平潭周边典型海岛临海坡地植被分布特征与修复应用

陈玉珍,汤坤贤,2,3,孙元敏,2,3,蔡鹭春,张飞,2,3

(1.自然资源部第三海洋研究所 厦门 361005;2.福建省海洋生态保护与修复重点实验室 厦门 361005;3.自然资源部海峡西岸海岛海岸带生态系统野外观测研究站 厦门 361005)

0 引言

植被是海岛生物赖以生存的基础,在海岛生态稳定中发挥了重要作用[1-2]。海岛面积有限,生境异质性低,具有土壤盐量高、蒸发量大、盐雾大、风速大等特点,与内陆相比,生态系统更为脆弱,更易受到人为干扰和台风、暴潮、干旱等自然因素的影响[2-4]。因此,海岛植被在自然和人为干扰下极易退化,且退化后其生物、土壤和水分条件很难重建与恢复,导致海岛植被恢复难度大且代价高。

海岛由于其独特的生境特征,植被资源分布具有独特性,在植物区系组成、群落结构、生境分布与演替等方面极富特色[5]。海岛植被及其分布特征是对海岛特殊生境长期适应的结果,生境相似的地理区域,植被的种类、分布及群落结构具有一定的相似性。海岛植被修复应参考岛上植被的优势种或地带性植被优势种作为优先品种[2]。

岛群中的海岛在地质地貌、气候、植被、水资源等具有相似性,岛群中发育较好的植被生态系统可为邻近海岛的植被修复提供重要参考。平潭周边海岛环境、气候条件具有相似性,受高盐雾、干旱、强风、土壤瘠薄等恶劣的自然环境限制,许多海岛植物生长发育不良。本研究通过对平潭岛群中的塘屿、东庠岛、大练岛等海岛临海荒坡山地植被的实地调查,分析平潭典型海岛的植被特征,提出困难立地条件的海岛植被修复对策,可为海岛植被重建与生态恢复提供参考。

1 研究方法

1.1 调查区域概况

平潭岛群位于福建省东部海域,由海坛岛等126个岛屿和近千个岩礁组成,属亚热带季风气候,年平均气温19.4℃;年平均降水量约为1 200 mm,年蒸发量约为1 900 mm[6]。东庠岛与大练岛为福建省平潭综合实验区的乡级海岛,东庠岛位于海坛岛的东北部,东面与北面濒临台湾海峡,面积为4.67 km2;大练岛位于海坛岛的西北海域,面积为9.96 km2。塘屿位于海坛岛南部,面积3.23 km2。这些海岛大多自然植被稀疏,多为矮小的灌草丛,乔木多以人工种植的木麻黄(Casuarina equisetifolia)、台湾相思(Acacia confusa)、黑松(Pinus thunbergii)为优势种[7-8]。

1.2 调查方法

对平潭岛群中的塘屿、东庠岛、大练岛的临海山地,特别是生境最为恶劣的东北部临海山地的主要植物物种及其群落类型进行调查、记录。植被调查主要采用线路调查和典型样地调查相结合的方法进行,在路线普查的基础上,选择典型地段进行样地调查[9]。植物群落类型以优势种原则进行划分,并记录生境因子,即海拔、坡向、坡位等。

2 结果

2.1 植物种类组成

根据调查结果,塘屿岛、东庠岛、大练岛临海山地记录到生长分布的主要植物物种,有维管束植物139种,分别隶属于66科128属。分类群统计见表1。其中,蕨类植物计6科6属7种,裸子植物计1科1属1种,被子植物计59科121属131种(包括变种和亚种)。其中,92%的科属均为单科、单属、单种或1～2种。主要由禾本科(Gramineae)、菊科(Compositae)、茜草科(Rubiaceae)、蝶形花科(Papilionaceae)、防己科(Menispermaceae)等科(含有5种或以上)属种类组成。

