 - 3 油松纯林 乔木型 30 218 50 32128 6149
2 - 1 侧柏纯林 乔木型 60 219 60 21120 5124
2 - 2 侧柏纯林 乔木型 70 315 60 23146 5189
2 - 3 侧柏纯林 乔木型 60 210 50 20178 4172
3 - 1 油松 + 天然灌草 乔灌草型 30 ,60 610 70 60120 8156
3 - 2 油松 + 天然灌草 乔灌草型 30 ,70 811 80 61122 8179
3 - 3 油松 + 天然灌草 乔灌草型 40 ,60 418 70 52103 7182
4 - 1 胡枝子 + 三裂绣线菊 灌草型 60 ,30 516 80 57100 5163
4 - 2 胡枝子 + 三裂绣线菊 灌草型 70 ,30 617 90 59176 7105
4 - 3 胡枝子 + 三裂绣线菊 灌草型 60 ,30 415 70 43134 5122
5 - 1 苔草 + 野青茅 草灌型 40 ,30 318 70 17103 5144
5 - 2 苔草 + 野青茅 草灌型 50 ,30 412 80 20132 6146
5 - 3 苔草 + 野青茅 草灌型 40 ,20 310 70 16189 4187
3121112 　最优综合评价模型的建立与评价 　采用熊文愈等[9 ]提出的最优综合评价模型 ,对上
述 5 种植被类型的水土保持效益进行了定量评价。用已观测数据本身包含的信息确定各指标
的权系数 ,使评价工作简化 ,评价结果客观。其综合评价的计算公式为 :
　　　　 Yi =ΣB ijXij 　　( i = 1 ,2 , ⋯,5 ; j = 1 ,2 , ⋯,10)
式中 Yi 为第 i 个植被类型的线性加权和综合评价值 ; Xij和 B ij为第 i 个植被类型的第 j 个
指标的观测值和权重值。具体计算见文献[9 ] ,计算结果如表 3。
表 3 　最优综合评价模型评价结果
植被类型 油松纯林 侧柏纯林 油松 + 天然灌草 胡枝子 + 三裂绣线菊 苔草 + 野青茅
综合评价值 01070 2 01046 4 01085 6 01066 5 01049 1
优化序号　 2 5 1 3 4
　　综合评价结果表明 ,人工—天然复合植被类型具有疏林复层结构特征 ,油松疏林或林下的灌
草丛一般长势良好 ,地面覆盖度高 ,这有利于植被截持降雨、分散坡面径流和增加土壤入渗能力。
油松、侧柏纯林完全郁闭后 ,林下很少有灌木生存 ,同时由于其枯枝落叶分解困难 ,限制了草本的
生长 ,虽对防止坡面径流冲蚀有所作用 ,但对改善土壤结构和增加土壤的透水性作用减弱 ;而灌
草植被类型也表现出其良好的改土保水作用。因此 ,针对这一地区自然环境特征 ,选择耐旱、耐
瘠薄的抗旱性乔木树种 ,与原有较稳定的次生植物 ,形成复层结构的水土保持林 ,促使植被朝着
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有利的方向演替。表 3 的优化序号表明了各植被类型的水土保持效益相对比较结果。
31212 　不同植被类型 (结构类型)的水源涵养效能评价[10 ] 　
3121211 　不同植被类型 (结构类型)
枯枝落叶层蓄水能力评价 　对典型植
被类型试验区枯枝落叶层蓄水能力测
定结果 (表 4) 表明 :具有良好结构的
乔灌草复层林地枯枝落叶层蓄水能力
最好 ,最大持水量可达 6012 t·hm - 2 ,
其他植被类型与其相比 ,灌草类为
9417 % ,油松林地为5918 % ,侧柏林地 表 4 　不同植被类型枯枝落叶层蓄水能力指标指标 侧柏林 油松林 乔灌草 灌草类 草灌类枯落物厚度/ cm 2190 3190 6100 5160 3180枯落物干质量/ (t·hm - 2) 16198 18150 23166 22156 15120最大持水量/ (t·hm - 2) 21120 36100 60120 57100 17130最大持水率/ % 124150 194160 245130 220110 116180最大持水深/ mm 2110 3160 6100 5170 1180降雨截留率/ % 5100 7190 13180 11170 —年总截留量/ mm 26140 41150 72180 66120 —
为 3512 % ,草灌类仅为 2817 %。可见乔灌草复层林地和灌草类植被结构类型林地由于枯枝落
叶层较厚 ,蓄水能力强 ,能显著增加土壤入渗能力 ,减少地表径流 ,涵养水源。
3121212 　不同植被类型 (结构类型) 贮水公益效能评价 　为了评价不同植被类型的涵养水源
效能 ,测定了土壤贮水量 (贮水量 (t·hm - 2) = 10 000 ×土层厚度 ×非毛管孔隙度) 以及枯落物
的最大持水量 (t·hm - 2) ,并以两者之和作为 1 hm2 贮水公益效能来进行优化评价 (表 5) 。
表 5 　不同植被类型的贮水公益效能优化排序
植被类型 油松林 侧柏林 油松 + 天然灌草 胡枝子 + 三裂绣线菊 苔草 + 野青茅
贮水公益效能/ (t·hm - 2) 504102 433132 705142 562110 363170
优化序号 3 4 1 2 5
　　从评价结果看出 ,油松 + 天然灌草植被类型的土壤贮水公益效能可达 705142 t·hm- 2 ,天
