年度淹水周期下消落带植物群落结构特征分析

先旭东，赵 辉，王会平,3

(1.重庆现代建筑产业发展研究院，重庆 401120；2.重庆市园林技工学校，重庆 400014；3.重庆市市政设施管理局，重庆 400015)

1 引言

消落带是指因季节性水位涨落而使水库高低水位之间周期性出露的特殊区域[1]，属典型的生态过渡带，消落带植被具有过滤泥沙和营养物质、保持水土、稳定河岸系统、保护生物多样性等多种生态功能，并兼具景观美学功能[2,3]。三峡水库自2010年10月正式蓄水至175 m后，随水库年度运行将在长江两岸形成垂直落差约30 m(145～175 m)的永久消落带。位于库尾的重庆主城区地处长江与嘉陵江交汇地段，主城两江四岸形成垂直落差约20 m(160～180 m)的消落带，且经历夏季汛期和冬季反季节淹水干湿交替双重影响。三峡水库建设对消落带植物群落影响的相关研究逐步展开[4]。在植物方面，从植物区系[5]、植被状况[6]、群落数量[7]、室内水淹模拟植物生理生态[8,9]等方面筛选适宜植物种类；在群落角度，从物种组成、群落结构及分布格局等方面来分析水库蓄水对消落带植被的影响[10～12]。同时，重庆主城两江消落带江北嘴段、朝天门3～4码头段、九龙外滩等区域开展了一系列生态修复示范建设工作。本文以嘉陵江石门段消落带生态修复示范区为研究对象，调查分析经年度涨-落周期淹水后植物群落结构特征变化，为三峡库区消落带生态修复提供理论依据和科学示范。

2 生态修复示范区概况

石门消落带生态修复示范区位于嘉陵江重庆市江北区北岸(E106.4903，N29.5578)，面积约1 万 m2。海拔165 m以下，主要为砾石生境，坡度5～15°；海拔165～170 m段，主要为砂壤土生境，坡度20～25°；海拔170 m以上，壤土中有大量修建滨江路遗留的建筑弃石。2004～2006年，重庆市风景园林科学研究院在该区域实地开展耐水淹植物筛选试验研究[13]，在各高程按小区种植南川柳、枫杨、秋华柳、卡开芦、甜根子草、狗牙根、扁穗牛鞭草等植物。

3 数据观测与分析

3.1 水文

参照寸滩水文站和长江海事局水位公告数据，校正每日观察记录水位高程，统计出各高程的连续水淹时间、水淹总时间、汛期时间。

3.2 植物群落

植物群落调查采用样方法。结合重庆主城两江消落带水位变化情况，将消落带生态修复区按高程划分为下部(165 m以下)、中部(165～170 m)和上部(170～175 m)3 个梯度带。在每个梯度带内，顺河水流向每隔30 m设定一个样方，设5 个，共计15 个；其中乔木样方面积为10 m×10 m，灌木或高草样方面积5 m×5 m，草本样方面积1 m×1 m。调查记录样方内植物种类、优势种和植物株高、株数、基径、冠幅等，并记录样方外伴生植物。

调查时间：2014年6月、2014年12月(冬季蓄水退后)和2015年6月。

3.3 数据分析

用Excel软件对原始数据进行统计分析。

(1)物种的重要值计算方法同参考文献[14]。

(2)植物多样性指标则选取重要值作为评价群落中各物种相对重要性的综合数量指标。

Patrick丰富度指数:

R=S

(1)

Shannon-Wiener指数:

(2)

Pielou均匀度指数:

J=H/lnS

(3)

式(1)～式(3)中，S为样地内出现的物种数；Pi为物种i的重要值。

4 结果与分析

4.1 石门消落带生态修复区2014年水文统计

根据石门段消落带生态修复示范区水位观测及校正，2014年主城消落带生态修复区不同海拔高程淹水时间见图1。

2014年2月中下旬三峡大坝开始春季泄洪，至3月下旬主城两江水位逐步退至162 m，消落带区域出露；从6月26日起重庆两江水位开始上涨超过海拔166 m起，至9月20日达到最大值180.78 m，随后至12月31日，水位基本在海拔171 m以上波动；在2015年2月逐步消退至162 m。据统计，海拔165 m高程持续淹没时间长达188 d，海拔170 m高程持续淹没时间长达126 d，海拔175m高程有2个较长持续淹没时间，分别为8 d和7 d。

4.2 植物物种组成

由表1可知，石门段消落带生态修复示范区不同时期各高程植物种数变化。冬季蓄水退去后，原生植被复绿生长，沉积在泥土中的植物种子开始大量萌发，除了一年生、多年生的草本外，还有南川柳、枫杨、小梾木等乔灌木，植物种类较丰富，高达48 种。

