贛南水土流失區(qū)植物多樣性及其恢復(fù)特點(diǎn)研究

馬冬雪，楊 潔，劉仁林

(1.河北政法學(xué)院園林系，河北石家莊050061;2.江西省水土保持科學(xué)研究所，江西南昌330029;3.贛南師范學(xué)院生命與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，江西贛州341000)

江西贛南位于東經(jīng) 113°52'—116°39'、北緯 24°30'—27°10'之間，總面積39 379.64 km2，占江西省總面積的23.6%。贛南水土流失區(qū)主要是指海拔500 m以下的臺(tái)地、低丘、中丘(7 174.05 km2)和部分高丘(約5 878.4 km2)地貌中發(fā)生水土流失的區(qū)域，占地貌面積的43.5%。所謂地貌面積是指除農(nóng)田、村莊、公路、河流、水庫等以外的土地面積。水土流失區(qū)主要涉及于都、興國、寧都、信豐、南康等縣市，其中尤以于都、興國、寧都較為嚴(yán)重。

水土流失的強(qiáng)度變化與植被的變化有著密切的聯(lián)系，將水土流失與植物多樣性動(dòng)態(tài)變化等聯(lián)系起來研究，有利于水土保持技術(shù)的發(fā)展和實(shí)施[1-2]。植被在控制水土流失過程中具有重要的作用，伴隨著植被的恢復(fù)，必然是植物物種多樣性的增加，而不同生活型、生態(tài)習(xí)性和生物學(xué)特性的植物(物種)配置和栽培模式對(duì)水土流失的控制效果也不同[3-7]。贛南是我國南方水土流失較嚴(yán)重的地區(qū)之一，經(jīng)過30余年的治理，水土流失區(qū)的植被和植物多樣性得到了較好的恢復(fù)。但在這個(gè)過程中，對(duì)該水土流失區(qū)植物多樣性變化的研究不多，現(xiàn)有的研究文獻(xiàn)僅見于植物群落方面[8-9]，因此詳細(xì)調(diào)查和研究贛南水土流失區(qū)植物多樣性，掌握該區(qū)治理30余年后植物多樣性的恢復(fù)特點(diǎn)和性質(zhì)，對(duì)在新的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展階段進(jìn)一步提高水土流失治理水平具有重要意義。

1 贛南的自然概況

1.1氣候

贛南系典型的亞熱帶丘陵山區(qū)濕潤季風(fēng)氣候，年均氣溫18.9℃，1月平均氣溫6.7～8.5℃，7月平均氣溫26.9～29.6℃，極端高溫41.2℃，極端低溫-8℃;日平均溫度穩(wěn)定通過5℃的天數(shù)338 d，穩(wěn)定通過10℃的天數(shù)267 d，無霜期為287 d;春季71 d，夏季132 d，秋季62 d，冬季100 d。贛南雨水充沛，30年年均降水量1 586.9 mm，降水量分布情況是東北部多于西南部，高山多于低丘。一年中，第二、三季度降水量占年降水總量的70.4%，第四季度氣候略顯干燥[10]。

1.2 土壤及植被

贛南的土壤有6種類型:①紅壤，主要分布在海拔500 m以下的丘陵和低山，其面積占土地總面積的60%。紅壤礦物質(zhì)養(yǎng)分不足，黏性程度高，干時(shí)堅(jiān)硬，濕時(shí)黏糊，土壤pH值4.5～5.5。②山地紅黃壤，分布于海拔500—800 m的山地，成土母巖為花崗巖、砂頁巖，土層厚度1 m左右，地表有枯枝落葉，有機(jī)質(zhì)含量5% ～7%，pH值5.2～5.9。③山地黃壤，分布于海拔800—1 400 m的山地，顏色為黃色，質(zhì)地為沙壤至重壤，土層厚度一般60 cm，腐殖質(zhì)層厚20～30 cm，有機(jī)質(zhì)含量一般在5%以上。④山地紅棕壤，分布于海拔1 400 m以上的山地，土色多為灰黃棕至暗黃棕色，質(zhì)地為輕壤，有機(jī)質(zhì)含量多在7% ～8%，自然肥力高。⑤山地草甸土，分布于海拔1 400—1 700 m的山地，有機(jī)質(zhì)含量1%，土壤肥力高。⑥紫色土，主要分布于章貢區(qū)、贛縣、寧都、石城、瑞金、南康、大余、會(huì)昌、定南、龍南等縣縣城附近的丘陵地帶，由紫色砂頁巖形成，質(zhì)地良好，多為沙壤和中壤，土層淺薄，往往巖石裸露。

