廢棄宕口植被自然恢復初期物種多樣性的研究

劉其蕾　萬福緒　張波

摘要 以句容市淪山湖廢棄宕口為研究對象，對宕口及其周邊荒山植物群落自然恢復的特征進行研究，分析不同立地條件下的植被組成及群落物種多樣性，并提出該地區廢棄宕口的植被恢復措施。

關鍵詞 廢棄宕口；生態環境；物種多樣性；植被恢復

中圖分類號 S181.3 文獻標識碼A 文章編號 0517-6611（2015）11-209-04

隨著經濟的發展和城鎮建設的加快，人類對石材資源的開發利用加強[1]，因而導致了大量的礦山被開采，大片的森林樹木被砍伐，造成了宕口巖石裸露，生態環境隨之惡化。加之，多數宕口沒有按照國家法律法規進行復綠，于是帶來了嚴重的生態環境問題，植被遭到破壞、土壤流失嚴重、自然景觀破壞等一系列的環境問題嚴重威脅著社會經濟的可持續發展[2-3]。目前，生態恢復仍然是研究廢棄宕口復綠的重要組成部分，主要包括工程性整地、植物的配置以及植物種間合理搭配等方面[4-6]。廢棄宕口生態恢復的研究工作在國外已經非常成熟，我國在這方面的研究也取得了卓著成績。但是，廢棄宕口在植被自然恢復前期物種多樣性的研究仍處在相對落后的階段，對植被的恢復以及生態系統穩定性的研究帶來了不利因素。筆者對句容市淪山湖廢棄宕口主要植物群落的物種多樣性進行研究分析，比較在不同立地類型下的物種多樣性差異，為廢棄宕口的生態恢復提供指導與借鑒。

1 研究區環境概況

句容市淪山湖桃花源廢棄宕口治理區位于句容市林場境內，西距句蜀公路僅約1.4 km，南距滬寧高速約3 km，地理坐標為32°04′56″ N，119°13′43″ E。屬于北亞熱帶濕潤氣候區，日照充足，四季分明，降雨豐富。屬于江南平原丘陵區，由寧鎮山脈和太湖沿岸丘陵組成，土壤類型為發育在各種巖石基質上的黃棕壤[8]。

廢棄宕口主要開采建筑石料用灰巖和白云巖，是句容早期主要的石料供應基地之一，幾十年的開山采石，對山體破壞非常嚴重。關閉后宕口壁裸露的危巖亂石和廢渣石堆與倉山湖桃花源周邊優美的自然環境極不相稱，不僅給區內旅游和投資環境造成了不利的影響，同時也存在著滑坡、崩塌等地質災害隱患，威脅到當地群眾的人身和財產安全。目前，淪山湖廢棄宕口植被以草本植物為主，在立地條件好的地方以灌木為主。

2 研究方法

2.1 樣地設置 根據馬文希和張榮盛[9-10]對裸露山地立地類型的劃分，經充分調查，并結合淪山湖宕口立地類型的特點，將其劃分為泥石堆（N）、亂石堆（L）、排土堆（P）、道路邊坡（D）和采石作業區（C）5個類型，在宕口周圍山體選擇退耕

撂荒地（T）和山頂裸巖（S）兩個特殊立地類型作為試驗對照（表1）。根據宕口的實地情況，隨機設置20 m×20 m樣地20個。在每個樣地的四角與中心分別設置5個5 m×5 m的小樣方作為灌木群落的調查區域，然后在每個小樣方中心分別設置1個1 m×1 m的樣方作為草本植物的調查對象。草本群落調查種類、蓋度、高度等；灌木群落主要調查種類、數量和高度等特征因子。觀測并記錄樣地巖壁的地理位置、坡向、坡度、坡高、坡長、面積、母巖及崖壁微地形狀況。用海拔儀測得坡高，用羅盤儀測坡度，手持GPS定位樣地的地理位置。

