5·12地震后北川次生災害跡地植被的自然恢復與更新

崔艷紅，史常青，孫麗文，彭賢鋒，張 艷，趙廷寧

（1.北京林業大學 水土保持學院，北京100083；2.烏魯木齊市高新區林業園林管理局，新疆 烏魯木齊830001；3.廣東省水利水電科學研究院，廣東 廣州 510610）

5·12汶川8.0級地震發生在龍門山斷裂帶上［1］，致使在其范圍內形成了大量的滾石、崩塌、滑坡、泥石流、堰塞湖等次生地質災害［2］。僅北川羌族自治縣境內就有滑坡、崩塌、泥石流等共計581處。北川縣在汶川特大地震中受災嚴重，其地表破壞強烈。多種次生地質災害的發生，導致大量耕地、林地被淹沒毀壞，山地生態環境極度退化，群落結構遭到嚴重破環，生物多樣性急劇降低［3］。地震區域多處地表被大量松散碎石覆蓋，受到暴雨沖刷極易加重水土流失，造成該區域植被恢復困難。因此，災害跡地植被恢復工作需受到重視。群落結構是群落中植物與植物、植物與環境間相互關系的標志，從群落結構方面來研究物種多樣性有一定生態學意義［4-5］。物種多樣性指數能夠反映群落種類組成、結構水平及植物群落的穩定性和復雜性，關系到群落成熟度、生產力、進化時間、捕食競爭與空間異質性。植物多樣性的恢復是受損生態系統重建的重要內容，在植被恢復過程中其變化說明了植被的恢復進程［6-8］。植被多樣性研究有利于預測植物群落的演替方向及群落穩定程度［9］。近年來，關于震后災區植被恢復的研究較多［10-11］，大多偏重于立地條件、植被自然恢復的研究［12-14］，而地震引發的不同次生地質災害對植物生物多樣性破壞程度和植被恢復效果的研究較少［15-16］。本研究對5·12汶川地震引發的崩塌、滑坡、泥石流、落石、堰塞湖等5種次生災害跡地的植被恢復情況進行調查，了解地震誘發的次生災害跡地植被自然恢復群落組成、結構特征及生物多樣性特征，對進一步開展災區植被恢復具有理論指導意義。

1 研究地區與方法

1.1 研究區概況

北川羌族自治縣位于四川省西北部（31°14′～32°14′N， 103°44′～104°42′E）， 隸屬北亞熱帶山地濕潤季風氣候區，全年氣候溫和，雨水充沛，四季分明，大陸性季風氣候明顯。研究區年平均氣溫為15.6℃，多年平均降水量為1 400.0 mm，年平均無霜期為276.0 d，常年日照時數為924.3 h。土壤和植被隨海拔呈帶狀分布，海拔1 800.0 m以下以礫石土為主。

1.2 試驗樣地布設

試驗地選取5·12地震重災區北川地區的崩塌、滑坡、泥石流、落石、堰塞湖等5種次生地質災害點，在盡量靠近重災區的附近選擇未受損林地榿木Alnus cremastogyne-樟樹Cinnamomum camphora混交林進行對比研究。崩塌跡地樣地設置在坡腳，地表為小塊碎石及少量大粒碎石；泥石流跡地樣地設置在泥石流形成區與堆積區連接處，地表為松散碎石；滑坡跡地樣地設置在滑坡體上，地表覆蓋砂土及碎石；落石跡地樣地設置在坡腳偏上的大塊落石滾過處，土層較薄；堰塞湖淹沒跡地樣地設置在坡中，地表被砂石碎屑覆蓋。榿木-樟木混交林樣地設置在坡中，植被保存完好，喬木層在10 m以上，冠幅大于2 m，林齡大于10 a。樣地基本情況見表1。

1.3 植被調查

2015年4月26日至5月20日，用全球定位系統（GPS）測得每塊樣地的三維坐標，用羅盤測得坡度和坡向。在樣地中順坡設置5 m×30 m的樣帶，災害自然恢復地樣帶設置在土壤堆積物上，未受破壞林地樣帶設在坡體的中間位置，共選樣地6個。在設置好的樣帶里布置6個5 m×5 m的樣方，進行喬木調查。在5 m×5 m樣方的對角線位置取2個2 m×2 m的小樣方進行灌木調查，同時隨機取2個1 m×1 m的小樣方進行草本調查，共設大小樣方180個。調查并記錄每個樣方內物種名稱、數量、平均高度、蓋度等指標。

