廢棄宕口植被自然恢復(fù)初期物種多樣性的研究

劉其蕾，萬福緒，張 波

（南京林業(yè)大學(xué)，江蘇南京 210037）

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和城鎮(zhèn)建設(shè)的加快，人類對石材資源的開發(fā)利用加強(qiáng)［1］，因而導(dǎo)致了大量的礦山被開采，大片的森林樹木被砍伐，造成了宕口巖石裸露，生態(tài)環(huán)境隨之惡化。加之，多數(shù)宕口沒有按照國家法律法規(guī)進(jìn)行復(fù)綠，于是帶來了嚴(yán)重的生態(tài)環(huán)境問題，植被遭到破壞、土壤流失嚴(yán)重、自然景觀破壞等一系列的環(huán)境問題嚴(yán)重威脅著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展［2-3］。目前，生態(tài)恢復(fù)仍然是研究廢棄宕口復(fù)綠的重要組成部分，主要包括工程性整地、植物的配置以及植物種間合理搭配等方面［4-6］。廢棄宕口生態(tài)恢復(fù)的研究工作在國外已經(jīng)非常成熟，我國在這方面的研究也取得了卓著成績。但是，廢棄宕口在植被自然恢復(fù)前期物種多樣性的研究仍處在相對落后的階段，對植被的恢復(fù)以及生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的研究帶來了不利因素。筆者對句容市淪山湖廢棄宕口主要植物群落的物種多樣性進(jìn)行研究分析，比較在不同立地類型下的物種多樣性差異，為廢棄宕口的生態(tài)恢復(fù)提供指導(dǎo)與借鑒。

1 研究區(qū)環(huán)境概況

句容市淪山湖桃花源廢棄宕口治理區(qū)位于句容市林場境內(nèi)，西距句蜀公路僅約1.4 km，南距滬寧高速約3 km，地理坐標(biāo)為32°04'56″N，119°13'43″E。屬于北亞熱帶濕潤氣候區(qū)，日照充足，四季分明，降雨豐富。屬于江南平原丘陵區(qū)，由寧鎮(zhèn)山脈和太湖沿岸丘陵組成，土壤類型為發(fā)育在各種巖石基質(zhì)上的黃棕壤［8］。

廢棄宕口主要開采建筑石料用灰?guī)r和白云巖，是句容早期主要的石料供應(yīng)基地之一，幾十年的開山采石，對山體破壞非常嚴(yán)重。關(guān)閉后宕口壁裸露的危巖亂石和廢渣石堆與倉山湖桃花源周邊優(yōu)美的自然環(huán)境極不相稱，不僅給區(qū)內(nèi)旅游和投資環(huán)境造成了不利的影響，同時(shí)也存在著滑坡、崩塌等地質(zhì)災(zāi)害隱患，威脅到當(dāng)?shù)厝罕姷娜松砗拓?cái)產(chǎn)安全。目前，淪山湖廢棄宕口植被以草本植物為主，在立地條件好的地方以灌木為主。

表1 廢棄宕口不同立地類型及其概況

2 研究方法

2.1 樣地設(shè)置 根據(jù)馬文希和張榮盛［9-10］對裸露山地立地類型的劃分，經(jīng)充分調(diào)查，并結(jié)合淪山湖宕口立地類型的特點(diǎn)，將其劃分為泥石堆(N)、亂石堆(L)、排土堆(P)、

道路邊坡(D)和采石作業(yè)區(qū)(C)5個(gè)類型，在宕口周圍山體選擇退耕撂荒地(T)和山頂裸巖(S)兩個(gè)特殊立地類型作為試驗(yàn)對照(表1)。根據(jù)宕口的實(shí)地情況，隨機(jī)設(shè)置20 m×20 m樣地20個(gè)。在每個(gè)樣地的四角與中心分別設(shè)置5個(gè)5 m×5 m的小樣方作為灌木群落的調(diào)查區(qū)域，然后在每個(gè)小樣方中心分別設(shè)置1個(gè)1 m×1 m的樣方作為草本植物的調(diào)查對象。草本群落調(diào)查種類、蓋度、高度等;灌木群落主要調(diào)查種類、數(shù)量和高度等特征因子。觀測并記錄樣地巖壁的地理位置、坡向、坡度、坡高、坡長、面積、母巖及崖壁微地形狀況。用海拔儀測得坡高，用羅盤儀測坡度，手持GPS定位樣地的地理位置。

