黃土高原半干旱區立地群落特征及景觀功能分析*

張德順 李科科 孫 倩 劉 鳴

1 同濟大學建筑與城市規劃學院 高密度人居環境生態與節能教育部重點實驗室 上海 200092 2 上海市城市規劃設計研究院 上海 200040

研究論文

黃土高原半干旱區立地群落特征及景觀功能分析*

張德順1李科科1孫 倩2劉 鳴1

1 同濟大學建筑與城市規劃學院 高密度人居環境生態與節能教育部重點實驗室 上海 200092 2 上海市城市規劃設計研究院 上海 200040

黃土高原區域是我國占地面積較大的一種干旱、半干旱地貌特征，其植被景觀功能關系到整個區域的可持續發展。 文章以甘肅環縣為例，對黃土高原干旱區32個典型樣地進行植被群落調查。通過樣方數據和土壤肥力指標的分析、景觀功能評價(LFA法)，詮釋了植被群落與不同立地條件土壤結構、水分滲透、養分循環特征關系，依據植被抗旱性和節水性對植被進行配置，將環縣植被恢復劃分為保持區、改良區、修復區和重建區4個分區。針對環縣的“修復區”和“重建區”，從“植物選擇—植被配置—立地選擇—LFA評價”著手，結合農林牧等產業發展情況，提出6種針對不同立地類型的恢復模式。

植被群落恢復，景觀功能分析，黃土高原，半干旱區

本文以黃土高原典型植被群落為研究對象，通過引入LFA(Landscape Function Analysis)[1-3]快速景觀功能評價方法對樣地植被樣方數據、土壤綜合肥力、景觀結構和土壤表層特征加權求和，建立參數化方程。其評價結果可以幫助構建植被生態恢復模式，改變人工植被群落建群種單一的現象，實現植被生態系統的自然更新，探索黃土高原植被群落修復的新途徑。

1 研究區域概況

環縣地處甘肅省慶陽市西北部，與寧夏、陜西兩省接壤，毗鄰毛烏素沙漠南部，屬隴東黃土高原丘陵溝壑殘垣區。全縣總面積9 236 km2，共20個鄉鎮，地勢西北高，東南低，海拔為1 136～2 089 m。北部是牧區，地廣人稀，中東南部地勢平坦，是農業區。環縣自古植被稀疏、生態退化嚴重，年均降雨量300 mm。1999—2013年，退耕還林面積22 827.63 hm2，退耕還草面積20.34 hm2[4-5]，生態退化有了逆轉的跡象。

2 植被樣方調查及配置特征分析

2.1 植物樣方調查法

選取環縣7個鄉鎮共計32個典型樣地，采用生態學植物樣方調查法，沿海拔在不同坡向、不同坡度截取樣方，分別對灌木和草本樣方統計種類、覆蓋度和多度，并求平均值[6-7]。同時記錄海拔、坡向、坡度等生境因子。

2.2 樣地群落特征分析

調查共取得喬木樣方10個，灌木樣方54個，草本樣方155個，總計219個樣方。統計共得到植物27科60屬74種。依據種數大小依次排列為：菊科(Compositae)15種，豆科(Leguminosae)12種，薔薇科(Rosaceae)9種，禾本科(Gramineae)6種，楊柳科(Labiatae)4種，藜科(Chenopodiaceae)3種，群落代表性的植被多度、頻度、優勢度及重要值指標見表1。

表1 群落代表性植被多度、頻度、優勢度及重要值的相關構成值

調查發現，黃土高原甘肅區域植被恢復初有成效，植被群落分層現象明顯，喬木、灌木、草本層次差別較大，喬木層、灌木層、草本層(相對)頻度、(相對)多度、(相對)優勢度、重要值指標差異較大，植被群落結構和成分具有異質性。群落整體的多樣性指數為4.649 7，體現了環縣植被較豐富的多樣性。整體群落均勻性指數為0.746 4，表明該處植被恢復種植的物種分布比例差異小，植被物種重復率高，樣方內植被物種類似，差異小。