表1 樣地基本信息Table 1 Basic characteristics of plots

1.4 數據處理

物種的優勢度由其重要值表示，重要值（VI）=（相對密度+相對頻度+相對蓋度）/3。本研究草本層使用相對高度代替相對密度，喬木層中的相對蓋度主要為相對基蓋度。

采用Simpson多樣性指數、Shannon-Wiener多樣性指數、Hurlbert均勻度指數和Margalef豐富度指數進行計算［17］。

Simpson多樣性指數D：

Shannon-Wiener多樣性指數H：

Hurlbert均勻度指數E：

式（1）～式（4）中：Pi為物種i的數量百分比，即Pi=Ni/N，其中Ni為樣方中第i物種的個體數，N為全部種的個體總數；S為樣方面積群落中植物種數。

Jaccard物種相似性指數I：

式（5）中：c表示A和B 2個樣地群落的共有植物種數；a表示樣地A群落的植物種數；b表示樣地B群落的植物種數。

Margalef豐富度指數R：

2 結果與分析

2.1 不同災害跡地群落組成及結構特征

研究發現，不同次生災害跡地植被恢復較好，植被恢復初期以草本為主，有少量的灌木或喬木種。受損跡地群落結構簡單，其植物相對比較單一，主要是菊科Compositae，禾本科Gramineae植物。未受損林地植物種類多樣化，群落結構相對復雜，喬木有樟樹，榿木，構樹Broussonetia papyrifera，八角楓Alangium chinense，灌木有豪豬刺Berberis julianae，野薔薇Rosa multiflora，小葉鼠李Rhamnus parvifolia，懸鉤子Rubus corchorifolius和胡頹子Elaeagnus pungens等。

在次生災害跡地中，落石跡地（B4）植物種最多，共有植物29科39屬40種，草本層和灌木層最為發達，草本和灌木種類均大于ck群落，但缺少喬木層；而崩塌地（B1）則最少，共有植物10科20屬20種，其中喬木為榿木；堰塞湖淹沒地（B5）植物群落層次明顯；泥石流跡地（B2）草本層最為發達，主要有五節芒Miscanthus floridulus，蒙古蒿Artemisia mongolica，千里光Senecio scandens和野棉花Anemone vitifolia等，灌木僅有水麻Debregeasia orientalis；B3和B4群落組成只有草本和灌木，缺少喬木層植物（表 2）。

表2 不同跡地群落物種組成和生長型Table 2 Species composition and growth form of different slash communities

2.2 不同災害跡地植物群落優勢種

重要值是衡量群落中植物是否為優勢種的一項重要指標。對重要值的分析可找出群落中的主要優勢樹種［18］。從表3可見：①對喬木層來說，榿木-樟樹混交林（ck）以榿木和樟樹為優勢種，2個物種的重要值相差不大，其次是八角楓。而次生災害跡地，崩塌跡地 （B1）上僅有榿木其重要值為1；泥石流跡地（B2）有3種喬木，其重要值從大到小依次為榿木＞銀杏＞鐵木；滑坡體（B3）和落石跡地（B4）沒有喬木；堰塞湖淹沒地（B5）優勢種為鹽膚木、榿木、鐵木。由此可以看出，榿木為該地區主要喬木優勢種。②對灌木層來說，水麻為次生災害跡地主要灌木優勢種。B1樣地灌木物種重要值位于前3位的依次為雞骨柴、紅麩楊、水麻；B2樣地灌木只有2種水麻，其中水麻重要值為0.77，長葉水麻重要值為0.23；B3群落灌木物種重要值位于前3位的分別為水麻、木藍、鐵木（幼樹）；B4和B5樣地灌木優勢種一樣，都為馬桑、水麻、披針葉莢蒾；未受損林地ck灌木優勢種為刺花椒、豪豬刺、野薔薇。③對草本層來說，次生災害跡地上優勢植物主要有千里光、五節芒，其次是飛蓬、蒙古蒿、藎草、葛藤、白苞蒿等；未受損林地（ck）重要值位于前3位的分別為山麥冬、蜈蚣蕨、地果。

