研究区域位于汶川、理县、茂县，属于岷江流域干暖河谷区。该区域风速大、“焚风效应”显著；光照充足，年日照时数多在2 000 h以上；温差大，1月和7月平均温差20 ℃以上；气候干燥，年均降雨量大多不足600 mm，年均蒸发量是降水量的3~4倍；地形切割强烈，山高坡陡、河谷深邃、相对高差大多超过1 000 m；地质破碎，滑坡、泥石流、崩塌等地质灾害频发；土壤类型主要为山地褐土，土壤贫瘠，土层薄、石粒含量高、有机质含量低；植被盖度极低，主要植被类型为小叶灌丛、扭曲散生的松林等。

样地设置见表1，以树龄5~20年的辐射松人工林为研究对象，选择100%辐射松（模式1纯林）、6辐射松4岷江柏（模式2针叶混交林）、6辐射松2刺槐2岷江柏（模式3针阔混交林）共3种人工造林模式，按照样地选择标准，分别设置实验样地，调查其植被多样性。样地海拔1 300~2 000 m，均位于下坡位，坡度25~40°，造林密度2 500株·hm²左右。每个样地设置乔木调查样方3个，每个样方大小为20 m×20 m；沿样方四个顶点方向设置4个灌木调查样方，大小为5 m×5 m；在每个灌木样方内，沿对角线设置3个草本调查样方，大小为1 m×1 m。

在植物生长季的6—8月份开展样地调查，测定和统计内容有乔木层、灌木层、草本层和林下植被生物量^[13]。

根据样地资料，计算各物种的相对密度、相对频度和相对显著度（相对盖度）和重要值（important value，IV）。采用Margalef丰富度指数、Simpson多样性指数、Shannon-wienner信息指数、Pielou均匀度指数来综合评价人工林群落的物种多样性^[13]。

用Excel软件进行基础数据统计；单因素方差分析（one-way ANOVA）和最小差异显著法（LSD）进行比较分析；SPSS 19.0统计软件完成统计分析。

调查共记录到维管束植物110种，其中乔木8种，灌木27种，草本75种；灌木层胡枝子更新潜力较大，处于优势地位；草本层以菊科（24种）、禾本科（8种）、豆科（5种）为主，菊科蒿属植物占草本层总物种数的30%左右。总体来说，纯林物种数量少于混交林，物种丰富情况均表现为：草本层>灌木层>乔木层（见表2和表3）。

随着林龄增加，辐射松纯林物种数量由26种减少到17种，总体呈减少趋势；乔木层少有构树（Broussonetia papyrifera）、盐肤木（Rhus chinensis）伴生，灌木层优势种为胡枝子，草本层白莲蒿、野菊、荩草重要值总计约70%。辐射松+岷江柏针叶混交林物种数量保持在20种左右，变化不大；乔木层少见有臭椿，灌木层小叶鼠李、醉鱼草、胡枝子重要值较大，草本层野菊、小蓬草重要值共25%左右。随着林龄增加，辐射松+岷江柏+刺槐针阔混交林物种数量仍在增加，由27种增加到33种；乔木层常见有自然更新的臭椿，灌木层主要分布有胡枝子、白刺花；草本层白茅、角蒿重要值占50%。

从图1可以看出，随着时间延长，3种人工林模式乔木盖度均呈上升趋势，20年后能达到80%，且草本盖度均大于灌木盖度。随着时间延长，辐射松纯林灌木、草本盖度逐渐降低，林下灌草和枯落物生物量不断减少；辐射松+岷江柏针叶混交林灌木盖度稍有减小，草本盖度先减小后增加，林下灌草和枯落物生物量稍有降低；辐射松+岷江柏+刺槐针阔混交林灌木、草本盖度几乎无变化，且草本盖度保持在90%以上，林下灌草和枯落物生物量总体较高（见表4）。

图  1  不同造林模式下人工林植被盖度情况

Figure 1.  Vegetation coverage of plantation under different afforestation models

物种多样性作为生物多样性的构成部分之一，是群落的基本特征，也是群落功能复杂和稳定性的重要指标^[14]。一般采用Margalef丰富度指数、Simpson多样性指数、Shannon-wienner信息指数、Pielou均匀度指数来综合评价。物种丰富度指数是表明群落中物种多寡的参数，均匀度指数反映群落中物种个体数分布的均匀程度，多样性指数是物种水平多样性和异质性程度的度量，综合反映群落物种丰富度和均匀度^[15]。从表5可知，不同造林模式人工林群落的丰富度指数（R）、多样性指数（D）、信息指数（H）均表现为：草本层>灌木层，这与上文中物种组成和重要值的分析一致。