经历一次夏季汛期后的冬季蓄水期(2015年1月)，消落带植物种类降低为25种，主要是植被生态修复人工栽植的南川柳、枫杨等乔木和甜根子草、野青茅、狗牙根、扁穗牛鞭草等多年生草本植物，一年生草本植物较少，或完成生活周期，或被淹死。

2015年6月，即经历一次完整淹水周期(夏季汛期和冬季蓄水)后，消落带植物种数高达41种，其中，下部以一年生、多年生草本为主，且植物种类较多，中上部随着人工栽植的南川柳、卡开芦、甜根子草等乔木、高草的生长，许多一年生草本植物生态位被侵占，种子或未获得足够萌发条件，或种子萌发后面获取生长资源有限而死亡。

4.3 植物群落结构分析

石门消落带生态修复区不同时期植物群落植物重要值见表2。在2014年6月，165 m以下高程形成以苔草、狗牙根为建群种的多年生草本植物群落，其重要值为0.1869、0.1784；在165～170 m高程形成卡开芦+甜根子草-野青茅+狗牙根复层草本群落，其重要值分别为0.2702、0.1399、0.3189 和0.1366；170 m以上高程形成南川柳+池杉+枫杨-甜根子草-扁穗牛鞭草复层群落，其重要值分别为0.3268、0.3085、0.1849、0.4017和0.2919。

2015年1月，因冬季蓄水，165 m以下高程长期被水淹没。165～170 m高程形成卡开芦+甜根子草-野青茅+狗牙根复层草本群落，其重要值分别为0.4591、0.1237、0.1216和0.2724；170 m以上高程形成南川柳+枫杨-甜根子草-狗牙根复层群落，其重要值分别为0.2470、0.2089、0.3395和0.0933。

2015年春季2月退水后，石门消落带生态修复示范区经近4个月自然恢复，在165m以下高程形成以苔草、狗牙根、水蓼为优势种草本植物群落，其重要值为0.1564、0.1184和0.1012；在165～170 m高程形成卡开芦+甜根子草-野青茅+扁穗牛鞭草复层草本群落，其重要值分别为0.4030、0.1363、0.1717和0.2168，伴生一年生草本水蓼重要值达0.1657；170 m以上高程形成南川柳+枫杨-小梾木-甜根子草+野青茅复层群落，其重要值分别为0.4502、0.3924、0.3545、0.5401和0.2042，伴生一年生草本水蓼重要值达0.1639。

4.4 植物多样性指数

石门段进行植被生态修复后，在经历了冬季库区蓄水和夏季汛期水淹完整水文过程，165 m以下、165～170 m和170 m以上各高程Shannon-Wiener指数和Pielou均匀度指数变化如表3。不同时期各高程内Shannon-Wiener指数H和均匀度指数J变化差异不显著；但各高程间Shannon-Wiener指数H和均匀度指数J差异达到显著水平(P<0.05)，均呈增大变化趋势，且以170 m以上高程较高。

5 讨论

5.1 植物种数

在不同时期，石门消落带生态修复示范区内植物种数在20种以上，主要是耐水淹试验栽植的乔木如南川柳、枫杨、水杉、池杉，灌木如小梾木、中华蚊母树，多年生草本卡开芦、甜根子草、狗牙根、扁穗牛鞭草、苔草等，在沉积土壤种子库中萌发的野青茅逐步成为建群种，生态位优势明显。而在夏季汛期前，示范区植物种数高达40种以上，主要是一年生草本植物如水蓼、藜、土荆芥、黄鹌菜、蒲儿根、棒头草等萌发。

5.2 植物群落

自2004 年以来，嘉陵江石门段消落带生态修复示范区内植物群落因受10 余年季节性水位变化的影响而发生不同程度的变化。高程165 m以下，形成以苔草、狗牙根等多年生草本植物群落，伴生荆三棱、棒头草、水苦荬等一年生草本植物；在165～170 m高程，形成以高大草本卡开芦、甜根子草及多年生野青茅、扁穗牛鞭草构成的复层草本群落，伴生一年生草本水蓼、酸模、藜等；170 m以上高程，形成以乔木南川柳、枫杨为优势种的植物群落，层次丰富，结构稳定，与生态修复示范目标预测结果相符[15]。

5.3 植物多样性指数

植物多样性指标主要是选取重要值来进行评价。在不同时期，各高程内Shannon-Wiener多样性指数H和均匀度指数J变化差异不显著，说明示范区内植物群落结构趋于稳定；各高程间Shannon-Wiener多样性指数H和均匀度指数J均随高程呈增大变化趋势，表明示范区植物群落在海拔高程上的分布特征与原长江河岸消落带一样，沿湿度梯度分布[16]。