白龙江干旱河谷恢复植被物种多样性特征

李兴民，雷炜，郑小红

（1.甘肃省白龙江林业管理局林业科学研究所，甘肃 兰州 730070；2.古浪县治沙林场，甘肃 古浪733100）

干旱河谷指高山峡谷地区深切河谷下部较干旱较热的区域，四周被相对湿润环境所包围，植被稀疏，以灌丛和草丛为主[1]，属于局部干旱生境[2]，其景观与周边地区湿润、半湿润等景观不相协调，是青藏高原南、东、北边缘高山峡谷地带独特的生态景观，植被退化严重[3]。中国的干旱河谷分布在岷江、金沙江、大渡河、雅砻江上游和嘉陵江支流白龙江流域等地区[4]，地貌以高山峡谷为主，地形破碎，山体坡度较大；气候干热，水热矛盾突出；土壤质地不良，蓄水能力低下，水土流失严重，地质灾害频发[5-6]。因此，恢复与重建干旱河谷已退化的植被，成为当前的重大课题[7-8]。

物种多样性是群落的基本特征，反映了植物群落的结构类型、组织水平、发展阶段、稳定程度和生境差异[8]，对植被恢复与重建意义重大。植被恢复一般分为3种模式：自然恢复、封育恢复和造林恢复。自然恢复是生态系统的自我调节，未掺杂人为因素，一般时间较长，但是成本较低。封育恢复通过人为封禁保护，禁止放牧、砍伐和一些人类活动，促进植被恢复，这种模式人类参与成分较少，成本较低。造林恢复一般指人工造林，按一定规划设计，人为构建植物群落，促进植被再生和土壤修复等，见效快但成本较高[9-10]。本文以甘肃白龙江干旱河谷不同恢复模式形成的植被为研究对象，比较分析其群落物种多样性特征，评价其恢复效应，旨在为当地植被恢复提供理论依据。

1 研究区概况

白龙江系嘉陵江一级支流，长江二级支流。白龙江干旱河谷是长江水系北部的生态脆弱带和敏感区，近年来由于乱砍乱伐、放牧和过渡采矿等原因，区内植被退化严重，滑坡、泥石流等自然灾害频发，具有向荒漠化发展的趋势[5]。区内现存植被比较单一，以旱生灌丛和草丛为主，植物种类以旱生具刺灌木和耐旱草本为主，大部分植物地上部分生物量较小，已经呈现出荒漠化景观[11-12]。白龙江流域位于青藏高原东北边缘，河道长576 km，落差大。白龙江干旱河谷范围102°46′～104°52′E、33°04′～35°09′N，属典型的西南高山地形，气候干燥，温度、降水具有明显的垂直梯度和水平差异[13]，年降水500 mm左右，集中在5～10月份，占比＞85%；年蒸发量是降水量的3～5倍[14]。白龙江干旱河谷主体为干暖河谷类型，局部为干温河谷类型[15]。

2 研究方法

2.1 植被调查

2018年5～7月，选择自然、封育、造林3种恢复模式形成的植被设置样地调查，每种模式设样地20个。每个样地内设灌木层样方3个，共60个，规格5 m×5 m，记录样方内灌木种类、株数、基径、冠幅、盖度等因子；每个灌木层样方内设草本层样方3个，共180个，规格1 m×1 m，记录样方内草本种类、高度、盖度等因子。

2.2 物种多样性计算方法

1）重要值=（相对密度+相对盖度+相对频度）/3

2）物种α多样性指数计算公式：

Margalef丰富度指数：

Shannon-wiener多样性指数：

Simpson优势度指数：

Pielou均匀度指数：E=H/Hmax

式中：S为物种总数；N为观察到的物种个体总数；Pi为第i种的相对重要值；Hmax为最大的物种多样性指数， Hmax=lnS 。

数据处理采用Excel软件和SPSS21.0软件。

3 结果与分析

3.1 物种结构

调查统计结果表明，不同恢复模式形成的植被其群落物种结构相差较大（表1）。自然恢复模式物种最多为53种，分属于25科42属，其中：蔷薇科最多为8属11种，占自然恢复模式物种总数的20.75%；其次是菊科，为4属6种占11.32%；然后是豆科，为5属5种占9.4%；毛茛科和鼠李科是3属3种；其他都是1科2种或者1科1种。封育恢复模式物种数较少为36种，分属于25科33属，蔷薇科也是最多为4属5种，占封育恢复模式物种总数的15.15%；其次是豆科，为4属4种占12.12%；菊科、木犀科和鼠李科都是1科2种；其他科都是1科1种。造林恢复模式物种较少，共计19种，分属于11科18属，其中豆科5属6种，占造林恢复模式物种总数的31.58%；其次是蔷薇科3属3种占15.79%；菊科2种；其他都是1科1种。

