華錦欣 王克勤 張香群 朱曉婷 翟子寧（西南林業(yè)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，云南昆明650224）

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等高反坡階對(duì)松華壩水源區(qū)棄荒坡地植被恢復(fù)的初期影響

華錦欣 王克勤 張香群 朱曉婷 翟子寧
（西南林業(yè)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，云南昆明650224）

摘要：等高反坡階是一項(xiàng)能對(duì)坡面徑流和泥沙產(chǎn)量起到調(diào)控作用的水保措施，為了解昆明松華壩水源區(qū)棄荒坡地次生林在等高反坡階作用下，植被恢復(fù)的動(dòng)態(tài)與植物物種的多樣性，在試驗(yàn)林地進(jìn)行等高反坡階對(duì)植被恢復(fù)的影響研究。結(jié)果表明：坡地棄荒地次生林地植物共有31種，分屬15科22屬，其中灌木層植物7科9屬10種，草本層植物10科18屬21種；反坡階處理樣地觀測(cè)到32種植物，分屬15科22屬，其中禾本科、菊科和茜草科植物達(dá)14種，占植物種總數(shù)量的43.8%；草本層在等高反坡階的影響下，一定程度上增加了草本種的數(shù)量，Simpson指數(shù)、Shannon-Wiener多樣性指數(shù)以及Pielou均勻度指數(shù)和Simpson指數(shù)均大于對(duì)照樣地；在等高反坡階的影響下，土壤水分和養(yǎng)分的分布不均勻性趨勢(shì)增大，植物在趨利應(yīng)激性的作用下，從分布較為均勻的狀態(tài)逐漸形成鑲嵌型空間格局。

關(guān)鍵詞：等高反坡階；群落；植被恢復(fù)；紅壤；水源區(qū)；松華壩

退耕還林是我國(guó)當(dāng)前宏大的生態(tài)修復(fù)和重建工程之一，但由于農(nóng)牧民的生產(chǎn)活動(dòng)，退耕棄荒地的利用方式和管理方式多樣化，導(dǎo)致植被恢復(fù)效果各異［1-6］。植被的恢復(fù)與重建，不僅能構(gòu)建被破壞的生態(tài)系統(tǒng)初始植物群落，還能促進(jìn)土壤結(jié)構(gòu)與肥力以及土壤生物的恢復(fù)［7-8］，王建文等［9］的研究表明，恢復(fù)植被能大量減少坡面徑流和泥沙的產(chǎn)生量，進(jìn)而大幅度減少面源污染物的輸出。云南地區(qū)的農(nóng)業(yè)耕地有65%以上是坡耕地，尤其是新墾殖的耕地都屬于陡坡開荒［10-11］，坡地長(zhǎng)時(shí)間的不合理利用，導(dǎo)致水土流失嚴(yán)重，引起坡地土壤養(yǎng)分流失和結(jié)構(gòu)破壞，進(jìn)而影響棄荒坡地植被的恢復(fù)過程與效果。

迤者小流域位于昆明松華壩水源區(qū)內(nèi)，水源區(qū)內(nèi)山區(qū)半山區(qū)面積占總面積的95%以上［12］，是典型的紅壤坡地侵蝕區(qū)，植被恢復(fù)是治理和減緩水源區(qū)內(nèi)水土流失、提高土壤養(yǎng)分的重要措施之一［13］。等高反坡階是調(diào)節(jié)坡面徑流的重要舉措之一，在李秋芳等［14］、王萍等［15］對(duì)等高反坡階的水土保持效益研究中發(fā)現(xiàn)，等高反坡階具有較好的保土保肥作用。本文主要研究在等高反坡階對(duì)棄荒坡地的調(diào)控作用下，此措施對(duì)坡地次生林植被恢復(fù)的影響，期望為同類退耕棄荒坡地植被恢復(fù)與重建以及生態(tài)保護(hù)提供參考。

1　研究區(qū)概況

迤者小流域?qū)俚岢亓饔虮P龍江源頭支流流域，地處北緯24°14′43″～25°12′48″，東經(jīng)102°44′51″～102°48′37″，地形以高原低山為主，小流域受牧羊河、小牧羊河及其支流迂回切割，水土流失嚴(yán)重，形成高原低山丘陵剝蝕地貌及土壤中輕度流失區(qū)。地勢(shì)總體西北高東南低，最高海拔2 445.2 m，位于流域西部土灰塘包，最低海拔2 003.8 m，位于流域河流出口處，相對(duì)高差441.4 m，平均海拔2 200.0 m。屬北亞熱帶和暖溫帶混合型氣候，多年平均氣溫13.8℃，多年平均降雨量785.1 mm，年內(nèi)降水分布極為不均，5—10月為雨季，降雨量占全年的87.5%，11月至次年4月為旱季，具有夏秋多雨，冬春干旱的特點(diǎn)。