2.2 數據處理與分析

2.2.1 物種重要值[11-12]。物種重要值的計算公式如下：

IV喬木、灌木=（相對頻度+ 相對高度+ 相對密度）/3

IV草本= （相對密度+ 相對高度+ 相對蓋度）/3

2.2.2 Margalef豐富度指數（Ma）[11-13]。Margalef豐富度指數（Ma）計算公式為：

Ma=（S-1）/lnN

式中，S為群落內物種總數；N為群落中的個體總數。

2.2.3 Simpson多樣性指數（D）[11- 12]。Simpson多樣性指數（D）和ShannonWiener多樣性指數（H）計算公式分別為：

D= 1-Si=1Pi2

H=-Si=1Pi lnPi

式中，S為群落內物種總數；Pi為第i種植物的個體占全部植物個體總數的百分比。

2.2.4 Pielou均勻度指數（Jsw）[11-12]。Pielou均勻度指數（Jsw）計算公式為：

Jsw= HlnS

式中，H為ShannonWiener 指數；S為群落中物種總數。

2.2.5 數據分析。數據整理與分析運用Excel2010和SPASS（18.0）統計軟件。

3 結果與分析

3.1 種類組成經過多次全面地對淪山湖廢棄宕口的調查研究，發現該廢棄宕口的植被自然恢復速度相當緩慢，經過幾十年的自然恢復，喬木種類尚未進入群落，只有近年人工栽植的構樹（Papermulberry）、刺槐（Black Locust）和剛竹（Phyllostachys）等幾種簡單的喬木。宕口的植物仍以灌木與草本為主。

灌木種類相對單一，共6科5屬6種，均為喜光、耐干旱貧瘠的灌木。其中，胡頹子（Elaeagnuspungens）、金櫻子（Cherokee rose）、女貞（Ligustrumlucidum）為常綠灌木，野薔薇（Rosa multifloraThunb）、紫穗槐（Amorphafruticosa Linn）、繡球繡線菊（Spiraeablumei G. Don）為落葉小灌木。

草本群落物種組成較豐富，共計21科37屬53種。其中，菊科植物占草本種數的34%，禾本科植物占草本種數的20%，其他屬于19科22屬的26種草本

植物占草本總物種數的46%。由此可見，菊科和禾本科植物是廢棄宕口次生演替的優勢科。草本植物以集群形式分布在坡面凹陷或稍緩有土壤聚集處[14]，主要有絡石（Trachelospermumjasminoides）、豬殃殃（GaliumaparineLinn.var.tenerum（Gren.et Godr）Rchb）、華東唐松草（ThalictrumfortuneiS.Moore）、二月蘭（Orychophragmusciolaceus）、梓木草（Lithospermumzollingeri DC）等。

3.2 種類組成的性質分析 調查發現，野薔薇是灌木群落的優勢種，繡球繡線菊、金櫻子、紫穗槐、胡頹子等是其伴生樹種，且在廢棄宕口及周邊荒山表現出較強的適應性。繡球繡線菊和金櫻子分別在排土堆和退耕撂荒地的生長優勢明顯，胡頹子在山頂裸巖區表現出極強的適應性。

根據樣地調查，各立地類型群落草本層以及各物種數量及其重要值，進行群落成員型劃分（表2）。由表2可知，草本群落在各個立地類型上的優勢差異不大，狗尾草（Setariaviridis）在7個立地類型上作為明顯的優勢種存在于各植物群落中，絡石（Trachelospermumjasminoides）、豬殃殃（GaliumaparineLinn.var.tenerum（Gren.etGodr）Rchb）在大多數立地類型中也表現出很強的適應性和生長優勢。

采石作業區的植物群落最為特殊，虎尾草（Chlorisvirgata）是其僅有的優勢種，亞優勢種及伴生種均是1年生草本。道路邊坡形成時間較長，在雨水的沖刷下積攢了一定的土壤養分，有一定的土壤厚度，其群落組成豐富度也優于采石作業區，其中耐干旱貧瘠的多年生草本野古草（Arundinellaanomala）是狗尾草的競爭物種。泥石堆與亂石堆群落草本層的優勢種分別為豬殃殃與梓木草，并發現少量適生于潮濕環境的戟葉蓼（Polygonumthunbergii）。排土堆群落草本層的優勢種是多年生草本野菊花（Dendranthemaindicum），群落中菊科植物占所有群落成員的45%。山頂裸巖區中草本植物華東唐松草的優勢度明顯高于狗尾草，成為該立地類型的優勢種。撂荒地也是一種相對特殊的立地類型，野古草具有強壯的橫走根莖，繁殖迅速，所以野古草是草本層的優勢種，狗尾草次之。撂荒地上的一些偶見種如面條棵（Sileneconoidea）、田麻（Corchoropsispsilocarpa）等是田地或田埂上的特有種。各立地類型土壤條件及水分梯度按照采石作業區、道路邊坡、山頂裸巖、亂石堆、泥石堆、排土堆、撂荒地的順序升高，從虎尾草、狗尾草、華東唐松草、梓木草、野菊花到野古草，這些優勢種對生境土壤水分的要求依次升高，反映了群落從旱生到中生的演替趨勢。

