赣南水土流失区植物多样性及其恢复特点研究

2011-07-26马冬雪刘仁林

中国水土保持 2011年12期

马冬雪，杨洁，刘仁林

(1.河北政法学院园林系，河北石家庄050061;2.江西省水土保持科学研究所，江西南昌330029;3.赣南师范学院生命与环境科学学院，江西赣州341000)

江西赣南位于东经 113°52'—116°39'、北纬 24°30'—27°10'之间，总面积39 379.64 km2，占江西省总面积的23.6%。赣南水土流失区主要是指海拔500 m以下的台地、低丘、中丘(7 174.05 km2)和部分高丘(约5 878.4 km2)地貌中发生水土流失的区域，占地貌面积的43.5%。所谓地貌面积是指除农田、村庄、公路、河流、水库等以外的土地面积。水土流失区主要涉及于都、兴国、宁都、信丰、南康等县市，其中尤以于都、兴国、宁都较为严重。

水土流失的强度变化与植被的变化有着密切的联系，将水土流失与植物多样性动态变化等联系起来研究，有利于水土保持技术的发展和实施[1-2]。植被在控制水土流失过程中具有重要的作用，伴随着植被的恢复，必然是植物物种多样性的增加，而不同生活型、生态习性和生物学特性的植物(物种)配置和栽培模式对水土流失的控制效果也不同[3-7]。赣南是我国南方水土流失较严重的地区之一，经过30余年的治理，水土流失区的植被和植物多样性得到了较好的恢复。但在这个过程中，对该水土流失区植物多样性变化的研究不多，现有的研究文献仅见于植物群落方面[8-9]，因此详细调查和研究赣南水土流失区植物多样性，掌握该区治理30余年后植物多样性的恢复特点和性质，对在新的社会经济发展阶段进一步提高水土流失治理水平具有重要意义。

1 赣南的自然概况

1.1气候

赣南系典型的亚热带丘陵山区湿润季风气候，年均气温18.9℃，1月平均气温6.7～8.5℃，7月平均气温26.9～29.6℃，极端高温41.2℃，极端低温-8℃;日平均温度稳定通过5℃的天数338 d，稳定通过10℃的天数267 d，无霜期为287 d;春季71 d，夏季132 d，秋季62 d，冬季100 d。赣南雨水充沛，30年年均降水量1 586.9 mm，降水量分布情况是东北部多于西南部，高山多于低丘。一年中，第二、三季度降水量占年降水总量的70.4%，第四季度气候略显干燥[10]。

1.2 土壤及植被

赣南的土壤有6种类型:①红壤，主要分布在海拔500 m以下的丘陵和低山，其面积占土地总面积的60%。红壤矿物质养分不足，黏性程度高，干时坚硬，湿时黏糊，土壤pH值4.5～5.5。②山地红黄壤，分布于海拔500—800 m的山地，成土母岩为花岗岩、砂页岩，土层厚度1 m左右，地表有枯枝落叶，有机质含量5% ～7%，pH值5.2～5.9。③山地黄壤，分布于海拔800—1 400 m的山地，颜色为黄色，质地为沙壤至重壤，土层厚度一般60 cm，腐殖质层厚20～30 cm，有机质含量一般在5%以上。④山地红棕壤，分布于海拔1 400 m以上的山地，土色多为灰黄棕至暗黄棕色，质地为轻壤，有机质含量多在7% ～8%，自然肥力高。⑤山地草甸土，分布于海拔1 400—1 700 m的山地，有机质含量1%，土壤肥力高。⑥紫色土，主要分布于章贡区、赣县、宁都、石城、瑞金、南康、大余、会昌、定南、龙南等县县城附近的丘陵地带，由紫色砂页岩形成，质地良好，多为沙壤和中壤，土层浅薄，往往岩石裸露。

现状植被为马尾松及灌丛植物，覆盖率低，土壤侵蚀严重。

2 研究方法

采用植物区系调查方法，全面采集赣南水土流失区的植物标本，调查各种植物的生境、生态学习性、生物学习性，然后进行标本制作、鉴定分类和整理分析。

在植物区系调查的基础上，对水土流失严重区进行样地调查，即采用典型群落样地调查的方法获取样地数据，并运用GPS确定样地的地理位置和具体群落的坐标点、海拔。样地面积20 m×30 m;同时将样地分成6个10 m×10 m的小样方，调查灌木植物;另外，又在样地对角线和交叉点上用“梅花布点法”设置5个1 m×1 m的小样方，调查草本植物[11]。