2.2 數(shù)據(jù)處理與分析

2.2.1 物種重要值［11-12］。物種重要值的計(jì)算公式如下:

IV喬木、灌木=(相對頻度+ 相對高度+ 相對密度)/3IV草本=(相對密度+相對高度+相對蓋度)/3

2.2.2 Margalef豐富度指數(shù)(Ma)［11-13］。Margalef豐富度指數(shù)(Ma)計(jì)算公式為:

式中，S為群落內(nèi)物種總數(shù);N為群落中的個(gè)體總數(shù)。

2.2.3 Simpson 多樣性指數(shù)(D)［11-12］。Simpson 多樣性指數(shù)(D)和Shannon-Wiener多樣性指數(shù)(H)計(jì)算公式分別為:

式中，S為群落內(nèi)物種總數(shù);Pi為第i種植物的個(gè)體占全部植物個(gè)體總數(shù)的百分比。

2.2.4 Pielou 均勻度指數(shù)(Jsw)［11-12］。Pielou 均勻度指數(shù)(Jsw)計(jì)算公式為:

式中，H為Shannon-Wiener指數(shù);S為群落中物種總數(shù)。

2.2.5 數(shù)據(jù)分析。數(shù)據(jù)整理與分析運(yùn)用 Excel2010和SPASS(18.0)統(tǒng)計(jì)軟件。

3 結(jié)果與分析

3.1 種類組成 經(jīng)過多次全面地對淪山湖廢棄宕口的調(diào)查研究，發(fā)現(xiàn)該廢棄宕口的植被自然恢復(fù)速度相當(dāng)緩慢，經(jīng)過幾十年的自然恢復(fù)，喬木種類尚未進(jìn)入群落，只有近年人工栽植的構(gòu)樹(Papermulberry)、刺槐(Black Locust)和剛竹(Phyllostachys)等幾種簡單的喬木。宕口的植物仍以灌木與草本為主。灌木種類相對單一，共6科5屬6種，均為喜光、耐干旱貧瘠的灌木。其中，胡頹子(Elaeagnuspungens)、金櫻子(Cherokee rose)、女貞(Ligustrumlucidum)為常綠灌木，野薔薇(Rosa multifloraThunb)、紫穗槐(Amorphafruticosa Linn)、繡球繡線菊(SpiraeablumeiG.Don)為落葉小灌木。草本群落物種組成較豐富，共計(jì)21科37屬53種。其中，菊科植物占草本種數(shù)的34%，禾本科植物占草本種數(shù)的20%，其他屬于19科22屬的26種草本植物占草本總物種數(shù)的46%。由此可見，菊科和禾本科植物是廢棄宕口次生演替的優(yōu)勢科。草本植物以集群形式分布在坡面凹陷或稍緩有土壤聚集處［14］，主要有絡(luò)石(Trachelospermumjasminoides)、豬殃殃(GaliumaparineLinn.var.tenerum(Gren.et Godr)Rchb)、華東唐松草(ThalictrumfortuneiS.Moore)、二月蘭(Orychophragmusciolaceus)、梓木草(LithospermumzollingeriDC)等。