3种恢复模式物种数相差较大，说明人为因素在植被恢复过程中起着重要作用。自然恢复模式物种最多，但是受人为放牧、踩踏、焚烧、采矿等的影响，土壤紧实，植物生长缓慢，生物量较小。封育恢复模式人为因素减少，植物生物量相对较大，呈现出优胜劣汰的趋势，受光照、水分、养分的限制，部分植物可能在竞争中死亡。造林恢复模式中，退耕还林地土壤松弛、孔隙度，施肥使土壤肥力较好，地势平缓，水土流失较少，植物生长较好；荒地造林其土壤贫瘠，水分流失较大，植物生长较差。

表1 3种恢复模式植被主要物种组成

3.2 不同模式恢复植被物种重要值比较

重要值表示植物种在群落中的相对重要性。通过计算分析，3种恢复模式排名前10的物种重要值之和占总和的一半以上，本文选取重要值排名前10植物进行比较。由表2可知，前10物种重要值之和造林恢复模式最大，其次为自然恢复模式，封育恢复模式最小。造林恢复模式前10物种重要值之和为90.22，其中前4种植物依次为刺槐Robinia pseudoacacia、酸枣Ziziphus jujuba var. spinosa、密叶锦鸡儿Caragana densa、紫穗槐Amorpha fruticosa，这4种植物都是造林树种，占造林群落的一半以上。封育恢复模式前10物种重要值之和为60.49，其中前5种植物依次为小叶香茶菜Rabdosia parvifolia、杭子梢Campulotropis macrocarpa、白刺花 Sophora davidii、兴安胡枝子Lespedeza daurica、羊蹄甲Bauhinia。自然恢复模式前10物种重要值之和为70.87，其中前2种植物依次为蔷薇Rosa sp.、荆条Vitex negundo var.heterophylla，其他植物重要值都在7左右，相差不大。3种恢复模式中，荆条和杭子梢的重要值都排在前10名，说明这两种植物对白龙江干旱河谷的生境条件适应能力较强，荆条重要值在自然恢复模式中重要值最大，在造林恢复模式中最小；杭子梢重要值在3种恢复模式中相差不大。自然恢复模式重要值前10物种在封育恢复模式中出现5种，在造林恢复模式中出现3种且重要值相对较小，表明封育恢复模式和造林恢复模式与自然恢复模式群落存在着明显的差异。

3.3 不同植被恢复模式群落多样性比较

由表3可知，不同恢复模式群落物种多样性指数不同。3种恢复模式丰富度指数和多样性指数变化一致，自然恢复模式丰富度指数和多样性指数最大，其次是封育恢复模式，这两种恢复模式丰富度指数和多样性指数变化不大，造林恢复模式这两个指数最小。均匀度指数造林恢复模式最大为0.680，封育恢复模式其次为0.641，自然恢复模式最小为0.637。优势度指数造林恢复模式最大为0.801，其次是封育恢复模式，自然恢复模式最小为0.782。3种恢复模式中，丰富度指数和多样性指数与优势度指数呈现出负相关性。3种恢复模式中，造林恢复模式均匀度指数和优势度指数最大，主要是由于造林措施使植物分布比较均匀。

4 结论与讨论

植被恢复模式对白龙江干旱河谷群落组成结构和物种多样性均有影响，选择不同模式，植被恢复重建的效果存在差异，进一步影响恢复进程，植被恢复过程中物种多样性的变化反应了植被的恢复程度[17]。人工恢复能有效加快植被恢复进度，人工恢复对植物群落物种多样性的影响有不同的报告[9]。本研究表明，白龙江干旱河谷造林恢复模式物种为19种，自然恢复模式物种为53种，封育恢复模式物种为33种，自然恢复模式物种数是造林恢复模式的2.79倍，封育恢复模式物种数少于自然恢复模式。不同恢复模式物种数的不同，表明恢复模式对群落特征产生明显的影响。

3种植被恢复模式不仅物种组成不同，结构特征也存在一定的差异，丰富度指数和多样性指数自然恢复模式最大，优势度指数造林恢复模式最大，均匀度指数封育恢复模式最大，表明自然恢复模式对生态系统可以发挥较好的作用。荆条和杭子梢的重要值都排在3种恢复模式前10名，说明这两种植物对白龙江干旱河谷的生境条件适应能力较强，可以作为植被恢复初期先锋植物选用。

表3 3种恢复模式植物群落物种多样性

不同植被恢复模式的群落特征的差异，是对植物群落对生态系统环境质量的一种综合体现，也是植被类型与恢复区域综合的生境条件及其变化特点相互作用的结果[17]。在今后研究人工恢复的群落特征时，不仅要考虑植被恢复的植物物种选择类型，还要考虑具体的生境，要进一步了解掌握不同恢复模式群落结构特征和恢复效果，还需更深入的研究。

表2 3种植被恢复模式物种重要值最大的10个种