表3 不同跡地群落物種重要值排序（前3位）Table 3 A sorting of species important value of different slash communities（Top 3）

2.3 不同災害跡地群落物種相似性

植物種種間相關性是植物群落重要的數量和結構特征之一，是衡量2個物種相似性的一種尺度。由表4可知：次生災害跡地物種與未受損林地物種存在較大差異，Jaccard物種相似性指數均在0.1左右，其中落石區（B4）物種與未被破壞地物種較為接近，相似性系數為0.19；崩塌地（B1）植物種與未被破壞地只有1種共有物種，相似性系數為0.02。次生災害跡地與未受損林地物種相似性系數大小依次為B4＞B5＞B2＞B3＞B1。

相比而言，不同次生災害跡地之間物種更為相似，其物種相似性指數為0.18～0.30。其中：以B2和B3樣地間物種相似性系數最大，為0.30；B1與B2，B3，B4，B5物種相似性系數相對較小；而B2，B3，B4和B5樣地之間物種相似性系數在0.28左右，相差不大，說明其物種較為相似。不同次生災害跡地之間主要共有物種有五節芒，千里光，飛蓬，苦荬菜Ixeris polycephala，白苞蒿，藎草，野青茅Deyeuxia arundinacea，蕨Pteridium aquilinum和鳳尾蕨Pteris cretica。由于未受損林地植被經過多年發育，植被群落達到一個相對穩定狀態，而受損地區的林地是在原生演替初期，所處的發育階段不同，因此群落物種相似性低。

表4 不同跡地群落物種相似性系數Table 4 Species similarity index between different slash communities

2.4 不同災害跡地群落物種多樣性特征

地震加劇了生境的破碎化程度，并引發次生災害，造成了大片的植被破壞，減弱了生態功能。植物多樣性在一定程度上能夠反映植被恢復程度，是衡量植被演替進程的一項重要指標。對于地震后不同次生災害多樣性指數的計算和分析能夠反映植物群落的生境差異、群落的結構類型、演替階段和穩定性程度［19］。研究樣地的植物分喬木、灌木和草本3種生長型，其多樣性指數見表5。

喬木層Simpson指數，Shannon-Wiener指數和Hurlbert均勻度指數在B5樣地最大，分別是0.65，1.07和0.98，而在其余受損地較小。由于崩塌、滑坡、泥石流、落石災害對原本喬木破壞較大，多數喬木由于次生地質災害的破壞倒塌死亡，喬木在短期難以恢復。由于混交林中喬木種類較多，Margalef豐富度指數卻是未受損林地（ck）的最大，為0.82。

灌木層Simpson指數，Shannon-Wiener指數，Hurlbert均勻度指數和Margalef豐富度指數均在B4樣地最大，其次是ck。因為B2樣地僅有2種灌木，而B2樣地多樣性指數最小。次生災害跡地群落Simpson指數，Shannon-Wiener指數小于ck，說明次生災害跡地植被處于恢復初期，物種多樣性必定小于長期穩定的未受損林地。然而均勻度與未受損林地差距不大，甚至B5均勻度大于ck均勻度。

草本層Simpson指數，Shannon-Wiener指數和Margalef豐富度指數均在B4樣地最大，為0.89，2.52和4.00，Hurlbert均勻度指數B2樣地（0.83）最大。林地受次生地質災害破壞后，最先恢復的是草本層，因此，各樣地草本多樣性指數總體上差異不大。次生災害跡地草本層多樣性指數高于其他群落，而ck群落多樣性指數和豐富度指數并不高，原因可能是穩定的喬木和灌木群落影響到林下草本層植物的多樣性。

表5 不同跡地群落多樣性指數Table 5 Diversity indices of different slash communities

3 結論與討論

3.1 結論

5·12地震引起的次生災害跡地植被破壞較為嚴重，目前仍處于恢復期，且植被恢復程度不同，其中草本層自然恢復與更新較快，其次為灌木層，喬木層恢復較慢。在演替早期，草本植物尤其是禾本科和菊科植物，可作為次生災害跡地植被恢復的先鋒植物。

