2009-2018年谢家店震后滑坡体植被恢复研究

吴世祥, 何 聪, 杨 丹,2, 王 晨, 刘守江,2

(1.西华师范大学 国土资源学院, 四川 南充 637000; 2.西华师范大学 嘉陵江流域研究所, 四川 南充 637009)

灾后植被恢复对于灾区生态恢复具有重要重用，尤其是“5·12”特大地震对重灾区生态带来了巨大破坏[1]，并由此引发了多种地质灾害[2-3]，威胁当地居民的生命财产安全，且银厂沟为国家级风景旅游区，对景区的生态恢复更加迫切。国内外学者对震后植物群落结构[4-7]、植被演替[8-10]、植物多样性[11-12]以及植被恢复[13-18]等方面的研究也尤为重视，而银厂沟谢家店滑坡体是地震形成的典型大滑坡体，10年来经历了从震后地表基本无植被覆盖，恢复发展到如今的植物物种丰富、乔灌草群落结构完善，是震后植被恢复较好的地区，极具研究价值。本文在借鉴前人工作的基础上，继续开展实地工作调查并进行总体整理与分析，对滑坡体植被恢复10年来的植物群落、植物优势种、多样性以及相似性进行研究与分析，揭示滑坡体10年来植被的恢复过程以及变化规律，为震后植被恢复的相关研究提供参考，推动灾后生态恢复与水土保持研究。

1 研究区与研究方法

1.1 研究区概况

银厂沟谢家店位于四川省成都市彭州市(30°54′—31°26′N，103°10′—103°40′E)，为亚热带湿润气候区，气候温和，四季分明，雨热同期。最高月均气温在25.1℃左右，最低月均气温在5.3℃左右，年平均气温在15.9℃左右。海拔在1 200 m以上，年平均降水量在867 mm左右，土壤以山地灰棕壤为主，地质疏松。2008年“5·12”地震为当地生态带来了巨大破坏，形成的滑坡体掩埋和摧毁了原有的森林植被，是灾后滑坡体的典型代表，震后又受到泥石流、崩塌等次生灾害的影响，基本无植被覆盖，到2018年经过10年的恢复，植被已恢复形成结构相对完整的植物群落，植被恢复效果显著。

1.2 样地设置与植物调查

自2008年地震后研究小组在2009年、2012年、2014年、2015年、2017年和2018年对银厂沟谢家店震后形成的滑坡体进行了一系列野外综合调查。本研究采用样方法对滑坡体植被恢复情况进行调查，基于滑坡体规模与海拔梯度，以海拔每上升20 m设立一个样地，自下而上在滑坡体上共设立9个样地。样地规格参照时连俊等[7,12]、郑鸿锴[11]的样地布设标准，在每个样地内设置1个10 m×10 m的乔木样方；在每个乔木样方内设置2个5 m×5 m灌木样方；在每个灌木样方内设置4个1 m×1 m的草本样方，共计9个乔木样方，18个灌木样方，36个草本样方。对每个样方内的植物名称、植物物种数、株数、盖度等重要指标进行调查与记录，并进行分析与研究，样地基本概况见表1。

表1 2009-2018年滑坡体样地基本概况

1.3 数据处理

重要值是判断优势种的重要指数，重要值IV=(Dr+Fr+Cr)/3[19]，其中Dr=样方内某种植物的个体数/全部植物总体数，为相对密度；Fr=样地内某一物种的频度/全部物种频度之和，为相对盖度，其中频度=某物种出现的样方数/样方总数；Cr=样方中某种植物的投影盖度/所有植物投影盖度总和，为相对盖度。

植物多样性是反映植物物种和植物生长状况最直接的依据，可通过植物多样性指数来表示，目前的植物多样性指数主要有Margalef丰富度指数Ma、香浓维纳指数H′、辛普森指数D，Pielou均匀度指数E和Gleason指数Gl等，是表现植物多样性的重要标志。物种多样性的计算公式[20]为：

Margalef丰富度指数:

Ma=(S-1)/lnN

(1)

Shannon-Wiener指数:

