馬 和，張繼強(qiáng)，康建軍，薛 睿，趙亞萍，龔志勇，劉東皓

(1.甘肅省林業(yè)科學(xué)研究院，甘肅 蘭州730020;2.隴南市武都區(qū)林業(yè)局，甘肅 武都746000)

地震滑坡是由于地震作用而引起的大規(guī)模滑坡現(xiàn)象［1-2］，是地震誘發(fā)山地災(zāi)害的主要類(lèi)型之一，也是地震災(zāi)區(qū)倍受關(guān)注的一種成災(zāi)方式［3］。我國(guó)是全球性大陸地震最集中、活動(dòng)性最高的地區(qū)［4-6］，地震造成的滑坡及水土流失、生態(tài)環(huán)境破壞也是全球最嚴(yán)重的國(guó)家之一。

甘肅隴南地區(qū)位于白龍江的中游，屬于嘉陵江的一級(jí)支流［7］，是長(zhǎng)江上游重要的水源補(bǔ)給區(qū)，也是長(zhǎng)江上游生態(tài)屏障建設(shè)的重要組成部分。在2008 年“5·12”汶川大地震中生態(tài)環(huán)境遭受了嚴(yán)重的破壞，受災(zāi)程度僅次于四川汶川，受災(zāi)面積達(dá)6.5 萬(wàn)km2，影響面積超過(guò)10 萬(wàn)km2，直接經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)593.32 億元。地震不僅對(duì)當(dāng)?shù)厝嗣裆?cái)產(chǎn)、國(guó)家重要基礎(chǔ)設(shè)施等造成嚴(yán)重?fù)p害，同時(shí)誘使滑坡、泥石流等山地自然災(zāi)害頻發(fā)，水土流失加劇，生態(tài)環(huán)境變得十分脆弱，給當(dāng)?shù)貛?lái)了巨大的安全隱患，同時(shí)也威脅到長(zhǎng)江上游的生態(tài)安全。

在“5·12”汶川大地震后，張翔等［8］、劉守江等［9］和田佳等［10］在汶川地震極重災(zāi)區(qū)植被破壞情況調(diào)查和分析的基礎(chǔ)上，利用不同的方法，對(duì)震后災(zāi)區(qū)植被恢復(fù)現(xiàn)狀、災(zāi)區(qū)植被分區(qū)和植被恢復(fù)技術(shù)等方面進(jìn)行研究;駱宗詩(shī)等［11］在對(duì)地震災(zāi)區(qū)崩塌山體微生境類(lèi)型劃分的基礎(chǔ)上，基于植物多樣性指數(shù)，對(duì)崩塌山體植被自然恢復(fù)力進(jìn)行了評(píng)價(jià)。目前，我國(guó)對(duì)地震滑坡體植被恢復(fù)方面的研究主要集中在四川，而針對(duì)甘肅地區(qū)的研究很少見(jiàn)。本研究以甘肅隴南市武都區(qū)清水溝典型性地震滑坡體為研究對(duì)象，通過(guò)野外調(diào)查和數(shù)據(jù)分析震后該區(qū)域植被的自然恢復(fù)狀況，旨在為災(zāi)后形成的地震滑坡體植被恢復(fù)物種篩選及恢復(fù)模式提供理論數(shù)據(jù)。