現(xiàn)狀植被為馬尾松及灌叢植物，覆蓋率低，土壤侵蝕嚴(yán)重。

2 研究方法

采用植物區(qū)系調(diào)查方法，全面采集贛南水土流失區(qū)的植物標(biāo)本，調(diào)查各種植物的生境、生態(tài)學(xué)習(xí)性、生物學(xué)習(xí)性，然后進(jìn)行標(biāo)本制作、鑒定分類和整理分析。

在植物區(qū)系調(diào)查的基礎(chǔ)上，對(duì)水土流失嚴(yán)重區(qū)進(jìn)行樣地調(diào)查，即采用典型群落樣地調(diào)查的方法獲取樣地?cái)?shù)據(jù)，并運(yùn)用GPS確定樣地的地理位置和具體群落的坐標(biāo)點(diǎn)、海拔。樣地面積20 m×30 m;同時(shí)將樣地分成6個(gè)10 m×10 m的小樣方，調(diào)查灌木植物;另外，又在樣地對(duì)角線和交叉點(diǎn)上用“梅花布點(diǎn)法”設(shè)置5個(gè)1 m×1 m的小樣方，調(diào)查草本植物[11]。

3 結(jié)果與分析

3.1 地理成分多樣性及其特點(diǎn)

3.1.1 物種較豐富

根據(jù)調(diào)查、鑒定和分析，贛南水土流失區(qū)分布種子植物(含部分重要栽培植物)152科541屬1 016種(含種以下單位)，其中裸子植物6科10屬10種，被子植物146科531屬1 006種，占江西種子植物種數(shù)[12]的22.8%，說明經(jīng)過30余年的治理，植物物種較豐富，已經(jīng)進(jìn)入了植被恢復(fù)較快的時(shí)期。

3.1.2 地理成分多樣性較高

3.1.2.1 科的地理成分及其特點(diǎn)

據(jù)調(diào)查，水土流失區(qū)內(nèi)有種子植物152科，占江西省種子植物總科數(shù)的71.4%。世界種子植物科的地理成分涉及18個(gè)分布區(qū)類型[13]，表1列出了贛南水土流失區(qū)種子植物科的分布區(qū)類型及數(shù)量，從表中可看出，雖然水土流失區(qū)環(huán)境條件較差，但隨著植被的恢復(fù)，逐漸顯現(xiàn)出破壞前的區(qū)系性質(zhì)。不同地域的水土流失區(qū)植被恢復(fù)具有明顯的地理成分差異，這種差異是指導(dǎo)我們尋找相應(yīng)地理成分進(jìn)行人工植被恢復(fù)的基礎(chǔ)。

表1 贛南水土流失區(qū)種子植物科的分布區(qū)類型

首先，由表1可知，贛南水土流失區(qū)種子植物科的地理成分有以下特點(diǎn):①世界廣布類型的科較多。贛南水土流失區(qū)世界廣布的科占全球這個(gè)類型的76.2%，占贛南水土流失區(qū)總科數(shù)的31.6%，說明本區(qū)系的植物成分具有較高的世界分布成分，而且均為一些普通的種類，適應(yīng)性強(qiáng)，耐干旱、瘠薄。②熱帶性成分較多。熱帶性成分(泛熱帶，東亞熱帶、亞熱帶及熱帶南美間斷，舊世界熱帶，熱帶亞洲至熱帶大洋洲，熱帶亞洲至熱帶非洲，熱帶亞洲分布)為71科，占總科數(shù)的46.7%，而溫帶性成分(北溫帶，東亞及北美間斷，舊世界溫帶，溫帶亞洲，地中海區(qū)、西亞至中亞，中亞，東亞分布)為30科，僅占總科數(shù)的19.7%。顯然，贛南水土流失區(qū)植物科的地理成分主要為熱帶、亞熱帶成分，但缺少純熱帶分布型科。因此，在植被恢復(fù)等工程中應(yīng)注意選用泛熱帶、亞熱帶植物，以提高成活率。

其次，贛南水土流失區(qū)的植物種類主要集中在一些較大的科，含10種以上的科的種數(shù)達(dá)603種(表2)，占總種數(shù)(1 016種)的59.4%;草本種類較多，有369種，占10種以上科所含種數(shù)(603種)的61.2%。這些草本植物種類主要集中在禾本科、菊科、莎草科、蝶形花科和蓼科，且均為普通常見的種類，多生長(zhǎng)在路邊、土壤瘠薄、陽光充足等較干旱的生境，對(duì)控制水土流失起到了重要的作用。

