白龙江中游地震滑坡体植被初期的自然恢复能力——以陇南市武都区清水沟滑坡体为例

马 和，张继强，康建军，薛 睿，赵亚萍，龚志勇，刘东皓

(1.甘肃省林业科学研究院，甘肃 兰州730020;2.陇南市武都区林业局，甘肃 武都746000)

地震滑坡是由于地震作用而引起的大规模滑坡现象［1-2］，是地震诱发山地灾害的主要类型之一，也是地震灾区倍受关注的一种成灾方式［3］。我国是全球性大陆地震最集中、活动性最高的地区［4-6］，地震造成的滑坡及水土流失、生态环境破坏也是全球最严重的国家之一。

甘肃陇南地区位于白龙江的中游，属于嘉陵江的一级支流［7］，是长江上游重要的水源补给区，也是长江上游生态屏障建设的重要组成部分。在2008 年“5·12”汶川大地震中生态环境遭受了严重的破坏，受灾程度仅次于四川汶川，受灾面积达6.5 万km2，影响面积超过10 万km2，直接经济损失高达593.32 亿元。地震不仅对当地人民生命财产、国家重要基础设施等造成严重损害，同时诱使滑坡、泥石流等山地自然灾害频发，水土流失加剧，生态环境变得十分脆弱，给当地带来了巨大的安全隐患，同时也威胁到长江上游的生态安全。

在“5·12”汶川大地震后，张翔等［8］、刘守江等［9］和田佳等［10］在汶川地震极重灾区植被破坏情况调查和分析的基础上，利用不同的方法，对震后灾区植被恢复现状、灾区植被分区和植被恢复技术等方面进行研究;骆宗诗等［11］在对地震灾区崩塌山体微生境类型划分的基础上，基于植物多样性指数，对崩塌山体植被自然恢复力进行了评价。目前，我国对地震滑坡体植被恢复方面的研究主要集中在四川，而针对甘肃地区的研究很少见。本研究以甘肃陇南市武都区清水沟典型性地震滑坡体为研究对象，通过野外调查和数据分析震后该区域植被的自然恢复状况，旨在为灾后形成的地震滑坡体植被恢复物种筛选及恢复模式提供理论数据。

1 研究区概况与研究方法

1.1 研究区概况

研究区位于陇南市武都区清水沟流域，地理坐标为104°54' －104°55' E，33°23' －33°24' N，流域面积2.5 km2，该区地处长江流域嘉陵江水系白龙江中游，秦巴山地与岷山山脉、黄土高原交汇地带，是甘肃省唯一的长江流域地区。境内高山、河谷、盆地交错，峰峦叠嶂，沟壑纵横，气候呈立体分布，生态差异明显，属亚热带向暖温带过渡区。该区年平均气温14.7 ℃，极端气温最高为40 ℃(1951 年)，最低为－9 ℃(1991 年)，年日照时数1 911.3 h，年降水量474.6 mm，年蒸发量1 740 mm，无霜期210 ～240 d，海拔在600 ～3 600 m。清水沟位于武都区的东北方向，紧邻城区，是武都区北出口的必经之路。在“5·12”汶川大地震中，坡顶裸露的岩土体在强重力的侵蚀下发生大面积震裂、崩塌，岩土体在滑动过程中解体碎裂并沿坡面堆积，导致植被全部死亡，形成大面积的次生裸地。依据孔纪名等［3］的分类方法，本研究地震滑坡体属震滑型―碎裂滑动(碎屑滑动)亚类。

1.2 试验方法

采用样带结合海拔梯度的方法［12-13］对植物群落进行调查，选择有代表性的滑坡体为研究对象。根据海拔高度、植物群落及土层厚度变化情况，将研究对象划分为3 种立地条件:下坡位(海拔1 020 ～1 060 m)、中坡位(海拔1 060 ～1 120 m)和上坡位(海拔1 120 ～1 140 m)，在下坡位、中坡位和上坡位分别布设2 个、3 个、2 个10 m ×10 m 典型样地，分别记为:样地Ⅰ、样地Ⅱ、样地Ⅲ、样地Ⅳ、样地Ⅴ、样地Ⅵ、样地Ⅶ。在每个典型样地内沿两条对角线取5 个1 m×1 m 小样方，3 次重复。共计调查7 个典型样地，105 个小样方。记录每个样方内的植物种类、高度、多度、盖度等指标。同时将样方内各种草齐地面剪下后分装纸袋，即时称鲜重，然后带回实验室，在80 ℃恒温下，经12 h 烘干至恒重后称干重［13］。在2013 年8 月7 日植被生长最旺盛的时期，进行生物量测定和群落特征调查。

1.3 数据处理方法

1.3.1 重要值计算 重要值是评价植物种群在群落中地位和作用的一个综合性数量指标，也是判断群落类型的依据。

物种重要值［14］:

式中，RF表示相对频度;RC表示相对盖度;RD表示相对多度。

1.3.2 物种多样性指数计算 用Margalef 丰富度指数来直观地表征样地中植物种类的多少;用Simpson 优势度指数来反映群落抗干扰能力的强弱［15］;用Shannon-Wiener 多样性指数作为地震滑坡体植被自然恢复能力考核指数;用Pielou 均匀度指数来反映物种分布情况。其计量公式分别为:

Margalef 丰富度指数［16］:

式中，S 表示样方调查的物种数;N 表示所有种类的个体数目。

Simpson 优势度指数［17］:

式中，Ni表示样方中第i 种植物的重要值;N 表示所有种类的个体数目。

Shannon-Wiener 多样性指数［17-18］:

式中，Pi表示样方中第i 种植物的重要值。

Pielou 均匀度指数［18］:

式中，S 表示样方调查的物种数。

2 结果与分析

2.1 植物群落的组成特点

据样方调查结果显示，在研究区内共有高等植物34 种(表1)，隶属于16 科30 属，其中种类最多的科为禾本科和菊科，均各有8 种，其次为豆科有3种，茄科和蔷薇科各有2 种，这5 科植物种数占总种数的比例分别为23. 5%、23. 5%、8. 8%、5. 9%、5.9%;败酱科、苋科、紫草科和萝藦科等11 科，均各有1 种，占总种数的比例均为2.9%。群落组成以草本和小灌木为主，其中优势种为狗牙根、马唐、黄茅、芦苇、骆驼蓬等。

目前研究区域内植被自然恢复以草本植物为主，有26 种，占研究区植物总数的76.5%，灌木较少，有8 种，占研究区植物总数的23.5%，无乔木分布。地震滑坡体是地震诱发的次生裸地，在植被自然恢复过程中，埋藏在土壤里的草本种子生长快，种子产量大，扩散能力强，是自然恢复的先锋物种。

在7 个样地中，由于环境因子的差异，不同立地条件植物群落物种组成、群落类型以及群落结构存在差异。在下坡位(样地Ⅰ、Ⅱ)为狗牙根+红花岩黄耆+芦苇群落，甘菊为偶见种;中坡位(样地Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ)为马唐+芦苇+早熟禾群落;上坡位(样地Ⅵ、Ⅶ)为马唐+黄茅+臭蒿群落。7 个样地中，上坡位植物群落的群落结构为草本+草本模式，中坡位和下坡位均为草本+小灌木模式，但不同部位物种组成有所差异。在下坡位中一年生草本植物占优势，其次是灌木，多年生草本所占的比例最小;随着海拔的升高，在中坡位，部分一年生草本和灌木消失，多年生草本开始植物占优势;在上坡位，一年生草本和多年生草本所占的比例相当，大部分灌木消失，仅有小叶滇紫草分布(图1)。

这种变化是由于不同立地条件的环境因子不同所致，下坡位位于沟谷地带，海拔最低，土壤水、热条件结合最好，但日照时间较短，适宜发芽迅速、生长周期短的一年生植物生长;在中坡位，土壤水、热、光照条件三者结合最好，生境条件较为优越，植被的演替最为迅速，多年生植物开始定居并占优势;随着海拔的增加，土壤含水量减少，水分因子限制了部分植物的生长发育，生境条件变的严酷，在上坡位，适宜耐旱性、耐寒性较强的多年生植物生长。

2.2 物种多样性

方差分析表明，物种多样性各样地间存在差异，表明不同样地为植物生长发育提供的环境条件存在差异，因此造成植被自然恢复能力的差异(表2)。7个样地中，样地Ⅴ、Ⅵ和样地Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ之间的Margalef 丰富度指数(R)差异显著(P ＜0.05)，其余样地之间差异不显著(P ＞0.05)，丰富度指数从大到小依次是Ⅵ＞Ⅴ＞Ⅶ＞Ⅰ＞Ⅱ＞Ⅲ＞Ⅳ，最大值出现在上坡位(样地Ⅵ)，最小值出现在中坡位(样地Ⅳ)，说明在上坡位物种丰富度最高，中坡位物种丰富度最低;样地Ⅰ、Ⅵ、Ⅶ的Shannon-Wiener 多样性指数(H)显著低于中坡位的样地Ⅲ和Ⅳ，样地Ⅱ和Ⅴ居中，多样性指数从大到小依次是Ⅳ＞Ⅲ＞Ⅱ＞Ⅴ＞Ⅰ＞Ⅶ＞Ⅵ，最大值出现在中坡位(样地Ⅳ)，说明中坡位群落中物种复杂程度最高;Pielou 均匀度指数(E)样地Ⅲ显著高于样地Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ，样地Ⅰ、Ⅱ居中，说明样地Ⅲ的植物分布均匀程度高，植物群落最为稳定;样地Ⅰ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ与样地Ⅲ、Ⅳ之间的Simpson 优势度指数(D)存在显著差异，与样地Ⅱ之间差异不显著，各样地间由大到小依次表现为Ⅵ＞Ⅶ＞Ⅰ＞Ⅴ＞Ⅱ＞Ⅳ＞Ⅲ，最大值出现在中坡位上坡位(样地Ⅵ)，最小值出现在中坡位(样地Ⅲ)。说明中坡位抗干扰能力最强，上坡位抗干扰能力最低。

