贛榆丘陵山區(qū)植被退化機(jī)制生態(tài)修復(fù)技術(shù)

仲秀娟， 高 鵬， 孫忠曉， 王曉斌， 徐 堅(jiān)， 高之棟

(1.江蘇省連云港市贛榆區(qū)夾谷山水土保持試驗(yàn)站， 江蘇 連云港 222100；2.華設(shè)設(shè)計(jì)集團(tuán)水運(yùn)檢測所， 江蘇 連云港 210004； 3.連云港市贛榆區(qū)防汛機(jī)動(dòng)搶險(xiǎn)隊(duì)， 江蘇 連云港 222100；4.江蘇省連云港市贛榆區(qū)海頭水利管理服務(wù)站， 江蘇 連云港 222100)

1 研究背景

贛榆丘陵地區(qū)有大小山頭38座，境內(nèi)抗日山屬于國家重點(diǎn)保護(hù)區(qū)，植被覆蓋度達(dá)85%，大吳山，小吳山、二龍山植被覆蓋率較好，植被覆蓋率在75%左右。其他山頭在20世紀(jì)80年代中期，因山荒承包到戶，由于各承包戶以樹種更新為名，無節(jié)制采伐樹木，毀林開荒、燒荒、放牧，采取掠奪式經(jīng)營，造成環(huán)山截洪溝以上各大小山頭少草無樹，一遇暴雨泥沙俱下。山上僅有的黑松、馬尾松殘次林亦被牛、羊等牲畜啃食，踐踏殆盡，使該地區(qū)植被呈逆向演替，生態(tài)環(huán)境嚴(yán)重惡化，由原來的“樹木參天碧水流，山村莊戶林里頭”變成了現(xiàn)在的“近山遠(yuǎn)山和尚頭，土盡石出洪水流”的景象。這一嚴(yán)峻現(xiàn)實(shí)提出了新的課題，如何能盡快恢復(fù)植被是這一地區(qū)治理水土流失改善生態(tài)環(huán)境的重大問題，加快植被恢復(fù)進(jìn)程無外乎兩種途徑，一種是大力營造人工林，另一種是依靠自然修復(fù)能力，通過封育管護(hù)，恢復(fù)植被。前一途徑曾進(jìn)行過多次，投入了大量的人力、物力和財(cái)力，但收效甚微，還是年年栽樹不見樹，造林成活率低，造林不成林。其主要原因是造林過后不封禁，新造的林又被過度放牧，牲畜踐踏，無節(jié)制的墾種破壞掉，使環(huán)境進(jìn)一步惡化，在這種情況下，實(shí)行全面封禁治理，并進(jìn)行適當(dāng)?shù)难a(bǔ)植造林，創(chuàng)造一個(gè)良好的植被繁衍生息的生存環(huán)境，依靠自然修復(fù)能力，盡快增加天然植被，減少水土流失[1]，以達(dá)到改善丘陵山區(qū)的生態(tài)環(huán)境，增加農(nóng)民收入的目的。通過對(duì)贛榆丘陵山區(qū)植被退化機(jī)制生態(tài)修復(fù)技術(shù)的探索，探索系統(tǒng)的水土保持生態(tài)修復(fù)技術(shù)，指導(dǎo)該地區(qū)開展丘陵山區(qū)水土保持生態(tài)修復(fù)工作。

2 項(xiàng)目區(qū)概況

2.1 自然環(huán)境

2.1.1 地理位置

研究項(xiàng)目區(qū)位于連云港市贛榆區(qū)班莊鎮(zhèn)響石村北太平山東山坡和南山坡坡面上。太平山在班莊鎮(zhèn)西鄉(xiāng)石村北500 m，總面積0.915 km2，珠峰位置地理坐標(biāo)為東經(jīng)118°52′16″，北緯34°56′26″，高程134 m。

2.1.2 地形地貌

太平山坡面坡度為18.2°～28°，土壤為酸性或中性風(fēng)化巖發(fā)育的砂土和黃黏土，土層厚度0.5～0.8 m左右。自然植被為針葉、闊葉混交的雜樹和荒草，主要品種為濕地松、黑松、馬尾松、麻櫟、胡枝子、野棠梨、酸棗等。

