废弃宕口植被自然恢复初期物种多样性的研究

刘其蕾，万福绪，张 波

（南京林业大学，江苏南京 210037）

随着经济的发展和城镇建设的加快，人类对石材资源的开发利用加强［1］，因而导致了大量的矿山被开采，大片的森林树木被砍伐，造成了宕口岩石裸露，生态环境随之恶化。加之，多数宕口没有按照国家法律法规进行复绿，于是带来了严重的生态环境问题，植被遭到破坏、土壤流失严重、自然景观破坏等一系列的环境问题严重威胁着社会经济的可持续发展［2-3］。目前，生态恢复仍然是研究废弃宕口复绿的重要组成部分，主要包括工程性整地、植物的配置以及植物种间合理搭配等方面［4-6］。废弃宕口生态恢复的研究工作在国外已经非常成熟，我国在这方面的研究也取得了卓著成绩。但是，废弃宕口在植被自然恢复前期物种多样性的研究仍处在相对落后的阶段，对植被的恢复以及生态系统稳定性的研究带来了不利因素。笔者对句容市沦山湖废弃宕口主要植物群落的物种多样性进行研究分析，比较在不同立地类型下的物种多样性差异，为废弃宕口的生态恢复提供指导与借鉴。

1 研究区环境概况

句容市沦山湖桃花源废弃宕口治理区位于句容市林场境内，西距句蜀公路仅约1.4 km，南距沪宁高速约3 km，地理坐标为32°04'56″N，119°13'43″E。属于北亚热带湿润气候区，日照充足，四季分明，降雨丰富。属于江南平原丘陵区，由宁镇山脉和太湖沿岸丘陵组成，土壤类型为发育在各种岩石基质上的黄棕壤［8］。

废弃宕口主要开采建筑石料用灰岩和白云岩，是句容早期主要的石料供应基地之一，几十年的开山采石，对山体破坏非常严重。关闭后宕口壁裸露的危岩乱石和废渣石堆与仓山湖桃花源周边优美的自然环境极不相称，不仅给区内旅游和投资环境造成了不利的影响，同时也存在着滑坡、崩塌等地质灾害隐患，威胁到当地群众的人身和财产安全。目前，沦山湖废弃宕口植被以草本植物为主，在立地条件好的地方以灌木为主。

表1 废弃宕口不同立地类型及其概况

2 研究方法

2.1 样地设置 根据马文希和张荣盛［9-10］对裸露山地立地类型的划分，经充分调查，并结合沦山湖宕口立地类型的特点，将其划分为泥石堆(N)、乱石堆(L)、排土堆(P)、

道路边坡(D)和采石作业区(C)5个类型，在宕口周围山体选择退耕撂荒地(T)和山顶裸岩(S)两个特殊立地类型作为试验对照(表1)。根据宕口的实地情况，随机设置20 m×20 m样地20个。在每个样地的四角与中心分别设置5个5 m×5 m的小样方作为灌木群落的调查区域，然后在每个小样方中心分别设置1个1 m×1 m的样方作为草本植物的调查对象。草本群落调查种类、盖度、高度等;灌木群落主要调查种类、数量和高度等特征因子。观测并记录样地岩壁的地理位置、坡向、坡度、坡高、坡长、面积、母岩及崖壁微地形状况。用海拔仪测得坡高，用罗盘仪测坡度，手持GPS定位样地的地理位置。

2.2 数据处理与分析

2.2.1 物种重要值［11-12］。物种重要值的计算公式如下:

