金沙江金安桥水电站废弃地植被恢复研究

卢炜丽,陈奇伯,黄鹏飞,张 鑫,姜文达

(1.西南林业大学环境科学与工程系,云南昆明 650224;2.中国科学院水土保持研究所,陕西杨凌 712100;3.北京林业大学水土保持学院,北京 100086)

金沙江金安桥水电站废弃地植被恢复研究

卢炜丽1,陈奇伯1,黄鹏飞2,张 鑫3,姜文达1

(1.西南林业大学环境科学与工程系,云南昆明 650224;2.中国科学院水土保持研究所,陕西杨凌 712100;3.北京林业大学水土保持学院,北京 100086)

水电站废弃地;植被恢复;植物群落;物种多样性;金安桥水电站

为了解废弃地植被形成与演替的规律和机理,进而指导水电站废弃地植被的恢复与重建工作,对金沙江金安桥水电站废弃地的植被自然恢复过程及特征进行了调查和分析,结果表明:金安桥水电站废弃地的植物共有 49种,分属23科 45属;废弃地植物群落的形成是先锋植物种类入侵、定居、群集和竞争的结果,并且草本层的发育要明显好于灌木层;研究区植物群落目前处于次生演替的初级阶段。在今后的植被恢复中,戟叶酸模、白花鬼针草、荩草、扭黄茅、芦苇、含羞草、芨芨草和孔颖草等都是该地区植被恢复的优选物种。

水电站废弃地是指在水利水电工程建设过程中形成的露天取土取料场、排土弃渣场、边坡开挖区等失去经济利用价值的土地,以及施工生产生活场地和施工道路等直接影响区的裸露土地。这些裸露地由四部分组成:一是剥离的表土和开发弃渣堆积而成的废弃地,如水利水电工程建设过程中的弃土弃渣场;二是水利水电主体工程建设的开挖区,主要是一些开挖边坡和开挖坑废弃地;三是施工作业面、机械设施、辅助建筑物和道路交通等先后占用的土地;四是广义的水电站废弃地,包括移民安置区、施工生产生活区以及施工便道等周边土地[1]。废弃地的生态系统受干扰程度大、系统恢复过程慢,往往对周围环境产生较大的影响,对它的治理与研究始终是恢复生态学的一个主要研究内容。以往对废弃地的研究多侧重于退化生态系统人工恢复与重建的方法与技术,而对于其植被的自然恢复过程及特征则研究报道得较少[2-3]。事实上,积极开展这方面的研究,对于了解废弃地植被形成与演替的规律和机理是极有帮助的,进而可以指导水电站废弃地植被的恢复与重建工作。金沙江金安桥水电站废弃地属于前面所述的第一种水电站废弃地类型,它是由剥离的表土和开发弃渣堆积而成的废弃地。我们研究了自然状态下废弃地植被恢复与形成的过程及特征,以期为同类地区水电项目废弃地的植被恢复与重建以及生态环境保护提供参考。

1 研究区自然概况和研究方法

1.1 自然概况

金沙江金安桥水电站坝址位于云南省丽江市境内,具体位置是东经 100°25′、北纬 26°47′。该区属于高山峡谷地貌,地势北高南低、两岸陡峻,地面坡度在 35°～42°之间,海拔 1 200—1 900m。属亚热带季风气候区,光照充足、热量充沛,气候干热,全年无霜,最热月平均气温 24.9℃,最冷月平均气温 11.8℃,多年平均降水量 938mm,多年平均蒸发量 2 200 mm,干湿季分明,河谷区“焚风效应”明显。土壤主要是红壤,间有少量水稻土等。该区地带性植被为少量暖温性针叶林和大量分布的稀树灌草丛。暖温性针叶林主要是云南松(Pinus yunnanensis),稀树灌草丛群落中的主要物种有扭黄茅(Heteropogon contortus)、余甘子(Phyllanthus emblica)、孔颖草(Bothriochloa pertusa)、地石榴(Ficus tikoua)、坡柳 (Salix myrtillacea)、铁仔 (Myrsineafricana)、西南杭子梢(Campylotropis delavayi)、华西小石积(Osteomeles schwerinae)等[4]。

