紫色土人工植被恢復地植物多樣性研究

萬樹明,何飛飛,陳 戀,鄒冬生

(湖南農業大學生物科學技術學院,長沙 410128)

紫色土發育于亞熱帶地區石灰性紫色砂頁巖母質土壤,全剖面呈均一的紫色或紫紅色,層次不明顯。紫色土以四川盆地分布最廣,在南方諸省盆地中零星分布。紫色土土層淺薄,侵蝕和干旱缺水現象時有發生,加之植被覆蓋率低,很容易發生水土流失。湖南省有紫色土131.8萬公頃,占全國的四分之一,其中15.2萬公頃亟待改造。特別是衡邵地區,紫色土蒸發量大,植被稀疏,水土流失嚴重,是湖南省水土流失和季節性干旱同步發生的重災區,也是我國南方極具代表的生態災難區[1]。由于人口密度大,生產活動頻繁,加上盲目開墾、亂伐林木等原因,致使該地區水土流失十分嚴重。

1 研究方法

1.1 研究區自然狀況

本試驗在湖南省衡陽縣呆鷹嶺鎮松林鄉國家重點水土流失治理示范區進行。該地屬中亞熱帶季風性濕潤氣候區,土壤為紫色頁巖發育而成的紫色土,土層厚度 30 cm左右,海拔高度 60～90 m,屬低山丘陵。多年平均降雨量1 247 mm,多年平均溫度為17.9℃,1月平均氣溫 5.2℃,7月平均氣溫 29.3℃,無霜期 299 d[2]。

1.2 試驗設計

本研究是對為 2007年《衡邵干旱走廊重點生態公益林區植被恢復模式的研究》湖南省科技計劃項目所選的 3種恢復模式[3](自然恢復模式、人工恢復地Ⅰ、人工恢復地Ⅱ )進行生物多樣性評價。

采用典型樣地法布置樣方,進行群落多樣性的野外調查。由于試驗地生境惡劣,植物種類相對較少,群落最小取樣面積為:喬木樣地10 m×10 m,設置3個樣方,每個喬木標準樣地內設置 5個 2 m×2 m的灌木樣方和 7個 0.5 m×0.5 m的草本樣方,灌木樣方均勻分布于喬木標準樣地;每個灌木樣方內均勻分布 1個草本樣方。主要調查項目:喬木、灌木和草本的名稱、株數。植物群落多樣性測度的指標:

豐富度 R0= S;Gleason豐富度指數 I= S/lnA;Simpson優勢度指數Shannon-Weiner多樣性指數 H=-Sheldon均勻度指數 E= H/lnS[4]。

2 結果與分析

2.1 不同恢復模式下植物群落物種組成

由于恢復模式的不同,3種類型的植物群落物種組成存在較大差異 (表1～3)。 從表中可以看出,在所調查的3個群落中,共有35個種,分屬35屬及24科。其中人工恢復地Ⅱ植物群落物種數量最多,這與人為引入龍須草使得群落環境有所改善有關。該群落有32種植物,占總調查物種數量的91.4%;與自然恢復地和人工恢復地Ⅰ相比,喬木種類和數量增加明顯;群落中優勢種為龍須草和苦楝。其次為人工恢復地Ⅰ ,有植物18種。自然恢復地植物群落以草本植物為主,少有灌木和喬木,有植物種類 15種。顯然,與自然恢復地相比,人工營建的植物群落植物種類數量已經有明顯的增加,說明人工營建植物群落有較好的恢復效果。

表1 自然恢復模式下植物種類及數量Table1 Plant species and quantity under natural restoration mode

2.2 群落的物種多樣性

2.2.1 豐富度

從整個群落 Gleason豐富度指數來看(表4),人工Ⅱ>人工Ⅰ>自然,方差分析差異顯著(p<0.05),說明人工引入龍須草能夠使群落的豐富度指數有顯著增加。在所調查的 3個植物群落中(表5),喬木層為:人工Ⅱ>人工Ⅰ>自然,方差分析差異達到顯著水平(p<0.05);灌木層差異不顯著;草本層為:人工Ⅱ>人工Ⅰ>自然,差異顯著(p<0.05)。說明人工引入龍須草使得恢復地環境發生變化,群落中物種的數量逐漸增多,其中喬木和草本的種類和數量增加顯著,而灌木則無顯著變化。

2.2.2 優勢度

優勢度是群落水平的綜合數值,是把群落作為一個整體而把各個種的重要性總結為一個合適的度量值,表征群落的組成結構特征[3]。從整個群落來看(表

4),Simpson優勢度指數差異不顯著(p>0.05),這可能是因為隨著演替的進行喬木物種取代草本成為優勢種,群落的優勢度無明顯變化,所以 3個樣地 Simpson優勢度指數差異不顯著。3種恢復模式不同群落的Simpson優勢度分析見表5,喬木層為:人工Ⅱ>人工Ⅰ>自然,方差分析差異達顯著水平(p<0.05),灌木層差異不顯著,草本層為:自然>人工Ⅰ>人工Ⅱ ,方差分析差異顯著(p<0.05)。說明喬木物種在群落中的比重由自然恢復地到人工恢復地逐漸增大,草本物種逐漸降低,灌木物種則無明顯變化。

表2 人工恢復地Ⅰ模式下植物種類及數量Table 2 Plant species and quantity under artificially restoration Ⅰ