表1 塘屿、东庠岛、大练岛临海山地主要植物物种分类群统计

2.2 植物群落结构特征

塘屿岛、东庠岛、大练岛临海山地植被群落结构相似,以优势种原则,划分群落类型。各岛屿的主要植被群落类型以及分布概况如下。

(1)塘屿。乔木群落主要有台湾相思树林、木麻黄林等,灌草丛群落有苦槛蓝群落(Form.Myoporum bontioides)、茅莓群落(Form.Rubus parvifolius)、单叶蔓荆群落(Form.Vitex trifolia var.simplicifolia)、东南景天群落(Form.Sedum alfredii)、鬣刺+狗牙根群落(Form.Spinifex littoreus+Cynodon dactylon)等。广泛分布的主要有狗牙根群落、茅莓群落。单叶蔓荆群落与东南景天分布于岛屿中东部的砾石或岩石上,常形成单独群落;鬣刺+狗牙根群落分布于岛屿的南端,靠近海面。其余类型主要为小群落或局部分布。

(2)东庠岛。乔木群众主要有黑松林(丛)、台湾相思树林(丛)、木麻黄林(丛)等乔木群落,灌草丛群落有木麻黄(丛)+狗牙根群落(Form.Casuarina equisetifolia+Cynodon dactylon)、滨柃+狗牙根群落(Form.Eurya emarginata+Cynodon dactylon)、狗牙根群落(Form.Cynodon dactylon)、白茅群落(Form.Imperata cylindrica)、滨海前胡群落(Form.Peucedanum japonicum)、滨海前胡+狗牙根群落(Form.Peucedanum japonicum+Cynodon dactylon)、肉叶耳草群落(Form.Hedyotis coreana)、福建胡颓子群落(Form.Elaeagnus oldhami)、五节芒群落(Form.Miscanthus floridulus)、龙 舌 兰 群 落(Form.Agave americana)、茅莓群落、茵陈蒿+狗牙根+纤毛鸭嘴草群落(Form.Artemisia capillaries+Cynodon dactylon+Ischaemum indicum)、厚藤群落(Form.Ipomoea pes-caprae)、三叶鬼针草群落(Form.Bidens pilosa)、苦郎树群落(Form.Clerodendrum inerme)、番 杏 群 落(Form.Tetragonia tetragonioides)、卤地菊群落(Form.Wedelia prostrata)等。广泛分布的主要有狗牙根群落、茵陈蒿+狗牙根+纤毛鸭嘴草群落、滨海前胡群落、滨海前胡+狗牙根群落以及白茅群落等。其余类型主要为小群落或局部分布。

(3)大练岛。乔木群落主要有黑松林(丛)等乔木群落,灌草丛群落有狗牙根群落、狗牙根+纤毛鸭嘴草群落(Form.Cynodon dactylon+Ischaemum indicum)、茵陈蒿+狗牙根+纤毛鸭嘴草群落、滨柃群落(Form.Eurya emarginata)、芙蓉菊群落(Form.Crossostephium chinense)、盐地鼠尾粟群落(Form.Sporobolus virginicus),五节芒+甜根子草群落(Form.Miscanthus floridulus+Saccharum spontaneum)、芒萁群落(Form.Dicranopteris dichotoma),以及滨海沙滩的海边月见草群落(Form.Oenothera drummondii)、鬣刺群落(Form.Spinifex littoreus)等。广泛分布的主要有狗牙根群落、狗牙根+纤毛鸭嘴草群落、茵陈蒿+狗牙根+纤毛鸭嘴草群落等。五节芒+甜根子草群落、芒萁群落等,主要分布在东南部非临海火烧山荒坡地。其余类型主要为小群落或局部分布。