2.1.3 氣象特征

連云港市贛榆區(qū)屬北亞熱帶向暖溫帶過渡地帶，海洋性季風(fēng)氣候，四季分明，光照充足，雨熱同季。項(xiàng)目區(qū)屬暖溫帶半濕潤海洋季風(fēng)氣候。平均相對(duì)濕度75%，年平均降水量902.0 mm,年蒸發(fā)量1 128 mm,年降雨主要集中在7—9月份,占全年降水量的74.5%。無霜期215 d，年平均風(fēng)速3.1 m/s，年平均氣溫13.1℃，≥10℃活動(dòng)積溫4 874℃，年太陽總輻射125.5 kcal/mm2，年日照時(shí)數(shù)2 616 h，是我省日照時(shí)數(shù)最長地區(qū)之一，雨熱同期，災(zāi)害性天氣較少，有利于植物生長,有利于提高土地生產(chǎn)率的良好氣候資源。

根據(jù)江蘇省暴雨洪水圖集，項(xiàng)目區(qū)多年平均24 h最大降水量為123 mm，10年一遇24 h最大降水量為212 mm，20年一遇24 h最大降水量為256 mm，項(xiàng)目區(qū)多年平均6 h最大降水量為89 mm，10年一遇6 h最大降水量為152 mm，20年一遇6 h最大降水量為184 mm。

3 研究材料及方法

3.1 研究材料

在太平山坡的東側(cè)坡面和南側(cè)坡面設(shè)立5個(gè)樣區(qū)，Ⅰ樣區(qū)：黑松元寶楓群落，經(jīng)度為E118°52′47.71″，緯度為N34°56′41.90″,坡度為18.2°，坡向東西向；Ⅱ樣區(qū)：黑松群落，經(jīng)度為E118°52′48.12″，緯度為N34°56′42.94″,坡度為28°，坡向東西向；Ⅲ樣區(qū)：黑松與櫸樹群落，經(jīng)度為E118°52′48.12″，緯度為N34°56′42.05，坡度為28°，坡向東西向；IV樣方區(qū)：黑松與黃櫨群落，經(jīng)度為E118°52′38.79″，緯度為N34°56′41.85″,坡度為26°，坡向南北向；V樣方荒坡區(qū)：經(jīng)度為E118°52′43.35″，緯度為N34°56′40.07″，坡度為18.2°，坡向東西向。每個(gè)大樣區(qū)內(nèi)分別隨機(jī)設(shè)2個(gè)喬木樣方和3個(gè)草樣方。并在Ⅱ、Ⅲ區(qū)的溝道內(nèi)設(shè)卡口站，建設(shè)徑流泥沙觀測場。分別在6—8月調(diào)查喬、灌、草種類，分布變化情況、生長情況及群落演替情況等。每年定時(shí)采取土樣化驗(yàn)分析，土樣采集深度為0、10～20 cm、20～30 cm。

3.2 研究方法

主要是研究項(xiàng)目區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)過程中生態(tài)環(huán)境的動(dòng)態(tài)變化過程。首先收集調(diào)查項(xiàng)目區(qū)的氣象資料、土壤類型、植被種類、植被演替規(guī)律等，在項(xiàng)目區(qū)的不同樣方區(qū)采集土樣，分析化驗(yàn)土壤理化性，有機(jī)質(zhì)含量，pH值等指標(biāo)。

通過考察采集的數(shù)據(jù)分析該區(qū)域生態(tài)環(huán)境退化的原因，了解生態(tài)修復(fù)的潛能，確定項(xiàng)目區(qū)的生態(tài)修復(fù)目標(biāo)，制定各樣方區(qū)的植被群落構(gòu)建修復(fù)計(jì)劃。

(1)對(duì)生態(tài)修復(fù)區(qū)，制定科學(xué)合理的封育措施和相應(yīng)的鄉(xiāng)規(guī)民約，請(qǐng)當(dāng)?shù)卣痛逦芮信浜?，大力支持?/p>

(2)對(duì)項(xiàng)目區(qū)的生態(tài)修復(fù)措施，應(yīng)結(jié)合土壤、氣候狀況，制定科學(xué)合理的生態(tài)結(jié)構(gòu)修復(fù)方案，研究構(gòu)建不同的樹種植被群落，創(chuàng)造符合項(xiàng)目區(qū)域的自然環(huán)境。