H′=-∑pilnpi

(2)

Simpson指数:

(3)

Pielou均匀度指数:

E=H/Hmax

(4)

式中：pi为第i种个体数占群落中总个体数的比例；S为群落中物种总数；N为观察到的个体数；H为实际观察的物种多样性指数；Hmax为最大的物种多样性指数。

2 结果与分析

2.1 2009-2018年滑坡体植物群落组成及结构特征

通过对2009—2018年滑坡体植物物种基本情况与变化状况(图1)进行分析，发现2009—2018年滑坡体植被恢复过程中，植物物种总种数由2009年的53种增加到92种，增加了39种，整体上呈线性增加趋势，增加速率为7.86，植被物种恢复明显。2009—2014年植被物种数增加最快，由53种增加到84种，增加了31种，占总增加物种数量的80%左右，属于植被恢复初期，环境生存空间较大，乔木、灌木和草本都具有足够的生存空间进行快速生长。2014—2018年植被物种数增加变缓，4年间仅增加了8种，属于植被恢复后期，植物群落结构的不断完善和生存发育空间的减少导致植物物种增长缓慢并趋于稳定。

在整个滑坡体恢复期间，随着生境条件的不断改善，乔木物种不断恢复，呈现线性增加的趋势，以2.49的增加速率由2009年0种增加到2017年12种，到2018年乔木层物种已基本趋于稳定。灌木层则呈现出指数性增加的趋势，在植被恢复初期(2009—2014年)，由于生存环境较差，灌木增长缓慢由4种增加到12种，增加速率为4.00；在植被恢复后期(2014—2015年)，由于生境环境的改善和灌木群落的完善，灌木物种数快速增长，由12种增加到38种，增加速率为8.00；在总体上2009—2017年灌木由4种增加到38种，增加速率为2.54，到2018年基本趋于稳定。草本物种种数是呈现先增加后减少的趋势，在植被恢复初期，生存环境较差，草本适应性最强，在此期间占据物种上的绝对优势并不断增加，2009—2014年草本由49种增加到65种，增长速率达到11.61；2014—2017年，随着乔木和灌木层的恢复与不断完善，竞争力较弱的草本物种优势地位下降，由65种减少到39种，下降速率在2.02左右，到2018年随着整个植被群落的稳定，物种数有所增长但总体趋于稳定。随着滑坡体植被的恢复，植物群落由恢复初期草本为主的单一群落结构逐渐向恢复后期乔灌草均衡稳定的群落结构发育和演替。

注：其中2009年调查时，可能由于乔木数量少、株高太低等原因导致未观测到乔木，故计作0种。
图1 2009-2018年滑坡体植物物种数基本情况与变化趋势

2.2 2009-2018年滑坡体植物优势种

重要值是判断优势种的重要指标，通过对重要值的分析可以确定滑坡体植物恢复以来的植物优势种(表2)。在乔木层中，优势物种相对稳定，具有耐瘠薄、生长迅速、水土保持能力强等特点的桤木(Alnuscremastogyne)最先发育起来成为乔木层建群种，并一直处于重要值首位；红桦(BetulaalbosinensisBurk.)、柳杉(Cryptomeriafortune)和盐肤木(Rhuschinensis)等对于环境适应能力强、易存活的乔木物种长期居于重要值前3位，成为乔木层共建种。2012—2015年，由于乔木层结构不稳定，处于发育阶段，各物种间相互竞争，建群种桤木重要值由0.42下降到0.31，其他共建种间相互替位。2015—2018年植物恢复后期，乔木层群落结构趋于完善，滑坡体水土流失相对减少，物种趋于稳定，桤木主要优势种地位逐渐稳固，重要值由0.31上升到0.54占据绝对优势，共建种也基本稳定为柳杉与盐肤木。