表1 地震滑坡体不同样地植物种类组成及重要值Table 1 Composition and important value of plant species of different plots on earthquake landslide

续表1

图1 地震滑坡体不同样地植物生活型Fig.1 Plant life form of different plots on earthquake landslide

表2 地震滑坡体植物群落多样性指数变化Table 2 The changes of diversity index of the plant community in earthquake landslide

3 讨论与结论

王琼等［19］在浙江省舟山市以废弃采石场为例，探讨植被的自然恢复过程中多样性的变化规律，将植被自然恢复过程划分为初级演替期、初级交替期、高级交替期、高速恢复期以及恢复稳定期5 个演替阶段。本研究区是由于地震诱发而产生的次生裸地，通过5 年的自然恢复，研究区共发现16 科32 属34 种植物，其中以草本植物为主，共28 种，占研究区植物总数的76.5%，灌木较少，有6 种，无乔木分布，根据植物群落的种类构成，群落的演替顺序按照常规的草本－灌丛－乔木群落演替次序进行。由于环境因子的差异，导致植物群落物种组成、群落类型以及群落结构存在差异，在下坡位一年生草本植物占优势，群落结构模式主要为小灌木+草本;中坡位二年生草本植物所占比例增加，群落结构模式主要为小灌木+草本;上坡位多年生植物所占的比例增加，群落结构模式主要为草本+ 草本。依据王琼等［19］在废弃采石场植物演替分类标准，研究区植被自然恢复上坡位目前处于初级交替期，中坡位和下坡位处于初级演替期。同时说明植物群落自然恢复过程在空间演替方向是中坡位－下坡位－上坡位。

在28 种草本中以菊科和禾本科植物为主，共15 属16 种，分别占总属、种数的50%和47.1%，说明菊科和禾本科在地震滑坡体自然恢复过程中占据重要地位，这与刘守江等［9］在四川非规范性滑坡体上植被自然恢复能力研究的结果一致。同时，在不同坡位，群落内的主要物种多有重复，表现出较强的连续性和递进性，说明植物群落演替速率比较缓慢。这与白文娟等［20］在黄土丘陵沟壑区退耕地自然恢复植物群落的分类与排序中的研究结果基本一致。

物种多样性是植被恢复过程中最重要的特征之一［21-22］。多样性指数表示群落种类的多样性，同时还能反映群落内部种类数目和种类个体分布的均匀性，是最能反映生态系统恢复程度的生态学指标［11］，在很大程度上，人们可通过物种多样性的间接观察，了解地震滑坡体上不同生境植被多样性的自然恢复情况。依据多样性指数判断不同生境植被自然恢复能力，就不同的海拔高度采用不同的恢复方法。本研究中，由于位于中坡位的样地Ⅴ旁有条进山道路，因此造成植物群落多样性指数变化异常，从其余6 个固定样地的植物群落多样性指数变化来看，中坡位植物群落物种多样性和均匀度最高，丰富度和优势度最低;上坡位植物群落物种丰富度和优势度最高，多样性和均匀度都最低;下坡位植物群落物种丰富度、多样性、均匀度、优势度居中。产生上述差异的原因是由于多样性指数受物种丰富度和均匀度的共同影响［23-24］，下坡位海拔最低，位于沟谷地带，土壤水分条件较好，但人为活动干扰强烈，群落内物种分布不均匀，从而导致多样性偏低;位于中坡位的样地Ⅲ和样地Ⅳ，由于地势相对平坦，土壤水分和光热条件结合较好，植物分布比较均匀，均匀度指数和多样性指数均达到最大值;随着海拔的升高，水分因子限制了部分植物的发育，并且导致种间竞争激烈，种群分布极不均匀，成簇状分布，形成单优种群，从而导致上坡位植物多样性较低，优势度较高。因此，以Shannon-Wiener 多样性指数作为地震滑坡体植被自然恢复能力考核指数表明，多样性恢复能力最强的是中坡位，其次是上坡位和下坡位。

本研究结果表明，下坡位由于人为活动干扰强烈，采用人工封育，减少人为干扰因子的影响;中坡位土壤条件及水热光照条件组合最好，植物群落的自然恢复能力最强，群落结构最为稳定，应当以自然恢复为主;上坡位由于地势陡峭，保水保肥能力差，可采用改造微地形、调整流域水文网络，实现雨洪资源的就地利用，并加以人工补播的方法促进植物群落更新。

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