(3)根據(jù)各構(gòu)建群落的修復(fù)設(shè)計(jì)和修復(fù)指標(biāo)，分別設(shè)立監(jiān)測評(píng)價(jià)小區(qū)，劃定調(diào)查樣方，采用GPS將各段的修復(fù)面積，各種植被類型面積進(jìn)行測量確定，各監(jiān)測樣方必須根據(jù)各構(gòu)建群落修復(fù)指標(biāo)要求確定測定項(xiàng)目內(nèi)容。每個(gè)群落劃定的小區(qū)、樣方必須設(shè)定相應(yīng)的對(duì)照區(qū)，本項(xiàng)目監(jiān)測的內(nèi)容有：植物種類狀況、林草結(jié)構(gòu)、生長狀況、植被演替規(guī)律、植被覆蓋率等情況。

3.3 技術(shù)路線

(1)搜集調(diào)查本地區(qū)的氣象資料，封禁區(qū)現(xiàn)存的植被種類，生長情況、林相分布，植被演替規(guī)律，植被覆蓋率等。

(2)因地制宜，根據(jù)項(xiàng)目區(qū)的降水、土壤、植被類型，制定科學(xué)合理的封育措施和人工補(bǔ)植方案。

(3)封禁后每年定時(shí)、定點(diǎn)、調(diào)查觀測植物機(jī)制的變化情況，植物群落的演替規(guī)律，樹木的生長情況，覆蓋率變化等內(nèi)容。并通過布設(shè)在該區(qū)內(nèi)的天然徑流場，分析封禁治理后的泥沙變化情況。技術(shù)路線見圖1。

圖1 技術(shù)路線圖

3.4 群落模式構(gòu)建

在太平山坡下部、中部、頂部，坡度分別為5°～8°、18.5°～22.5°、20.5°～26.5°、18.5°～22.5°的坡面上，分別構(gòu)建黑松—元寶楓群落、黑松—櫸樹群落、黑松—黃櫨群落、黑松單一群落4中群落結(jié)構(gòu)，群落結(jié)構(gòu)中采取黑松與元寶楓、櫸樹、黃櫨交叉栽植，2株黑松中間栽植1株元寶楓、櫸樹、黃櫨，其中黑松栽植密度為3 m×3 m，元寶楓、櫸樹、黃櫨栽植密度為6 m×6 m；在山坡中下部，坡面坡度為11.5°～18.5°，設(shè)置荒坡荒草群落對(duì)照區(qū)。

4 研究結(jié)果分析

4.1 封禁修復(fù)后植被變化情況分析

研究表明，封禁修復(fù)1年，形成以雜草為主的一年生植被群落，優(yōu)勢種以青蒿、鬼針草、羊肥草為主，同時(shí)一些傳播能力較強(qiáng)的一年生禾本科草種狗尾草、馬唐草等也侵入定居，并出現(xiàn)了小量多年生藤本植物旋花科葛藤(Argyreiaseguinii(Levl.)Van.exLevl)、毛茛科鐵線蓮(ClematisfloridaThunb.)[2]。但青蒿+鬼針草群落還是該階段的代表性群落，物種較少，覆蓋率提高到66.8%。