1.2 研究方法

本研究于 2009年 10月进行,主要选择了项目区 1—5号渣场废弃地进行了调查与统计。

调查采用典型抽样法进行。在 5个废弃地共设置了 10块样地,每个样地面积20m×20m。各样地又分别划分为 4个 10 m×10m的样方,在各样方中分别对乔木、灌木进行调查,乔木调查的内容包括种类、株数、胸径、树高、冠幅、郁闭度等,灌木调查的内容包括种类、株数、高度和盖度。同时在每个样方内设置 2个 1m×1m的小样方进行草本调查,记录草本种类、株数、高度和盖度。另外,对每个样地测其海拔、经纬度、坡向、坡度和坡位。各样地的基本信息见表 1。

表 1 金沙江金安桥水电站废弃地不同样地概况

1.3 植物群落特征值的测定

(1)植物种的群集度按 Braun-Blanquet分级法分 5级测定。

(2)重要值 =(相对密度 +相对频度+相对盖度)/3。

(3)多样性指数采用 Shannon-Wiener多样性指数(H)和Simpson多样性指数(D),计算公式为

上二式中:pi为种i的相对重要值;S为种 i所在样方的物种数目[5-7]。

(4)物种分布的均匀度采用Pielou均匀度指数(E),计算公式为

2 结果与分析

2.1 废弃地植物群落特征

10 个样地中,有 7个是 2004年的弃渣自然恢复形成,3个是 2007年的弃渣自然恢复形成,自然恢复的时间都比较短,因此全部为灌草种(见表 2)。根据 10个样地的统计资料,金沙江金安桥水电站废弃地植被共有种子植物 49种,分属 23科 45属,其中灌木层植物共计13科 16属 16种,草本层植物共计 17科 32属 33种。从统计结果可以看出,灌木层和草本层以禾本科(Gram ineae)、菊科(Compositae)和豆科(Legum inosae)植物种居多,均包含 6～9种,如禾本科所包含的物种有箭竹(Fargesia spathacea)、白茅(Imperata cylindrica)、芦苇(Phragm ites australis)、芨芨草(Achnatherum splendens)、早熟禾 (Poa annua)、荩草(Arthraxon hispidus)、金色狗尾草(Setaria glauca)、扭黄茅、孔颖草 9种,菊科所包含的物种有孔雀草(Tagetes patu la)、万寿菊(Tagetes erecta)、牛尾蒿 (Artem isia dubia)、飞机草 (Eupatorium odoratum)、一点红(Emilia sonchifolia)、白花鬼针草(Bidens pilosa var.radiata)、翼齿六棱菊(Laggera pterodonta)和紫茎泽兰(Eupatorium adenophorum Spreng)。其他科仅有 1种或 2种,如十字花科(Cruciferae)仅有芥菜(Brassica juncea)1种,唇形科(Labiatae)有香薷(Elsholtzia ciliata)、薄荷(Mentha haplocalyx)2种。经调查统计,仅样地Ⅲ不含菊科,样地Ⅸ不含豆科,其余样地均包含禾本科、菊科和豆科植物,可见,禾本科、菊科和豆科是该区次生演替初期的优势科。

表 2 金安桥水电站废弃地不同样地植物群落种类重要值与群集度

由表 2看出,在 49种物种中,不少组成成分具有较高的群集度,这表明许多地段的植被是由先锋种入侵、定居、群集、竞争而形成的。比如灌木层中的戟叶酸模(Rumex hastatus),在 10个样地中均有分布,且具有较高的盖度,样地Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ均以戟叶酸模为单优建群种,其盖度分别高达 33.0%、63.0%和30.0%。戟叶酸模适应于温暖、半干旱至潮湿的气候,其根蘖型根系最长可达 1.5m,根上长芽,可发育成新的枝条,表现出极强的抗旱性;对土壤的适应范围较广,在石质地上也能生长;繁殖能力极强。戟叶酸模这种耐旱、耐贫瘠的生物学特性,使其成为该区植物群落次生演替的先锋树种。