從物種重要值來看，次生災害跡地喬木層的優勢種主要是榿木；灌木層優勢種以水麻為主，其次是馬桑和披針葉莢蒾；草本層優勢種以五節芒、千里光等禾本科和菊科植物為主。未受損林地植物優勢種更為多元化。

在群落物種相似性方面，次生災害跡地物種與未受損林地物種存在較大差異，相似性指數較低，在0.1左右；而不同次生災害跡地之間物種更為相似，其物種相似性指數為0.18～0.30，且其共有植物種有五節芒、千里光、飛蓬、苦荬菜、白苞蒿、藎草、野青茅、蕨和鳳尾蕨。

在群落物種多樣性方面，喬木層Simpson多樣性指數，Shannon-Wiener多樣性指數和Hurlbert均勻度指數在B5樣地最大，分別是0.65，1.07和0.98；灌木層Simpson多樣性指數，Shannon-Wiener多樣性指數，Hurlbert均勻度指數和Margalef豐富度指數均在B4樣地最大，分別為0.89，2.41，0.89和3.82，其次是ck；草本層也是B4樣地最大，但不同次生災害跡地之間差別較小。

3.2 討論

5·12地震引起的次生災害跡地土壤表層堆積著大量的松散碎石，土壤養分缺乏，土壤肥力較差，保水能力弱，水土流失嚴重，不利于植被恢復，這與大多數研究結果一致［3,13］。菊科、禾本科植物在困難立地早期植物群落里占顯著優勢，對受損后植被的恢復和延續有重要作用，是典型的先鋒植物種［20］。據中國地震局公布的資料，僅2008年5-10月4級以上的余震，北川縣就發生了22次［21］。在地震發生之后的3 a內，北川縣因地表破碎、暴雨等影響，次生災害時常發生［22］，又因為缺失植被自然恢復的優良條件，使得植被自然恢復進程緩慢。

在植物多樣性指數方面，次生災害跡地群落多樣性指數并不都低于未被破壞的榿木-樟木混交林。在草本層除崩塌跡地外，其他受損林地多樣性指數均大于未被破壞的榿木-樟木混交林，在灌木層只有落石跡地多樣性指數大于未被破壞的榿木-樟木混交林，在喬木層只有堰塞湖跡地多樣性指數大于未被破壞的榿木-樟木混交林。就植被演替進程來看，受損林地仍處在自然演替的初期即草本群落階段，該階段群落環境較差，以1～2年生植物為主，但隨著時間的推移群落種類逐漸增多，多年生草本植物逐漸占優勢，并發展為較為茂密的草本植物群落。演替總是朝著適應性強的方向演進，即按照草本—灌木—喬木的順序變化著［23］。對于未受損林地而言，已經處于基本穩定的階段，喬木的生長，冠層郁閉度的增加，使得林下光照減少，灌木和草本的生存受到一定的限制且趨于穩定［24］。

植被恢復是次生災害跡地重建的一項重要工作，植被的自然恢復與演替又是一個長期的過程，所以對于研究區應進行連續長期的觀測與調查，更加深入地研究植被自然恢復與演替的過程，為次生災害跡地植被的恢復與重建提供科學依據。比如采用合適的自然恢復與人工恢復相結合的方法，加快次生災害跡地的植被恢復工作；其次，應選取鄉土植物種類，同時兼顧植物群落的多樣性，盡量做到喬灌草搭配適宜，使受損立地的植被得到快速有效的恢復。

［1］ 王根龍,張軍慧,劉紅帥.汶川地震北川縣城地質災害調查與初步分析［J］.中國地質災害與防治學報,2009,20（3）：47-51.WANG Genlong,ZHANG Junhui,LIU Hongshuai.Investigation and preliminary analysis of geologic disasters in Beichuan County induced by Wenchuan Earthquake ［J］.Chin J Geol Hazard Control,2009,20（3）：47-51.

［2］ 崔鵬,韋方強,陳曉清，等.汶川地震次生山地災害及其減災對策［J］.中國科學院院刊,2008,23（4）：317-323.CUI Peng,WEI Fangqiang,CHEN Xiaoqing,et al.Geo-hazards in Wenchuan Earthquake area and countermeasures for disaster reduction ［J］.Bull Chin Acad Sci,2008,23（4）：317-323.