1 研究區(qū)概況與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于隴南市武都區(qū)清水溝流域，地理坐標(biāo)為104°54' －104°55' E，33°23' －33°24' N，流域面積2.5 km2，該區(qū)地處長(zhǎng)江流域嘉陵江水系白龍江中游，秦巴山地與岷山山脈、黃土高原交匯地帶，是甘肅省唯一的長(zhǎng)江流域地區(qū)。境內(nèi)高山、河谷、盆地交錯(cuò)，峰巒疊嶂，溝壑縱橫，氣候呈立體分布，生態(tài)差異明顯，屬亞熱帶向暖溫帶過(guò)渡區(qū)。該區(qū)年平均氣溫14.7 ℃，極端氣溫最高為40 ℃(1951 年)，最低為－9 ℃(1991 年)，年日照時(shí)數(shù)1 911.3 h，年降水量474.6 mm，年蒸發(fā)量1 740 mm，無(wú)霜期210 ～240 d，海拔在600 ～3 600 m。清水溝位于武都區(qū)的東北方向，緊鄰城區(qū)，是武都區(qū)北出口的必經(jīng)之路。在“5·12”汶川大地震中，坡頂裸露的巖土體在強(qiáng)重力的侵蝕下發(fā)生大面積震裂、崩塌，巖土體在滑動(dòng)過(guò)程中解體碎裂并沿坡面堆積，導(dǎo)致植被全部死亡，形成大面積的次生裸地。依據(jù)孔紀(jì)名等［3］的分類(lèi)方法，本研究地震滑坡體屬震滑型―碎裂滑動(dòng)(碎屑滑動(dòng))亞類(lèi)。

1.2 試驗(yàn)方法

采用樣帶結(jié)合海拔梯度的方法［12-13］對(duì)植物群落進(jìn)行調(diào)查，選擇有代表性的滑坡體為研究對(duì)象。根據(jù)海拔高度、植物群落及土層厚度變化情況，將研究對(duì)象劃分為3 種立地條件:下坡位(海拔1 020 ～1 060 m)、中坡位(海拔1 060 ～1 120 m)和上坡位(海拔1 120 ～1 140 m)，在下坡位、中坡位和上坡位分別布設(shè)2 個(gè)、3 個(gè)、2 個(gè)10 m ×10 m 典型樣地，分別記為:樣地Ⅰ、樣地Ⅱ、樣地Ⅲ、樣地Ⅳ、樣地Ⅴ、樣地Ⅵ、樣地Ⅶ。在每個(gè)典型樣地內(nèi)沿兩條對(duì)角線取5 個(gè)1 m×1 m 小樣方，3 次重復(fù)。共計(jì)調(diào)查7 個(gè)典型樣地，105 個(gè)小樣方。記錄每個(gè)樣方內(nèi)的植物種類(lèi)、高度、多度、蓋度等指標(biāo)。同時(shí)將樣方內(nèi)各種草齊地面剪下后分裝紙袋，即時(shí)稱(chēng)鮮重，然后帶回實(shí)驗(yàn)室，在80 ℃恒溫下，經(jīng)12 h 烘干至恒重后稱(chēng)干重［13］。在2013 年8 月7 日植被生長(zhǎng)最旺盛的時(shí)期，進(jìn)行生物量測(cè)定和群落特征調(diào)查。

1.3 數(shù)據(jù)處理方法

1.3.1 重要值計(jì)算 重要值是評(píng)價(jià)植物種群在群落中地位和作用的一個(gè)綜合性數(shù)量指標(biāo)，也是判斷群落類(lèi)型的依據(jù)。

物種重要值［14］:

式中，RF表示相對(duì)頻度;RC表示相對(duì)蓋度;RD表示相對(duì)多度。

1.3.2 物種多樣性指數(shù)計(jì)算 用Margalef 豐富度指數(shù)來(lái)直觀地表征樣地中植物種類(lèi)的多少;用Simpson 優(yōu)勢(shì)度指數(shù)來(lái)反映群落抗干擾能力的強(qiáng)弱［15］;用Shannon-Wiener 多樣性指數(shù)作為地震滑坡體植被自然恢復(fù)能力考核指數(shù);用Pielou 均勻度指數(shù)來(lái)反映物種分布情況。其計(jì)量公式分別為:

Margalef 豐富度指數(shù)［16］:

式中，S 表示樣方調(diào)查的物種數(shù);N 表示所有種類(lèi)的個(gè)體數(shù)目。

Simpson 優(yōu)勢(shì)度指數(shù)［17］:

式中，Ni表示樣方中第i 種植物的重要值;N 表示所有種類(lèi)的個(gè)體數(shù)目。

Shannon-Wiener 多樣性指數(shù)［17-18］:

式中，Pi表示樣方中第i 種植物的重要值。

Pielou 均勻度指數(shù)［18］:

式中，S 表示樣方調(diào)查的物種數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 植物群落的組成特點(diǎn)

據(jù)樣方調(diào)查結(jié)果顯示，在研究區(qū)內(nèi)共有高等植物34 種(表1)，隸屬于16 科30 屬，其中種類(lèi)最多的科為禾本科和菊科，均各有8 種，其次為豆科有3種，茄科和薔薇科各有2 種，這5 科植物種數(shù)占總種數(shù)的比例分別為23. 5%、23. 5%、8. 8%、5. 9%、5.9%;敗醬科、莧科、紫草科和蘿藦科等11 科，均各有1 種，占總種數(shù)的比例均為2.9%。群落組成以草本和小灌木為主，其中優(yōu)勢(shì)種為狗牙根、馬唐、黃茅、蘆葦、駱駝蓬等。

目前研究區(qū)域內(nèi)植被自然恢復(fù)以草本植物為主，有26 種，占研究區(qū)植物總數(shù)的76.5%，灌木較少，有8 種，占研究區(qū)植物總數(shù)的23.5%，無(wú)喬木分布。地震滑坡體是地震誘發(fā)的次生裸地，在植被自然恢復(fù)過(guò)程中，埋藏在土壤里的草本種子生長(zhǎng)快，種子產(chǎn)量大，擴(kuò)散能力強(qiáng)，是自然恢復(fù)的先鋒物種。

在7 個(gè)樣地中，由于環(huán)境因子的差異，不同立地條件植物群落物種組成、群落類(lèi)型以及群落結(jié)構(gòu)存在差異。在下坡位(樣地Ⅰ、Ⅱ)為狗牙根+紅花巖黃耆+蘆葦群落，甘菊為偶見(jiàn)種;中坡位(樣地Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ)為馬唐+蘆葦+早熟禾群落;上坡位(樣地Ⅵ、Ⅶ)為馬唐+黃茅+臭蒿群落。7 個(gè)樣地中，上坡位植物群落的群落結(jié)構(gòu)為草本+草本模式，中坡位和下坡位均為草本+小灌木模式，但不同部位物種組成有所差異。在下坡位中一年生草本植物占優(yōu)勢(shì)，其次是灌木，多年生草本所占的比例最小;隨著海拔的升高，在中坡位，部分一年生草本和灌木消失，多年生草本開(kāi)始植物占優(yōu)勢(shì);在上坡位，一年生草本和多年生草本所占的比例相當(dāng)，大部分灌木消失，僅有小葉滇紫草分布(圖1)。

這種變化是由于不同立地條件的環(huán)境因子不同所致，下坡位位于溝谷地帶，海拔最低，土壤水、熱條件結(jié)合最好，但日照時(shí)間較短，適宜發(fā)芽迅速、生長(zhǎng)周期短的一年生植物生長(zhǎng);在中坡位，土壤水、熱、光照條件三者結(jié)合最好，生境條件較為優(yōu)越，植被的演替最為迅速，多年生植物開(kāi)始定居并占優(yōu)勢(shì);隨著海拔的增加，土壤含水量減少，水分因子限制了部分植物的生長(zhǎng)發(fā)育，生境條件變的嚴(yán)酷，在上坡位，適宜耐旱性、耐寒性較強(qiáng)的多年生植物生長(zhǎng)。