表2 贛南水土流失區(qū)含10種以上的科及其所含草本、木本種數(shù)

3.1.2.2 屬的地理成分及其特點(diǎn)

贛南水土流失區(qū)有種子植物541屬，可劃分為15個(gè)地理成分類型(表3)[14]。

由表3可知，贛南水土流失區(qū)種子植物屬的地理成分主要有4個(gè)特點(diǎn):①世界分布型屬較多。贛南水土流失區(qū)世界分布型的屬占中國這一類型的52.8%，占贛南水土流失區(qū)總屬數(shù)的10.2%，表明贛南水土流失區(qū)環(huán)境條件較差，生境單調(diào)，主要適應(yīng)一些普遍分布且具耐旱性的物種生存。因此，在水土流失區(qū)進(jìn)行植被恢復(fù)時(shí)，選用這個(gè)分布類型的植物比較容易成功。②熱帶性成分較多。熱帶性屬(序號(hào)二至七)為272屬，占本區(qū)總屬數(shù)的50.3%，但缺乏純熱帶分布型屬，說明贛南水土流失區(qū)適應(yīng)亞熱帶和熱帶向北延伸的植物生長(zhǎng)，這與本地區(qū)高溫、雨量分配不均衡導(dǎo)致的季節(jié)性干旱等氣候特點(diǎn)有關(guān)。③溫帶分布型屬常見。溫帶成分(序號(hào)八至十四)204屬，占本區(qū)總屬數(shù)的37.7%，僅次于熱帶分布型屬，是水土流失區(qū)內(nèi)常見的成分，如松屬、刺柏屬、山楂屬、楊梅屬、栗屬、櫟屬、葡萄屬、野枯草屬、稗屬、畫眉草屬等，而且松屬的馬尾松(Pinus massoniana)是水土流失區(qū)的主要喬木優(yōu)勢(shì)樹種，分布面積廣、個(gè)體數(shù)量多，是水土流失治理的先鋒樹種。④草本植物豐富，主要集中于世界分布型屬和泛熱帶分布型屬，涉及菊科、禾本科、莎草科、唇形科等，是水土保持不可忽視的選擇對(duì)象。喬木優(yōu)勢(shì)樹種主要涉及松屬、木荷屬和楓香屬，主要種類是馬尾松、木荷(Schima superba)、楓香(Liquidambar formosana)。其他喬木如栲屬、青岡屬、阿丁楓屬等不論在數(shù)量上還是在分布面積上僅占很小部分，但是這小部分喬木卻是植被順向演化的“曙光”，是植被順向演化的標(biāo)志[15]。

表3 贛南水土流失區(qū)屬的分布區(qū)類型統(tǒng)計(jì)

3.2 植物多樣性恢復(fù)特點(diǎn)

3.2.1 不同水土流失類型的植物多樣性

根據(jù)調(diào)查，贛南水土流失區(qū)按水土流失的嚴(yán)重狀況可分為4個(gè)類型，即無或極輕的水土流失(類型Ⅰ)、輕度面蝕(類型Ⅱ)、嚴(yán)重溝蝕+面蝕(類型Ⅲ)、崩崗(類型Ⅳ)，類型Ⅳ又分為“面蝕+溝蝕”型崩崗(類型Ⅳ-1)和“溝壑”型崩崗(類型Ⅳ-2)2個(gè)亞型，具體見表4。

從表4可以看出，不同水土流失類型中，植物多樣性最高的是類型Ⅰ，即按多樣性排序?yàn)?類型Ⅰ＞類型Ⅱ＞類型Ⅳ-2＞類型Ⅳ-1＞類型Ⅲ。這個(gè)規(guī)律對(duì)我國南方水土流失區(qū)植物多樣性恢復(fù)具有指導(dǎo)意義:一是要考慮流失強(qiáng)度，水土流失強(qiáng)度較輕的類型Ⅰ和Ⅱ，植被基礎(chǔ)較好(土壤中仍保存了種子、根等繁殖器官或在“綠島”附近)，應(yīng)進(jìn)行封山，促使植被自然恢復(fù);水土流失較強(qiáng)的類型Ⅲ、Ⅳ-1、Ⅳ-2，植被破壞較嚴(yán)重，應(yīng)采取植物修復(fù)+工程措施。二是要分析局部環(huán)境條件，如類型Ⅳ-2，雖然崩崗使植被破壞嚴(yán)重，但局部溝壑因水分、肥力較好，土壤中埋藏的繁殖器官(根、種子等)也較多，反而出現(xiàn)較多的植物物種，因此在恢復(fù)“溝壑”型崩崗植被時(shí)可以采取先局部恢復(fù)，然后擴(kuò)大到全面恢復(fù)的模式。