现状生境中主要有岛屿乔木林植被、山地性灌草丛植被、滨海沙生植被等植被类群。主要有黑松林(丛)、台湾相思林(丛)、木麻黄林(丛)等乔木群落。此外还有滨柃群落、芙蓉菊群落、滨柃+狗牙根群落、狗牙根群落、白茅群落、肉叶耳草群落、福建胡颓子群落、五节芒+甜根子草群落、龙舌兰群落、茅莓群落、茵陈蒿+狗牙根+纤毛鸭嘴草群落、狗牙根+纤毛鸭嘴草群落、滨海前胡群落、滨海前胡+狗牙根群落、盐地鼠尾粟群落、芒萁群落、厚藤群落、海边月见草群落、鬣刺群落、鬣刺+狗牙根群落、苦郎树群落、苦槛蓝群落、单叶蔓荆群落、东南景天群落、番杏群落、卤地菊群落、三叶鬼针草群落等灌草群落。

2.3 植被分布特征

岛上风大干燥、盐雾重、土壤高盐瘠薄等恶劣环境制约了植物的生长,塘屿、东庠岛、大练岛临海山地生境现状相似,植被生态状况相似,现状生态景观大部荒芜,现状生境中,生长分布的主要为草或草灌丛植被,且大部分低矮或稀疏,大面积分布的如狗牙根群落等,高度大部不足10 cm。其中,东庠岛临海荒坡山地,局部或可见分布有乔木林木,如黑松、台湾相思、木麻黄等,亦大部林木低矮,临海坡面或山顶部林木群落或树丛,其高度大部不足50 cm,现状看来大部似乎成效不佳,或成活但成“小老头”灌丛。

3个岛屿迎风面均主要为礁石岸线,坡面土壤层瘠薄。临海迎风面风力强劲,山坡侵蚀和水土流失明显,生态环境脆弱,生物多样性低,主要以草本及低矮灌丛为主。各岛屿均大面积覆盖的植物主要为狗牙根群落;福建胡颓子(Elaeagnus oldhamii)、雀梅藤(Sageretia theezan)、硕苞蔷薇(Rosa bracteata)及茅莓(Rubus parvifolius)等有刺灌丛主要为小群落,局部分布于离岸有一定距离但风力强劲的山坡及坡顶。此外,塘屿南部迎风坡半坡上岩石缝隙中单叶蔓荆(Vitex trifolia var.simplicifolia)与东南景天(Sedum alfredii)形成单独群落;东庠岛北及东北部迎风面的浪花飞溅区域的礁石缝隙中主要大量分布着滨海前胡(Peucedanum japonicum),迎风坡坡面及坡顶广泛分布的主要有滨海前胡、狗牙根(Cynodon dactylon)、茵陈蒿(Artemisia capillaries)、纤毛鸭嘴草(Ischaemum indicum)及白茅(Imperata cylindrica)等低矮灌草丛,黑松林(丛)、台湾相思树林(丛)、木麻黄林(丛)等乔木及滨柃(Eurya emarginata)、福建胡颓子、茅莓、苦郎树(Clerodendrum inerme)等灌丛在坡面和坡顶形成小群落局部分布;大练岛迎风坡面广泛分布的主要有狗牙根、纤毛鸭嘴草、茵陈蒿、盐地鼠尾粟(Sporobolus virginicus)等灌草丛,滨柃、芙蓉菊(Crossostephium chinense)及黑松林(丛)等在坡面及坡顶形成小群落局部分布。

背风面风力较小,土壤层较厚,植被生长较好,分布的灌木种类较多,部分区域分布黑松、台湾相思和木麻黄林。其中,背风坡坡面常见分布的植物种类主要有算盘子(Glochidion puberrum)、铁包金(Berchemia lineat)、车桑子(Dodonaea viscose)、野牡丹(Melastoma candidum)、刺落实(Maytenus diversifolia)、黑面神(Breynia fruticosa)、了哥王(Wikstroemia indica)、薜荔(Ficus pumila)、毛木防己(Cocculus sarmentosus)、金银花(Lonicera japonica)等;苦郎树、番杏(Tetragonia tetragonioides)、卤地菊(Wedelia prostrata)等种类局部分布于背风坡的浪花飞溅区,海边月见草(Oenothera littaralis)、鬣刺(Spinifex littoreus)等灌草丛群落主要分布在滨海沙滩;五节芒(Miscanthus floridulus)、甜根子草(Saccharum spontaneum)、芒萁(Dicranopteris dichotoma)等主要分布在非临海火烧山荒坡地。