調查中還發現一些具有黃土高原當地特色的偶見種或相應特定變種，如秦艽(Gentianamacrophylla)、黃花角蒿(Incarvilleasinensis)、阿爾泰紫菀(Heteropappusaltaicus)、翠雀(Delphiniumgrandiflorum)、蒙古蕕(Caryopterismongholica)、黃花棘豆(Oxytropisochrocephala)等，都具藍、黃色花朵，可點綴黃土荒漠。優良的水土保持、固沙耐旱和綠化開荒物種檸條、沙棘、沙打旺(Astragalusadsurgens)、星毛委陵菜等廣泛生長。

3 土壤理化性質及立地條件研究

3.1 土壤抽樣調查

在群落樣方調查基礎上進行土壤抽樣調查。為排除土壤不均一性、自然因素(高度、坡度、母質等)和人為因素(耕作、施肥等)，遵循混合樣品采集原則[8]對土壤進行研究。

3.2 環縣立地類型劃分及分類

根據測定的土壤肥力，求得每個樣地多個肥力指標的平均值，依據立地因子分級和研究區域的自然氣候特點，選取坡度、坡向、土層厚度作為影響水分分布的立地因子，將32個樣地歸納為10種立地類型(表2)。

表2 甘肅環縣10種樣地土壤立地因子及肥力含量值

由聚類分析將綜合立地模式評估分成3類。第1類綜合立地模式分數最高，包括Ⅱ陰坡緩坡中土、Ⅸ半陰坡緩坡中土、Ⅴ陰坡陡坡中土、Ⅳ陽坡緩坡中土。第2類分數中等，包括Ⅶ半陽坡陡坡中土、Ⅷ半陰坡陡坡中土、Ⅹ陽坡陡坡中土、Ⅲ陰坡緩坡薄土、Ⅰ半陽坡緩坡薄土。第3類分數最低，為Ⅵ陰坡陡坡薄土。

4 景觀功能評價研究

4.1 LFA方法簡介

景觀功能分析(Landscape Function Analysis/LFA)是一種快速評估植被功能狀態的生態學調查方法[2]，與傳統植物學監測方法相比，LFA增加了植被結構、組成與土壤功能等之間的相互作用，可在野外快速采集評價指標，對植被群落的景觀功能進行監測和評價[3]。是基于地表水文、土壤侵蝕、

植物生長和養分循環的綜合模型，由概念性框架、實地數據獲取模塊、數據精簡和制表模塊、解譯性框架4部分組成[9]，其主要功能包括景觀結構和土壤表層特征評價。

LFA田間方法評價指標分為景觀結構和土壤表層特征評價指標。景觀結構評價指標包括4個單指標和2個表征景觀結構的復合指標，即地面特征物指標和景觀結構指標。地面特征物面積計算公式為A1=Ap/Am，其中，Ap表示樣線所截特征物面積總和(m2)，Am表示最大覆蓋區面積(m2)；景觀結構指標為A2=lp/lt，其中lp表示樣線上所截覆蓋區總長度(m)，lt表示樣線長度(m)。土壤表層評價指標包括11個單指標和3個表征林地土壤性能的復合指標，即土壤穩定指標Sj、水分滲透指標Ij和營養循環指標Nj。復合指標計算公式見表3。兩個復合指標表示土壤可有效保持水土和有機質資源[10]。

表3 LFA復合指標的組成及計算

4.2 基于LFA方法的景觀功能評價

使用LFA方法進行調查與評價，評價結果見表4。LFA分析評估法反映了土壤穩定、水分滲透、養分循環等景觀功能。表征林地土壤性能的土壤結構穩定性指標、滲透性指標、養分循環指標與植被類型的相聯度值都在0.799以上，表示土壤結構穩定性、滲透性、養分循環與植被類型密切相關。不同指標類型的反映林地景觀功能的水分滲透性指標If、營養循環指標Ne、土壤穩定性指標Sa和地面特征物指標A1差異顯著，而景觀結構指標的差異性不顯著。植被類型對景觀結構指標A2無顯著性影響，而對土壤穩定指標Sa、水分滲透指標If和營養循環Ne3項指標均有顯著影響。