IV乔木、灌木=(相对频度+ 相对高度+ 相对密度)/3IV草本=(相对密度+相对高度+相对盖度)/3

2.2.2 Margalef丰富度指数(Ma)［11-13］。Margalef丰富度指数(Ma)计算公式为:

式中，S为群落内物种总数;N为群落中的个体总数。

2.2.3 Simpson 多样性指数(D)［11-12］。Simpson 多样性指数(D)和Shannon-Wiener多样性指数(H)计算公式分别为:

式中，S为群落内物种总数;Pi为第i种植物的个体占全部植物个体总数的百分比。

2.2.4 Pielou 均匀度指数(Jsw)［11-12］。Pielou 均匀度指数(Jsw)计算公式为:

式中，H为Shannon-Wiener指数;S为群落中物种总数。

2.2.5 数据分析。数据整理与分析运用 Excel2010和SPASS(18.0)统计软件。

3 结果与分析

3.1 种类组成 经过多次全面地对沦山湖废弃宕口的调查研究，发现该废弃宕口的植被自然恢复速度相当缓慢，经过几十年的自然恢复，乔木种类尚未进入群落，只有近年人工栽植的构树(Papermulberry)、刺槐(Black Locust)和刚竹(Phyllostachys)等几种简单的乔木。宕口的植物仍以灌木与草本为主。灌木种类相对单一，共6科5属6种，均为喜光、耐干旱贫瘠的灌木。其中，胡颓子(Elaeagnuspungens)、金樱子(Cherokee rose)、女贞(Ligustrumlucidum)为常绿灌木，野蔷薇(Rosa multifloraThunb)、紫穗槐(Amorphafruticosa Linn)、绣球绣线菊(SpiraeablumeiG.Don)为落叶小灌木。草本群落物种组成较丰富，共计21科37属53种。其中，菊科植物占草本种数的34%，禾本科植物占草本种数的20%，其他属于19科22属的26种草本植物占草本总物种数的46%。由此可见，菊科和禾本科植物是废弃宕口次生演替的优势科。草本植物以集群形式分布在坡面凹陷或稍缓有土壤聚集处［14］，主要有络石(Trachelospermumjasminoides)、猪殃殃(GaliumaparineLinn.var.tenerum(Gren.et Godr)Rchb)、华东唐松草(ThalictrumfortuneiS.Moore)、二月兰(Orychophragmusciolaceus)、梓木草(LithospermumzollingeriDC)等。

3.2 种类组成的性质分析 调查发现，野蔷薇是灌木群落的优势种，绣球绣线菊、金樱子、紫穗槐、胡颓子等是其伴生树种，且在废弃宕口及周边荒山表现出较强的适应性。绣球绣线菊和金樱子分别在排土堆和退耕撂荒地的生长优势明显，胡颓子在山顶裸岩区表现出极强的适应性。根据样地调查，各立地类型群落草本层以及各物种数量及其重要值，进行群落成员型划分(表2)。由表2可知，草本群落在各个立地类型上的优势差异不大，狗尾草(Setariaviridis)在7个立地类型上作为明显的优势种存在于各植物群落中，络石(Trachelospermumjasminoides)、猪殃殃(GaliumaparineLinn.var.tenerum(Gren.etGodr)Rchb)在大多数立地类型中也表现出很强的适应性和生长优势。采石作业区的植物群落最为特殊，虎尾草(Chlorisvirgata)是其仅有的优势种，亚优势种及伴生种均是1年生草本。道路边坡形成时间较长，在雨水的冲刷下积攒了一定的土壤养分，有一定的土壤厚度，其群落组成丰富度也优于采石作业区，其中耐干旱贫瘠的多年生草本野古草(Arundinellaanomala)是狗尾草的竞争物种。泥石堆与乱石堆群落草本层的优势种分别为猪殃殃与梓木草，并发现少量适生于潮湿环境的戟叶蓼(Polygonumthunbergii)。排土堆群落草本层的优势种是多年生草本野菊花(Dendranthemaindicum)，群落中菊科植物占所有群落成员的45%。山顶裸岩区中草本植物华东唐松草的优势度明显高于狗尾草，成为该立地类型的优势种。撂荒地也是一种相对特殊的立地类型，野古草具有强壮的横走根茎，繁殖迅速，所以野古草是草本层的优势种，狗尾草次之。撂荒地上的一些偶见种如面条棵(Sileneconoidea)、田麻(Corchoropsispsilocarpa)等是田地或田埂上的特有种。各立地类型土壤条件及水分梯度按照采石作业区、道路边坡、山顶裸岩、乱石堆、泥石堆、排土堆、撂荒地的顺序升高，从虎尾草、狗尾草、华东唐松草、梓木草、野菊花到野古草，这些优势种对生境土壤水分的要求依次升高，反映了群落从旱生到中生的演替趋势。

表2 不同立地类型群落优势种及其重要值

3.3 植物群落的物种多样性 沦山湖废弃宕口植被主要以草本为主，多数草本耐干旱，耐瘠薄，适应性强，是其中的优势群落。灌木群落面积较小存在于泥石堆、排土堆和乱石堆(稀有低矮灌木)，但面积小，且物种明显小于作为对照的撂荒地与山顶裸岩的灌木层。因此，群落的物种多样性总体上取决于草本层发育的情况。在数据分析中，撂荒地、泥石堆、排土堆、山顶裸岩与乱石堆5种立地类型的物种多样性指数、物种丰富度为灌木层和草本层之和，而道路边坡与采石作业区两种立地类型上只有草本层，所以群落的物种丰富度和多样性指数只包括草本层(表3)。