封禁修復(fù)第2年，多年生的草本出現(xiàn)，禾本科的黃背草、白茅(Imperatacylindrica(L.)Beauv.)，菊科兔兒傘(Syneilesisaconitifolia(Bge.)Maxim.)等，并出現(xiàn)少量藥用植物，有唇形科丹參(SalviamiltiorrhizaBge.)，傘形科柴胡(BupleurumchinenseDC)、桔?？平酃?Platycodongrandiflorus)等，植被群落是以鬼針草+羊肥草+青蒿群落等為主，該階段植被覆蓋率逐步高，達(dá)到87.5%。封禁修復(fù)第3年，一些地帶性多年生植物種逐漸增加，并占據(jù)優(yōu)勢，如黃背草、茅草、小葛藤、拂子茅(CalamagrostisemodensisGriseb)、野菊花等。形成了以多年生的黃背草、茅草、野山梅、拂子茅等主要群落類型[2]。原有的小灌木也長出新枝條，并新出現(xiàn)了野李子、麻櫟、野薔薇(RosamultifloraThunb.)、毛桃(Amygdaluspersica(L.)Batsch)等小灌木，草本植物出現(xiàn)了石竹科石竹(DianthuschinensisL.)、豆科豆茶決明(Cassianomame(Sieb.)Kitagawa)；據(jù)2019年8月中旬調(diào)查，起初的青蒿+鬼針草+羊肥草群落已徹底退出系統(tǒng)，僅山頂零星分布青蒿或鬼針草。地帶性建群種山紅草+茅草+野山梅群落成為該區(qū)的優(yōu)勢群種，因2019年降水量偏少，植被覆蓋率基本與上年持平，平均達(dá)到87.2%，生態(tài)系統(tǒng)趨于正向演替[3]。詳見表1。

表1 生態(tài)修復(fù)3年植被物種變化情況

4.2 生態(tài)修復(fù)過程樹種變化分析

項(xiàng)目區(qū)封禁修復(fù)前，零星分布少量馬尾松、豆梨、麻櫟、板栗，郁閉度很低，幾乎為零，僅有長勢較差的荒草。喬木樹種稀少，調(diào)查的4個(gè)樣區(qū)內(nèi)只有5科7屬7種，共26株。平均樹齡15年，平均樹高2.6 m，胸徑7.10 cm，冠幅3.62 m2；灌木4科4種，平均高度0.62 cm，密度268株/hm2。通過3年的封禁修復(fù)，自然植被恢復(fù)效果已非常明顯，林草植被覆蓋率、林區(qū)郁閉度逐年提高。

封禁修復(fù)3年后，喬、灌、草有了較大的增加，喬木樹種增加到7科11種，灌木增加到8科12種，藤本增加到11種(表2)。由表2分析可知：喬木、灌木群落在3年的封禁修復(fù)中，變化不大，只是生物量增長速度提高。灌木種數(shù)增幅較大，增長率達(dá)到200%。增長率較高的是藤本植物和草，藤本植物增長密度達(dá)240.8%。

表2 生態(tài)修復(fù)區(qū)3年樹種結(jié)構(gòu)變化情況

封禁修復(fù)3～4年，喬、灌、草發(fā)生了新的變化，喬灌木及藤本品種隨著人工補(bǔ)植樹種的成林反而也減少了，喬木樹種減少到5科6種，灌木減少到6科 9種，藤本減少到3種(表3)。由表3分析可知：喬木、灌木群落在第4年(2020年)的封禁修復(fù)中，無論從數(shù)量還是生長量都呈減少的趨勢，植被覆蓋率由93.5%下降到92.4%。

表3 2019—2020年生態(tài)修復(fù)林木結(jié)構(gòu)變化情況

4.3 人工補(bǔ)植林木變化情況分析

4.3.1 成活率及生長情況

項(xiàng)目區(qū)從2017年夏封禁治理，于本年度7月下旬，人工補(bǔ)植2年生營養(yǎng)袋培育的黑松及元寶楓、櫸樹和黃櫨。構(gòu)建了黑松-元寶楓、黑松-櫸樹、黑松-黃櫨和純黑松群落。當(dāng)時(shí)雨后墑情好，幼苗成活率高，成活率達(dá)到96.6%，長勢較好。2019年因部分面積遭受火災(zāi)，分別于每年的6月中旬進(jìn)行補(bǔ)植，2017—2020年對(duì)生態(tài)修復(fù)區(qū)進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測，監(jiān)測結(jié)果見表4。

由表4分析可知，起初的人工補(bǔ)植的苗木成活率較高，達(dá)到96.6%，因受2018年的火災(zāi)，至2019年10月調(diào)查，人工補(bǔ)植林保存率從2017年底的96.6%下降到85.8%，從樹高、地徑、胸徑、分枝情況分析，2019—2020年的生長量呈遞減趨勢，特別是這2年遞減幅度較大，樹高、胸徑增長幾乎為零，分支增長率由2018年的60%下降到2019年的20%，到2020年下降到-16.0%。分析其原因，一是隨著數(shù)目的高生長的增加，各種養(yǎng)分水分供應(yīng)不足，二是遇到干旱年份，特別是2019年降水量較小，水分供應(yīng)不足，造成生長幅度較小。

