年度淹水周期下消落帶植物群落結(jié)構(gòu)特征分析

先旭東，趙 輝，王會平,3

(1.重慶現(xiàn)代建筑產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究院，重慶 401120；2.重慶市園林技工學(xué)校，重慶 400014；3.重慶市市政設(shè)施管理局，重慶 400015)

1 引言

消落帶是指因季節(jié)性水位漲落而使水庫高低水位之間周期性出露的特殊區(qū)域[1]，屬典型的生態(tài)過渡帶，消落帶植被具有過濾泥沙和營養(yǎng)物質(zhì)、保持水土、穩(wěn)定河岸系統(tǒng)、保護(hù)生物多樣性等多種生態(tài)功能，并兼具景觀美學(xué)功能[2,3]。三峽水庫自2010年10月正式蓄水至175 m后，隨水庫年度運行將在長江兩岸形成垂直落差約30 m(145～175 m)的永久消落帶。位于庫尾的重慶主城區(qū)地處長江與嘉陵江交匯地段，主城兩江四岸形成垂直落差約20 m(160～180 m)的消落帶，且經(jīng)歷夏季汛期和冬季反季節(jié)淹水干濕交替雙重影響。三峽水庫建設(shè)對消落帶植物群落影響的相關(guān)研究逐步展開[4]。在植物方面，從植物區(qū)系[5]、植被狀況[6]、群落數(shù)量[7]、室內(nèi)水淹模擬植物生理生態(tài)[8,9]等方面篩選適宜植物種類；在群落角度，從物種組成、群落結(jié)構(gòu)及分布格局等方面來分析水庫蓄水對消落帶植被的影響[10～12]。同時，重慶主城兩江消落帶江北嘴段、朝天門3～4碼頭段、九龍外灘等區(qū)域開展了一系列生態(tài)修復(fù)示范建設(shè)工作。本文以嘉陵江石門段消落帶生態(tài)修復(fù)示范區(qū)為研究對象，調(diào)查分析經(jīng)年度漲-落周期淹水后植物群落結(jié)構(gòu)特征變化，為三峽庫區(qū)消落帶生態(tài)修復(fù)提供理論依據(jù)和科學(xué)示范。

2 生態(tài)修復(fù)示范區(qū)概況

石門消落帶生態(tài)修復(fù)示范區(qū)位于嘉陵江重慶市江北區(qū)北岸(E106.4903，N29.5578)，面積約1 萬 m2。海拔165 m以下，主要為礫石生境，坡度5～15°；海拔165～170 m段，主要為砂壤土生境，坡度20～25°；海拔170 m以上，壤土中有大量修建濱江路遺留的建筑棄石。2004～2006年，重慶市風(fēng)景園林科學(xué)研究院在該區(qū)域?qū)嵉亻_展耐水淹植物篩選試驗研究[13]，在各高程按小區(qū)種植南川柳、楓楊、秋華柳、卡開蘆、甜根子草、狗牙根、扁穗牛鞭草等植物。

3 數(shù)據(jù)觀測與分析

3.1 水文

參照寸灘水文站和長江海事局水位公告數(shù)據(jù)，校正每日觀察記錄水位高程，統(tǒng)計出各高程的連續(xù)水淹時間、水淹總時間、汛期時間。

3.2 植物群落

植物群落調(diào)查采用樣方法。結(jié)合重慶主城兩江消落帶水位變化情況，將消落帶生態(tài)修復(fù)區(qū)按高程劃分為下部(165 m以下)、中部(165～170 m)和上部(170～175 m)3 個梯度帶。在每個梯度帶內(nèi)，順河水流向每隔30 m設(shè)定一個樣方，設(shè)5 個，共計15 個；其中喬木樣方面積為10 m×10 m，灌木或高草樣方面積5 m×5 m，草本樣方面積1 m×1 m。調(diào)查記錄樣方內(nèi)植物種類、優(yōu)勢種和植物株高、株數(shù)、基徑、冠幅等，并記錄樣方外伴生植物。