样地Ⅲ草本层以芦苇和扭黄茅为优势种和建群种,且都具有较高的群集度。经实地调查,芦苇和扭黄茅生长在金沙江河岸的台地上,光照、温度、水分和土壤等环境因子均有利于其生长。芦苇为多年生草本,喜湿,对水分的适应幅度很宽,其根系生长旺盛,须根和根毛较多,适应能力强;扭黄茅也是多年生草本,须根发达,分蘖力较强,喜热且抗旱,耐贫瘠。其余同层的植物由于没有快速的繁殖能力和极强的适应性,因此也就不能形成该群落的优势种或建群种。样地Ⅶ则以含羞草为优势种和建群种,其对光照、气候、土壤等要求不严,但在沙质壤土上生长较好,喜温暖湿润的环境。总之,正是由于不同植物特殊的生物学特性以及相应适宜的立地条件,使之成为相应群落不同层次的优势种或建群种。

2.2 废弃地植物群落物种多样性特征

物种多样性可以定量地表征群落和生态系统的特征,可直接或间接地体现群落和生态系统的结构类型、组织水平、发展阶段、稳定程度、生境差异等[8]。分析各废弃地植物群落的多样性指标(见表 3),结果表明,不管是丰富度指数、多样性指数还是均匀度指数,都是草本层 ＞灌木层,这说明在废弃地的植被恢复中草本层明显优于灌木层。分析其原因,主要是弃渣场的立地条件比较差,对灌木来说影响比较明显,而草本层对各因素不是很敏感,所以草本层的发育要好于灌木层,这与类似地区的研究结果是一致的[9]。目前金安桥水电站废弃地上所形成的群落类型也为当地较常见的草丛,没有乔木,全部是灌草,属于植被恢复的初级阶段,多样性指数也比较低。

表 3 金安桥水电站废弃地不同样地物种多样性

3 结论与讨论

(1)通过植被调查数据统计与分析,金安桥水电站废弃地的植物共有 49种,分属 23科 45属,其中灌木层植物 13科 16属 16种,草本层植物 17科 32属 33种。

(2)金安桥水电站废弃地的各植物群落中,各样地灌木层的主要优势种和建群种为戟叶酸模,草本层的优势种和建群种主要有白花鬼针草、荩草、扭黄茅、芦苇、含羞草、芨芨草和孔颖草等。各样地植物群落的优势种和建群种是由物种的生物学特性所决定的,同时也受到地形、地貌等环境因素的影响。各植物群落所含物种数、建群种种类、建群种数量的差异反映了种群的分布格局,是植物种群生物学特性对环境条件长期适应和选择的结果。

(3)植被的次生演替过程受到其周围植被的影响。金安桥水电站废弃地所分布的 49种植物均为当地的分布种,废弃地所形成的群落类型也为当地较常见的草丛。废弃地的长期演替趋势符合次生裸地→草丛→灌丛→森林的一般趋势,样方调查中所出现的灌木种类已说明了这一点。

(4)生态系统的自然恢复能力存在着地域差异。在寒冷和干燥的气候条件下,植被自然恢复速度比较慢;而在温暖潮湿的气候条件下,植被自然恢复速度比较快[10]。金安桥水电站废弃地属亚热带季风气候区,其植被的恢复过程相对较快,在较短的时期内便自然形成了具灌木植物的草丛,表明该地区的废弃地具备较强的植被恢复能力。

