贛南水土流失區植物多樣性及其恢復特點研究

馬冬雪，楊 潔，劉仁林

(1.河北政法學院園林系，河北石家莊050061;2.江西省水土保持科學研究所，江西南昌330029;3.贛南師范學院生命與環境科學學院，江西贛州341000)

江西贛南位于東經 113°52'—116°39'、北緯 24°30'—27°10'之間，總面積39 379.64 km2，占江西省總面積的23.6%。贛南水土流失區主要是指海拔500 m以下的臺地、低丘、中丘(7 174.05 km2)和部分高丘(約5 878.4 km2)地貌中發生水土流失的區域，占地貌面積的43.5%。所謂地貌面積是指除農田、村莊、公路、河流、水庫等以外的土地面積。水土流失區主要涉及于都、興國、寧都、信豐、南康等縣市，其中尤以于都、興國、寧都較為嚴重。

水土流失的強度變化與植被的變化有著密切的聯系，將水土流失與植物多樣性動態變化等聯系起來研究，有利于水土保持技術的發展和實施[1-2]。植被在控制水土流失過程中具有重要的作用，伴隨著植被的恢復，必然是植物物種多樣性的增加，而不同生活型、生態習性和生物學特性的植物(物種)配置和栽培模式對水土流失的控制效果也不同[3-7]。贛南是我國南方水土流失較嚴重的地區之一，經過30余年的治理，水土流失區的植被和植物多樣性得到了較好的恢復。但在這個過程中，對該水土流失區植物多樣性變化的研究不多，現有的研究文獻僅見于植物群落方面[8-9]，因此詳細調查和研究贛南水土流失區植物多樣性，掌握該區治理30余年后植物多樣性的恢復特點和性質，對在新的社會經濟發展階段進一步提高水土流失治理水平具有重要意義。

1 贛南的自然概況

1.1氣候

贛南系典型的亞熱帶丘陵山區濕潤季風氣候，年均氣溫18.9℃，1月平均氣溫6.7～8.5℃，7月平均氣溫26.9～29.6℃，極端高溫41.2℃，極端低溫-8℃;日平均溫度穩定通過5℃的天數338 d，穩定通過10℃的天數267 d，無霜期為287 d;春季71 d，夏季132 d，秋季62 d，冬季100 d。贛南雨水充沛，30年年均降水量1 586.9 mm，降水量分布情況是東北部多于西南部，高山多于低丘。一年中，第二、三季度降水量占年降水總量的70.4%，第四季度氣候略顯干燥[10]。

1.2 土壤及植被

贛南的土壤有6種類型:①紅壤，主要分布在海拔500 m以下的丘陵和低山，其面積占土地總面積的60%。紅壤礦物質養分不足，黏性程度高，干時堅硬，濕時黏糊，土壤pH值4.5～5.5。②山地紅黃壤，分布于海拔500—800 m的山地，成土母巖為花崗巖、砂頁巖，土層厚度1 m左右，地表有枯枝落葉，有機質含量5% ～7%，pH值5.2～5.9。③山地黃壤，分布于海拔800—1 400 m的山地，顏色為黃色，質地為沙壤至重壤，土層厚度一般60 cm，腐殖質層厚20～30 cm，有機質含量一般在5%以上。④山地紅棕壤，分布于海拔1 400 m以上的山地，土色多為灰黃棕至暗黃棕色，質地為輕壤，有機質含量多在7% ～8%，自然肥力高。⑤山地草甸土，分布于海拔1 400—1 700 m的山地，有機質含量1%，土壤肥力高。⑥紫色土，主要分布于章貢區、贛縣、寧都、石城、瑞金、南康、大余、會昌、定南、龍南等縣縣城附近的丘陵地帶，由紫色砂頁巖形成，質地良好，多為沙壤和中壤，土層淺薄，往往巖石裸露。

現狀植被為馬尾松及灌叢植物，覆蓋率低，土壤侵蝕嚴重。

2 研究方法

采用植物區系調查方法，全面采集贛南水土流失區的植物標本，調查各種植物的生境、生態學習性、生物學習性，然后進行標本制作、鑒定分類和整理分析。

在植物區系調查的基礎上，對水土流失嚴重區進行樣地調查，即采用典型群落樣地調查的方法獲取樣地數據，并運用GPS確定樣地的地理位置和具體群落的坐標點、海拔。樣地面積20 m×30 m;同時將樣地分成6個10 m×10 m的小樣方，調查灌木植物;另外，又在樣地對角線和交叉點上用“梅花布點法”設置5個1 m×1 m的小樣方，調查草本植物[11]。