［3］ 梁超,趙廷寧,史常青,等.基于NDVI的汶川大地震前后北川縣次生地質災害區植被破壞評估［J］.中國水土保持科學,2013,11（4）：86-92.LIANG Chao,ZHAO Tingning,SHI Changqing,et al.Vegetation damage assessment of Beichuan County after the earthquake in May 2008 based on NDVI ［J］.Sci Soil Water Conserv,2013,11（4）：86-92.

［4］ 張翠微.崇州市汶川地震災后重建林草植被恢復工程建設監理實踐與探討［J］.四川林業科技,2013,34（5）：87-89.ZHANG Cuiwei.Practice and discussion on the construction of forest and grass vegetation restoration project after Wenchuan Earthquake in Chongzhou ［J］.J Sichuan For Sci Technol,2013,34（5）：87-89.

［5］ 常云妮,鐘全林,程棟梁，等.閩西北地區不同林齡常綠闊葉混交林物種多樣性比較［J］.生態環境學報,2013,22（6）：955-960.CHANG Yunni,ZHONG Quanlin,CHENG Dongliang,et al.Species diversity of ever-green broad-leaved mixed forest with different forest age in the north-west of Fujian Province ［J］.Ecol Environ Sci,2013,22（6）：955-960.

［6］ 彭少麟,方煒,任海，等.鼎湖山厚殼桂群落演替過程的組成和結構動態［J］.植物生態學報,1998,22（3）：245-249.PENG Shaolin,FANG Wei,REN Hai,et al.The dynamics on organization in the successional process of Dinghushan Cryptocarya community ［J］.Acta Phytoecol Sin,1998,22（3）：245-249.

［7］ 常學禮,鄔建國.科爾沁沙地沙漠化過程中的物種多樣性［J］.應用生態學報,1997,8（2）：151-156.CHANG Xueli,WU Jianguo.Species diversity during desertification on Kerqin Sandy Land ［J］.Chin J Appl Ecol,1997,8（2）：151-156.

［8］ 羅雙,孫海龍,劉沖,等.四川道路邊坡自然恢復的植被多樣性研究［J］.水土保持研究,2011,18（6）：51-56.LUO Shuang,SUN Hailong,LIU Chong,et al.Study on vegetation diversity of road verge after natural restoration in Sichuan Province,China ［J］.Res Soil Water Conserv,2011,18（6）：51-56.

［9］ 朱曉勇,胡海波,魯小珍，等.太湖西區公路兩側植物物種多樣性的研究［J］.南京林業大學學報（自然科學版）,2006,30（3）：85-88.ZHU Xiaoyong,HU Haibo,LU Xiaozhen,et al.Study on the plant species diversity along the roadsides in Taihu West Zone ［J］.J Nanjing For Univ Nat Sci Ed,2006,30（3）：85-88.

［10］ ROTHAUS R M,REINHARDT E,NOLLER J.Regional considerations of coastline change,Tsunami damage and recovery along the southern coast of the Bay of Izmit（The Kocaeli（Turkey） Earthquake of 17 August 1999） ［J］.Nat Hazards,2004,31（1）：233-252.

［11］ CHOU W J,LIN W T,LIN C Y.Vegetation recovery patterns assessment at landslides caused by catastrophic earthquake：a case study in central Taiwan ［J］.Environ Monit Assess,2009,152（1/4）：245-257.

［12］ 田佳,田濤,趙廷寧,等.微立地因子植被恢復法在汶川地震植被重建中的應用［J］.中國水土保持科學,2008,6（5）：16-20.TIAN Jia,TIAN Tao,ZHAO Tingning,et al.Application of micro-site factors revegetation technology （MFRT） to revegetation of Wenchuan after earthquake ［J］.Sci Soil Water Conserv,2008,6（5）：16-20.

［13］ 劉錦春,何丙輝,徐小軍,等.汶川草坡鄉地震次生災害跡地植物群落的恢復研究［J］.西南大學學報（自然科學版）,2013,35（4）：51-56.LIU Jinchun,HE Binghui,XU Xiaojun,et al.On vegetation restoration in Caopo of Wenchuan,a township destroyedby seismic secondary disaster ［J］.J Southwest Univ Nat Sci Ed,2013,35（4）：51-56.