調(diào)查時間：2014年6月、2014年12月(冬季蓄水退后)和2015年6月。

3.3 數(shù)據(jù)分析

用Excel軟件對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析。

(1)物種的重要值計算方法同參考文獻(xiàn)[14]。

(2)植物多樣性指標(biāo)則選取重要值作為評價群落中各物種相對重要性的綜合數(shù)量指標(biāo)。

Patrick豐富度指數(shù):

R=S

(1)

Shannon-Wiener指數(shù):

(2)

Pielou均勻度指數(shù):

J=H/lnS

(3)

式(1)～式(3)中，S為樣地內(nèi)出現(xiàn)的物種數(shù)；Pi為物種i的重要值。

4 結(jié)果與分析

4.1 石門消落帶生態(tài)修復(fù)區(qū)2014年水文統(tǒng)計

根據(jù)石門段消落帶生態(tài)修復(fù)示范區(qū)水位觀測及校正，2014年主城消落帶生態(tài)修復(fù)區(qū)不同海拔高程淹水時間見圖1。

2014年2月中下旬三峽大壩開始春季泄洪，至3月下旬主城兩江水位逐步退至162 m，消落帶區(qū)域出露；從6月26日起重慶兩江水位開始上漲超過海拔166 m起，至9月20日達(dá)到最大值180.78 m，隨后至12月31日，水位基本在海拔171 m以上波動；在2015年2月逐步消退至162 m。據(jù)統(tǒng)計，海拔165 m高程持續(xù)淹沒時間長達(dá)188 d，海拔170 m高程持續(xù)淹沒時間長達(dá)126 d，海拔175m高程有2個較長持續(xù)淹沒時間，分別為8 d和7 d。

4.2 植物物種組成

由表1可知，石門段消落帶生態(tài)修復(fù)示范區(qū)不同時期各高程植物種數(shù)變化。冬季蓄水退去后，原生植被復(fù)綠生長，沉積在泥土中的植物種子開始大量萌發(fā)，除了一年生、多年生的草本外，還有南川柳、楓楊、小梾木等喬灌木，植物種類較豐富，高達(dá)48 種。

經(jīng)歷一次夏季汛期后的冬季蓄水期(2015年1月)，消落帶植物種類降低為25種，主要是植被生態(tài)修復(fù)人工栽植的南川柳、楓楊等喬木和甜根子草、野青茅、狗牙根、扁穗牛鞭草等多年生草本植物，一年生草本植物較少，或完成生活周期，或被淹死。

2015年6月，即經(jīng)歷一次完整淹水周期(夏季汛期和冬季蓄水)后，消落帶植物種數(shù)高達(dá)41種，其中，下部以一年生、多年生草本為主，且植物種類較多，中上部隨著人工栽植的南川柳、卡開蘆、甜根子草等喬木、高草的生長，許多一年生草本植物生態(tài)位被侵占，種子或未獲得足夠萌發(fā)條件，或種子萌發(fā)后面獲取生長資源有限而死亡。

4.3 植物群落結(jié)構(gòu)分析

石門消落帶生態(tài)修復(fù)區(qū)不同時期植物群落植物重要值見表2。在2014年6月，165 m以下高程形成以苔草、狗牙根為建群種的多年生草本植物群落，其重要值為0.1869、0.1784；在165～170 m高程形成卡開蘆+甜根子草-野青茅+狗牙根復(fù)層草本群落，其重要值分別為0.2702、0.1399、0.3189 和0.1366；170 m以上高程形成南川柳+池杉+楓楊-甜根子草-扁穗牛鞭草復(fù)層群落，其重要值分別為0.3268、0.3085、0.1849、0.4017和0.2919。