3 结果与分析

3.1 地理成分多样性及其特点

3.1.1 物种较丰富

根据调查、鉴定和分析，赣南水土流失区分布种子植物(含部分重要栽培植物)152科541属1 016种(含种以下单位)，其中裸子植物6科10属10种，被子植物146科531属1 006种，占江西种子植物种数[12]的22.8%，说明经过30余年的治理，植物物种较丰富，已经进入了植被恢复较快的时期。

3.1.2 地理成分多样性较高

3.1.2.1 科的地理成分及其特点

据调查，水土流失区内有种子植物152科，占江西省种子植物总科数的71.4%。世界种子植物科的地理成分涉及18个分布区类型[13]，表1列出了赣南水土流失区种子植物科的分布区类型及数量，从表中可看出，虽然水土流失区环境条件较差，但随着植被的恢复，逐渐显现出破坏前的区系性质。不同地域的水土流失区植被恢复具有明显的地理成分差异，这种差异是指导我们寻找相应地理成分进行人工植被恢复的基础。

表1 赣南水土流失区种子植物科的分布区类型

首先，由表1可知，赣南水土流失区种子植物科的地理成分有以下特点:①世界广布类型的科较多。赣南水土流失区世界广布的科占全球这个类型的76.2%，占赣南水土流失区总科数的31.6%，说明本区系的植物成分具有较高的世界分布成分，而且均为一些普通的种类，适应性强，耐干旱、瘠薄。②热带性成分较多。热带性成分(泛热带，东亚热带、亚热带及热带南美间断，旧世界热带，热带亚洲至热带大洋洲，热带亚洲至热带非洲，热带亚洲分布)为71科，占总科数的46.7%，而温带性成分(北温带，东亚及北美间断，旧世界温带，温带亚洲，地中海区、西亚至中亚，中亚，东亚分布)为30科，仅占总科数的19.7%。显然，赣南水土流失区植物科的地理成分主要为热带、亚热带成分，但缺少纯热带分布型科。因此，在植被恢复等工程中应注意选用泛热带、亚热带植物，以提高成活率。

其次，赣南水土流失区的植物种类主要集中在一些较大的科，含10种以上的科的种数达603种(表2)，占总种数(1 016种)的59.4%;草本种类较多，有369种，占10种以上科所含种数(603种)的61.2%。这些草本植物种类主要集中在禾本科、菊科、莎草科、蝶形花科和蓼科，且均为普通常见的种类，多生长在路边、土壤瘠薄、阳光充足等较干旱的生境，对控制水土流失起到了重要的作用。

表2 赣南水土流失区含10种以上的科及其所含草本、木本种数

3.1.2.2 属的地理成分及其特点

赣南水土流失区有种子植物541属，可划分为15个地理成分类型(表3)[14]。

由表3可知，赣南水土流失区种子植物属的地理成分主要有4个特点:①世界分布型属较多。赣南水土流失区世界分布型的属占中国这一类型的52.8%，占赣南水土流失区总属数的10.2%，表明赣南水土流失区环境条件较差，生境单调，主要适应一些普遍分布且具耐旱性的物种生存。因此，在水土流失区进行植被恢复时，选用这个分布类型的植物比较容易成功。②热带性成分较多。热带性属(序号二至七)为272属，占本区总属数的50.3%，但缺乏纯热带分布型属，说明赣南水土流失区适应亚热带和热带向北延伸的植物生长，这与本地区高温、雨量分配不均衡导致的季节性干旱等气候特点有关。③温带分布型属常见。温带成分(序号八至十四)204属，占本区总属数的37.7%，仅次于热带分布型属，是水土流失区内常见的成分，如松属、刺柏属、山楂属、杨梅属、栗属、栎属、葡萄属、野枯草属、稗属、画眉草属等，而且松属的马尾松(Pinus massoniana)是水土流失区的主要乔木优势树种，分布面积广、个体数量多，是水土流失治理的先锋树种。④草本植物丰富，主要集中于世界分布型属和泛热带分布型属，涉及菊科、禾本科、莎草科、唇形科等，是水土保持不可忽视的选择对象。乔木优势树种主要涉及松属、木荷属和枫香属，主要种类是马尾松、木荷(Schima superba)、枫香(Liquidambar formosana)。其他乔木如栲属、青冈属、阿丁枫属等不论在数量上还是在分布面积上仅占很小部分，但是这小部分乔木却是植被顺向演化的“曙光”，是植被顺向演化的标志[15]。