表4 人工補(bǔ)植幼林情況分析

4.3.2 群落構(gòu)建情況

項(xiàng)目區(qū)共構(gòu)建了黑松—元寶楓群落、黑松—櫸樹群落、黑松—黃櫨群落、黑松單一群落 4種群落結(jié)構(gòu)。劃定調(diào)查監(jiān)測樣方，每年定時(shí)定點(diǎn)開展調(diào)查監(jiān)測，結(jié)果表明，黑松—元寶楓群落，2018年比2017年黑松樹高增加77.1%，元寶楓樹高增加25.9%，2019年比2018年黑松樹高增加38.7%，元寶楓樹高增加34.2%， 2020年比2019年黑松樹高增加33.7%，元寶楓樹高增加4.1%，林草植被平均覆蓋率為92.3%；黑松—櫸樹群落，2018年比2017年黑松樹高增加83.0%，櫸樹樹高增加33.9%，2019年比2018年黑松樹高增加53.0%，櫸樹樹高增加28.0%， 2020年比2019年黑松樹高增加14.0%，櫸樹樹高增加7.3%，林草植被平均覆蓋率為94.2%；黑松—黃櫨群落，2018年比2017年黑松樹高增加20.0%，黃櫨樹高增加15.1%，2019年比2018年黑松樹高增加97.6%，黃櫨樹高增加22.9%， 2020年比2019年黑松樹高增加37.4%，黃櫨樹高增加30.7%，林草植被平均覆蓋率為93.5%；單一純黑松群落，2018年比2017年樹高增加21.1%，2019年比2018年84.8%，2020年比2019年增幅僅為14.1%，林草植被覆蓋率為92.4%。

5 結(jié) 論

本項(xiàng)目以贛榆丘陵山區(qū)的太平山為依托，開展了丘陵山區(qū)植被退化機(jī)制生態(tài)修復(fù)技術(shù)研究，圍繞植被退化機(jī)制封禁修復(fù)、人工補(bǔ)植造林技術(shù)、植被群落構(gòu)建和生態(tài)植被修復(fù)后對(duì)控制徑流泥沙的效益的監(jiān)測入手，探索植被退化機(jī)制封禁修復(fù)技術(shù)，人工補(bǔ)植造林時(shí)間、造林技術(shù)，樹種群落構(gòu)建模式和生態(tài)植被修復(fù)后對(duì)控制徑流泥沙的效益的監(jiān)測等方面研究。取得了如下結(jié)論：

(1)根據(jù)丘陵山區(qū)植被退化實(shí)際情況和該區(qū)域自然條件和現(xiàn)存植被類型采取封禁修復(fù)和人工補(bǔ)植的方法，取得了利用營養(yǎng)缽育苗，在主汛期7月份造林，平均成活率達(dá)到96.2%，保存率達(dá)85.2%的技術(shù)。

(2)提出了4種喬木群落構(gòu)建類型，即黑松—元寶楓群落、黑松—櫸樹群落黑松—黃櫨群落和純黑松群落，純黑松群落，4種群落結(jié)構(gòu)生長良好，喬木樹種增加到7科11種，灌木增加到8科12種，藤本增加到11種，林草植被平均覆蓋率為93.1%，群落結(jié)構(gòu)呈正向演替。

(3)植被生態(tài)修復(fù)在受環(huán)境影響的同時(shí), 也影響著周圍的環(huán)境, 由于植被與環(huán)境之間的相互影響, 使植被物種豐富度、多樣性和均勻度逐步達(dá)到穩(wěn)定[4]。隨著植被恢復(fù)演替的進(jìn)行, 太平山生態(tài)修復(fù)區(qū)群落的物種多樣性先升高后降低, 之后會(huì)逐漸趨于穩(wěn)定。植被恢復(fù)演替過程中, 高大個(gè)體在群落中所占比例會(huì)逐漸增加, 高度較低或個(gè)體較小的灌草植物種會(huì)先增加后減少。