白龍江干旱河谷恢復(fù)植被物種多樣性特征

李興民，雷煒，鄭小紅

（1.甘肅省白龍江林業(yè)管理局林業(yè)科學(xué)研究所，甘肅 蘭州 730070；2.古浪縣治沙林場，甘肅 古浪733100）

干旱河谷指高山峽谷地區(qū)深切河谷下部較干旱較熱的區(qū)域，四周被相對濕潤環(huán)境所包圍，植被稀疏，以灌叢和草叢為主[1]，屬于局部干旱生境[2]，其景觀與周邊地區(qū)濕潤、半濕潤等景觀不相協(xié)調(diào)，是青藏高原南、東、北邊緣高山峽谷地帶獨特的生態(tài)景觀，植被退化嚴(yán)重[3]。中國的干旱河谷分布在岷江、金沙江、大渡河、雅礱江上游和嘉陵江支流白龍江流域等地區(qū)[4]，地貌以高山峽谷為主，地形破碎，山體坡度較大；氣候干熱，水熱矛盾突出；土壤質(zhì)地不良，蓄水能力低下，水土流失嚴(yán)重，地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)[5-6]。因此，恢復(fù)與重建干旱河谷已退化的植被，成為當(dāng)前的重大課題[7-8]。

物種多樣性是群落的基本特征，反映了植物群落的結(jié)構(gòu)類型、組織水平、發(fā)展階段、穩(wěn)定程度和生境差異[8]，對植被恢復(fù)與重建意義重大。植被恢復(fù)一般分為3種模式：自然恢復(fù)、封育恢復(fù)和造林恢復(fù)。自然恢復(fù)是生態(tài)系統(tǒng)的自我調(diào)節(jié)，未摻雜人為因素，一般時間較長，但是成本較低。封育恢復(fù)通過人為封禁保護，禁止放牧、砍伐和一些人類活動，促進植被恢復(fù)，這種模式人類參與成分較少，成本較低。造林恢復(fù)一般指人工造林，按一定規(guī)劃設(shè)計，人為構(gòu)建植物群落，促進植被再生和土壤修復(fù)等，見效快但成本較高[9-10]。本文以甘肅白龍江干旱河谷不同恢復(fù)模式形成的植被為研究對象，比較分析其群落物種多樣性特征，評價其恢復(fù)效應(yīng)，旨在為當(dāng)?shù)刂脖换謴?fù)提供理論依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

白龍江系嘉陵江一級支流，長江二級支流。白龍江干旱河谷是長江水系北部的生態(tài)脆弱帶和敏感區(qū)，近年來由于亂砍亂伐、放牧和過渡采礦等原因，區(qū)內(nèi)植被退化嚴(yán)重，滑坡、泥石流等自然災(zāi)害頻發(fā)，具有向荒漠化發(fā)展的趨勢[5]。區(qū)內(nèi)現(xiàn)存植被比較單一，以旱生灌叢和草叢為主，植物種類以旱生具刺灌木和耐旱草本為主，大部分植物地上部分生物量較小，已經(jīng)呈現(xiàn)出荒漠化景觀[11-12]。白龍江流域位于青藏高原東北邊緣，河道長576 km，落差大。白龍江干旱河谷范圍102°46′～104°52′E、33°04′～35°09′N，屬典型的西南高山地形，氣候干燥，溫度、降水具有明顯的垂直梯度和水平差異[13]，年降水500 mm左右，集中在5～10月份，占比＞85%；年蒸發(fā)量是降水量的3～5倍[14]。白龍江干旱河谷主體為干暖河谷類型，局部為干溫河谷類型[15]。

2 研究方法

2.1 植被調(diào)查

2018年5～7月，選擇自然、封育、造林3種恢復(fù)模式形成的植被設(shè)置樣地調(diào)查，每種模式設(shè)樣地20個。每個樣地內(nèi)設(shè)灌木層樣方3個，共60個，規(guī)格5 m×5 m，記錄樣方內(nèi)灌木種類、株數(shù)、基徑、冠幅、蓋度等因子；每個灌木層樣方內(nèi)設(shè)草本層樣方3個，共180個，規(guī)格1 m×1 m，記錄樣方內(nèi)草本種類、高度、蓋度等因子。