5 結論

依據植被抗旱性和節水性對植被進行配置，將環縣植被恢復劃分為保持區、改良區、修復區和重建區4個分區。針對環縣的“修復區”和“重建區”，從“植物選擇—植被配置—立地選擇—LFA評價”著手，結合農林牧等產業發展情況，提出6種針對不同立地類型的恢復模式。

表4 各植被類型評價的部分結果

模式1：上游梁峁頂+南坡+薄土，采用胡枝子、檸條、沙棘+紫花苜蓿(Medicagosativa)、駱駝蓬、豬毛菜、沙打旺、白花草木樨(Melilotusalbus)、苦豆子(Sophoraalopecuroides)等。

模式2：上中游溝壑+北坡+薄土，采用油松、刺槐(Robiniapseudoacacia)幼苗+栒子、胡枝子、小檗+鐵桿蒿(Artemisiasacrorum)、苣荬菜(Sonchusarvensis)、火絨草(Leontopodiumjaponicum)等。

模式3：上中游放牧地+北坡+薄土，采用菊科蒿屬、薔薇科委陵菜屬、豆科和禾本科。

模式4：中游峁坡溝坡+北坡+厚土，采用楊柳科、油松、側柏+胡枝子+豬毛菜、火絨草、紫花地丁、刺兒菜(Cirsiumsetosum)等。

模式5：中下游坡腳、山腳、溝道+北坡+厚土，采用山杏、榆樹、桃樹+檸條、側柏、柏+掃帚草(Rabdosiaternifolia)、繡線菊(Spiraeasalicifolia)、泥胡菜(Hemisteptalyrata)、馬鞭草(Verbenaofficinalis)等。

模式6：梁峁坡+南北坡+厚土人工景區植被群，采用山桃、山杏、油松、側柏+刺柏、檸條+狗尾草、馬鞭草、馬蘭(Kalimerisindica)等。

黃土高原的生態修復任重而道遠，LFA在黃土高原地區應用的實例，是對豐富風景園林在植被生態修復方面理論和方法的實踐探索。通過恢復模式的應用，合理規劃種植空間和人居空間，引導植被、水分之間的生長與涵養關系，以期對黃土高原半干旱區的植被生態恢復和人居環境建設起到借鑒作用。

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Analysis on Characteristics and Landscape Function of Site Communities in Semi-arid Region of Loess Plateau

Zhang Deshun1Li Keke1Sun Qian2Liu Ming1

(1.College of Architecture and Urban Planning, Tongji University, Shanghai 200092, China; 2.Shanghai Academy of Urban Planning and Design, Shanghai 200040, China)

The Loess Plateau region is a largest area with the feature of arid and semi-arid landforms in China. Its vegetation landscape function is key to the sustainable development of the whole region.Taking Huan County, Gansu, as an example, the 32 typical vegetation communities were investigated in arid region of the Loess Plateau. Relationship between vegetation communities and the soil structure, water infiltration, nutrient cycling in different soil site conditions was interpreted by analyzing quadrat data, soil fertility index and landscape function index. According to drought resistance and water conservation of vegetation, vegetation restoration was divided into four areas: preservation area, improvement area, rehabilitation area and reconstruction area. The pattern of "plant selection - vegetation allocation - site selection- landscape function analysis" was adopted for the rehabilitation area and reconstruction area in this county, and six restoration models for different site types were put forward in combination with the development of agriculture, forestry, husbandry and other industries.

vegetation community restoration, Landscape Function Analysis, the Loess Plateau, semi-arid area

2016-11-24

國家自然科學基金面上項目：應對氣候變化的園林植物選擇機制研究——以上海為例(31470701)；國家重點研發計劃：典型脆弱生態修復與保護研究——自然遺產地生態保護與管理技術(2016YFC0503300)

張德順(1964-)，男， 博導，教授，IUCNSSC委員，中國植物學會理事，研究方向為園林植物景觀學原理與方法，生態與園林規劃設計等。E-mail:zds@tongji.edu.cn

10.3969/j.issn.1672-4925.2017.01.003