表3 人工恢復地Ⅱ模式下植物種類及數量Table 3 Plant species and quantity under artificially restoration Ⅱ

2.2.3 生物多樣性

從整個群落來看(表4),3種恢復模式的 Shannon-Weiner多樣性指數之間的差異不顯著(p>0.05),說明人工恢復地與自然恢復地比較無顯著變化。這可能與本研究中人工恢復地雖然植物的種類和樣方內個體總數都比自然恢復地高,但人工恢復地中每種植物的個體數占總個體數的比例比自然恢復地低,因此表現為人工恢復地的多樣性指數與自然恢復地的差異不顯著。對各恢復模式下 3種群落 Shannon-Weiner多樣性指數進行分析(表5),喬木層為:人工Ⅱ>人工Ⅰ>自然,方差分析差異極顯著(p<0.01),而草本層和灌木層差異不顯著(p>0.05)。說明經人工恢復后喬木物種的種類和數量明顯增加,并且物種的比重也在增加。草本層雖然物種種類和數量都有所增加,但各物種所占的比重減小,而灌木層物種種類和數量都無明顯變化。

表4 不同恢復模式下植物群落多樣性比較Table 4 Comparison on plant communities diversity

表5 不同恢復模式下喬木、灌木、草本植物多樣性比較Table 5 Comparison on arbor,shrub and herbage diversity among different renewed modes

2.2.4 群落均勻度

從 Sheldon均勻度指數來分析(表4),群落的均勻度差異不顯著(p>0.05)。不同恢復模式下3種群落的喬木 Sheldon均勻度指數人工Ⅰ>人工Ⅱ>自然,方差分析差異極顯著(p<0.01),而草本層和灌木層差異不顯著(p>0.05),說明人工恢復地群落仍在演替過程中,群落的均勻度無顯著變化。

3 討論與結論

3.1 3種植被恢復地樣區的植物群落多樣性分析

對 3種植被恢復地樣區的植物群落進行多樣性分析,結果表明 3種恢復模式下的植物群落多樣性僅有Gleason豐富度指數存在差異,其余指數差異不顯著。出現這種結果可能由于紫色土的環境惡劣,僅靠人工引入龍須草對環境的影響不明顯,雖然人工恢復地植物群落的物種種類和個體總數較自然恢復地高,但是每個種在群落中的比重低,而且,人工恢復地群落喬木逐漸取代草本成為優勢種抑制了草本和灌木種類和數量的增加,因此生物多樣性低。另外,由于人工恢復的時間較短,恢復地群落還處在演替的早期,群落的結構不穩定,也會出現生物多樣性降低的情況[6]。因此,對環境條件惡劣的紫色土地區進行植被恢復,靠自然恢復很難取得良好的效果,僅是人工引入龍須草也不能取得立竿見影的效果,人工培育就顯得更加重要,在引進龍須草的同時還要注意引進一些耐旱的鄉土草本植物和灌木,提高物種的多樣性。此外,恢復過程也需要很長的一段時間,才能使紫色土地區惡劣的環境得到改善,形成適合植物的入侵、定居和繁殖的環境,形成穩定的群落,從而使生物多樣性增高,達到植被恢復的目的。

3.2 研究展望

(1)在人工引入龍須草的同時引進一些耐旱的鄉土草本植物和灌木,能夠更好的提高植被恢復的效果。

(2)在對植被恢復效果進行研究的同時,除了研究植物群落的生物多樣性外,還要對生物量進行研究,這樣能夠更好的反映恢復的效果。

[1]黃 宇,鄒冬生,王 華.龍須草水土保持效益研究 [J].中國生態農業學報,2004,12(2):153-154.

[2]段文軍,鄒冬生.龍須草對我國南方紫色土小生境的改良作用研究 [J].生態環境,2006,15(1):124-128.

[3]胡 可,鄒冬生,吳愛平,等.不同植被恢復模式對紫色土植被多樣性及微生物區系的影響 [J].廣西農業科學,2009,40(12):1570-1575.

[4]萬本太,徐海根,丁 暉,等.生物多樣性綜合評價方法研究 [J].生物多樣性,2007,15(1):97-106.

[5]蘭立達,李德文,胡開波.四川洪雅闊葉林區不同植被恢復模式物種多樣性比較 [J].四川林業科技,2007,28(5):45-49.

[6]林金成,強 勝.空心蓮子草對南京春季雜草群落組成和物種多樣性的影響 [J].植物生態學報,2006,30(4):585-92.

[7]沈景林,譚 剛,喬海龍.草地改良對高寒退化草地植被影響的研究 [J].中國草地,2000,(5):49-54.

[8]劉慎諤.動態地植物學 [M].北京:科學出版社,1986.179-228.

[9]張本強,張鐵英.禁牧種草實現生態保護與農民增收雙贏[J].水土保持應用技術,2007,(2):18-20.

[10]彭少麟.恢復生態學研究進展及在中國熱帶亞熱帶的實踐[J].四川師范學院學報,2000,21(3):221-227.

[11]湯孟平,周國模,施擁軍,等.天目山常綠闊葉林群落最小取樣面積與物種多樣性 [J].浙江林學院學報,2006,23(4):357-361.

[12]朱圣潮 ,王昌騰,徐燕云.浙江麗水太山山地常綠闊葉林的群落特征 [J].山地學報,2006,24(2):209-214.