［14］ 張翔,王慶安,王文國,等.汶川地震極重災區植被恢復分區研究［J］.中國水土保持,2010,31（5）：48-51.ZHANG Xiang,WANG Qing’an,WANG Wenguo,et al.Study on vegetation recovery in the ponderosity disaster area of Wenchuan Earthquake ［J］.Soil Water Conserv Chin,2010,31（5）：48-51.

［15］ 林勇明,俞偉,劉奕,等.汶川震區典型區不同受損階段群落多樣性特征：以北川縣為例［J］.北京林業大學學報,2012,34（6）：75-79.LIN Yongming,YU Wei,LIU Yi,et al.Community diversity features of different damaged stages in typical regions of Wenchuan Earthquake affected area：a case study in Beichuan,Sichuan Province of southwestern China ［J］.J Beijing For Univ,2012,34（6）：75-79.

［16］ 劉守江,張斌,楊清偉，等.汶川地震非規范滑坡體上植被的自然恢復能力研究：以彭州銀廠溝謝家店子滑坡體為例［J］.山地學報,2010,28（3）：373-378.LIU Shoujiang,ZHANG Bin,YANG Qingwei,et al.Research on the natural recovery of vegetation on the non-normative landslide mass in Wenchuan Earthquake：take landslide mass in Xiejiadian of Yinchanggou in Pengzhou as an example ［J］.J Mount Sci,2010,28（3）：373-378.

［17］ 張金屯.數量生態學［M］.2版.北京：科學出版社,2011：372.

［18］ 郝建鋒,王德藝,唐永彬，等.人為干擾對江油地區馬尾松人工林群落結構和物種多樣性的影響［J］.生態環境學報,2014,23（5）：729-735.HAO Jianfeng,WANG Deyi,TANG Yongbin,et al.Effects of human disturbance on species diversity of Pinus massoniana plantation in Jiangyou district,Sichuan Province ［J］.Ecol Environ Sci,2014,23（5）：729-735.

［19］ 秦偉,朱清科,劉中奇,等.黃土丘陵溝壑區退耕地植被自然演替系列及其植物物種多樣性特征［J］.干旱區研究,2008,25（4）：507-513.QIN Wei,ZHU Qingke,LIU Zhongqi,et al.Study on natural series of vegetation and plant species diversity on returning land for farming to forests and grassplots in the hilly-gully regions of the Loess Plateau ［J］.Arid Zone Res,2008,25（4）：507-513.

［20］ 張廣帥,鄧浩俊,杜錕,等.汶川地震生態治理區土壤種子庫及其與地上植被的關系［J］.中國生態農業學報,2015,23（1）：69-79.ZHANG Guangshuai,DENG Haojun,DU Kun,et al.Soil seed bank and its correlations with above ground vegetation in ecological restoration zones of Wenchuan Earthquake region ［J］.Chin J Eco-Agric,2015,23（1）：69-79.

［21］ 王青,李國蓉,梁斌,等.龍門山地震帶5·12汶川地震余震空間分布特征［J］.地質科技情報,2009,28（2）：1-6.WANG Qing， LI Guorong,LIANG Bin,et al.Spatial distribution characters of aftershocks of 5·12 Wenchuan Earthquake in Longmenshan Seismic Belt［J］.Geol Sci Technol Inf,2009,28（2）：1-6.

［22］ 王娟.5·12地震北川縣震后受損林地立地類型劃分及其質量評價［D］.北京：北京林業大學,2012.WANG Juan.Site Type Division and Evaluation of Beichuan’s Damaged Forest after the 5·12 Earthquake in Wenchuan Country Town ［D］.Beijing： Beijing Forestry University,2012.

［23］ LI Liguang,HE Xingyuan,LI Xiuzhen,et al.Depth of edge influence of the agricultural-forest landscape boundary,Southwestern China ［J］.Ecol Res,2007,22（5）：774-783.

［24］ 王凱博.子午嶺植被演替過程中物種多樣性研究［D］.楊凌：西北農林科技大學,2008.WANG Kaibo.Study on the Species Diversity in Vegetation Succession in Ziwuling Area ［D］.Yangling：Northwest A＆F University,2008.