表3 赣南水土流失区属的分布区类型统计

3.2 植物多样性恢复特点

3.2.1 不同水土流失类型的植物多样性

根据调查，赣南水土流失区按水土流失的严重状况可分为4个类型，即无或极轻的水土流失(类型Ⅰ)、轻度面蚀(类型Ⅱ)、严重沟蚀+面蚀(类型Ⅲ)、崩岗(类型Ⅳ)，类型Ⅳ又分为“面蚀+沟蚀”型崩岗(类型Ⅳ-1)和“沟壑”型崩岗(类型Ⅳ-2)2个亚型，具体见表4。

从表4可以看出，不同水土流失类型中，植物多样性最高的是类型Ⅰ，即按多样性排序为:类型Ⅰ＞类型Ⅱ＞类型Ⅳ-2＞类型Ⅳ-1＞类型Ⅲ。这个规律对我国南方水土流失区植物多样性恢复具有指导意义:一是要考虑流失强度，水土流失强度较轻的类型Ⅰ和Ⅱ，植被基础较好(土壤中仍保存了种子、根等繁殖器官或在“绿岛”附近)，应进行封山，促使植被自然恢复;水土流失较强的类型Ⅲ、Ⅳ-1、Ⅳ-2，植被破坏较严重，应采取植物修复+工程措施。二是要分析局部环境条件，如类型Ⅳ-2，虽然崩岗使植被破坏严重，但局部沟壑因水分、肥力较好，土壤中埋藏的繁殖器官(根、种子等)也较多，反而出现较多的植物物种，因此在恢复“沟壑”型崩岗植被时可以采取先局部恢复，然后扩大到全面恢复的模式。

表4 赣南不同水土流失类型植物物种多样性

3.2.2 不同起源的植物多样性

不同的植被起源，植物的多样性也有所差异(表5)。由表5可知，不同起源的植物群落物种多样性丰富程度是:①乔木层种数表现为天然群落＞天然-人工混合群落＞人工林。②灌木、草本层植物种数表现为天然群落＞天然-人工混合群落＞人工群落。③海拔较高、具有山区环境特征的地段(如峰山)，其物种数量高于海拔较低的低丘、中丘地区。表5中的天然群落是位于峰山原先遭到人为破坏并发生了水土流失，停止破坏后自然恢复的群落(天然起源)，与水土流失区其他地方的人工-天然混合起源的群落和人工起源的群落进行比较表明，峰山天然起源的群落植物多样性较高。峰山为赣州市城郊的孤山，最高海拔1 016 m，四周被赣县、南康、于都等水土流失区包围，可以看成是水土流失区中的一个“绿岛”。虽然峰山局部地段遭到严重破坏并发生水土流失，但由于附近具有丰富的物种繁殖器官，因此一旦停止干扰，“绿岛”的植物繁殖器官如种子等将连续不断地进入水土流失区，促进植被顺向演替，使植物多样性增加。由此可知，在水土流失区内保护一定数量的“绿岛”，有利于植被恢复。

表5 不同起源的群落植物多样性

3.2.3 不同水保措施植物多样性

通过实地调查，把不同的水保措施分为4个类型:封禁型Ⅰ、水保林型Ⅱ、工程措施型Ⅲ、果业型Ⅳ，见表6。基于表6的分析，植物物种多样性恢复的规律是:封禁型Ⅰ＞水保林型Ⅱ＞工程措施型Ⅲ＞果业型Ⅳ。在封禁型Ⅰ中，封禁时间越长物种越丰富，表6峰山样地中的乔木达到了10种，灌木14种，草本18种，总计达到42种，基本接近天然阔叶林物种多样性程度。在水保林型Ⅱ中，结合适度的果园开发，有利于植物多样性恢复，这种类型的实施关键是控制果园开发的规模和强度，只要控制适度的规模和强度，将促进物种多样性的发展，提高水土保持措施的经济效益和生态效益。