3 讨论

3.1 平潭海岛植被发育制约因素

平潭海岛临海荒坡山地尤其是迎风面山地,风大、干旱、土壤瘠薄或基岩裸露等自然条件严苛,台风暴潮的侵袭及常年大风夹带的盐分导致岛屿土壤盐分高、空气盐雾大,为植被发育的主要制约因素。尤其是周边海岛四周无遮挡,常年风速较岛群主岛海坛岛更大,降水更少[10]。受自然环境与人为活动影响,植被多已退化,种类相比陆地植物种类偏少,植被类型单一[7]。恶劣生境中,草本比乔木与灌木具有更强的适应能力[6]。已有研究发现,平潭地被植物以草本为主,其次为低矮灌木和藤本[11],乔木主要以人工植被的台湾相思、黑松、木麻黄为优势种[7],本次调查的结果与前人研究相符。制约平潭海岛植被发育的主要因素有如下几方面。

3.1.1 风

平潭海域为世界三大风口海域之一,具有风大、浪高、水深、流急等特点。受东北信风和东北季风叠加和海峡“颈束”地形的影响,全年风速大,夏秋之交常受台风影响,秋冬季节盛行东北风,7级以上大风有125天[6,12-13]。风的影响主要集中在冬季东部季风和夏秋台风季节。

风对植物的作用包括机械作用和干旱作用[14]。大风直接对植物造成机械损害,导致植物倾斜、根系松动、落叶、断梢等[15]。风作用下植物普遍矮化,冠幅减小;植株向背风面弯曲,整个植冠呈不对称的流线型,形成所谓的“旗形树”[16]。一般来说,低矮草本比较高的乔木和灌木更容易适应强风的环境[6]。此外,大风使地表蒸发和植物蒸腾加剧,引起植物的生理缺水,从而加速干旱的危害。东北季风盛行的冬季常与干旱协同作用,加速植物缺水枯死。

台风对海岛植物影响巨大,主要表现为:大风暴潮携带大量的水滴沉降在沿岸植物的枝叶表面,造成严重的盐害,导致草木干枯;大风搬运沙滩上的沙粒击打树木,导致乔木、灌木脱皮、掉叶,干枯而死;沉降的沙粒掩埋匍匐生长的爬藤植物,如单叶蔓荆、马鞍藤、海边月见草等。

由于海风的影响,海岛群落的平均高度低于大陆,一些易风折的树种及蒸发量大的地带性树种很难成活[3]。调查区域风的影响非常显著,通常在风口或迎风坡等生境恶劣区域,主要发育草本植物和低矮的灌木。局部分布的乔木群落由于长期受到风的作用,植株往往长势低矮,树木的迎风面一侧或上部的枝叶出现干枯的现象,导致乔木植物形成“旗形树”或灌丛化成为典型的“小老头”树。

3.1.2 干旱

平潭地区降水多集中在2-6月,11月至翌年1月为旱季,年蒸发量远远超过降雨量。与邻近的福建大陆沿海相比,海岛的降雨量明显偏小,秋冬季节的旱季时间通常很长,又遇冬季大风影响,导致许多树木枯死或植株上部干枯。在海岛开展植被修复,由于缺乏足够的淡水浇灌,有的苗木种植后就开始枯萎,或在冬季干旱季节无法补充水分,导致部分当年种植的苗木枯死。

