2009-2018年謝家店震后滑坡體植被恢復(fù)研究

吳世祥, 何 聰, 楊 丹,2, 王 晨, 劉守江,2

(1.西華師范大學(xué) 國(guó)土資源學(xué)院, 四川 南充 637000; 2.西華師范大學(xué) 嘉陵江流域研究所, 四川 南充 637009)

災(zāi)后植被恢復(fù)對(duì)于災(zāi)區(qū)生態(tài)恢復(fù)具有重要重用，尤其是“5·12”特大地震對(duì)重災(zāi)區(qū)生態(tài)帶來(lái)了巨大破壞[1]，并由此引發(fā)了多種地質(zhì)災(zāi)害[2-3]，威脅當(dāng)?shù)鼐用竦纳?cái)產(chǎn)安全，且銀廠溝為國(guó)家級(jí)風(fēng)景旅游區(qū)，對(duì)景區(qū)的生態(tài)恢復(fù)更加迫切。國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)震后植物群落結(jié)構(gòu)[4-7]、植被演替[8-10]、植物多樣性[11-12]以及植被恢復(fù)[13-18]等方面的研究也尤為重視，而銀廠溝謝家店滑坡體是地震形成的典型大滑坡體，10年來(lái)經(jīng)歷了從震后地表基本無(wú)植被覆蓋，恢復(fù)發(fā)展到如今的植物物種豐富、喬灌草群落結(jié)構(gòu)完善，是震后植被恢復(fù)較好的地區(qū)，極具研究?jī)r(jià)值。本文在借鑒前人工作的基礎(chǔ)上，繼續(xù)開(kāi)展實(shí)地工作調(diào)查并進(jìn)行總體整理與分析，對(duì)滑坡體植被恢復(fù)10年來(lái)的植物群落、植物優(yōu)勢(shì)種、多樣性以及相似性進(jìn)行研究與分析，揭示滑坡體10年來(lái)植被的恢復(fù)過(guò)程以及變化規(guī)律，為震后植被恢復(fù)的相關(guān)研究提供參考，推動(dòng)災(zāi)后生態(tài)恢復(fù)與水土保持研究。

1 研究區(qū)與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

銀廠溝謝家店位于四川省成都市彭州市(30°54′—31°26′N(xiāo)，103°10′—103°40′E)，為亞熱帶濕潤(rùn)氣候區(qū)，氣候溫和，四季分明，雨熱同期。最高月均氣溫在25.1℃左右，最低月均氣溫在5.3℃左右，年平均氣溫在15.9℃左右。海拔在1 200 m以上，年平均降水量在867 mm左右，土壤以山地灰棕壤為主，地質(zhì)疏松。2008年“5·12”地震為當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)帶來(lái)了巨大破壞，形成的滑坡體掩埋和摧毀了原有的森林植被，是災(zāi)后滑坡體的典型代表，震后又受到泥石流、崩塌等次生災(zāi)害的影響，基本無(wú)植被覆蓋，到2018年經(jīng)過(guò)10年的恢復(fù)，植被已恢復(fù)形成結(jié)構(gòu)相對(duì)完整的植物群落，植被恢復(fù)效果顯著。

1.2 樣地設(shè)置與植物調(diào)查

自2008年地震后研究小組在2009年、2012年、2014年、2015年、2017年和2018年對(duì)銀廠溝謝家店震后形成的滑坡體進(jìn)行了一系列野外綜合調(diào)查。本研究采用樣方法對(duì)滑坡體植被恢復(fù)情況進(jìn)行調(diào)查，基于滑坡體規(guī)模與海拔梯度，以海拔每上升20 m設(shè)立一個(gè)樣地，自下而上在滑坡體上共設(shè)立9個(gè)樣地。樣地規(guī)格參照時(shí)連俊等[7,12]、鄭鴻鍇[11]的樣地布設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，在每個(gè)樣地內(nèi)設(shè)置1個(gè)10 m×10 m的喬木樣方；在每個(gè)喬木樣方內(nèi)設(shè)置2個(gè)5 m×5 m灌木樣方；在每個(gè)灌木樣方內(nèi)設(shè)置4個(gè)1 m×1 m的草本樣方，共計(jì)9個(gè)喬木樣方，18個(gè)灌木樣方，36個(gè)草本樣方。對(duì)每個(gè)樣方內(nèi)的植物名稱(chēng)、植物物種數(shù)、株數(shù)、蓋度等重要指標(biāo)進(jìn)行調(diào)查與記錄，并進(jìn)行分析與研究，樣地基本概況見(jiàn)表1。