2.2 物種多樣性計算方法

1）重要值=（相對密度+相對蓋度+相對頻度）/3

2）物種α多樣性指數(shù)計算公式：

Margalef豐富度指數(shù)：

Shannon-wiener多樣性指數(shù)：

Simpson優(yōu)勢度指數(shù)：

Pielou均勻度指數(shù)：E=H/Hmax

式中：S為物種總數(shù)；N為觀察到的物種個體總數(shù)；Pi為第i種的相對重要值；Hmax為最大的物種多樣性指數(shù)， Hmax=lnS 。

數(shù)據(jù)處理采用Excel軟件和SPSS21.0軟件。

3 結(jié)果與分析

3.1 物種結(jié)構(gòu)

調(diào)查統(tǒng)計結(jié)果表明，不同恢復(fù)模式形成的植被其群落物種結(jié)構(gòu)相差較大（表1）。自然恢復(fù)模式物種最多為53種，分屬于25科42屬，其中：薔薇科最多為8屬11種，占自然恢復(fù)模式物種總數(shù)的20.75%；其次是菊科，為4屬6種占11.32%；然后是豆科，為5屬5種占9.4%；毛茛科和鼠李科是3屬3種；其他都是1科2種或者1科1種。封育恢復(fù)模式物種數(shù)較少為36種，分屬于25科33屬，薔薇科也是最多為4屬5種，占封育恢復(fù)模式物種總數(shù)的15.15%；其次是豆科，為4屬4種占12.12%；菊科、木犀科和鼠李科都是1科2種；其他科都是1科1種。造林恢復(fù)模式物種較少，共計19種，分屬于11科18屬，其中豆科5屬6種，占造林恢復(fù)模式物種總數(shù)的31.58%；其次是薔薇科3屬3種占15.79%；菊科2種；其他都是1科1種。

3種恢復(fù)模式物種數(shù)相差較大，說明人為因素在植被恢復(fù)過程中起著重要作用。自然恢復(fù)模式物種最多，但是受人為放牧、踩踏、焚燒、采礦等的影響，土壤緊實，植物生長緩慢，生物量較小。封育恢復(fù)模式人為因素減少，植物生物量相對較大，呈現(xiàn)出優(yōu)勝劣汰的趨勢，受光照、水分、養(yǎng)分的限制，部分植物可能在競爭中死亡。造林恢復(fù)模式中，退耕還林地土壤松弛、孔隙度，施肥使土壤肥力較好，地勢平緩，水土流失較少，植物生長較好；荒地造林其土壤貧瘠，水分流失較大，植物生長較差。

表1 3種恢復(fù)模式植被主要物種組成

3.2 不同模式恢復(fù)植被物種重要值比較

重要值表示植物種在群落中的相對重要性。通過計算分析，3種恢復(fù)模式排名前10的物種重要值之和占總和的一半以上，本文選取重要值排名前10植物進行比較。由表2可知，前10物種重要值之和造林恢復(fù)模式最大，其次為自然恢復(fù)模式，封育恢復(fù)模式最小。造林恢復(fù)模式前10物種重要值之和為90.22，其中前4種植物依次為刺槐Robinia pseudoacacia、酸棗Ziziphus jujuba var. spinosa、密葉錦雞兒Caragana densa、紫穗槐Amorpha fruticosa，這4種植物都是造林樹種，占造林群落的一半以上。封育恢復(fù)模式前10物種重要值之和為60.49，其中前5種植物依次為小葉香茶菜Rabdosia parvifolia、杭子梢Campulotropis macrocarpa、白刺花 Sophora davidii、興安胡枝子Lespedeza daurica、羊蹄甲Bauhinia。自然恢復(fù)模式前10物種重要值之和為70.87，其中前2種植物依次為薔薇Rosa sp.、荊條Vitex negundo var.heterophylla，其他植物重要值都在7左右，相差不大。3種恢復(fù)模式中，荊條和杭子梢的重要值都排在前10名，說明這兩種植物對白龍江干旱河谷的生境條件適應(yīng)能力較強，荊條重要值在自然恢復(fù)模式中重要值最大，在造林恢復(fù)模式中最??；杭子梢重要值在3種恢復(fù)模式中相差不大。自然恢復(fù)模式重要值前10物種在封育恢復(fù)模式中出現(xiàn)5種，在造林恢復(fù)模式中出現(xiàn)3種且重要值相對較小，表明封育恢復(fù)模式和造林恢復(fù)模式與自然恢復(fù)模式群落存在著明顯的差異。