在灌木层中，植被恢复初期植被物种更新快，优势种变化也快。在植物恢复早期(2009年)，分布范围广、生长速度快的毛葡萄(Vitisheyneana)成为先锋优势种，重要值高达0.48，同时对环境适力强的灰白毛莓(Rubustephrodes)和马桑(Coriarianepalensis)为共建种。2012—2015年，植株盖度大、竞争力强的灰白毛莓取代毛葡萄成为建群种，而生长繁殖速度快的紫麻(Oreocnidefrutescens)与裸花紫珠(Callicarpanudiflora)也替代马桑为主要共建种。但随着灌木层的快速发育，灰白毛莓优势种地位不断下降，重要值由0.39下降0.22。2015—2018年恢复后期，植被对水土的保持能力加强，生境环境改善，种子数量多、繁殖快的腊莲绣球(Hydrangeastrigose)取代灰白毛莓成为主要优势种并趋于稳定，重要值最大值为0.28，基本形成以腊莲绣球为建群种，灰白毛莓和山莓(Rubuscorchorifolius)为共建种的灌木群落结构。

在草本层优势种中，适应性强、生长快、病虫害少的醉鱼草(Buddlejalindleyana)和一年蓬(Erigeronannuus)为早期(2009年)先锋优势种植物，重要值分别为0.11，0.10。2012—2015年，随着灌木和乔木的恢复与发育，大量乔木与灌木覆盖于草本之上，争夺草本生存空间和光照空间，喜阴湿环境的木贼(Equisetumhyemale)和伏地卷柏(Selaginellanipponica)等蕨类植物替代了喜光照干燥的醉鱼草等植物成为草本优势种，重要值最大值分别为0.15，0.13。到了2015—2018年植被恢复后期，乔木、灌木群落基本稳定并占据绝对优势，草本层中耐旱、耐瘠薄的芒萁(Dicranopterisdichotoma)发育成为草本主要优势种，重要值为0.24，而木贼重要值由0.15下降到0.05，成为共建种。整个植被恢复期间，滑坡体植物群落优势种类型经历由早期毛葡萄—醉鱼草到植被恢复初期桤木—灰白毛莓—木贼，再到植被恢复后期桤木—腊莲绣球—芒萁的演替过程，水土流失减少，生态环境恢复。

表2 2009-2018年滑坡体各层植物优势种重要值(前3位)

注：山梅花Philadelphusincanus，绣线菊Spiraeasalicifolia，繁缕Stellariamedia，隐子草CleistogenesKeng，杭子梢Campylotropismacrocarpa，鳞盖蕨Microlepiamarginata，野棉花Anemonevitifolia。

2.3 2009-2018年滑坡体植物多样性特征

植物多样性指数是对植物物种数、株数及其分布状况的反映，是衡量植被恢复状况和植被演替的重要指标，由于乔木层在2009—2012年的缺乏，故在此不作乔灌草多样性分层分析，但通过对2009—2018年总体植物多样性变化的研究(图2)，也能反映滑坡体震后的植被恢复状况。

图2 2009-2018年滑坡体植物多样性指数变化情况

2009—2018年，Margalef丰富度指数Ma由2.80上升到6.06，增加了近2.16倍，滑坡体植被物种恢复较好，丰富度提升显著。其中2009—2012年由于乔木层的恢复和植物群落的完善，丰富度指数上升最为明显，由2.80上升到4.93，增加了近76%，此后随群落结构的不断发育与稳定，丰富度指数缓慢增加，由4.93增加到6.06。Shannon-Wiener指数H′在滑坡体植被恢复期间总体上也呈现上升趋势，但由于植物群落结构处于不断发育完善过程中，具有不稳定性，同时植物物种也处于不断演替的过程中，导致Shannon-Wiener指数H′上升过程中略有波动。总体上2009—2018年，Shannon-Wiener指数H′由2.18上升到3.13，增加了44%左右，其中2017—2018年植被物种数与植物群落结构最为稳定，2018年达到最大值3.13，表明随恢复时间的增加，植物物种富集度也不断增加，植物恢复状况较好，植被对水土的保持能力增强，生态环境也在不断恢复。