然灌草类次之 ,人工林地位居第三。与草灌类型相比 ,结合人工造林 ,改善植被结构 ,可明显提
高林地土壤贮水公益效能。
31213 　不同植被类型 (结构类型) 产沙量对比分析　在土壤、地形相似的情况下 ,通过径流小
区 (5 m ×10 m)测定了在相同降雨条件下 ,不同植被类型的盖度 (郁闭度) 及产沙量 (表 6) 。研
究结果表明 :油松 + 天然灌草植被类型 (乔灌草) 和灌草类小区产沙量最小 ,是草灌类的 69 %
～80 % ,人工林地 (侧柏、油松林)小区产沙量是草灌类的 87 %～97 %。同时不同类型区随着
植被盖度的增加 ,地表径流过程缩短 ,径流洪
峰流量降低 ,地表径流量减少 ,土壤入渗量增
加。当乔木层郁闭度较低时 ,灌草层盖度较
大 ,郁闭度增到 017 时 ,灌草层盖度仍可达到
60 %左右 ,但随着郁闭度的继续增大 ,灌草层
盖度急剧减少 ,小区产沙量有所增加。可见 ,
郁闭度过大 ,不利于地面植物的生长发育 ,限
制了林地水土保持功能的发挥。
　　表 6 　不同植被类型小区产沙量
　
kg·hm - 2
植被类型
覆盖度/ %
30 40 50 60 70 80 90
侧柏林 30511 16913 11314 8615 9714 12211 11713
油松林 28513 15316 11116 8318 7819 10214 10418
乔灌草 23412 13015 11012 7513 7014 9713 9115
灌草类 23616 12714 10213 7614 7412 8513 8812
草灌类 29412 19416 12618 9519 10013 10217 10810
4 　结论与建议
(1)根据不同植被类型水土保持效益、水源涵养效能及产沙量研究结果可知 ,人工 —天然
922第 2 期 贾志清等 :太行山石质山地植被结构优化评价
复合植被类型各项指标均好于其他类型 ;因此 ,依据本区植被区系的偏旱特征 ,应营造人工天
然复合植被类型的水土保持林 ,充分利用现有的天然次生植被。
(2)不同植被类型产沙量与郁闭度 (盖度) 关系密切。该区乔木层的林冠郁闭度以 016～
017 为宜 ,可以形成林下良好的灌草层。
(3)对水土保持效能较好的天然次生灌木林及杂木林 ,可采用封育手段 ,充分发挥其保水
固土的防护作用 ,逐步形成森林环境结构 ,使生态环境朝良性循环方向发展。
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Vegetation Optimization Structure Evaluation in Rocky Land of
Taihangshan Mountain
JIA Zhi2qing1 , GUO Bao2gui2 , LI Chang2zhe1
(11Research Institute of Forestry CAF ,Beijing 　100091 ,China ;
21Department of Reservoir Management ,Water Conservancy Bureau of Baotou ,Inner Mongolia Autonomous Region ,
BaoTou 　014030 ,Inner Mongolia ,China)
Abstract :The mountain vegetation in rocky land of Taihangshan Mountain was studied. Ten kinds of indicators
for evaluating soil and water conservation benefit of mountain land vegetation are given on the basis of compre2
hensive investigation of the typical vegetation. By index mensuration of water2source conservation efficiency and
mud2sand analysis in the runoff plot of different vegetation type , it is showed that optimizated vegetation structure
with high function of soil and water conservation and water2source conservation construction is important content
for vegetation recovery and protective forest system construction in rocky land of Taihangshan Mountain.
Key words :rocky land of Taihangshan Mountain ;vegetation type ;optimization structure ;water2source conserva2
tion ;sediment yield
032 林 　业 　科 　学 　研 　究 第 17 卷