表1 2009-2018年滑坡體樣地基本概況

1.3 數(shù)據(jù)處理

重要值是判斷優(yōu)勢(shì)種的重要指數(shù)，重要值IV=(Dr+Fr+Cr)/3[19]，其中Dr=樣方內(nèi)某種植物的個(gè)體數(shù)/全部植物總體數(shù)，為相對(duì)密度；Fr=樣地內(nèi)某一物種的頻度/全部物種頻度之和，為相對(duì)蓋度，其中頻度=某物種出現(xiàn)的樣方數(shù)/樣方總數(shù)；Cr=樣方中某種植物的投影蓋度/所有植物投影蓋度總和，為相對(duì)蓋度。

植物多樣性是反映植物物種和植物生長(zhǎng)狀況最直接的依據(jù)，可通過(guò)植物多樣性指數(shù)來(lái)表示，目前的植物多樣性指數(shù)主要有Margalef豐富度指數(shù)Ma、香濃維納指數(shù)H′、辛普森指數(shù)D，Pielou均勻度指數(shù)E和Gleason指數(shù)Gl等，是表現(xiàn)植物多樣性的重要標(biāo)志。物種多樣性的計(jì)算公式[20]為：

Margalef豐富度指數(shù):

Ma=(S-1)/lnN

(1)

Shannon-Wiener指數(shù):

H′=-∑pilnpi

(2)

Simpson指數(shù):

(3)

Pielou均勻度指數(shù):

E=H/Hmax

(4)

式中：pi為第i種個(gè)體數(shù)占群落中總個(gè)體數(shù)的比例；S為群落中物種總數(shù)；N為觀察到的個(gè)體數(shù)；H為實(shí)際觀察的物種多樣性指數(shù)；Hmax為最大的物種多樣性指數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 2009-2018年滑坡體植物群落組成及結(jié)構(gòu)特征

通過(guò)對(duì)2009—2018年滑坡體植物物種基本情況與變化狀況(圖1)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)2009—2018年滑坡體植被恢復(fù)過(guò)程中，植物物種總種數(shù)由2009年的53種增加到92種，增加了39種，整體上呈線性增加趨勢(shì)，增加速率為7.86，植被物種恢復(fù)明顯。2009—2014年植被物種數(shù)增加最快，由53種增加到84種，增加了31種，占總增加物種數(shù)量的80%左右，屬于植被恢復(fù)初期，環(huán)境生存空間較大，喬木、灌木和草本都具有足夠的生存空間進(jìn)行快速生長(zhǎng)。2014—2018年植被物種數(shù)增加變緩，4年間僅增加了8種，屬于植被恢復(fù)后期，植物群落結(jié)構(gòu)的不斷完善和生存發(fā)育空間的減少導(dǎo)致植物物種增長(zhǎng)緩慢并趨于穩(wěn)定。

在整個(gè)滑坡體恢復(fù)期間，隨著生境條件的不斷改善，喬木物種不斷恢復(fù)，呈現(xiàn)線性增加的趨勢(shì)，以2.49的增加速率由2009年0種增加到2017年12種，到2018年喬木層物種已基本趨于穩(wěn)定。灌木層則呈現(xiàn)出指數(shù)性增加的趨勢(shì)，在植被恢復(fù)初期(2009—2014年)，由于生存環(huán)境較差，灌木增長(zhǎng)緩慢由4種增加到12種，增加速率為4.00；在植被恢復(fù)后期(2014—2015年)，由于生境環(huán)境的改善和灌木群落的完善，灌木物種數(shù)快速增長(zhǎng)，由12種增加到38種，增加速率為8.00；在總體上2009—2017年灌木由4種增加到38種，增加速率為2.54，到2018年基本趨于穩(wěn)定。草本物種種數(shù)是呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢(shì)，在植被恢復(fù)初期，生存環(huán)境較差，草本適應(yīng)性最強(qiáng)，在此期間占據(jù)物種上的絕對(duì)優(yōu)勢(shì)并不斷增加，2009—2014年草本由49種增加到65種，增長(zhǎng)速率達(dá)到11.61；2014—2017年，隨著喬木和灌木層的恢復(fù)與不斷完善，競(jìng)爭(zhēng)力較弱的草本物種優(yōu)勢(shì)地位下降，由65種減少到39種，下降速率在2.02左右，到2018年隨著整個(gè)植被群落的穩(wěn)定，物種數(shù)有所增長(zhǎng)但總體趨于穩(wěn)定。隨著滑坡體植被的恢復(fù)，植物群落由恢復(fù)初期草本為主的單一群落結(jié)構(gòu)逐漸向恢復(fù)后期喬灌草均衡穩(wěn)定的群落結(jié)構(gòu)發(fā)育和演替。

