不同土地利用方式對(duì)三峽庫(kù)區(qū)消落帶植被組成和多樣性的影響

通訊作者：張晟(1971—)，男，重慶人，研究員，博士，主要從事生態(tài)與環(huán)境研究，E-mail：shengzsts@126.com

不同土地利用方式對(duì)三峽庫(kù)區(qū)消落帶植被組成和多樣性的影響

王業(yè)春，黃健盛，劉玠，由永飛，劉建輝，雷波, 張晟

(重慶市環(huán)境科學(xué)研究院， 重慶401147)

摘要：選擇農(nóng)業(yè)種植(玉米)和造林(竹柳)兩種不同土地利用方式，探討其對(duì)三峽庫(kù)區(qū)消落帶植被組成和多樣性的影響。結(jié)果表明：(1)造林地消落帶植被的物種數(shù)量、平均高度和生物量顯著高于農(nóng)業(yè)種植；(2)造林地消落帶優(yōu)勢(shì)種依次為狼杷草、空心蓮子草和蒼耳，而農(nóng)業(yè)種植優(yōu)勢(shì)種依次為馬唐、霧水葛和葉下珠；(3)Simpson指數(shù)、Shannon-Wiener指數(shù)和Pielou指數(shù)在造林地和農(nóng)業(yè)種植之間并沒(méi)有顯著差異，但造林地Patrick指數(shù)明顯高于農(nóng)業(yè)種植。不同土地利用方式顯著地影響著消落帶植被群落基本特征及多樣性，差異主要與農(nóng)業(yè)種植的人工干擾(除草)和造林對(duì)消落帶微生境(光照、溫濕度等)改變有關(guān)。相對(duì)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)種植，人工造林地消落帶有著較高的物種數(shù)量和生物多樣性。

關(guān)鍵詞：土地利用；消落帶；植被群落；多樣性；三峽庫(kù)區(qū)

作者簡(jiǎn)介：王業(yè)春(1980—)，男，湖北人，高級(jí)工程師，博士，主要從事生態(tài)與環(huán)境研究，E-mail：wangyechun@yahoo.com

中圖分類(lèi)號(hào)：X171.4

收稿日期：2015-03-01

DOI: 10.14068/j.ceia.2015.04.018

三峽大壩2009年全面建成并投入運(yùn)行，并于2012年10月成功實(shí)現(xiàn)了175 m最高目標(biāo)水位。因防洪、航運(yùn)和發(fā)電等需求，三峽水庫(kù)實(shí)行“蓄清排濁”的調(diào)度模式，即夏季低水位(145 m)和冬季高水位(175 m)運(yùn)行，在庫(kù)區(qū)兩岸形成了與天然河流漲落季節(jié)相反、漲落幅度達(dá)30 m，面積約 344 km2的消落帶[1]。消落帶是受水陸交替控制或影響的過(guò)渡地帶，是一種特殊的濕地生態(tài)系統(tǒng)。鑒于三峽水庫(kù)的戰(zhàn)略地位與作用，庫(kù)區(qū)消落帶的生態(tài)與環(huán)境得到了國(guó)內(nèi)外的廣泛關(guān)注[2-3]。由于消落帶成陸期與庫(kù)區(qū)夏秋季的光、熱、雨資源集中期同步，使得水庫(kù)消落帶的土地資源具有較高的生產(chǎn)潛力和多種利用功能[4]。因此，在實(shí)現(xiàn)消落帶生態(tài)保護(hù)的前提下，如何進(jìn)行土地資源的合理利用已成為當(dāng)前及未來(lái)研究的焦點(diǎn)之一。

目前，對(duì)于三峽庫(kù)區(qū)消落帶土地資源的利用總體上可以歸納為兩種模式：一是以當(dāng)?shù)鼐用駷橹鞯霓r(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式，主要種植當(dāng)季的玉米和水稻；二是以科研為目的的人工濕地及造林試驗(yàn)性保護(hù)利用模式，如基塘工程、滄海桑田工程、造林等[5-6]。本研究選擇了兩種不同的土地利用方式，探討其對(duì)消落帶植被組成、結(jié)構(gòu)和多樣性的影響，以期為三峽庫(kù)區(qū)消落帶的土地資源保護(hù)、利用和管理提供科學(xué)依據(jù)和支持。