3 結果與分析

3.1 地理成分多樣性及其特點

3.1.1 物種較豐富

根據調查、鑒定和分析，贛南水土流失區分布種子植物(含部分重要栽培植物)152科541屬1 016種(含種以下單位)，其中裸子植物6科10屬10種，被子植物146科531屬1 006種，占江西種子植物種數[12]的22.8%，說明經過30余年的治理，植物物種較豐富，已經進入了植被恢復較快的時期。

3.1.2 地理成分多樣性較高

3.1.2.1 科的地理成分及其特點

據調查，水土流失區內有種子植物152科，占江西省種子植物總科數的71.4%。世界種子植物科的地理成分涉及18個分布區類型[13]，表1列出了贛南水土流失區種子植物科的分布區類型及數量，從表中可看出，雖然水土流失區環境條件較差，但隨著植被的恢復，逐漸顯現出破壞前的區系性質。不同地域的水土流失區植被恢復具有明顯的地理成分差異，這種差異是指導我們尋找相應地理成分進行人工植被恢復的基礎。

表1 贛南水土流失區種子植物科的分布區類型

首先，由表1可知，贛南水土流失區種子植物科的地理成分有以下特點:①世界廣布類型的科較多。贛南水土流失區世界廣布的科占全球這個類型的76.2%，占贛南水土流失區總科數的31.6%，說明本區系的植物成分具有較高的世界分布成分，而且均為一些普通的種類，適應性強，耐干旱、瘠薄。②熱帶性成分較多。熱帶性成分(泛熱帶，東亞熱帶、亞熱帶及熱帶南美間斷，舊世界熱帶，熱帶亞洲至熱帶大洋洲，熱帶亞洲至熱帶非洲，熱帶亞洲分布)為71科，占總科數的46.7%，而溫帶性成分(北溫帶，東亞及北美間斷，舊世界溫帶，溫帶亞洲，地中海區、西亞至中亞，中亞，東亞分布)為30科，僅占總科數的19.7%。顯然，贛南水土流失區植物科的地理成分主要為熱帶、亞熱帶成分，但缺少純熱帶分布型科。因此，在植被恢復等工程中應注意選用泛熱帶、亞熱帶植物，以提高成活率。

其次，贛南水土流失區的植物種類主要集中在一些較大的科，含10種以上的科的種數達603種(表2)，占總種數(1 016種)的59.4%;草本種類較多，有369種，占10種以上科所含種數(603種)的61.2%。這些草本植物種類主要集中在禾本科、菊科、莎草科、蝶形花科和蓼科，且均為普通常見的種類，多生長在路邊、土壤瘠薄、陽光充足等較干旱的生境，對控制水土流失起到了重要的作用。

表2 贛南水土流失區含10種以上的科及其所含草本、木本種數

3.1.2.2 屬的地理成分及其特點

贛南水土流失區有種子植物541屬，可劃分為15個地理成分類型(表3)[14]。

由表3可知，贛南水土流失區種子植物屬的地理成分主要有4個特點:①世界分布型屬較多。贛南水土流失區世界分布型的屬占中國這一類型的52.8%，占贛南水土流失區總屬數的10.2%，表明贛南水土流失區環境條件較差，生境單調，主要適應一些普遍分布且具耐旱性的物種生存。因此，在水土流失區進行植被恢復時，選用這個分布類型的植物比較容易成功。②熱帶性成分較多。熱帶性屬(序號二至七)為272屬，占本區總屬數的50.3%，但缺乏純熱帶分布型屬，說明贛南水土流失區適應亞熱帶和熱帶向北延伸的植物生長，這與本地區高溫、雨量分配不均衡導致的季節性干旱等氣候特點有關。③溫帶分布型屬常見。溫帶成分(序號八至十四)204屬，占本區總屬數的37.7%，僅次于熱帶分布型屬，是水土流失區內常見的成分，如松屬、刺柏屬、山楂屬、楊梅屬、栗屬、櫟屬、葡萄屬、野枯草屬、稗屬、畫眉草屬等，而且松屬的馬尾松(Pinus massoniana)是水土流失區的主要喬木優勢樹種，分布面積廣、個體數量多，是水土流失治理的先鋒樹種。④草本植物豐富，主要集中于世界分布型屬和泛熱帶分布型屬，涉及菊科、禾本科、莎草科、唇形科等，是水土保持不可忽視的選擇對象。喬木優勢樹種主要涉及松屬、木荷屬和楓香屬，主要種類是馬尾松、木荷(Schima superba)、楓香(Liquidambar formosana)。其他喬木如栲屬、青岡屬、阿丁楓屬等不論在數量上還是在分布面積上僅占很小部分，但是這小部分喬木卻是植被順向演化的“曙光”，是植被順向演化的標志[15]。