流域內(nèi)原坡地森林植被因過度采薪、放牧等人為因素使其被毀嚴(yán)重，疏幼林面積大，該區(qū)地帶性植被以暖溫性針闊葉林和大量分布的稀樹灌草叢為主。暖溫性針葉林主要有云南松（Pinus yunnanensis）、華山松（Pinus armandi）、滇油杉（Keteleeria evelyniana）等；闊葉林主要有滇青岡（Cyclobalanopsis glaucoides）、滇石礫（Lithocarpus dealbatus）、旱冬瓜（Alnus nepalensis）等；稀樹灌草叢中的主要物種有扭黃茅（Heteropogon contortus）、四脈金茅（Eulalia quadrinervis）、薄雪火絨草（Leontopodium japonicum）等。

2　研究方法

2.1樣地布設(shè)

2010年，在迤者小流域內(nèi)1塊典型棄荒坡地上設(shè)置植被恢復(fù)試驗(yàn)，此處海拔1 790～1 851 m，西北坡向，坡度為20°～25°，在坡地上選取4塊10 m×20 m的標(biāo)準(zhǔn)樣地，其中3塊樣地上布設(shè)等高反坡階，等高反坡階沿等高線自上而下里切外墊，修成一臺(tái)面，臺(tái)面外高內(nèi)低，寬1.5 m，反坡5°，以盡量蓄水，減少流失，每2個(gè)等高反坡階之間距為4 m。另外一塊樣地作對(duì)照。

圖1　等高反坡階示意Fig.1 Sketch map of the reverse-slop level terrace

2.2植被調(diào)查

植被調(diào)查于2015年4—5月進(jìn)行，在4塊次生林樣地進(jìn)行植被調(diào)查與統(tǒng)計(jì)。在每塊等高反坡階之間的坡地上進(jìn)行全木調(diào)查，分別對(duì)喬木、灌木調(diào)查，內(nèi)容包括種類、株數(shù)、高度和蓋度（由于樣地是退耕棄荒的次生林，少量的喬木樹種呈灌木式生長(zhǎng)，所以調(diào)查內(nèi)容以灌木調(diào)查標(biāo)準(zhǔn)為準(zhǔn)）；同時(shí)在每個(gè)樣方內(nèi)設(shè)置2個(gè)1 m×1 m的小樣方進(jìn)行草本調(diào)查，記錄草本種類、株數(shù)、高度和蓋度。另外，對(duì)每個(gè)樣地測(cè)其海拔、經(jīng)緯度、坡向、坡度和坡位。對(duì)照組按對(duì)應(yīng)的位置取樣。

2.3植物群落特征值測(cè)定

1）重要值=（相對(duì)密度+相對(duì)頻度+相對(duì)蓋度）

式中：相對(duì)密度=（某一物種的個(gè)體數(shù)/全部物種的個(gè)體數(shù)）×100%

相對(duì)蓋度=（某一物種的蓋度/群落中所有物種蓋度之和）×100%

相對(duì)頻度=（某一物種出現(xiàn)的樣方數(shù)目/調(diào)查的全部樣方數(shù)）×100%［7］

2）多樣性指數(shù)采用Shannon-Wiener多樣性指數(shù)（H）和Simpson優(yōu)勢(shì)度指數(shù)（D），計(jì)算公式為：

式中：S為樣地內(nèi)物種的數(shù)目；N為觀察到的個(gè)體總數(shù)；Pi=ni/ N，為第i個(gè)物種個(gè)體占群落物種總數(shù)的比率［14-15］。

3　結(jié)果與分析

3.1等高反坡階對(duì)群落物種組成的影響

等高反坡階干預(yù)下的退耕棄荒地群落物種組成，與對(duì)照原狀坡地次生林不同（表1）。反坡階樣地和對(duì)照樣地中均主要以禾本科、菊科和茜草科為主，3科總數(shù)量雖達(dá)不到各自樣地內(nèi)植物總科數(shù)的50%，但3科總株數(shù)均超過各自樣地植物種總株數(shù)的50%。調(diào)查得知，反坡階處理樣地有32種植物，分屬15科22屬，其中禾本科、菊科和茜草科植物達(dá)14種，占植物種總數(shù)量的43.8%；對(duì)照樣地有28種植物，分屬14科17屬，其中禾本科、菊科和茜草科植物10種，占植物種總數(shù)量的35.7%。