造林5年后，辐射松纯林灌木丰富度（R）和多样性指数（D、H）较高，随着林龄增加，灌木丰富度和多样性指数逐渐降低，草本R、D、H指数先减小后增大；随着灌木均匀度指数（J）下降，草本均匀度升高，表明造林后期草本优势明显。针叶混交林灌木R、D、H指数最低，且随时间延长呈降低趋势；草本R、D、H指数先增加后减小，均匀度很低，物种之间个体数相差大。随时间延长，针阔混合林灌木R、D、H指数逐渐增加，草本R、D、H指数先减小后增大；5年、20年生林分灌木和草本均匀度几乎一致，表明针阔混合林呈现出较高的丰富度和多样性，且各物种分布较均匀。

从图2可以看出，在造林初期，纯林造林树种平均树高和胸径长势不明显，针阔混交林造林树种平均树高和胸径相对较高；5~10年之间，纯林造林树种的生长速度明显比混交林快；造林20年后，纯林造林树种的平均胸径已达到21.93 cm，约为混交林的2倍左右，长势情况总体为：纯林>针阔混交林>针叶混交林。

图  2  不同造林模式下造林树种生长情况

Figure 2.  Growth of afforestation species under different afforestation models

总体来说，辐射松人工林乔木层中，常见有臭椿伴生；灌木层优势种为胡枝子；草本层蒿属植物有较大更新潜力。物种丰富情况总体表现为草本层>灌木层>乔木层，林下以菊科、禾本科、豆科等植物为主，这与干旱缺水环境有直接关系，体现了灌草在维护生态系统稳定性方面的重要作用^[16]。

随着时间延长，辐射松纯林平均树高、胸径生长速度加快，但林下灌草物种数量逐渐减少，灌草植被盖度降低，物种多样性不高。研究发现，由于林冠层树木较高的生物量和较大个体，会消耗大量资源，降低林下层资源利用率，削弱林下层的物种多样性^[17]。5~20年间，辐射松+岷江柏针叶混交林平均树高、胸径生长量偏小，林下灌草物种数量变化不大，灌草和枯落物生物量稍有降低。研究发现，5年生辐射松人工幼林乔木层的平均净生产量是同地区同龄岷江柏的12.6倍^[14]，分析可能是因为混交树种岷江柏生长缓慢，导致乔木层整体长势水平不高。辐射松+刺槐+岷江柏针阔混交林，随着时间增加，乔木平均树高、胸径生长量增加缓慢，但林下灌木、草本物种丰富程度增加，生物多样性更高，灌草和枯落物生物量呈上升趋势，植被盖度维持在较高水平，这与康希睿等^[18]研究一致。闫东锋等^[19]认为，混交林中乔木层植物种类多，由于各物种间生态位不同，使得灌木层物种多样性整体水平较高。鲁君悦等^[20]发现，由于凋落物和透光率的改变，林冠层物种多样性会增加林下层的资源异质性，林下物种更丰富。本研究分析认为混交刺槐对纯林的影响包括：一是透光率，刺槐属于落叶乔木，落叶期内，林下光照较充足，有利于打破种子休眠^[21]；二是凋落物，刺槐落叶可以增加枯落物层厚度，提高土壤保水性能等^[22]；三是林冠截留降雨率，与针叶林相比，针阔混交林树冠层层间密度更大，树冠层的阻拦，能够延长雨水流经树冠的时间，提高林冠截留降雨率^[23]。此外，杜满义等^[12]研究结果表明，油松、辽东栎针阔混交显著降低土壤密度，增加土壤总空隙度和土壤最大持水量。林文树等^[24]认为不同树种的合理搭配，可以整体提高林地渗入量，减少表土流失量。

因此，营造混交林会使林内环境复杂化、多样化^[25]。在岷江干旱河谷的造林实践中，可以将密度适宜的辐射松+刺槐+岷江柏针阔混交林作为主要造林模式；在辐射松纯林抚育过程中，对衰老树、病虫树等进行择伐，同时补植刺槐、臭椿、胡枝子等乡土树种，有助于合理增加物种丰富度，优化林分结构，提高群落稳定性^[26]。