生态系统的自我恢复往往较为缓慢,而人为恢复可在一定程度上改变生态系统演替的方向和速度,并可缩短其恢复周期[10-11]。适当的工程治理既有利于废弃地的植被恢复,又能减少水土流失。本研究所调查的样地是属于剥离的表土和开发弃渣堆积而成的废弃地,其砾石含量比较高,流动性较强,因此只在有土层及有覆土的废弃地植被恢复状况相对较好,那些未经覆土的废弃地植被恢复较差。因此,要促进废弃地上植被的恢复与重建,最重要的是对弃渣堆积坡地进行及时的工程治理,做好渣场坡面的稳定及覆土措施;同时在保护好现有植被的基础上,对面积较大的废弃地进行人工撒种,种植一些耐旱、耐贫瘠的植物种类,如实地调查中出现的戟叶酸模、白花鬼针草、荩草、扭黄茅、芦苇、含羞草、芨芨草和孔颖草等,这些都是该地区植被恢复的优选物种。

[1]何荣智,卢喜平,何孟.水电站废弃地植被恢复与重建研究[J].四川水力发电,2007,26(1):122-126,136.

[2]陈芳清,张丽萍,谢宗强.三峡地区废弃地植被生态恢复与重建的生态学研究[J].长江流域资源与环境,2004,13(3):286-291.

[3]陈芳清,张丽萍,卢斌.隔河岩水电站废弃地植被的初始生态恢复[J].三峡大学学报:自然科学版,2003,25(2):180-184.

[4]余德恒,陈奇伯,王克勤,等.金安桥水电站渣场边坡植物防治灌草种的选择[J].亚热带水土保持,2009,21(3):12-15.

[5]陈芳清,卢斌,王祥荣.樟村坪磷矿废弃地植物群落的形成与演替[J].生态学报,2001,21(8):1347-1353.

[6]马克平,黄建辉,于顺利,等.北京东灵山地区植物群落多样性的研究:Ⅱ丰富度、均匀度和物种多样性指数[J].生态学报,1995,15(3):268-277.

[7]林育真.生态学[M].北京:科学出版社,2004.

[8]张丽霞,张峰,上官铁梁.芦芽山植物群落的多样性研究[J].生物多样性,2000,8(4):361-369.

[9]陈璟.废弃采石场植被自然恢复初期物种多样性的研究[J].中国农学通报,2009,25(6):210-214.

[10]章家恩,徐琪.恢复生态学研究的一些基本问题探讨[J].应用生态学报,1999,10(1):109-113.

[11]李玉臣,吉日格拉.矿区废弃地的生态恢复研究[J].生态学报,1995,15(3):339-343.

Vegetation Rehabilitation o f Abandoned A reas o f Jin'anqiao Hydroelectric Plant o f Jinsha River

LUWei-li1,CHEN Qi-bo1,HUANG Peng-fei2,et al.

(1.Southwest Forestry University,Kunming,Yunnan 650224,China;2.Institute of Soiland Water Conservation,Chinese Academy of Sciences,Yangling,Shaanxi 712100,China)(58)

The paper investigates and analyzes on the characteristics and the process of natural vegetation rehabilitation of abandoned areas of Jin'-anqiao Hydroelectric Plantof the Jinsha River for understanding the law and themechanism of formation and succession of vegetation and for guiding the vegetation rehabilitation and rebuilding.The outcomes show thata)there are 49 species in total,belonging to 45 categories of 23 families in the abandoned areas;b)the formation of plant community is the resu ltof intrusion,settlement,gatheringand competition of pioneer p lants,and the development of herbaceous layer is obviously better than thatof bush layer and;c)atpresent,the plantcommunity in the studied areas is in primary stage of secondary succession.During the vegetation rehabilitation,Rumex hastatus,Bidens pilosa,Arthraxon hispidus,Heteropogon contortus,Phragmites australis,Mimosa pudica,Achnatherum splendens and Bothriochloa pertusa are the optimized species for vegetation rehabilitation of the areas in the future.

abandoned area of hydroelectric plant;vegetation rehabilitation;plant community;species diversity

X 171.4

A

1000-0941(2011)02-0058-04

卢炜丽(1979—),女,黑龙江泰来县人,讲师,博士,主要从事水土保持方面的研究。

2011-01-15

(责任编辑 徐素霞)