跨流域調水工程植被監測及結果分析研究

劉曉燕

0 前言

引漢濟渭工程所涉區域為秦嶺的核心區域，而秦嶺是我國中部最重要的生態安全屏障。秦嶺是我國南北氣候、地質、土壤、水系、生物五大自然地理要素的天然分界線，具有涵養水源、維護生物多樣性和水土保持等重要生態服務功能。秦嶺以南為亞熱帶濕潤季風氣候，歸屬于長江流域，植被基帶為北亞熱帶常綠落葉闊葉混交林，秦嶺以北為暖溫帶半濕潤半干旱季風氣候，歸屬于黃河流域，植被基帶為暖溫帶落葉闊葉林。這種明顯的分界作用使得秦嶺對中國的意義遠遠超出了一般山脈，秦嶺也因此被列為具有世界意義的陸地生物多樣性關鍵地區。引漢濟渭工程建設對周邊區域勢必會造成一定的擾動，開展植被監測既可以了解工程建設對植被的影響，也可為后工程期植被恢復提供依據和建議。

1 植被的監測方案

1.1 監測點選取

分別在受工程影響最嚴重的三個水源工程區，即黃金峽水利樞紐、三河口水利樞紐和黃池溝配水中心，選擇最為典型的植被群落建立固定樣地（表1），通過對固定樣地內群落物種的組成和結構特征進行定位調查監測，掌握工程實施過程中植被群落的變化，揭示水利工程建設時期陸地植被群落演變過程。

表1 陸地植被監測樣地的地理植被信息

1.2 監測對象和指標的選取

不同類型的生態系統中具體監測指標差異巨大，自然生態系統的監測一般包括生物指標和非生物指標兩部分。而非生物指標更能反映人類活動對生態系統的干擾與破壞。相反，生物是生態系統結構和功能的主要載體，可以反映生態系統的結構和功能狀況以及干擾對生態環境的破壞。因此，大部分生境監測和評價工作選擇生物參數作為主要指標來開展生態系統的監測[1]?；诖?，本研究為了準確反映水利工程對工程水源區植物群落的干擾，選擇以生物指標為主，非生物指標為輔的原則，生物指標具體包括種群水平和群落水平，而考慮到土壤環境和群落環境對群落結構和功能不可忽略的作用，同時以土壤環境和群落環境作為非生物指標開展監測，具體見表2。

表2 陸地植被監測對象和選取指標

2 監測方法

2.1 調查方案

首先確定植被群落調查的最小面積。為準確了解施工區植被群落的物種組成和結構狀況，確定其取樣監測的最小面積是開展群落調查的第一步。確定最小面積最常用的研究方法是種—面積關系模型，具體做法為：在選定的典型植被群落內部設置兩個1200 m2（分別由12個l0 m×l0 m的相鄰格子樣方組成）的樣地，并對樣地內的所有物種進行定位調查，逐一記錄所有喬木、灌木、草本以及幼苗的種類、高度、坐標位置、胸徑、郁閉度和蓋度等。同時根據野外收集的原始數據，分別把兩個1200m2的樣地劃分成11個樣地，樣地的面積符合槽式遞增的規律[2]，即 12 m2，48 m2，108 m2，192 m2，300 m2，432 m2，588 m2，768 m2，972 m2，1064～1200 m2。獲得的調查數據采用4條飽和種—面積曲線方程對最小面積以及重要值—面積曲線(IVAC)分別進行研究，以其最終確定該植被群落監測調查的最小面積。

在確定群落監測的最小面積之后，分別在各監測區域建立固定樣地。用GPS定位，并放置永久性紅色標記，對每一株喬木樹種掛牌標記，并記錄如下內容：樣地生境調查監測表（海拔、坡度、坡向、土壤特征、動物活動特點、人為干擾強度等）；群落調查監測表（每個物種的多度、蓋度、平均高度、頻度、生活力等）；木本植物種群調查監測表（進行每木檢尺，主要指標有高度、冠幅、枝下高、胸圍等）[3]；活地被物及附生植物調查監測表（各物種的多度、蓋度和著生高度的上下限等）。每年分季節對監測區域樣地內群落的物種組成和特征進行詳細的調查記錄。