注：其中2009年調(diào)查時(shí)，可能由于喬木數(shù)量少、株高太低等原因?qū)е挛从^測(cè)到喬木，故計(jì)作0種。
圖1 2009-2018年滑坡體植物物種數(shù)基本情況與變化趨勢(shì)

2.2 2009-2018年滑坡體植物優(yōu)勢(shì)種

重要值是判斷優(yōu)勢(shì)種的重要指標(biāo)，通過(guò)對(duì)重要值的分析可以確定滑坡體植物恢復(fù)以來(lái)的植物優(yōu)勢(shì)種(表2)。在喬木層中，優(yōu)勢(shì)物種相對(duì)穩(wěn)定，具有耐瘠薄、生長(zhǎng)迅速、水土保持能力強(qiáng)等特點(diǎn)的榿木(Alnuscremastogyne)最先發(fā)育起來(lái)成為喬木層建群種，并一直處于重要值首位；紅樺(BetulaalbosinensisBurk.)、柳杉(Cryptomeriafortune)和鹽膚木(Rhuschinensis)等對(duì)于環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)、易存活的喬木物種長(zhǎng)期居于重要值前3位，成為喬木層共建種。2012—2015年，由于喬木層結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，處于發(fā)育階段，各物種間相互競(jìng)爭(zhēng)，建群種榿木重要值由0.42下降到0.31，其他共建種間相互替位。2015—2018年植物恢復(fù)后期，喬木層群落結(jié)構(gòu)趨于完善，滑坡體水土流失相對(duì)減少，物種趨于穩(wěn)定，榿木主要優(yōu)勢(shì)種地位逐漸穩(wěn)固，重要值由0.31上升到0.54占據(jù)絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，共建種也基本穩(wěn)定為柳杉與鹽膚木。

在灌木層中，植被恢復(fù)初期植被物種更新快，優(yōu)勢(shì)種變化也快。在植物恢復(fù)早期(2009年)，分布范圍廣、生長(zhǎng)速度快的毛葡萄(Vitisheyneana)成為先鋒優(yōu)勢(shì)種，重要值高達(dá)0.48，同時(shí)對(duì)環(huán)境適力強(qiáng)的灰白毛莓(Rubustephrodes)和馬桑(Coriarianepalensis)為共建種。2012—2015年，植株蓋度大、競(jìng)爭(zhēng)力強(qiáng)的灰白毛莓取代毛葡萄成為建群種，而生長(zhǎng)繁殖速度快的紫麻(Oreocnidefrutescens)與裸花紫珠(Callicarpanudiflora)也替代馬桑為主要共建種。但隨著灌木層的快速發(fā)育，灰白毛莓優(yōu)勢(shì)種地位不斷下降，重要值由0.39下降0.22。2015—2018年恢復(fù)后期，植被對(duì)水土的保持能力加強(qiáng)，生境環(huán)境改善，種子數(shù)量多、繁殖快的臘蓮繡球(Hydrangeastrigose)取代灰白毛莓成為主要優(yōu)勢(shì)種并趨于穩(wěn)定，重要值最大值為0.28，基本形成以臘蓮繡球?yàn)榻ㄈ悍N，灰白毛莓和山莓(Rubuscorchorifolius)為共建種的灌木群落結(jié)構(gòu)。

在草本層優(yōu)勢(shì)種中，適應(yīng)性強(qiáng)、生長(zhǎng)快、病蟲(chóng)害少的醉魚(yú)草(Buddlejalindleyana)和一年蓬(Erigeronannuus)為早期(2009年)先鋒優(yōu)勢(shì)種植物，重要值分別為0.11，0.10。2012—2015年，隨著灌木和喬木的恢復(fù)與發(fā)育，大量喬木與灌木覆蓋于草本之上，爭(zhēng)奪草本生存空間和光照空間，喜陰濕環(huán)境的木賊(Equisetumhyemale)和伏地卷柏(Selaginellanipponica)等蕨類(lèi)植物替代了喜光照干燥的醉魚(yú)草等植物成為草本優(yōu)勢(shì)種，重要值最大值分別為0.15，0.13。到了2015—2018年植被恢復(fù)后期，喬木、灌木群落基本穩(wěn)定并占據(jù)絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，草本層中耐旱、耐瘠薄的芒萁(Dicranopterisdichotoma)發(fā)育成為草本主要優(yōu)勢(shì)種，重要值為0.24，而木賊重要值由0.15下降到0.05，成為共建種。整個(gè)植被恢復(fù)期間，滑坡體植物群落優(yōu)勢(shì)種類(lèi)型經(jīng)歷由早期毛葡萄—醉魚(yú)草到植被恢復(fù)初期榿木—灰白毛莓—木賊，再到植被恢復(fù)后期榿木—臘蓮繡球—芒萁的演替過(guò)程，水土流失減少，生態(tài)環(huán)境恢復(fù)。