表1　不同樣地植被群落科、屬、種組成Table 1 The family，genera and species of vegetation communities in different sampling plots

等高反坡階樣地和對(duì)照樣地中，有喬木樹種，但未形成喬木層，喬、灌木樹種均呈灌木狀生長(zhǎng)（其中2塊樣地均有當(dāng)?shù)剞r(nóng)民栽種的核桃幼樹，每塊樣地均只有1～2株，在分析過程中暫不列入）。對(duì)照樣地喬木樹種以云南松為主，伴有少量華山松、滇青岡；灌木樹種以云南楊梅（Myrica nana）、鐵仔為主，伴生有匍匐栒子（Cotoneaster adpressus）、火棘（Pyracantha fortuneana）等；草本層以扭黃茅、旱茅（Eremopogon delavayi）、野草莓為主，伴生有云南兔兒風(fēng)（Ainsliaea yunnanensis）、火絨草、粗毛耳草（Hedyotis mellii）等。等高反坡階樣地喬木樹種以云南松為主，伴生有少量山麻黃（Trema tomentosa）；灌木層以云南楊梅、火棘、鐵仔為主，伴生有爬山虎（Parthenocissus tricuspidata）、杜鵑（Rhododendron simsii）等；草本層以金絲草（Pogonatherum crinitum）、火絨草、扭黃茅為主，伴生有蒼耳草（Xanthium sibiricum）、細(xì)柄草（Capillipedium parviflorum）等。

3.2等高反坡階對(duì)群落多樣性特征的影響

生物多樣性的保護(hù)和持續(xù)利用研究是近10幾年來倍受關(guān)注的生態(tài)學(xué)問題之一［16-17］，森林作為陸地生態(tài)系統(tǒng)中最重要的類型，其生物多樣性一直是生態(tài)學(xué)研究的熱點(diǎn)［18］。物種多樣性能表征生物群落的結(jié)構(gòu)復(fù)雜性，體現(xiàn)群落的結(jié)構(gòu)類型、發(fā)展階段、穩(wěn)定程度和生境差異［5］，是一項(xiàng)能全面反映多樣性的指標(biāo)，能定量反映林分中物種的豐富度、變化程度及均勻性［19-20］。從表2可以看出，在等高反坡階措施下，不同坡位，其植物群落的組成有較明顯的差異，下坡具有最豐富的植物科、屬、種組成；中坡與下坡差異較小；上坡相對(duì)于下坡，其科、屬、種組成較少。

表2　不同坡位植被群落組成Table 2 The vegetation community composition of different slope position

表3數(shù)據(jù)顯示，在灌木層，對(duì)照樣地植物Margalef豐富度指數(shù)＜反坡階樣地，沒有顯著差異；在物種多樣性上，反坡階樣地群落的Shannon-Wiener多樣性指數(shù)和Pielou均勻度指數(shù)相對(duì)于對(duì)照樣地各有大小，但差異不顯著。在草本層，反坡階樣地的Margalef豐富度指數(shù)明顯大于對(duì)照樣地，反坡階樣地的Shannon-Wiener多樣性指數(shù)和Pielou均勻度指數(shù)，以及Simpson指數(shù)也大于對(duì)照樣地，說明營(yíng)造等高反坡階一定程度上增加了草本植物的數(shù)量，Simpson指數(shù)較大，說明在等高反坡階的干擾下草本層形成多優(yōu)群落；而在灌木層中，對(duì)照組的Simpson優(yōu)勢(shì)度指數(shù)>反坡階樣地，這是因?yàn)榇紊秩郝湓诘雀叻雌码A的作用下，呈現(xiàn)斑塊片段化，使灌木層相對(duì)穩(wěn)定，形成相對(duì)單一的優(yōu)勢(shì)群落。目前，迤者小流域的棄荒坡地上，所形成的群落類型為當(dāng)?shù)爻Ｒ姽嗖輩?，沒有喬木層的形成，屬于植被恢復(fù)的初級(jí)階段，多樣性指數(shù)也比較低。