3.2 種類組成的性質(zhì)分析 調(diào)查發(fā)現(xiàn)，野薔薇是灌木群落的優(yōu)勢種，繡球繡線菊、金櫻子、紫穗槐、胡頹子等是其伴生樹種，且在廢棄宕口及周邊荒山表現(xiàn)出較強(qiáng)的適應(yīng)性。繡球繡線菊和金櫻子分別在排土堆和退耕撂荒地的生長優(yōu)勢明顯，胡頹子在山頂裸巖區(qū)表現(xiàn)出極強(qiáng)的適應(yīng)性。根據(jù)樣地調(diào)查，各立地類型群落草本層以及各物種數(shù)量及其重要值，進(jìn)行群落成員型劃分(表2)。由表2可知，草本群落在各個(gè)立地類型上的優(yōu)勢差異不大，狗尾草(Setariaviridis)在7個(gè)立地類型上作為明顯的優(yōu)勢種存在于各植物群落中，絡(luò)石(Trachelospermumjasminoides)、豬殃殃(GaliumaparineLinn.var.tenerum(Gren.etGodr)Rchb)在大多數(shù)立地類型中也表現(xiàn)出很強(qiáng)的適應(yīng)性和生長優(yōu)勢。采石作業(yè)區(qū)的植物群落最為特殊，虎尾草(Chlorisvirgata)是其僅有的優(yōu)勢種，亞優(yōu)勢種及伴生種均是1年生草本。道路邊坡形成時(shí)間較長，在雨水的沖刷下積攢了一定的土壤養(yǎng)分，有一定的土壤厚度，其群落組成豐富度也優(yōu)于采石作業(yè)區(qū)，其中耐干旱貧瘠的多年生草本野古草(Arundinellaanomala)是狗尾草的競爭物種。泥石堆與亂石堆群落草本層的優(yōu)勢種分別為豬殃殃與梓木草，并發(fā)現(xiàn)少量適生于潮濕環(huán)境的戟葉蓼(Polygonumthunbergii)。排土堆群落草本層的優(yōu)勢種是多年生草本野菊花(Dendranthemaindicum)，群落中菊科植物占所有群落成員的45%。山頂裸巖區(qū)中草本植物華東唐松草的優(yōu)勢度明顯高于狗尾草，成為該立地類型的優(yōu)勢種。撂荒地也是一種相對特殊的立地類型，野古草具有強(qiáng)壯的橫走根莖，繁殖迅速，所以野古草是草本層的優(yōu)勢種，狗尾草次之。撂荒地上的一些偶見種如面條棵(Sileneconoidea)、田麻(Corchoropsispsilocarpa)等是田地或田埂上的特有種。各立地類型土壤條件及水分梯度按照采石作業(yè)區(qū)、道路邊坡、山頂裸巖、亂石堆、泥石堆、排土堆、撂荒地的順序升高，從虎尾草、狗尾草、華東唐松草、梓木草、野菊花到野古草，這些優(yōu)勢種對生境土壤水分的要求依次升高，反映了群落從旱生到中生的演替趨勢。

表2 不同立地類型群落優(yōu)勢種及其重要值

3.3 植物群落的物種多樣性 淪山湖廢棄宕口植被主要以草本為主，多數(shù)草本耐干旱，耐瘠薄，適應(yīng)性強(qiáng)，是其中的優(yōu)勢群落。灌木群落面積較小存在于泥石堆、排土堆和亂石堆(稀有低矮灌木)，但面積小，且物種明顯小于作為對照的撂荒地與山頂裸巖的灌木層。因此，群落的物種多樣性總體上取決于草本層發(fā)育的情況。在數(shù)據(jù)分析中，撂荒地、泥石堆、排土堆、山頂裸巖與亂石堆5種立地類型的物種多樣性指數(shù)、物種豐富度為灌木層和草本層之和，而道路邊坡與采石作業(yè)區(qū)兩種立地類型上只有草本層，所以群落的物種豐富度和多樣性指數(shù)只包括草本層(表3)。

表3 各立地類型的物種豐富度和多樣性指數(shù)

Margale豐富度指數(shù)是指在一定大小的樣方中的物種數(shù)目，它基于物種的存在與否，不考慮中間個(gè)體數(shù)量，忽略富集種和稀疏種對群落貢獻(xiàn)的差異。由表3可知，不同立地條件下物種的豐富度指數(shù)排序?yàn)?撂荒地＞泥石堆＞排土堆＞山頂裸巖＞亂石堆＞道路邊坡＞采石作業(yè)區(qū)。Simpson指數(shù)和Shannon-Wiener指數(shù)反映了該區(qū)域中群落的物種多樣性總體較低，對應(yīng)的優(yōu)勢度物種地位也越突出，各立地條件下差別不明顯，其大小順序?yàn)橥烁袒牡兀灸嗍眩九磐炼眩旧巾斅銕r＞亂石堆＞道路邊坡＞采石作業(yè)區(qū)。但物種均勻度的變化趨勢則與其相反。Pielou均勻度指數(shù)是一種反映個(gè)體密度、生境差異、群落類型、演替階段的指數(shù)。由此可見，物種多樣性指數(shù)越大，群落結(jié)構(gòu)越復(fù)雜;反之則越簡單?？梢?，物種多樣性最高的立地類型是泥石堆和撂荒地;道路邊坡的總物種數(shù)較多，由群落分布不均勻，群落成員中偶見種較多，多樣性指數(shù)并不高［15］。形成時(shí)間較長的山頂裸巖區(qū)是比較特殊的立地類型，雖然自然演替時(shí)間較長，但土壤稀疏且厚度較薄，所以地表仍然以巖石為主，缺乏植物生長所需的營養(yǎng)條件，所以主要生長耐貧瘠、耐干旱的植物。并且植物多生長于面積有限的石縫中，數(shù)量較少，影響群落的物種多樣性。排土堆由于人為后期的干預(yù)，生境條件優(yōu)于道路邊坡，其豐富度指數(shù)與多樣性指數(shù)均大于道路邊坡?？梢?，穩(wěn)定的生境是提高群落物種多樣性的必要條件。而采石作業(yè)區(qū)各項(xiàng)指數(shù)都較其他立地類型低，說明采石作業(yè)區(qū)的立地條件差，生境比較惡劣，植物生長的各項(xiàng)必備條件缺乏，物種多樣性極低，急需進(jìn)行人工植被恢復(fù)。