1研究方法

1.1　 研究區(qū)概況與不同土地利用方式消落帶的選擇

研究區(qū)位于重慶市涪陵區(qū)南沱鎮(zhèn)，地處長(zhǎng)江上游、重慶市東部及三峽庫(kù)區(qū)腹地。地形受地質(zhì)構(gòu)造影響和長(zhǎng)江、烏江水系的切割，相對(duì)高差大。涪陵區(qū)屬于中亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候，常年平均氣溫18.1℃，年均降水量為1 072 mm，無(wú)霜期317 d，日照1 248 h。

在研究區(qū)域內(nèi)存在兩種不同的消落帶土地利用方式，即農(nóng)業(yè)種植(玉米地)和造林(竹柳林)。考慮地形地貌特征、蓄水前土地利用歷史等相似性，本研究消落帶樣點(diǎn)位于南沱鎮(zhèn)睦和村。不同土地利用方式的消落帶基本特征如表1所示。其中造林地造林樹(shù)種為竹柳，是一種原產(chǎn)于美國(guó)的速生性經(jīng)濟(jì)樹(shù)種。采用基徑為2.5～4.0 cm、高為2.5 m樹(shù)苗，在170～175 m水位高程進(jìn)行栽植，株行距為2.5 m×2.5 m，造林密度約110株/畝。

表1　消落帶的基本情況

1.2　植物群落調(diào)查

植被群落野外調(diào)查于2014年8月進(jìn)行。首先在每個(gè)不同土地利用類(lèi)型消落帶內(nèi)沿河流方向設(shè)置一條160 m的樣線(xiàn)，然后等距離布置16個(gè)1m×1 m草本樣方，用于群落調(diào)查。由于蓄水前人為清庫(kù)，消落帶175 m以下喬木和灌木已被清除，目前消落帶(或竹柳林下)內(nèi)基本為草本植物，所以野外植被調(diào)查只涉及草本。調(diào)查樣方內(nèi)植物總蓋度、植物物種名、密度、物種蓋度、高度等，隨后對(duì)樣方內(nèi)所有植株地上部分進(jìn)行刈割，稱(chēng)量其鮮重，取全部或部分鮮樣帶回實(shí)驗(yàn)室。

1.3　多樣性指數(shù)計(jì)算 [7]

(3)Pielou均勻度指數(shù)：E=H/ln(S)

(4)Patrick豐富度指數(shù)：R=S

式中，Pi為物種i的重要值；S為物種數(shù)目；i=(相對(duì)蓋度+相對(duì)密度+相對(duì)頻度)×100/3。

1.4　樣品處理

將帶回的植物樣品采用烘干法(75℃，48 h)，測(cè)定其干重后推算樣方草本地上生物量干重。

1.5　數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)與分析

不同土地利用方式消落帶植被群落基本特征(物種數(shù)、蓋度、高度、生物量、物種重要值)和多樣性指數(shù)的差異分析采用非參數(shù)的兩兩比較，所有統(tǒng)計(jì)分析均在SPSS 17.0進(jìn)行處理。

2結(jié)果與分析

2.1　 群落基本特征

從圖1可以看出，除了植被蓋度外，其他參數(shù)在不同土地利用方式中存在著明顯差異。其中，造林消落帶植被的物種數(shù)量、高度和生物量分別為30±3.1個(gè)、0.74±0.08 m和2.1±0.2 kg/m2，顯著高于農(nóng)業(yè)種植17±4.5個(gè)、0.49±0.02 m和1.0±0.05 kg/ m2(P<0.05)。

研究結(jié)果表明造林地消落帶植被物種數(shù)量、高度和生物量明顯高于傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)種植。這與其他造林和農(nóng)業(yè)利用對(duì)植被群落基本特征影響的研究結(jié)果相似[8-9]。造成這種差異的原因可能主要來(lái)自?xún)蓚€(gè)方面：一是造林后，土地利用方式發(fā)生根本性的改變，其中人工除草(包括除草劑和人工剔除)干擾活動(dòng)停止，這有利于土壤種子庫(kù)植物的萌發(fā)、生長(zhǎng)和繁殖，導(dǎo)致更多物種存在；二是造林消落帶生態(tài)系統(tǒng)的微環(huán)境(光照、溫濕度和土壤濕度)改變明顯，有利于更多的物種共同存在，其中光照強(qiáng)度在一定程度上的減弱，使得植株的平均高度明顯增加，這也能部分解釋造林地植被的高生物量。