此外，為了監測調查土壤環境的變化，在樣地內進行了土壤樣品的采集，取樣方法為梅花狀取樣，每塊樣地用土壤環刀取土樣5份，并帶回實驗室分別測定各理化指標。按照2004年12月9日國家環境保護總局發布并實施的《土壤環境監測技術規范》，測定土壤密度，用加熱K2Cr2O7容量法測定土壤有機質含量，用NH4F-HCl浸提鉬銻鈧比色法測定速效磷含量，用電位法測pH值，全N含量采用半微量克氏定氮法測定。

2.2 數據分析

為了反映群落內物種組成及各物種對群落的貢獻，對在群落基礎數據調查的基礎上分析各物種的重要值，重要值計算公式為：重要值IV=相對高度+相對多度+相對蓋度[4]。

為反映植被群落的環境特征及其物種的適應特征，選擇生活型譜來反映植被群落的物種適應特征和環境特征。本研究采用應用最廣泛的由丹麥植物生態學家C.Raunkiaer建立的分類系統[5]，即根據植物的外貌特征將群落內的物種分為：高位芽植物、地上芽植物、地面芽植物、隱芽植物、一年生植物等。具體方法為：首先，弄清整個地區（或群落）所有的植被種類，列出植物具體名錄，并確定每種植物的生活型，然后把同一種生活型的植物歸并到一起。按下列公式計算：

某一生活型的百分率=該地區該生活型的植物種數/該地區全部植物的種數×100

為準確反映監測群落的物種多樣性及穩定性，本文多樣性的測度指標選用豐富度指數、均勻度指數和物種多樣性指數3類[6]。計算公式如下：

其中：Pi為種i的相對重要值，Pi=ni/N；為種i的重要值；N為種i所在樣地所有種的重要值之和；S為種i所在樣地的物種種類之和。

3 植被群落的監測結果及分析

3.1 植被群落物種組成

黃金峽監測樣地位于調水區黃金峽庫區，樣地距施工區1.6 km, 小氣候向陽、干燥，典型植被為次生灌叢為主，常見優勢種有黃櫨（Cotinus coggygria）、狼牙刺（Sophora viciifolia）、荊條（Vitex negundo）等，并混有槲櫟（Quercus aliena）、栓皮櫟（Quercus variabilis）、鹽膚木（Rhus chinensis）等喬木樹種。經統計，監測樣地包括豆科、薔薇科、忍冬科、毛茛科、菊科、樺木科、茜草科、漆樹科、殼斗科、椴樹科和唇形科等科共計36個物種，基本涵蓋了本區域的優勢科和優勢種，群落物種豐富度較高，物種組成和群落結構較穩定。生活型譜可以反映生境的氣候狀況和受人為活動干擾的狀況，黃金峽監測樣地生活型依次為：高位芽植物(39.28%)，層間植物（14.28%），地上芽植物(9.51%)，地面芽植物(25%)，地下芽植物(4.71%)，一年生植物（7.14%）（圖 1）。

三河口監測樣地位于調水區三河口庫區，樣地距施工區2.1 km，小氣候蔭蔽、潮濕，典型植被以落葉闊葉混交林為主，優勢種有栓皮櫟、槲櫟、化香（Platycarya strobilacea）、毛梾（Cornus walteri）、臭椿（Ailanthus altissima）等。經統計，監測樣地包括薔薇科、忍冬科、、毛茛科、菊科、禾本科、莎草科、山茱萸科、樟科、殼斗科、堇菜科、椴樹科、木樨科、山礬科、木通科、葡萄科、薯蕷科和蕓香科等共計48個物種，基本涵蓋了本區域的優勢科和優勢種，群落物種豐富度較高，物種組成和群落結構較穩定。三河口監測樣地生活型依次為：高位芽植物(42.85%)，層間植物（12.32%），地上芽植物(8.08%)，地面芽植物(24.4%)，地下芽植物(4.20%)，一年生植物（4.08%）（圖 1）。