表6 不同水保措施的植物多样性

工程措施型Ⅲ中，水平带整地有利于植物多样性的恢复，这可能是由于水平带有利于保水、保肥以及土壤疏松(整地时翻耕土壤)的作用。

果业型Ⅳ的植物多样性较低，特别是纯经营性果园，由于整地强度大，施用化肥、农药频繁等原因，生物多样性较低，也很难恢复，因此在水土流失区开发果园必须与水保措施结合起来，控制开发强度和规模，并采取适当的水保措施如竹节沟+封禁等，以利于生物多样性的恢复，提高水土保持效益。

上述4种水保措施类型，必须因地制宜地选择实施。一般条件较好的地区应尽可能实施长期封禁，并要求封禁面积达到一定规模，这样由于“绿岛”效应，能较快地恢复生物多样性，控制水土流失。其次是大力营造水保林，并同时辅以工程措施，这样有利于提高水土保持生态效益和经济效益。此外，水土流失区必须慎重发展果园，应把果园开发与水保措施结合在一起进行，控制果园开发的强度和规模，避免片面追求经济效益而造成更严重的水土流失。

3.2.4 人类活动区半径对植物多样性恢复的影响

通过调查发现，水土流失的强度与人类活动的半径有关，主要表现为如下特点:①离居民区越远的地方，水土流失越轻;②有森林的地方，水土流失轻，如表5中峰山山区天然群落的生物多样性较丰富，基本没有水土流失发生。因为林区保存了许多植物繁殖体(包括有性器官和营养器官)，离森林较近的水土流失区相对容易得到繁殖体的连续补充，从而促进生物多样性恢复。因此，必须控制水土流失区的果园开发强度，以免将土壤中的繁殖体损失殆尽;一旦这种情况发生，则必须依赖外界输入繁殖体才能恢复。

4 结论

(1)赣南水土流失区经过30余年的治理，植物多样性较高，有152科541属1 016种。地理成分中世界广布的科、属较多，从这类地理成分中筛选出适应性较强的植物用于水土流失区的植被恢复较易成功。

(2)地理成分中热带性成分较多，但缺乏纯热带分布型的属，说明赣南水土流失区有较多的类群适应由热带-亚热带向北延伸的环境。因此，在植被恢复中应注意选用泛热带、亚热带成分的植物如木荷、桃金娘(Rhodomyrtus tomentosa)、岗松(Baeckea frutescens)、黄荆(Vitex negundo)等，将有利于提高植被恢复效率。

(3)植被恢复中乔木优势树种主要涉及松属、木荷属和枫香属，主要种类是马尾松、木荷和枫香。低海拔(500 m以下)的水土流失区不仅面积大，而且生物多样性低，环境条件较差，乔木树种较少，乔木优势树种主要为马尾松、木荷、枫香等阳性树种。当演替到较高等级时才出现乌冈栎(Quercus phillyraeoides)、青冈(Cyclobalanopsis glauca)、红润楠(Machilus thunbergii)、蓝果树(Nyssa sinensis)、甜槠(Castanopsis eyrei)等半耐阴性阔叶树种，这些种类的出现是植被顺向演替进而达到顶级群落的“曙光”，预示着植被恢复加速发展。

(4)不同水土流失类型按植物多样性排序依次是类型Ⅰ＞类型Ⅱ＞类型Ⅳ-2＞类型Ⅳ-1＞类型Ⅲ。认识这个规律对我国南方水土流失区植物多样性恢复具有指导意义:一是要考虑流失强度;二是要分析局部环境条件，可以采取先局部恢复，然后再扩大到全面恢复的模式。

(5)不同起源的植物群落物种多样性恢复的特点是:天然群落＞天然-人工混合群落＞人工林;海拔较高、具有山区环境的群落物种数量大于海拔较低的低丘、中丘地区，即物种多样性具有“绿岛”效应，因此在水土流失区内保护一定数量的“绿岛”，将有利于区内的植被恢复。不同的水保措施按植物多样性恢复快慢排序为:封禁型Ⅰ＞水保林型Ⅱ＞工程措施型Ⅲ＞果业型Ⅳ。长期封禁有利于形成“绿岛”，能较快恢复生物多样性，控制水土流失。

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