表3　不同樣地灌木層和草本層植物多樣性分析Table 3 Analysis on the species diversity of Shrub layer and herb layer in different sampling plots

3.3等高反坡階對(duì)植物群落結(jié)構(gòu)特征的影響

隨著植物群落物種數(shù)量的增加，草本層也出現(xiàn)了較明顯的垂直分層結(jié)構(gòu)，粗毛耳草和蘆葦在本層中占據(jù)了絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，其中蘆葦最高可達(dá)2.7 m，粗毛耳草最高可達(dá)0.9 m；扭黃茅等平均高度均超過了0.4 m，占據(jù)了草本層的第2層；其他如云南苔草、蛇莓等平均高度在0.2 m左右，為草本層的最下層。次生林植被恢復(fù)初期，植被群落中草本層、灌木層的種群個(gè)體水平分布比較均勻。隨著植被恢復(fù)的時(shí)間增加群落空間異質(zhì)性相對(duì)增強(qiáng)，草本層和灌木層從分布較為均勻的狀態(tài)逐漸形成鑲嵌型空間格局，植物群落中各個(gè)種群的水平分布常表現(xiàn)為集群分布。作為影響植被群落結(jié)構(gòu)的重要因素之一的水分分布，在水土流失較為嚴(yán)重的迤者小流域內(nèi)人為干擾頻繁的坡地次生林中，表現(xiàn)的更為明顯。從等高反坡階平臺(tái)附近的植被分布較多可以證明，這與李杰華［21］的研究結(jié)果相似，水分充沛的坡下、坡中的植被恢復(fù)效果優(yōu)于坡上，姜文達(dá)等［3］對(duì)金安橋水電站棄渣場(chǎng)植被恢復(fù)的研究中，也證明了植物群落多聚集在水分條件較好的部位。

4　結(jié)論與討論

植被恢復(fù)重建促進(jìn)了植被的正向演替［22］，對(duì)植物生態(tài)位變化有一定的影響，也會(huì)影響植被多樣性。本研究表明，從物種組成和群落特征來看，樣地以草本植物居多，多樣性指數(shù)喬木和灌木均低于草本，該層植物種類主要為禾本科、菊科、茜草科，其他科植物種相對(duì)少且分散，這3科的植物適應(yīng)范圍較廣，能適應(yīng)水源區(qū)干濕分明，水土流失嚴(yán)重的紅壤生態(tài)環(huán)境。這與前人［7，13，21］的研究結(jié)果有一定的相似性，但也有一定的差異，前人的研究中草本層以禾本科、菊科和豆科為主，與本研究中以禾本科、菊科和茜草科為主的結(jié)果稍有不同，這是因?yàn)樵囼?yàn)地環(huán)境的差異，造成地理環(huán)境和水熱條件的差異化，從而導(dǎo)致與前人存在不同的研究結(jié)果。

植物種群分布格局的形成受物種的生物學(xué)特性和群落環(huán)境密度兩方面的影響［23］。環(huán)境對(duì)植物群落的組成、結(jié)構(gòu)、功能及動(dòng)態(tài)分布等都有影響［24］，由于長(zhǎng)期的自然選擇，不同生境植被群落對(duì)各自生態(tài)位均具有適應(yīng)性［25］；生境中資源分布的不均性，在趨利性作用下，植物會(huì)逐漸向更有利于生長(zhǎng)的區(qū)域拓展生態(tài)位，從而導(dǎo)致植物種群的斑塊化分布。另外，由于試驗(yàn)地屬創(chuàng)設(shè)早期，植物群落處于演替初期，人為干擾和土木建設(shè)對(duì)植被群落演替發(fā)展存在一定程度的影響。

生態(tài)系統(tǒng)的自然恢復(fù)能力存在著地域差異，在寒冷和干燥的氣候條件下，植被自然恢復(fù)速度比較慢；而在溫暖潮濕的氣候條件下，植被自然恢復(fù)速度比較快［26］。松華壩迤者小流域地處亞熱帶和暖溫帶混合型氣候區(qū)，其植被的恢復(fù)過程相對(duì)較快，在較短的時(shí)期內(nèi)便自然形成了具有喬木樹種和灌木植物的次生林，表明該地區(qū)的廢棄地具備較強(qiáng)的植被恢復(fù)能力。前人研究表明［17，27-28］，隨著林分密度的增加，不同密度林下草本植物的多樣性指數(shù)（Simpson多樣性指數(shù)和Shannon-Wiener指數(shù)）逐漸減小，這與本研究結(jié)果有一定的相似性。但有研究發(fā)現(xiàn)［29］，草本植物多樣性指數(shù)會(huì)隨著林分密度的增加表現(xiàn)出先增大后減小的趨勢(shì)，這可能是光照、溫度、水分等林下環(huán)境受到林分密度的增加的影響，從而引起草本植物多樣性指數(shù)出現(xiàn)上述變化。