黃池溝監測樣地位于受水區出水口，樣地距施工區3.2km，典型植被以落葉闊葉混交林為主，優勢種有栓皮櫟、銳齒槲櫟（Quercusalienavar.acuteserrata）、野胡桃（Juglans cathayensis）、刺槐（Robiniapseudoacacia）等。由于本區域鄰近村落，植被受人為干擾嚴重，調查植被種?；煊忻├酰–astanea seguinii）、柿樹（Diospyros kaki）等經濟樹種。經統計，本監測樣地包括豆科、薔薇科、柿樹科、胡桃科、菊科、禾本科、楊柳科、茜草科、漆樹科、殼斗科、堇菜科、薯蕷科等共計32個物種，基本涵蓋了本區域的優勢科和優勢種，群落物種豐富度一般，受人為干擾，物種組成和群落結構不穩定。黃池溝監測樣地生活型依次為：高位芽植物(42.28%)，層間植物（10.2%），地上芽植物(6.71%)，地面芽植物(29.08%)，地下芽植物(5.57%)，一年生植物（6.14%）（圖 1）。

3.2 群落土壤理化性質

土壤理化性質的變化是驅動群落演替的主要因素。通過取樣分析發現，三個監測點的土壤理化性狀差異不明顯，總體都偏酸性，表明其淋溶過程較強。另外，三河口的土壤容重較低，但總體來說，其有機質含量、pH值、全N以及速效P含量較高，這與該區域植被群落所處的水熱條件較好有關，而黃金峽和黃池溝受自然和人為干擾原因水熱條件相對較差，所以有機質含量、pH值、全N以及速效P含量相對較低。但總體來說，目前三個監測點植被群落的土壤肥力和結構狀況均良好，后期應持續監測調查，以揭示工程建設對周邊土壤環境的影響。

表3 監測樣地土壤理化性質（采樣時間為7～9月）

3.3 群落物種多樣性

群落物種多樣性是一個群落結構和功能復雜性的度量值，研究物種的多樣性可以更好地認識一個群落的組成、變化以及發展過程，同時，對植物群落物種多樣性的測定也可以有效反映群落及其環境的保護狀況，這對預防和控制珍稀瀕危物種的喪失有很大的意義[7]。本文三個監測樣地中，三河口監測點水熱條件較好，群落物種多樣性最高，尤其喬木層的物種多樣性較高；黃金峽監測點位于陽坡，相對干燥，群落物種多樣性相對較低，且灌木和草本層物種多樣性對群落物種多樣性貢獻較大；黃池溝監測點因受人為干擾嚴重，物種多樣性較低，草本層物種多樣性對群落物種多樣性貢獻最大（表4）。注：H：Shannon 多樣性指數；R：Margalef豐富度指數；Jh：Pielou 均勻度指數；D：Simpson多樣性指數。

表4 監測點植物群落物種多樣性特征

從物種多樣性角度分析，黃金峽和黃池溝區域群落的穩定性較差，可能對環境變化敏感性強，尤其工程實施過程中對水環境的影響可能會影響植物群落物種組成和多樣性。

4 綜合評價

植被群落是生態系統中最為穩定的生物組分，對外界的干擾抵抗力較強。通過本研究對植被群落的物種組成和群落結構調查狀況來看，目前工程的實施除了不可避免的導致周邊部分植被面積減少外，并沒有引起群落結構和環境上的明顯變化。對比調查數據，發現監測樣地的物種組成和多樣性未發現明顯變化，僅少數物種多度有微小變化，與喬木和灌木相比，草本植物的多樣性變化更明顯（圖2），尤其菊科、豆科等耐旱類植物有所增加，表明工程實施可能對周邊微環境已經造成一定影響，應該加強監測，做好預警和恢復工作。此外，黃金峽由于處在陽坡，目前以旱生灌叢為主，但是隨著未來周邊水位的上漲，群落生境的水分限制會明顯改善，可能會深刻改變現有植被群落的原有生境，因此未來該植被群落可能會向中生和濕生化群落發展，后期隨著工作進展應繼續加強監測。

圖2 監測點群落草本植物多樣性年際變化

5 結論與建議

通過本文調查與分析，目前工程的實施除了不可避免的導致周邊部分植被面積減少外，并沒有引起群落結構和環境上的明顯變化。但是黃金峽和黃池溝區域群落的穩定性較差，可能對環境變化敏感性強，尤其工程實施過程中對水環境的影響可能會影響植物群落物種組成和多樣性。建議減少工程建設對植被群落及其關鍵種的直接破壞，工程開發要盡量避開重要生態功能的植被類型，繼續加強植被群落的動態監測。

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[6]吳甘霖，黃敏毅，段仁燕，趙凱.不同強度旅游干擾對黃山松群落物種多樣性的影響[J].生態學報，2006，26（12）.

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