2015年1月，因冬季蓄水，165 m以下高程長期被水淹沒。165～170 m高程形成卡開蘆+甜根子草-野青茅+狗牙根復(fù)層草本群落，其重要值分別為0.4591、0.1237、0.1216和0.2724；170 m以上高程形成南川柳+楓楊-甜根子草-狗牙根復(fù)層群落，其重要值分別為0.2470、0.2089、0.3395和0.0933。

2015年春季2月退水后，石門消落帶生態(tài)修復(fù)示范區(qū)經(jīng)近4個月自然恢復(fù)，在165m以下高程形成以苔草、狗牙根、水蓼為優(yōu)勢種草本植物群落，其重要值為0.1564、0.1184和0.1012；在165～170 m高程形成卡開蘆+甜根子草-野青茅+扁穗牛鞭草復(fù)層草本群落，其重要值分別為0.4030、0.1363、0.1717和0.2168，伴生一年生草本水蓼重要值達(dá)0.1657；170 m以上高程形成南川柳+楓楊-小梾木-甜根子草+野青茅復(fù)層群落，其重要值分別為0.4502、0.3924、0.3545、0.5401和0.2042，伴生一年生草本水蓼重要值達(dá)0.1639。

4.4 植物多樣性指數(shù)

石門段進(jìn)行植被生態(tài)修復(fù)后，在經(jīng)歷了冬季庫區(qū)蓄水和夏季汛期水淹完整水文過程，165 m以下、165～170 m和170 m以上各高程Shannon-Wiener指數(shù)和Pielou均勻度指數(shù)變化如表3。不同時期各高程內(nèi)Shannon-Wiener指數(shù)H和均勻度指數(shù)J變化差異不顯著；但各高程間Shannon-Wiener指數(shù)H和均勻度指數(shù)J差異達(dá)到顯著水平(P<0.05)，均呈增大變化趨勢，且以170 m以上高程較高。

5 討論

5.1 植物種數(shù)

在不同時期，石門消落帶生態(tài)修復(fù)示范區(qū)內(nèi)植物種數(shù)在20種以上，主要是耐水淹試驗栽植的喬木如南川柳、楓楊、水杉、池杉，灌木如小梾木、中華蚊母樹，多年生草本卡開蘆、甜根子草、狗牙根、扁穗牛鞭草、苔草等，在沉積土壤種子庫中萌發(fā)的野青茅逐步成為建群種，生態(tài)位優(yōu)勢明顯。而在夏季汛期前，示范區(qū)植物種數(shù)高達(dá)40種以上，主要是一年生草本植物如水蓼、藜、土荊芥、黃鵪菜、蒲兒根、棒頭草等萌發(fā)。

5.2 植物群落

自2004 年以來，嘉陵江石門段消落帶生態(tài)修復(fù)示范區(qū)內(nèi)植物群落因受10 余年季節(jié)性水位變化的影響而發(fā)生不同程度的變化。高程165 m以下，形成以苔草、狗牙根等多年生草本植物群落，伴生荊三棱、棒頭草、水苦荬等一年生草本植物；在165～170 m高程，形成以高大草本卡開蘆、甜根子草及多年生野青茅、扁穗牛鞭草構(gòu)成的復(fù)層草本群落，伴生一年生草本水蓼、酸模、藜等；170 m以上高程，形成以喬木南川柳、楓楊為優(yōu)勢種的植物群落，層次豐富，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，與生態(tài)修復(fù)示范目標(biāo)預(yù)測結(jié)果相符[15]。

5.3 植物多樣性指數(shù)

植物多樣性指標(biāo)主要是選取重要值來進(jìn)行評價。在不同時期，各高程內(nèi)Shannon-Wiener多樣性指數(shù)H和均勻度指數(shù)J變化差異不顯著，說明示范區(qū)內(nèi)植物群落結(jié)構(gòu)趨于穩(wěn)定；各高程間Shannon-Wiener多樣性指數(shù)H和均勻度指數(shù)J均隨高程呈增大變化趨勢，表明示范區(qū)植物群落在海拔高程上的分布特征與原長江河岸消落帶一樣，沿濕度梯度分布[16]。