3.1.3 盐害

海岛植被受盐害影响比较严重的地区主要集中在浪花飞溅区和近岸地带,主要表现为向海一侧的枝叶干枯。

土壤中可溶性盐分过多会使土壤水势降低导致植物吸水困难,造成植物生理干旱,影响植株正常生长[17-18]。海雾对植物地上部分的组织细胞形态造成破坏[19]。当海边大气中的盐雾、海洋飞沫较强尤其在强风天气时,风、盐的协同作用加重了对植物的影响,大风夹带海洋盐粒和沙等微粒物质,对植物具有强烈的擦伤和毒害作用,进一步加剧了盐分对植物的胁迫[15],严重者可使植物枯萎[20]。

3.1.4 土壤

塘屿、东庠岛和大练岛均由花岗岩组成,3个海岛迎风面总体上土壤层薄或基岩裸露,土壤中有机质、氮、磷和黏土质含量低,土壤含水率低,保水能力差,植被生长较差。贫瘠的土壤仅能支持低矮灌木和叶质较硬的草本生长[21],因此调查区域以低矮的灌草丛为主。

3.2 平潭海岛植被修复对策

3.2.1 筛选适宜修复的植物品种

在恶劣生境下能够形成群落且具有一定的资源数量,即表明该植物能长期适应海岛恶劣的气候与变化,进行自然生长、更新与演替[2],可为相似生境的植被修复提供借鉴。根据本次对塘屿、东庠岛、大练岛等海岛临海荒坡山地的植物物种的实地调查,其中可见常见分布和生长较好的植物物种,表明其自然抗逆性与适应性较强,为严苛自然生境选择的结果,可重点选择作为本区位岛群荒坡山地的植被生态修复物种。主要包括如下物种。

乔木种为木麻黄、台湾相思、黑松等。

灌木藤本种类主要有滨柃、福建胡颓子、算盘子、铁包金、雀梅藤、车桑子、截叶铁扫帚(Lespedeza cuneata)、茵陈蒿、野牡丹、刺裸实、芙蓉菊、单叶蔓荆、黑面神、了哥王等灌木,以及薜荔、毛木防己、金银花、硕苞蔷薇、茅莓等藤本。

草本植物种类,主要有狗牙根、五节芒、山菅兰(Dianella ensifolia)、龙舌兰(Agave americana)、盐地鼠尾粟、甜根子草、滨海前胡、卤地菊、仙人掌(Opuntia tuna)、海边月见草、鬣刺等。

此外,东南沿海典型绿化苗木如夹竹桃(Nerium oleander)、黄槿(Hibiscus tiliaceus)、海桐、榕树(Ficus microcarpa)等也有较强的适应性。

3.2.2 进行合理的植物配置

山体临海坡面风力大,含盐量高,土壤较瘠薄,立地条件恶劣,在植被配置方面,宜选择抗风、耐盐碱、耐旱的植物种类密植,形成抗风绿带,乔木层下套种抗风灌木、地被层;背风面绿地可种植开花乔木和地被,增强观赏性。从海岸往陆地依次分为草本、灌木、乔木,在利用乔木幼苗恢复过程中宜将木麻黄、黑松等针叶林种植在海岸迎风面的坡面上,海桐、黄槿等常绿阔叶林则种植在前方稍有遮挡的侧风坡,并且耐性强韧的物种排前,较差的次之。

3.2.3 采用针对性的修复技术

在海岛植被修复过程中,应尽量解决或减少环境因子对植被生长的制约,才能保证生态修复的进程[22]。针对平潭海岛干旱、风大、盐害重、土壤瘠薄等特点,在植被修复时可采用雨季施工种植、节水灌溉、开挖蓄水槽[23]、覆盖凋落物[24]、添加保水剂[24]等节水与保水措施以解决季节性缺水对植被修复的影响;建立风障以抵抗强风;施加有机肥、客土回填等措施改善土壤性能。此外,可通过优化植物配置,如在山地选择抗旱能力强的植物种类,近海地带选择抗盐能力强的种类,风口区域增加有刺灌木与藤本的应用等,根据不同植物的生理生态特性选择不同的应用环境。