2.2 物種多樣性

方差分析表明，物種多樣性各樣地間存在差異，表明不同樣地為植物生長(zhǎng)發(fā)育提供的環(huán)境條件存在差異，因此造成植被自然恢復(fù)能力的差異(表2)。7個(gè)樣地中，樣地Ⅴ、Ⅵ和樣地Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ之間的Margalef 豐富度指數(shù)(R)差異顯著(P ＜0.05)，其余樣地之間差異不顯著(P ＞0.05)，豐富度指數(shù)從大到小依次是Ⅵ＞Ⅴ＞Ⅶ＞Ⅰ＞Ⅱ＞Ⅲ＞Ⅳ，最大值出現(xiàn)在上坡位(樣地Ⅵ)，最小值出現(xiàn)在中坡位(樣地Ⅳ)，說(shuō)明在上坡位物種豐富度最高，中坡位物種豐富度最低;樣地Ⅰ、Ⅵ、Ⅶ的Shannon-Wiener 多樣性指數(shù)(H)顯著低于中坡位的樣地Ⅲ和Ⅳ，樣地Ⅱ和Ⅴ居中，多樣性指數(shù)從大到小依次是Ⅳ＞Ⅲ＞Ⅱ＞Ⅴ＞Ⅰ＞Ⅶ＞Ⅵ，最大值出現(xiàn)在中坡位(樣地Ⅳ)，說(shuō)明中坡位群落中物種復(fù)雜程度最高;Pielou 均勻度指數(shù)(E)樣地Ⅲ顯著高于樣地Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ，樣地Ⅰ、Ⅱ居中，說(shuō)明樣地Ⅲ的植物分布均勻程度高，植物群落最為穩(wěn)定;樣地Ⅰ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ與樣地Ⅲ、Ⅳ之間的Simpson 優(yōu)勢(shì)度指數(shù)(D)存在顯著差異，與樣地Ⅱ之間差異不顯著，各樣地間由大到小依次表現(xiàn)為Ⅵ＞Ⅶ＞Ⅰ＞Ⅴ＞Ⅱ＞Ⅳ＞Ⅲ，最大值出現(xiàn)在中坡位上坡位(樣地Ⅵ)，最小值出現(xiàn)在中坡位(樣地Ⅲ)。說(shuō)明中坡位抗干擾能力最強(qiáng)，上坡位抗干擾能力最低。

表1 地震滑坡體不同樣地植物種類(lèi)組成及重要值Table 1 Composition and important value of plant species of different plots on earthquake landslide

續(xù)表1

圖1 地震滑坡體不同樣地植物生活型Fig.1 Plant life form of different plots on earthquake landslide

表2 地震滑坡體植物群落多樣性指數(shù)變化Table 2 The changes of diversity index of the plant community in earthquake landslide

3 討論與結(jié)論

王瓊等［19］在浙江省舟山市以廢棄采石場(chǎng)為例，探討植被的自然恢復(fù)過(guò)程中多樣性的變化規(guī)律，將植被自然恢復(fù)過(guò)程劃分為初級(jí)演替期、初級(jí)交替期、高級(jí)交替期、高速恢復(fù)期以及恢復(fù)穩(wěn)定期5 個(gè)演替階段。本研究區(qū)是由于地震誘發(fā)而產(chǎn)生的次生裸地，通過(guò)5 年的自然恢復(fù)，研究區(qū)共發(fā)現(xiàn)16 科32 屬34 種植物，其中以草本植物為主，共28 種，占研究區(qū)植物總數(shù)的76.5%，灌木較少，有6 種，無(wú)喬木分布，根據(jù)植物群落的種類(lèi)構(gòu)成，群落的演替順序按照常規(guī)的草本－灌叢－喬木群落演替次序進(jìn)行。由于環(huán)境因子的差異，導(dǎo)致植物群落物種組成、群落類(lèi)型以及群落結(jié)構(gòu)存在差異，在下坡位一年生草本植物占優(yōu)勢(shì)，群落結(jié)構(gòu)模式主要為小灌木+草本;中坡位二年生草本植物所占比例增加，群落結(jié)構(gòu)模式主要為小灌木+草本;上坡位多年生植物所占的比例增加，群落結(jié)構(gòu)模式主要為草本+ 草本。依據(jù)王瓊等［19］在廢棄采石場(chǎng)植物演替分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，研究區(qū)植被自然恢復(fù)上坡位目前處于初級(jí)交替期，中坡位和下坡位處于初級(jí)演替期。同時(shí)說(shuō)明植物群落自然恢復(fù)過(guò)程在空間演替方向是中坡位－下坡位－上坡位。