2.2　物種重要值

表2為重要值在前十的物種名錄及重要值，可以看出不同土地利用類(lèi)型的優(yōu)勢(shì)物種明顯不同。農(nóng)業(yè)種植消落帶優(yōu)勢(shì)種依次為馬唐(22.1)、霧水葛(19.8)和葉下珠(10.3)，而造林地消落帶優(yōu)勢(shì)種依次為狼杷草(23.4)、空心蓮子草(15.8)和蒼耳(11.3)。兩種土地利用類(lèi)型植被優(yōu)勢(shì)物種(前十)相似度僅為30%(表2)。從表2可以看出，農(nóng)業(yè)種植和造林對(duì)消落帶優(yōu)勢(shì)物種的重要值有著明顯影響。禾本科植物馬唐為農(nóng)業(yè)種植中的第一優(yōu)勢(shì)物種，顯然與其快速生長(zhǎng)及抗干擾特征有關(guān)，而造林中優(yōu)勢(shì)物種為狼杷草、空心蓮子草和蒼耳，這與其他區(qū)域(自然恢復(fù))研究結(jié)果相近[10]，這意味著造林的優(yōu)勢(shì)物種組成和自然恢復(fù)的相似。

表2　不同土地利用消落帶植物群落優(yōu)勢(shì)物種重要值

2.3　群落多樣性

圖2為不同土地利用類(lèi)型植被群落多樣性指數(shù)，可以看出Simpson指數(shù)、Shannon-Wiener指數(shù)和Pielou指數(shù)在農(nóng)業(yè)種植和造林地之間并沒(méi)有顯著差異(P>0.05)，但造林地Patrick指數(shù)明顯高于農(nóng)業(yè)種植(P<0.05)。其原因同樣與農(nóng)業(yè)種植的人工干擾和造林對(duì)消落帶微生境的改變有關(guān)。同時(shí)，群落多樣性增加有利于增強(qiáng)其穩(wěn)定性，也有助于發(fā)揮其生態(tài)功能，這對(duì)于三峽庫(kù)區(qū)消落帶這一敏感區(qū)來(lái)說(shuō)至關(guān)重要。

圖1　不同土地利用消落帶植物群落基本特征 Fig.1　Basic characteristics of plant community in riparian zone with different ways of land use

圖2　不同土地利用消落帶植物群落生物多樣性指數(shù) Fig.2　Diversity indices of plant community in riparian zone with different ways of land use

3結(jié)論與建議

(1)在本研究區(qū)域，三峽庫(kù)區(qū)不同土地利用方式消落帶生態(tài)系統(tǒng)植被群落組成和多樣性存在明顯差異。造林地消落帶物種數(shù)量、平均高度、生物量和Patrick多樣性指數(shù)明顯高于傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)種植的玉米地消落帶；同時(shí)優(yōu)勢(shì)物種也存在明顯不同，其中農(nóng)業(yè)種植消落帶優(yōu)勢(shì)種主要為馬唐、霧水葛和葉下珠，而造林地消落帶為狼杷草、空心蓮子草和蒼耳。群落基本特征、重要值及多樣性的差異主要與農(nóng)業(yè)種植的人工干擾(除草)和造林對(duì)消落帶微生境(光照、溫濕度等)的改變有關(guān)。

(2)相對(duì)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)種植，造林有助于恢復(fù)消落帶的生物多樣性，有利于恢復(fù)消落帶生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，從而間接提高消落帶生態(tài)功能(如水土保持、減污去污等)，這對(duì)于三峽庫(kù)區(qū)生態(tài)環(huán)境保護(hù)至關(guān)重要。因此，在一定程度上，可以考慮將竹柳人工造林作為保護(hù)和利用消落帶土地資源的一種有效方式進(jìn)一步運(yùn)用到三峽庫(kù)區(qū)消落帶。

(3)消落帶植被群落組成和多樣性是一個(gè)動(dòng)態(tài)的過(guò)程，且會(huì)隨著土地利用方式的改變而變化。因此，需要進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)不同土地利用方式消落帶植被群落特征的動(dòng)態(tài)跟蹤研究，以期得出更為科學(xué)和可靠的結(jié)果從而為消落帶的土地資源保護(hù)、利用和管理提供科學(xué)依據(jù)和支持。

參考文獻(xiàn)(References)：

[1]雷波, 楊春華, 楊三明, 等. 基于GIS的長(zhǎng)江三峽水庫(kù)消落帶生態(tài)類(lèi)型劃分及其特征[J]. 生態(tài)學(xué)雜志，2012, 31(8): 2 082-2 090.