表3 贛南水土流失區屬的分布區類型統計

3.2 植物多樣性恢復特點

3.2.1 不同水土流失類型的植物多樣性

根據調查，贛南水土流失區按水土流失的嚴重狀況可分為4個類型，即無或極輕的水土流失(類型Ⅰ)、輕度面蝕(類型Ⅱ)、嚴重溝蝕+面蝕(類型Ⅲ)、崩崗(類型Ⅳ)，類型Ⅳ又分為“面蝕+溝蝕”型崩崗(類型Ⅳ-1)和“溝壑”型崩崗(類型Ⅳ-2)2個亞型，具體見表4。

從表4可以看出，不同水土流失類型中，植物多樣性最高的是類型Ⅰ，即按多樣性排序為:類型Ⅰ＞類型Ⅱ＞類型Ⅳ-2＞類型Ⅳ-1＞類型Ⅲ。這個規律對我國南方水土流失區植物多樣性恢復具有指導意義:一是要考慮流失強度，水土流失強度較輕的類型Ⅰ和Ⅱ，植被基礎較好(土壤中仍保存了種子、根等繁殖器官或在“綠島”附近)，應進行封山，促使植被自然恢復;水土流失較強的類型Ⅲ、Ⅳ-1、Ⅳ-2，植被破壞較嚴重，應采取植物修復+工程措施。二是要分析局部環境條件，如類型Ⅳ-2，雖然崩崗使植被破壞嚴重，但局部溝壑因水分、肥力較好，土壤中埋藏的繁殖器官(根、種子等)也較多，反而出現較多的植物物種，因此在恢復“溝壑”型崩崗植被時可以采取先局部恢復，然后擴大到全面恢復的模式。

表4 贛南不同水土流失類型植物物種多樣性

3.2.2 不同起源的植物多樣性

不同的植被起源，植物的多樣性也有所差異(表5)。由表5可知，不同起源的植物群落物種多樣性豐富程度是:①喬木層種數表現為天然群落＞天然-人工混合群落＞人工林。②灌木、草本層植物種數表現為天然群落＞天然-人工混合群落＞人工群落。③海拔較高、具有山區環境特征的地段(如峰山)，其物種數量高于海拔較低的低丘、中丘地區。表5中的天然群落是位于峰山原先遭到人為破壞并發生了水土流失，停止破壞后自然恢復的群落(天然起源)，與水土流失區其他地方的人工-天然混合起源的群落和人工起源的群落進行比較表明，峰山天然起源的群落植物多樣性較高。峰山為贛州市城郊的孤山，最高海拔1 016 m，四周被贛縣、南康、于都等水土流失區包圍，可以看成是水土流失區中的一個“綠島”。雖然峰山局部地段遭到嚴重破壞并發生水土流失，但由于附近具有豐富的物種繁殖器官，因此一旦停止干擾，“綠島”的植物繁殖器官如種子等將連續不斷地進入水土流失區，促進植被順向演替，使植物多樣性增加。由此可知，在水土流失區內保護一定數量的“綠島”，有利于植被恢復。

表5 不同起源的群落植物多樣性

3.2.3 不同水保措施植物多樣性

通過實地調查，把不同的水保措施分為4個類型:封禁型Ⅰ、水保林型Ⅱ、工程措施型Ⅲ、果業型Ⅳ，見表6。基于表6的分析，植物物種多樣性恢復的規律是:封禁型Ⅰ＞水保林型Ⅱ＞工程措施型Ⅲ＞果業型Ⅳ。在封禁型Ⅰ中，封禁時間越長物種越豐富，表6峰山樣地中的喬木達到了10種，灌木14種，草本18種，總計達到42種，基本接近天然闊葉林物種多樣性程度。在水保林型Ⅱ中，結合適度的果園開發，有利于植物多樣性恢復，這種類型的實施關鍵是控制果園開發的規模和強度，只要控制適度的規模和強度，將促進物種多樣性的發展，提高水土保持措施的經濟效益和生態效益。