4 結(jié)論與討論

淪山湖廢棄宕口經(jīng)歷了長期的開山采石活動(dòng)后，山體遭到嚴(yán)重破壞，巖石裸露，植被稀少且覆蓋區(qū)域面積分散。由于宕口在開采過程中所遭受的破壞程度以及宕口廢棄的時(shí)間不同，7種立地類型植被恢復(fù)也有所不同。整個(gè)區(qū)域喬木極少，零星地分布在宕口周邊。灌木群落稀少，分布區(qū)域面積不大，種類比較單一，反映了該區(qū)域的自然演替進(jìn)程較緩慢，植被在自然狀態(tài)下恢復(fù)較慢，群落結(jié)構(gòu)按照采石作業(yè)區(qū)、道路邊坡、亂石堆、山頂裸巖、排土堆、泥石堆和撂荒地的順序由簡單變復(fù)雜。草本分布廣泛，生長較其他植被層茂盛，物種組成較豐富，是采石宕口的優(yōu)勢層。

宕口廢棄地的生境條件惡劣，由于受各個(gè)立地類型的土層厚度、土層中的泥石比例、形成時(shí)間等因素的影響，植物群落的差異性也較為明顯。分析可知，土壤是宕口廢棄地植被恢復(fù)的主要限制因子，改善土層的厚度，增加土壤養(yǎng)分，有利于植物群落多樣性增加，提高生態(tài)系統(tǒng)的功能，從而加速宕口植被的恢復(fù)。人工恢復(fù)時(shí)，應(yīng)盡量選擇適應(yīng)性較廣且生長快的樹種，如女貞、刺槐、紫穗槐等，同時(shí)充分利用臭椿等鄉(xiāng)土樹種，遵循自然演替的規(guī)律，加速其植被恢復(fù)的進(jìn)程。在土壤條件極差的地方如采石作業(yè)區(qū)、裸巖區(qū)，可采取客土改良并運(yùn)用直播法和營養(yǎng)缽栽植法增加植物種類。在復(fù)綠設(shè)計(jì)和施工中，以厚層基質(zhì)客土噴播、植生槽種植(也稱飄臺(tái)種植)、魚鱗坑種植為主。應(yīng)將前期的即時(shí)效果與長期效果相結(jié)合，常見綠化苗木種子與當(dāng)?shù)刂苓叺泥l(xiāng)土植物相結(jié)合，促進(jìn)植物群落的演替及長期的穩(wěn)定性;根據(jù)不同立地類型的特點(diǎn)，采用種植、播種及噴播等多種工藝相結(jié)合的方法進(jìn)行宕口復(fù)綠;將喬木、灌木、草本以及藤本相結(jié)合，土層深栽喬木，土層淺種灌草，底種攀爬植物、上植下掛，創(chuàng)造豐富的植物群落結(jié)構(gòu)，同時(shí)符合植物的生長需要;在進(jìn)行生態(tài)恢復(fù)時(shí)，深根系與淺根系植物相結(jié)合，落葉植物與常綠植物搭配相結(jié)合，局部與整體效果相結(jié)合，綠化與景觀營造相結(jié)合。以上措施不僅可以加速宕口的植被恢復(fù)，還可以達(dá)到景觀綠化的效果。

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