[2]Zhang Q F, Lou Z P. The environmental changes and mitigation actions in the Three Gorges Reservoir region, China [J]. Environmental Science and Policy, 2011, 14(8): 1 132-1 138.

[3]Wu J G, Huang Han J H, Gao X M,etal. The Three Gorges Dam: an ecological perspective [J]. Frontiers in Ecology and the Environment, 2005, 2(5): 241-248.

[4]蘇維詞, 楊華, 趙純勇, 等. 三峽庫(kù)區(qū)(重慶段)漲落帶土地資源的開(kāi)發(fā)利用模式初探[J]. 自然資源學(xué)報(bào), 2005, 20(3): 326-333.

[5]袁興中, 熊森, 李波, 等. 三峽水庫(kù)消落帶濕地生態(tài)友好型利用探討[J]. 重慶師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2011, 28(4): 23-24.

[6]張艷婷, 張建軍, 吳曉洪, 等. 長(zhǎng)江三峽庫(kù)區(qū)消落帶中山杉耐淹試驗(yàn)[J]. 中國(guó)水土保持科學(xué), 2015, 13(2): 56-57.

[7]方精云, 沈澤昊, 唐志堯, 等. 中國(guó)山地植物物種多樣性調(diào)查計(jì)劃及若干技術(shù)規(guī)范[J]. 生物多樣性, 2004, 12(1): 5-9.

[8]王世昌, 盧愛(ài)英, 王世俗. 山西省偏關(guān)縣退耕還林地物種多樣性及保護(hù)[J]. 山西林業(yè)科技, 2006, 35(4): 33-35..

[9]王珠娜. 三峽庫(kù)區(qū)秭歸縣退耕還林工程生態(tài)效益計(jì)量評(píng)價(jià)研究[D]. ?？? 華南熱帶農(nóng)業(yè)大學(xué), 2007.

[10]王強(qiáng), 袁興中, 劉紅, 等. 三峽水庫(kù)初期蓄水對(duì)消落帶植被及物種多樣性的影響[J]. 自然資源學(xué)報(bào), 2011, 26(10): 1 680-1 693.

Effects of Different Types of Land Use on Vegetation Composition and

Diversity of Riparian Zone in the Three Gorges Reservoir Area

WANG Ye-chun, HUANG Jian-sheng, LIU Jie, YOU Yong-fei, LIU Jian-hui, LEI Bo, ZHANG Sheng

(Chongqing Academy of Environmental Science, Chongqing 401147, China)

Abstract:Agriculture (Corn) and afforestation (Willow bamboo) were selected to explore effects of different types of land use on vegetation composition and diversity of riparian zone in the Three Gorges Reservoir area. Results show that: first, the number of species, mean height and biomass of vegetation in afforestation sites were significantly higher than those of Agriculture sites; second, plant community was dominated by Bidens tripartite, Alternanthera philoxeroides and Xanthium sibircum in afforestation sites，while Digitaria sanguinalis, Pouzolzia zeylanica and Phyllanthus urinaria were dominant species in agriculture sites; third, no significant differences in Simpson index, Shannon-Wiener index and Pielou index were found between the two types of land use, but Patrick index in afforestation sites was obviously higher than that in agriculture sites. Different ways of land use significantly affect the basic characteristics of the vegetation community and diversity, which was attributed to artificial interference (weed control) in agricultural activities and the change of micro habitat (light, temperature and humidity, etc.) by afforestation. Compared with agriculture, artificial afforestation was a good way to improve the plant diversity of riparian zone.

Key words: land use; riparian zone; plant vegetation; diversity; Three Gorges Reservoir Area