表3 各立地类型的物种丰富度和多样性指数

Margale丰富度指数是指在一定大小的样方中的物种数目，它基于物种的存在与否，不考虑中间个体数量，忽略富集种和稀疏种对群落贡献的差异。由表3可知，不同立地条件下物种的丰富度指数排序为:撂荒地＞泥石堆＞排土堆＞山顶裸岩＞乱石堆＞道路边坡＞采石作业区。Simpson指数和Shannon-Wiener指数反映了该区域中群落的物种多样性总体较低，对应的优势度物种地位也越突出，各立地条件下差别不明显，其大小顺序为退耕撂荒地＞泥石堆＞排土堆＞山顶裸岩＞乱石堆＞道路边坡＞采石作业区。但物种均匀度的变化趋势则与其相反。Pielou均匀度指数是一种反映个体密度、生境差异、群落类型、演替阶段的指数。由此可见，物种多样性指数越大，群落结构越复杂;反之则越简单。可见，物种多样性最高的立地类型是泥石堆和撂荒地;道路边坡的总物种数较多，由群落分布不均匀，群落成员中偶见种较多，多样性指数并不高［15］。形成时间较长的山顶裸岩区是比较特殊的立地类型，虽然自然演替时间较长，但土壤稀疏且厚度较薄，所以地表仍然以岩石为主，缺乏植物生长所需的营养条件，所以主要生长耐贫瘠、耐干旱的植物。并且植物多生长于面积有限的石缝中，数量较少，影响群落的物种多样性。排土堆由于人为后期的干预，生境条件优于道路边坡，其丰富度指数与多样性指数均大于道路边坡。可见，稳定的生境是提高群落物种多样性的必要条件。而采石作业区各项指数都较其他立地类型低，说明采石作业区的立地条件差，生境比较恶劣，植物生长的各项必备条件缺乏，物种多样性极低，急需进行人工植被恢复。

4 结论与讨论

沦山湖废弃宕口经历了长期的开山采石活动后，山体遭到严重破坏，岩石裸露，植被稀少且覆盖区域面积分散。由于宕口在开采过程中所遭受的破坏程度以及宕口废弃的时间不同，7种立地类型植被恢复也有所不同。整个区域乔木极少，零星地分布在宕口周边。灌木群落稀少，分布区域面积不大，种类比较单一，反映了该区域的自然演替进程较缓慢，植被在自然状态下恢复较慢，群落结构按照采石作业区、道路边坡、乱石堆、山顶裸岩、排土堆、泥石堆和撂荒地的顺序由简单变复杂。草本分布广泛，生长较其他植被层茂盛，物种组成较丰富，是采石宕口的优势层。

宕口废弃地的生境条件恶劣，由于受各个立地类型的土层厚度、土层中的泥石比例、形成时间等因素的影响，植物群落的差异性也较为明显。分析可知，土壤是宕口废弃地植被恢复的主要限制因子，改善土层的厚度，增加土壤养分，有利于植物群落多样性增加，提高生态系统的功能，从而加速宕口植被的恢复。人工恢复时，应尽量选择适应性较广且生长快的树种，如女贞、刺槐、紫穗槐等，同时充分利用臭椿等乡土树种，遵循自然演替的规律，加速其植被恢复的进程。在土壤条件极差的地方如采石作业区、裸岩区，可采取客土改良并运用直播法和营养钵栽植法增加植物种类。在复绿设计和施工中，以厚层基质客土喷播、植生槽种植(也称飘台种植)、鱼鳞坑种植为主。应将前期的即时效果与长期效果相结合，常见绿化苗木种子与当地周边的乡土植物相结合，促进植物群落的演替及长期的稳定性;根据不同立地类型的特点，采用种植、播种及喷播等多种工艺相结合的方法进行宕口复绿;将乔木、灌木、草本以及藤本相结合，土层深栽乔木，土层浅种灌草，底种攀爬植物、上植下挂，创造丰富的植物群落结构，同时符合植物的生长需要;在进行生态恢复时，深根系与浅根系植物相结合，落叶植物与常绿植物搭配相结合，局部与整体效果相结合，绿化与景观营造相结合。以上措施不仅可以加速宕口的植被恢复，还可以达到景观绿化的效果。

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