在等高反坡階的影響下，土壤水分和養(yǎng)分的分布不均性得以增大，植物在趨利應(yīng)激性的作用下，會(huì)逐漸向更有利于其生長(zhǎng)的區(qū)域拓展生態(tài)位，得到更多的資源和發(fā)展空間。在本研究中，等高反坡階樣地的植物種數(shù)相較于對(duì)照樣地要多、種屬更多元。

植物群落演替早期，等高反坡階對(duì)草本植物的影響更為明顯。因?yàn)榇穗A段草本植物是主要的優(yōu)勢(shì)種，水熱養(yǎng)分等因素的不均勻性在等高反坡階作用下增大，草本植物的多樣性容易發(fā)生較大的波動(dòng)。在本研究中，等高反坡階樣地草本植物的Margalef豐富度指數(shù)、Shannon-Wiener多樣性指數(shù)和Pielou均勻度指數(shù)以及Simpson指數(shù)均大于對(duì)照樣地。

土壤水分、養(yǎng)分的分布不均勻性在等高反坡階的作用下增大，草本層和灌木層從分布較為均勻的狀態(tài)逐漸形成鑲嵌型空間格局，種群間集群分布。從本研究數(shù)據(jù)證實(shí)，等高反坡階平臺(tái)附近的植被分布較多，這是因?yàn)樵诘雀叻雌码A的作用下，坡地土壤水分被截留匯聚在反坡階平臺(tái)附近。

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（責(zé)任編輯趙粉俠）

第1作者：華錦欣（1991—），男，碩士生。研究方向：環(huán)境生態(tài)。Email：huajinxin0224＠163.com。

Initial Influence on Vegetation Restoration of Sloping Wasteland under the Reverse-Slope Level Terrace in the Water Resource Area of Songhua Dam

Hua Jinxin，Wang Keqin，Zhang Xiangqun，Zhu Xiaoting，Zhai Zining
（College of Environmental Science and Engineering，Southwest Forestry University，Kunming Yunnan 650224，China）

Abstract：Reverse-slope level terrace plays a role in regulating slope flow and sediment yield.To understand the dynamic condition of vegetation recovery and vegetation diversity in secondary forest of sloping wasteland under the effect of reverse-slope level terrace in Kunming Songhua Dam Reservoir，the influence of reverse-slope level terrace on vegetation restoration was studied in the experiment forest land.The result showed that there were 31 kinds of plants in the secondary forest of sloping wasteland，which can be divided into 15 families and 22 genera.More specifically，there are 7 families，9 genera and 10 species of plants in shrub layer；and 10 families，18 genera and 21 species of plants in herb layer.32 kinds of plants were observed in the sampling plot of reverse-slope level terrace，which can be divided into 15 families and 22 genera.More specifically，the number of grass family，composite family and madder family reached 14 species，accounting for 43.8%of the species amount.To some extent，herb layer has increased the amount of species under the influence of reverse-slope level terrace，Simpson index，Shannon-Wiener diversity index，Pielou evenness index，and Simpson index were all higher than the sample index.Affected by the reverse-slope level terrace，the trend of uneven distribution of soil moisture and nutrient increased，plants under the tendency of practice to benefit，transformed gradually from even distribution to mosaic spatial pattern.

Key words：reverse-slope level terrace，community，vegetation restoration，red soil，water source area，Songhua Dam

通信作者：王克勤（1964—），男，博士，教授，博士生導(dǎo)師。研究方向：山區(qū)小流域環(huán)境綜合治理。Email：wangkeqin7389＠sina.com。

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金（30660037）項(xiàng)目資助；云南省高校優(yōu)勢(shì)特色重點(diǎn)學(xué)科（生態(tài)學(xué)）建設(shè)項(xiàng)目資助。

收稿日期：2015-10-12

doi：10.11929/ j.issn.2095-1914.2016.03.020

中圖分類號(hào)：S731.6

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：2095-1914（2016）03-0116-05