2009—2014年植被恢复初期，由于植物物种的快速增加和植物群落的演替，导致物种间的植株数量均匀度下降，Simpson指数D由0.88下降到0.70；随着植物群落的完善与植物物种的稳定，2014—2018年植被恢复后期，植物分布不断趋于均匀，Simpson指数D由0.70逐渐上升到0.93。总体上Simpson指数D由0.88上升到0.93，物种间的植株数量均匀度不断增加。Pielou均匀度指数E在2009—2015年指数值较低，平均值仅有0.14左右，这是由于此期间植物群落主要以草本物种为主，草本优势种中木贼、伏地卷柏等蕨类植物种类少但植株数量多，导致整个植物群落物种数与植株数量间的均匀性较低，Pielou均匀度指数E较低。而2015—2018年植物群落结构发生转变，乔木和灌木占据物种数优势地位，并且总体群落结构与植物种数也趋于稳定，植物群落均匀性显著上升，在2018年达到最大值0.93。在总体上，Pielou均匀度指数E在2009—2018年由0.13上升到0.93，增加了近6.15倍，植物群落均匀度增加显著，植物群落更趋于稳定。

3 讨论与结论

3.1 讨 论

对于震后植被恢复方面的研究，大多是通过遥感影像等技术或分区对比等方法进行，而对于整个植被恢复过程方面的长期观测与研究较少，故本文能进行的对比研究与参照也较少。由于资源条件的限制，能进行研究的对象也仅限于较为典型的滑坡体，且对于滑坡体震前的植物群落记录也较少，从而无法进行灾后恢复对比。在恢复过程中植被群落物种由早期的快速增长到后期的逐步稳定，从草本—灌木为主的群落结构逐步发育形成乔木—灌木为主的群落结构，并逐渐趋于稳定的变化过程与李波等[21]的研究相符，这或许与湿润的气候环境有关，其他受灾地区灾后植被恢复是否也具有相同特点和规律，需进一步研究；随着植被的自然恢复，滑坡体的水土保持作用也在不断加强，滑坡体生态环境得到不断改善，因而在类似灾区采取人工的水土保持与恢复措施，是否具有必要性也值得进一步思考。

3.2 结 论

(1) 自2008年“5·12”地震到2018年，银厂沟谢家店滑坡体已形成10 a，10年间滑坡体植被物种不断恢复，植物物种总种数由震后1 a的53种线性增长到震后10 a的92种，增加速率为7.86，植被物种恢复明显。2009—2014年恢复初期，生境空间充裕，植物间竞争较弱，植物群落以草本为主，植被物种恢复较快。乔木、灌木和草本共增加了31个物种，占10 a总增加物种数量的80%左右。在2015—2018年恢复后期，植物群落发生演替，由草本为主的单一群落结构逐渐向乔灌草均衡稳定的群落结构转变。乔木、灌木物种持续增加，草本物种下降，在总体上仅增加了8种，物种数增长缓慢并趋于稳定。

(2) 在植被恢复过程中，桤木与盐肤木的重要值多年居于乔木重要值前三位，为乔木层优势种；灰白毛莓与腊莲绣球处于灌木层演替过程中的主体地位，为灌木层优势种；一年蓬、木贼、伏地卷柏以及边缘鳞盖蕨等菊科与蕨类植物在草本层中占据主导，为草本层优势种。植物群落优势种类型由早期毛葡萄+醉鱼草向植被恢复初期桤木+灰白毛莓+木贼转变，再向植被恢复后期桤木+腊莲绣球+芒萁的优势种类型转变。

(3) 在植物多样性方面，2009—2018年滑坡体各植物多样性指数在总体上均呈现上升趋势，其中Margalef丰富度指数Ma由2.8上升到6.06，Shannon-Wiener指数H′由2.18上升到3.13，Simpson指数D由0.88上升到0.93，Pielou均匀度指数E由0.13上升到0.87，各多样性指数均在恢复年份内处于上升趋势，表明随着植被的逐年恢复，滑坡体植物物种数、株数的丰富度与富集度不断增加，植物均匀度的空间分布状况也不断趋于合理。随着植物群落物种数的增加，植物物种多样性不断提升，种间竞争加剧，植物群落在演替中结构趋于稳定与完善，植被的水土保持能力也不断加强。