3.3 植物群落的物種多樣性淪山湖廢棄宕口植被主要以草本為主，多數草本耐干旱，耐瘠薄，適應性強，是其中的優勢群落。灌木群落面積較小存在于泥石堆、排土堆和亂石堆（稀有低矮灌木），但面積小，且物種明顯小于作為對照的撂荒地與山頂裸巖的灌木層。因此，群落的物種多樣性總體上取決于草本層發育的情況。在數據分析中，撂荒地、泥石堆、排土堆、山頂裸巖與亂石堆5種立地類型的物種多樣性指數、物種豐富度為灌木層和草本層之和，而道路邊坡與采石作業區兩種立地類型上只有草本層，所以群落的物種豐富度和多樣性指數只包括草本層（表3）。

Margale豐富度指數是指在一定大小的樣方中的物種數目，它基于物種的存在與否，不考慮中間個體數量，忽略富集種和稀疏種對群落貢獻的差異。由表3可知，不同立地條件下物種的豐富度指數排序為：撂荒地>泥石堆>排土堆>山頂裸巖>亂石堆>道路邊坡>采石作業區。Simpson指數和ShannonWiener指數反映了該區域中群落的物種多樣性總體較低，對應的優勢度物種地位也越突出，各立地條件下差別不明顯，其大小順序為退耕撂荒地>泥石堆>排土堆>山頂裸巖>亂石堆>道路邊坡>采石作業區。但物種均勻度的變化趨勢則與其相反。Pielou均勻度指數是一種反映個體密度、生境差異、群落類型、演替階段的指數。由此可見，物種多樣性指數越大，群落結構越復雜；反之則越簡單。可見，物種多樣性最高的立地類型是泥石堆和撂荒地；道路邊坡的總物種數較多，由群落分布不均勻，群落成員中偶見種較多，多樣性指數并不高[15]。形成時間較長的山頂裸巖區是比較特殊的立地類型，雖然自然演替時間較長，但土壤稀疏且厚度較薄，所以地表仍然以巖石為主，缺乏植物生長所需的營養條件，所以主要生長耐貧瘠、耐干旱的植物。并且植物多生長于面積有限的石縫中，數量較少，影響群落的物種多樣性。排土堆由于人為后期的干預，生境條件優于道路邊坡，其豐富度指數與多樣性指數均大于道路邊坡。可見，穩定的生境是提高群落物種多樣性的必要條件。而采石作業區各項指數都較其他立地類型低，說明采石作業區的立地條件差，生境比較惡劣，植物生長的各項必備條件缺乏，物種多樣性極低，急需進行人工植被恢復。

4 結論與討論

淪山湖廢棄宕口經歷了長期的開山采石活動后，山體遭到嚴重破壞，巖石裸露，植被稀少且覆蓋區域面積分散。由于宕口在開采過程中所遭受的破壞程度以及宕口廢棄的時間不同，7種立地類型植被恢復也有所不同。整個區域喬木極少，零星地分布在宕口周邊。灌木群落稀少，分布區域面積不大，種類比較單一，反映了該區域的自然演替進程較緩慢，植被在自然狀態下恢復較慢，群落結構按照采石作業區、道路邊坡、亂石堆、山頂裸巖、排土堆、泥石堆和撂荒地的順序由簡單變復雜。草本分布廣泛，生長較其他植被層茂盛，物種組成較豐富，是采石宕口的優勢層。

宕口廢棄地的生境條件惡劣，由于受各個立地類型的土層厚度、土層中的泥石比例、形成時間等因素的影響，植物群落的差異性也較為明顯。分析可知，土壤是宕口廢棄地植被恢復的主要限制因子，改善土層的厚度，增加土壤養分，有利于植物群落多樣性增加，提高生態系統的功能，從而加速宕口植被的恢復。人工恢復時，應盡量選擇適應性較廣且生長快的樹種，如女貞、刺槐、紫穗槐等，同時充分利用臭椿等鄉土樹種，遵循自然演替的規律，加速其植被恢復的進程。在土壤條件極差的地方如采石作業區、裸巖區，可采取客土改良并運用直播法和營養缽栽植法增加植物種類。在復綠設計和施工中，以厚層基質客土噴播、植生槽種植（也稱飄臺種植）、魚鱗坑種植為主。應將前期的即時效果與長期效果相結合，常見綠化苗木種子與當地周邊的鄉土植物相結合，促進植物群落的演替及長期的穩定性；根據不同立地類型的特點，采用種植、播種及噴播等多種工藝相結合的方法進行宕口復綠；將喬木、灌木、草本以及藤本相結合，土層深栽喬木，土層淺種灌草，底種攀爬植物、上植下掛，創造豐富的植物群落結構，同時符合植物的生長需要；在進行生態恢復時，深根系與淺根系植物相結合，落葉植物與常綠植物搭配相結合，局部與整體效果相結合，綠化與景觀營造相結合。以上措施不僅可以加速宕口的植被恢復，還可以達到景觀綠化的效果。

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