表4 贛南不同水土流失類型植物物種多樣性

3.2.2 不同起源的植物多樣性

不同的植被起源，植物的多樣性也有所差異(表5)。由表5可知，不同起源的植物群落物種多樣性豐富程度是:①喬木層種數(shù)表現(xiàn)為天然群落＞天然-人工混合群落＞人工林。②灌木、草本層植物種數(shù)表現(xiàn)為天然群落＞天然-人工混合群落＞人工群落。③海拔較高、具有山區(qū)環(huán)境特征的地段(如峰山)，其物種數(shù)量高于海拔較低的低丘、中丘地區(qū)。表5中的天然群落是位于峰山原先遭到人為破壞并發(fā)生了水土流失，停止破壞后自然恢復(fù)的群落(天然起源)，與水土流失區(qū)其他地方的人工-天然混合起源的群落和人工起源的群落進(jìn)行比較表明，峰山天然起源的群落植物多樣性較高。峰山為贛州市城郊的孤山，最高海拔1 016 m，四周被贛縣、南康、于都等水土流失區(qū)包圍，可以看成是水土流失區(qū)中的一個(gè)“綠島”。雖然峰山局部地段遭到嚴(yán)重破壞并發(fā)生水土流失，但由于附近具有豐富的物種繁殖器官，因此一旦停止干擾，“綠島”的植物繁殖器官如種子等將連續(xù)不斷地進(jìn)入水土流失區(qū)，促進(jìn)植被順向演替，使植物多樣性增加。由此可知，在水土流失區(qū)內(nèi)保護(hù)一定數(shù)量的“綠島”，有利于植被恢復(fù)。

表5 不同起源的群落植物多樣性

3.2.3 不同水保措施植物多樣性

通過實(shí)地調(diào)查，把不同的水保措施分為4個(gè)類型:封禁型Ⅰ、水保林型Ⅱ、工程措施型Ⅲ、果業(yè)型Ⅳ，見表6?；诒?的分析，植物物種多樣性恢復(fù)的規(guī)律是:封禁型Ⅰ＞水保林型Ⅱ＞工程措施型Ⅲ＞果業(yè)型Ⅳ。在封禁型Ⅰ中，封禁時(shí)間越長(zhǎng)物種越豐富，表6峰山樣地中的喬木達(dá)到了10種，灌木14種，草本18種，總計(jì)達(dá)到42種，基本接近天然闊葉林物種多樣性程度。在水保林型Ⅱ中，結(jié)合適度的果園開發(fā)，有利于植物多樣性恢復(fù)，這種類型的實(shí)施關(guān)鍵是控制果園開發(fā)的規(guī)模和強(qiáng)度，只要控制適度的規(guī)模和強(qiáng)度，將促進(jìn)物種多樣性的發(fā)展，提高水土保持措施的經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益。

表6 不同水保措施的植物多樣性

工程措施型Ⅲ中，水平帶整地有利于植物多樣性的恢復(fù)，這可能是由于水平帶有利于保水、保肥以及土壤疏松(整地時(shí)翻耕土壤)的作用。

果業(yè)型Ⅳ的植物多樣性較低，特別是純經(jīng)營性果園，由于整地強(qiáng)度大，施用化肥、農(nóng)藥頻繁等原因，生物多樣性較低，也很難恢復(fù)，因此在水土流失區(qū)開發(fā)果園必須與水保措施結(jié)合起來，控制開發(fā)強(qiáng)度和規(guī)模，并采取適當(dāng)?shù)乃４胧┤缰窆?jié)溝+封禁等，以利于生物多樣性的恢復(fù)，提高水土保持效益。

上述4種水保措施類型，必須因地制宜地選擇實(shí)施。一般條件較好的地區(qū)應(yīng)盡可能實(shí)施長(zhǎng)期封禁，并要求封禁面積達(dá)到一定規(guī)模，這樣由于“綠島”效應(yīng)，能較快地恢復(fù)生物多樣性，控制水土流失。其次是大力營造水保林，并同時(shí)輔以工程措施，這樣有利于提高水土保持生態(tài)效益和經(jīng)濟(jì)效益。此外，水土流失區(qū)必須慎重發(fā)展果園，應(yīng)把果園開發(fā)與水保措施結(jié)合在一起進(jìn)行，控制果園開發(fā)的強(qiáng)度和規(guī)模，避免片面追求經(jīng)濟(jì)效益而造成更嚴(yán)重的水土流失。