表2 2009-2018年滑坡體各層植物優(yōu)勢(shì)種重要值(前3位)

注：山梅花Philadelphusincanus，繡線菊Spiraeasalicifolia，繁縷Stellariamedia，隱子草CleistogenesKeng，杭子梢Campylotropismacrocarpa，鱗蓋蕨Microlepiamarginata，野棉花Anemonevitifolia。

2.3 2009-2018年滑坡體植物多樣性特征

植物多樣性指數(shù)是對(duì)植物物種數(shù)、株數(shù)及其分布狀況的反映，是衡量植被恢復(fù)狀況和植被演替的重要指標(biāo)，由于喬木層在2009—2012年的缺乏，故在此不作喬灌草多樣性分層分析，但通過(guò)對(duì)2009—2018年總體植物多樣性變化的研究(圖2)，也能反映滑坡體震后的植被恢復(fù)狀況。

圖2 2009-2018年滑坡體植物多樣性指數(shù)變化情況

2009—2018年，Margalef豐富度指數(shù)Ma由2.80上升到6.06，增加了近2.16倍，滑坡體植被物種恢復(fù)較好，豐富度提升顯著。其中2009—2012年由于喬木層的恢復(fù)和植物群落的完善，豐富度指數(shù)上升最為明顯，由2.80上升到4.93，增加了近76%，此后隨群落結(jié)構(gòu)的不斷發(fā)育與穩(wěn)定，豐富度指數(shù)緩慢增加，由4.93增加到6.06。Shannon-Wiener指數(shù)H′在滑坡體植被恢復(fù)期間總體上也呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，但由于植物群落結(jié)構(gòu)處于不斷發(fā)育完善過(guò)程中，具有不穩(wěn)定性，同時(shí)植物物種也處于不斷演替的過(guò)程中，導(dǎo)致Shannon-Wiener指數(shù)H′上升過(guò)程中略有波動(dòng)?？傮w上2009—2018年，Shannon-Wiener指數(shù)H′由2.18上升到3.13，增加了44%左右，其中2017—2018年植被物種數(shù)與植物群落結(jié)構(gòu)最為穩(wěn)定，2018年達(dá)到最大值3.13，表明隨恢復(fù)時(shí)間的增加，植物物種富集度也不斷增加，植物恢復(fù)狀況較好，植被對(duì)水土的保持能力增強(qiáng)，生態(tài)環(huán)境也在不斷恢復(fù)。

2009—2014年植被恢復(fù)初期，由于植物物種的快速增加和植物群落的演替，導(dǎo)致物種間的植株數(shù)量均勻度下降，Simpson指數(shù)D由0.88下降到0.70；隨著植物群落的完善與植物物種的穩(wěn)定，2014—2018年植被恢復(fù)后期，植物分布不斷趨于均勻，Simpson指數(shù)D由0.70逐漸上升到0.93。總體上Simpson指數(shù)D由0.88上升到0.93，物種間的植株數(shù)量均勻度不斷增加。Pielou均勻度指數(shù)E在2009—2015年指數(shù)值較低，平均值僅有0.14左右，這是由于此期間植物群落主要以草本物種為主，草本優(yōu)勢(shì)種中木賊、伏地卷柏等蕨類(lèi)植物種類(lèi)少但植株數(shù)量多，導(dǎo)致整個(gè)植物群落物種數(shù)與植株數(shù)量間的均勻性較低，Pielou均勻度指數(shù)E較低。而2015—2018年植物群落結(jié)構(gòu)發(fā)生轉(zhuǎn)變，喬木和灌木占據(jù)物種數(shù)優(yōu)勢(shì)地位，并且總體群落結(jié)構(gòu)與植物種數(shù)也趨于穩(wěn)定，植物群落均勻性顯著上升，在2018年達(dá)到最大值0.93。在總體上，Pielou均勻度指數(shù)E在2009—2018年由0.13上升到0.93，增加了近6.15倍，植物群落均勻度增加顯著，植物群落更趨于穩(wěn)定。