在28 種草本中以菊科和禾本科植物為主，共15 屬16 種，分別占總屬、種數(shù)的50%和47.1%，說(shuō)明菊科和禾本科在地震滑坡體自然恢復(fù)過(guò)程中占據(jù)重要地位，這與劉守江等［9］在四川非規(guī)范性滑坡體上植被自然恢復(fù)能力研究的結(jié)果一致。同時(shí)，在不同坡位，群落內(nèi)的主要物種多有重復(fù)，表現(xiàn)出較強(qiáng)的連續(xù)性和遞進(jìn)性，說(shuō)明植物群落演替速率比較緩慢。這與白文娟等［20］在黃土丘陵溝壑區(qū)退耕地自然恢復(fù)植物群落的分類(lèi)與排序中的研究結(jié)果基本一致。

物種多樣性是植被恢復(fù)過(guò)程中最重要的特征之一［21-22］。多樣性指數(shù)表示群落種類(lèi)的多樣性，同時(shí)還能反映群落內(nèi)部種類(lèi)數(shù)目和種類(lèi)個(gè)體分布的均勻性，是最能反映生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)程度的生態(tài)學(xué)指標(biāo)［11］，在很大程度上，人們可通過(guò)物種多樣性的間接觀察，了解地震滑坡體上不同生境植被多樣性的自然恢復(fù)情況。依據(jù)多樣性指數(shù)判斷不同生境植被自然恢復(fù)能力，就不同的海拔高度采用不同的恢復(fù)方法。本研究中，由于位于中坡位的樣地Ⅴ旁有條進(jìn)山道路，因此造成植物群落多樣性指數(shù)變化異常，從其余6 個(gè)固定樣地的植物群落多樣性指數(shù)變化來(lái)看，中坡位植物群落物種多樣性和均勻度最高，豐富度和優(yōu)勢(shì)度最低;上坡位植物群落物種豐富度和優(yōu)勢(shì)度最高，多樣性和均勻度都最低;下坡位植物群落物種豐富度、多樣性、均勻度、優(yōu)勢(shì)度居中。產(chǎn)生上述差異的原因是由于多樣性指數(shù)受物種豐富度和均勻度的共同影響［23-24］，下坡位海拔最低，位于溝谷地帶，土壤水分條件較好，但人為活動(dòng)干擾強(qiáng)烈，群落內(nèi)物種分布不均勻，從而導(dǎo)致多樣性偏低;位于中坡位的樣地Ⅲ和樣地Ⅳ，由于地勢(shì)相對(duì)平坦，土壤水分和光熱條件結(jié)合較好，植物分布比較均勻，均勻度指數(shù)和多樣性指數(shù)均達(dá)到最大值;隨著海拔的升高，水分因子限制了部分植物的發(fā)育，并且導(dǎo)致種間競(jìng)爭(zhēng)激烈，種群分布極不均勻，成簇狀分布，形成單優(yōu)種群，從而導(dǎo)致上坡位植物多樣性較低，優(yōu)勢(shì)度較高。因此，以Shannon-Wiener 多樣性指數(shù)作為地震滑坡體植被自然恢復(fù)能力考核指數(shù)表明，多樣性恢復(fù)能力最強(qiáng)的是中坡位，其次是上坡位和下坡位。

本研究結(jié)果表明，下坡位由于人為活動(dòng)干擾強(qiáng)烈，采用人工封育，減少人為干擾因子的影響;中坡位土壤條件及水熱光照條件組合最好，植物群落的自然恢復(fù)能力最強(qiáng)，群落結(jié)構(gòu)最為穩(wěn)定，應(yīng)當(dāng)以自然恢復(fù)為主;上坡位由于地勢(shì)陡峭，保水保肥能力差，可采用改造微地形、調(diào)整流域水文網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)雨洪資源的就地利用，并加以人工補(bǔ)播的方法促進(jìn)植物群落更新。

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