3.3 不同植被恢復(fù)模式群落多樣性比較

由表3可知，不同恢復(fù)模式群落物種多樣性指數(shù)不同。3種恢復(fù)模式豐富度指數(shù)和多樣性指數(shù)變化一致，自然恢復(fù)模式豐富度指數(shù)和多樣性指數(shù)最大，其次是封育恢復(fù)模式，這兩種恢復(fù)模式豐富度指數(shù)和多樣性指數(shù)變化不大，造林恢復(fù)模式這兩個指數(shù)最小。均勻度指數(shù)造林恢復(fù)模式最大為0.680，封育恢復(fù)模式其次為0.641，自然恢復(fù)模式最小為0.637。優(yōu)勢度指數(shù)造林恢復(fù)模式最大為0.801，其次是封育恢復(fù)模式，自然恢復(fù)模式最小為0.782。3種恢復(fù)模式中，豐富度指數(shù)和多樣性指數(shù)與優(yōu)勢度指數(shù)呈現(xiàn)出負(fù)相關(guān)性。3種恢復(fù)模式中，造林恢復(fù)模式均勻度指數(shù)和優(yōu)勢度指數(shù)最大，主要是由于造林措施使植物分布比較均勻。

4 結(jié)論與討論

植被恢復(fù)模式對白龍江干旱河谷群落組成結(jié)構(gòu)和物種多樣性均有影響，選擇不同模式，植被恢復(fù)重建的效果存在差異，進一步影響恢復(fù)進程，植被恢復(fù)過程中物種多樣性的變化反應(yīng)了植被的恢復(fù)程度[17]。人工恢復(fù)能有效加快植被恢復(fù)進度，人工恢復(fù)對植物群落物種多樣性的影響有不同的報告[9]。本研究表明，白龍江干旱河谷造林恢復(fù)模式物種為19種，自然恢復(fù)模式物種為53種，封育恢復(fù)模式物種為33種，自然恢復(fù)模式物種數(shù)是造林恢復(fù)模式的2.79倍，封育恢復(fù)模式物種數(shù)少于自然恢復(fù)模式。不同恢復(fù)模式物種數(shù)的不同，表明恢復(fù)模式對群落特征產(chǎn)生明顯的影響。

3種植被恢復(fù)模式不僅物種組成不同，結(jié)構(gòu)特征也存在一定的差異，豐富度指數(shù)和多樣性指數(shù)自然恢復(fù)模式最大，優(yōu)勢度指數(shù)造林恢復(fù)模式最大，均勻度指數(shù)封育恢復(fù)模式最大，表明自然恢復(fù)模式對生態(tài)系統(tǒng)可以發(fā)揮較好的作用。荊條和杭子梢的重要值都排在3種恢復(fù)模式前10名，說明這兩種植物對白龍江干旱河谷的生境條件適應(yīng)能力較強，可以作為植被恢復(fù)初期先鋒植物選用。

表3 3種恢復(fù)模式植物群落物種多樣性

不同植被恢復(fù)模式的群落特征的差異，是對植物群落對生態(tài)系統(tǒng)環(huán)境質(zhì)量的一種綜合體現(xiàn)，也是植被類型與恢復(fù)區(qū)域綜合的生境條件及其變化特點相互作用的結(jié)果[17]。在今后研究人工恢復(fù)的群落特征時，不僅要考慮植被恢復(fù)的植物物種選擇類型，還要考慮具體的生境，要進一步了解掌握不同恢復(fù)模式群落結(jié)構(gòu)特征和恢復(fù)效果，還需更深入的研究。

表2 3種植被恢復(fù)模式物種重要值最大的10個種