3 討論與結(jié)論

3.1 討 論

對(duì)于震后植被恢復(fù)方面的研究，大多是通過(guò)遙感影像等技術(shù)或分區(qū)對(duì)比等方法進(jìn)行，而對(duì)于整個(gè)植被恢復(fù)過(guò)程方面的長(zhǎng)期觀測(cè)與研究較少，故本文能進(jìn)行的對(duì)比研究與參照也較少。由于資源條件的限制，能進(jìn)行研究的對(duì)象也僅限于較為典型的滑坡體，且對(duì)于滑坡體震前的植物群落記錄也較少，從而無(wú)法進(jìn)行災(zāi)后恢復(fù)對(duì)比。在恢復(fù)過(guò)程中植被群落物種由早期的快速增長(zhǎng)到后期的逐步穩(wěn)定，從草本—灌木為主的群落結(jié)構(gòu)逐步發(fā)育形成喬木—灌木為主的群落結(jié)構(gòu)，并逐漸趨于穩(wěn)定的變化過(guò)程與李波等[21]的研究相符，這或許與濕潤(rùn)的氣候環(huán)境有關(guān)，其他受災(zāi)地區(qū)災(zāi)后植被恢復(fù)是否也具有相同特點(diǎn)和規(guī)律，需進(jìn)一步研究；隨著植被的自然恢復(fù)，滑坡體的水土保持作用也在不斷加強(qiáng)，滑坡體生態(tài)環(huán)境得到不斷改善，因而在類(lèi)似災(zāi)區(qū)采取人工的水土保持與恢復(fù)措施，是否具有必要性也值得進(jìn)一步思考。

3.2 結(jié) 論

(1) 自2008年“5·12”地震到2018年，銀廠溝謝家店滑坡體已形成10 a，10年間滑坡體植被物種不斷恢復(fù)，植物物種總種數(shù)由震后1 a的53種線性增長(zhǎng)到震后10 a的92種，增加速率為7.86，植被物種恢復(fù)明顯。2009—2014年恢復(fù)初期，生境空間充裕，植物間競(jìng)爭(zhēng)較弱，植物群落以草本為主，植被物種恢復(fù)較快。喬木、灌木和草本共增加了31個(gè)物種，占10 a總增加物種數(shù)量的80%左右。在2015—2018年恢復(fù)后期，植物群落發(fā)生演替，由草本為主的單一群落結(jié)構(gòu)逐漸向喬灌草均衡穩(wěn)定的群落結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變。喬木、灌木物種持續(xù)增加，草本物種下降，在總體上僅增加了8種，物種數(shù)增長(zhǎng)緩慢并趨于穩(wěn)定。

(2) 在植被恢復(fù)過(guò)程中，榿木與鹽膚木的重要值多年居于喬木重要值前三位，為喬木層優(yōu)勢(shì)種；灰白毛莓與臘蓮繡球處于灌木層演替過(guò)程中的主體地位，為灌木層優(yōu)勢(shì)種；一年蓬、木賊、伏地卷柏以及邊緣鱗蓋蕨等菊科與蕨類(lèi)植物在草本層中占據(jù)主導(dǎo)，為草本層優(yōu)勢(shì)種。植物群落優(yōu)勢(shì)種類(lèi)型由早期毛葡萄+醉魚(yú)草向植被恢復(fù)初期榿木+灰白毛莓+木賊轉(zhuǎn)變，再向植被恢復(fù)后期榿木+臘蓮繡球+芒萁的優(yōu)勢(shì)種類(lèi)型轉(zhuǎn)變。

(3) 在植物多樣性方面，2009—2018年滑坡體各植物多樣性指數(shù)在總體上均呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，其中Margalef豐富度指數(shù)Ma由2.8上升到6.06，Shannon-Wiener指數(shù)H′由2.18上升到3.13，Simpson指數(shù)D由0.88上升到0.93，Pielou均勻度指數(shù)E由0.13上升到0.87，各多樣性指數(shù)均在恢復(fù)年份內(nèi)處于上升趨勢(shì)，表明隨著植被的逐年恢復(fù)，滑坡體植物物種數(shù)、株數(shù)的豐富度與富集度不斷增加，植物均勻度的空間分布狀況也不斷趨于合理。隨著植物群落物種數(shù)的增加，植物物種多樣性不斷提升，種間競(jìng)爭(zhēng)加劇，植物群落在演替中結(jié)構(gòu)趨于穩(wěn)定與完善，植被的水土保持能力也不斷加強(qiáng)。