3.2.4 人類活動(dòng)區(qū)半徑對(duì)植物多樣性恢復(fù)的影響

通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，水土流失的強(qiáng)度與人類活動(dòng)的半徑有關(guān)，主要表現(xiàn)為如下特點(diǎn):①離居民區(qū)越遠(yuǎn)的地方，水土流失越輕;②有森林的地方，水土流失輕，如表5中峰山山區(qū)天然群落的生物多樣性較豐富，基本沒有水土流失發(fā)生。因?yàn)榱謪^(qū)保存了許多植物繁殖體(包括有性器官和營養(yǎng)器官)，離森林較近的水土流失區(qū)相對(duì)容易得到繁殖體的連續(xù)補(bǔ)充，從而促進(jìn)生物多樣性恢復(fù)。因此，必須控制水土流失區(qū)的果園開發(fā)強(qiáng)度，以免將土壤中的繁殖體損失殆盡;一旦這種情況發(fā)生，則必須依賴外界輸入繁殖體才能恢復(fù)。

4 結(jié)論

(1)贛南水土流失區(qū)經(jīng)過30余年的治理，植物多樣性較高，有152科541屬1 016種。地理成分中世界廣布的科、屬較多，從這類地理成分中篩選出適應(yīng)性較強(qiáng)的植物用于水土流失區(qū)的植被恢復(fù)較易成功。

(2)地理成分中熱帶性成分較多，但缺乏純熱帶分布型的屬，說明贛南水土流失區(qū)有較多的類群適應(yīng)由熱帶-亞熱帶向北延伸的環(huán)境。因此，在植被恢復(fù)中應(yīng)注意選用泛熱帶、亞熱帶成分的植物如木荷、桃金娘(Rhodomyrtus tomentosa)、崗松(Baeckea frutescens)、黃荊(Vitex negundo)等，將有利于提高植被恢復(fù)效率。

(3)植被恢復(fù)中喬木優(yōu)勢(shì)樹種主要涉及松屬、木荷屬和楓香屬，主要種類是馬尾松、木荷和楓香。低海拔(500 m以下)的水土流失區(qū)不僅面積大，而且生物多樣性低，環(huán)境條件較差，喬木樹種較少，喬木優(yōu)勢(shì)樹種主要為馬尾松、木荷、楓香等陽性樹種。當(dāng)演替到較高等級(jí)時(shí)才出現(xiàn)烏岡櫟(Quercus phillyraeoides)、青岡(Cyclobalanopsis glauca)、紅潤楠(Machilus thunbergii)、藍(lán)果樹(Nyssa sinensis)、甜櫧(Castanopsis eyrei)等半耐陰性闊葉樹種，這些種類的出現(xiàn)是植被順向演替進(jìn)而達(dá)到頂級(jí)群落的“曙光”，預(yù)示著植被恢復(fù)加速發(fā)展。

(4)不同水土流失類型按植物多樣性排序依次是類型Ⅰ＞類型Ⅱ＞類型Ⅳ-2＞類型Ⅳ-1＞類型Ⅲ。認(rèn)識(shí)這個(gè)規(guī)律對(duì)我國南方水土流失區(qū)植物多樣性恢復(fù)具有指導(dǎo)意義:一是要考慮流失強(qiáng)度;二是要分析局部環(huán)境條件，可以采取先局部恢復(fù)，然后再擴(kuò)大到全面恢復(fù)的模式。

(5)不同起源的植物群落物種多樣性恢復(fù)的特點(diǎn)是:天然群落＞天然-人工混合群落＞人工林;海拔較高、具有山區(qū)環(huán)境的群落物種數(shù)量大于海拔較低的低丘、中丘地區(qū)，即物種多樣性具有“綠島”效應(yīng)，因此在水土流失區(qū)內(nèi)保護(hù)一定數(shù)量的“綠島”，將有利于區(qū)內(nèi)的植被恢復(fù)。不同的水保措施按植物多樣性恢復(fù)快慢排序?yàn)?封禁型Ⅰ＞水保林型Ⅱ＞工程措施型Ⅲ＞果業(yè)型Ⅳ。長(zhǎng)期封禁有利于形成“綠島”，能較快恢復(fù)生物多樣性，控制水土流失。

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