表6 不同水保措施的植物多樣性

工程措施型Ⅲ中，水平帶整地有利于植物多樣性的恢復，這可能是由于水平帶有利于保水、保肥以及土壤疏松(整地時翻耕土壤)的作用。

果業型Ⅳ的植物多樣性較低，特別是純經營性果園，由于整地強度大，施用化肥、農藥頻繁等原因，生物多樣性較低，也很難恢復，因此在水土流失區開發果園必須與水保措施結合起來，控制開發強度和規模，并采取適當的水保措施如竹節溝+封禁等，以利于生物多樣性的恢復，提高水土保持效益。

上述4種水保措施類型，必須因地制宜地選擇實施。一般條件較好的地區應盡可能實施長期封禁，并要求封禁面積達到一定規模，這樣由于“綠島”效應，能較快地恢復生物多樣性，控制水土流失。其次是大力營造水保林，并同時輔以工程措施，這樣有利于提高水土保持生態效益和經濟效益。此外，水土流失區必須慎重發展果園，應把果園開發與水保措施結合在一起進行，控制果園開發的強度和規模，避免片面追求經濟效益而造成更嚴重的水土流失。

3.2.4 人類活動區半徑對植物多樣性恢復的影響

通過調查發現，水土流失的強度與人類活動的半徑有關，主要表現為如下特點:①離居民區越遠的地方，水土流失越輕;②有森林的地方，水土流失輕，如表5中峰山山區天然群落的生物多樣性較豐富，基本沒有水土流失發生。因為林區保存了許多植物繁殖體(包括有性器官和營養器官)，離森林較近的水土流失區相對容易得到繁殖體的連續補充，從而促進生物多樣性恢復。因此，必須控制水土流失區的果園開發強度，以免將土壤中的繁殖體損失殆盡;一旦這種情況發生，則必須依賴外界輸入繁殖體才能恢復。

4 結論

(1)贛南水土流失區經過30余年的治理，植物多樣性較高，有152科541屬1 016種。地理成分中世界廣布的科、屬較多，從這類地理成分中篩選出適應性較強的植物用于水土流失區的植被恢復較易成功。

(2)地理成分中熱帶性成分較多，但缺乏純熱帶分布型的屬，說明贛南水土流失區有較多的類群適應由熱帶-亞熱帶向北延伸的環境。因此，在植被恢復中應注意選用泛熱帶、亞熱帶成分的植物如木荷、桃金娘(Rhodomyrtus tomentosa)、崗松(Baeckea frutescens)、黃荊(Vitex negundo)等，將有利于提高植被恢復效率。

(3)植被恢復中喬木優勢樹種主要涉及松屬、木荷屬和楓香屬，主要種類是馬尾松、木荷和楓香。低海拔(500 m以下)的水土流失區不僅面積大，而且生物多樣性低，環境條件較差，喬木樹種較少，喬木優勢樹種主要為馬尾松、木荷、楓香等陽性樹種。當演替到較高等級時才出現烏岡櫟(Quercus phillyraeoides)、青岡(Cyclobalanopsis glauca)、紅潤楠(Machilus thunbergii)、藍果樹(Nyssa sinensis)、甜櫧(Castanopsis eyrei)等半耐陰性闊葉樹種，這些種類的出現是植被順向演替進而達到頂級群落的“曙光”，預示著植被恢復加速發展。

(4)不同水土流失類型按植物多樣性排序依次是類型Ⅰ＞類型Ⅱ＞類型Ⅳ-2＞類型Ⅳ-1＞類型Ⅲ。認識這個規律對我國南方水土流失區植物多樣性恢復具有指導意義:一是要考慮流失強度;二是要分析局部環境條件，可以采取先局部恢復，然后再擴大到全面恢復的模式。

(5)不同起源的植物群落物種多樣性恢復的特點是:天然群落＞天然-人工混合群落＞人工林;海拔較高、具有山區環境的群落物種數量大于海拔較低的低丘、中丘地區，即物種多樣性具有“綠島”效應，因此在水土流失區內保護一定數量的“綠島”，將有利于區內的植被恢復。不同的水保措施按植物多樣性恢復快慢排序為:封禁型Ⅰ＞水保林型Ⅱ＞工程措施型Ⅲ＞果業型Ⅳ。長期封禁有利于形成“綠島”，能較快恢復生物多樣性，控制水土流失。

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