石灰巖山地生態恢復物種的選擇

馬搏，畢潤成

山西師范大學生命科學學院， 山西 臨汾 041000

0 引言

石灰巖在我國分布甚廣，其面積可達344.3 萬 km2，約是國土面積的1/3[1].“三少一多 ”是石灰巖山地的典型特征[2]，即土層瘠薄、植被稀少、土壤有效水分短缺、石量多.石灰巖山地巖石裸露度大，土層薄淺，土壤中鈣質豐富、巖石滲漏性強[3]，生態系統極其脆弱，這些惡劣環境因素嚴重阻礙了植物在石灰巖山地上生長、發育[4,5].因此石灰巖山地適生物種不多,加之人為不合理的開發利用、肆意采伐及放牧，造成植被覆蓋率極度下降、幼樹不易成活、植被生長極其遲緩的惡劣生態環境條件[6,7].

荒山復綠是恢復石灰巖山地的難點和重點[8]，且荒山復綠越來越受到重視.經實地勘察研究，發現次生植被是石灰巖山地的主角.由于石灰巖山地儲水性差，淺層土壤極易被雨水沖刷，從而導致水土流失和石漠化現象，最終出現一系列生態問題.適地適樹即“以鄉土樹種為主”可應對這一生態問題，增加植被覆蓋率；“以鄉土樹種為主”的林業生態恢復工程，植被存活率≥ 85 %[9].

將山西省依據行政區劃劃分為晉北、晉中、晉南三個區域.通過對晉南、晉中、晉北典型石灰巖山地的植被類型、立地條件、植被結構及環境因子的調查基礎上，從物種優勢度和立地因子兩個方面進行研究.刪選出山西省石灰巖山地的適生恢復物種，為山西省石灰巖山地復綠物種的選擇給予科學依據.

1 研究方法及材料

1.1 研究區概況

山西省地處34°34′ ～ 40°44′ N，110°14′ ～ 114°33′ E，位于中緯度，屬暖溫帶、中溫帶大陸性氣候.年平均氣溫在- 4 ℃～14 ℃之間.全省年降水量400 mm～ 650 mm，但季節分布不均勻，夏季降水集中在6月到8月，降水量約占全年降水量的60 %以上.全省降水受地形影響非常大.省內大部分地區海拔在1.5 km以上.

1.2 調查研究方法

植被調查在全面路線踏查基礎上,采取隨機調查和典型調查相結合的方法.因石灰巖山地物種組成簡單，灌木層采用5 m × 5 m 的樣方,并在樣方中隨機設置2個1 m×1 m小樣方調查草本層，即同一樣方內分別調查灌木和草本.晉北、晉中、晉南各設置六個樣地，共調查樣方72 個.樣方調查記錄主要包括植被組成種類、各物種株高、多度、蓋度等，并結合高華端[10]、陳平[11]、袁字美[12]等對立地因子進行選擇并分類.

根據實際調查的情況，灌木及草本植被的重要值計算方法為

重要值(IV) = (相對蓋度+相對高度)/2[13]

2 結果與分析

2.1 山西省石灰巖山地植被結構

生物群落在形成過程中，植被組成發揮著首要作用，這一作用通過重要值來表示.山西省石灰巖山地植被群落主要物種的重要值見表1.晉北石灰巖山地植被的優勢灌木有17種，草本有17種.由于缺乏喬木層，灌木層的優勢物種荊條、多花胡枝子、虎榛子、三裂繡線菊、黃刺玫、油松等為建群種，草本層的優勢物種為白羊草、披針葉苔草、鐵桿蒿等.晉中共有優勢灌木14種，草本17種.灌木層以油松、荊條、野皂莢、小葉鼠李、黃刺玫等物種為主，草本層以白羊草、隱子草、芨芨草等占優勢.晉南石灰巖山地物種豐富度較晉北和晉中大.晉南優勢灌木有26種，其中野皂莢、荊條、翅果油、沙棘等植被為建群種，草本有29種，其中羊胡子草、白羊草等在草本層中占優勢.灌木層植被大多為帶刺耐干旱植物，以及一些常綠植物，將其按重要值排序，晉北依次為荊條、三裂繡線菊、柳葉鼠李、多花胡枝子等.草本層植被種類較多，以白羊草、披針葉苔草、鐵桿蒿等所占比例較大.晉中依次是荊條、小葉鼠李、黃刺玫、野皂莢等.草本層的白羊草、隱子草、芨芨草等所占比重大.晉南灌木層物種依次為野皂莢、荊條等.草本層的白羊草、羊胡子草等占比高.

從表1可以得出，與晉北、晉中相比，晉南石灰巖山地植被種類較多.從重要值排序可以看出，灌木層多為落葉植物，主要包括荊條、野皂莢、柳葉鼠李、三裂繡線菊、黃刺玫等，草本層常見的為白羊草、隱子草、披針葉苔草、芨芨草，且多生長在巖石裸露面積大且土層瘠薄處，這與其耐干旱瘠薄的特性相關.

表1 山西省石灰巖山地主要物種優勢度Tab.1 Dominance of main species in limestone mountains of Shanxi province

續表1 山西省石灰巖山地主要物種優勢度Tab.1 Dominance of main species in limestone mountains of Shanxi province

2.2 立地分類

主要依據坡度[10]、土壤厚度[11]、裸巖率[12]與土壤的pH值劃分晉北、晉中、晉南的石灰巖山地的立地類型(表2).

表2 石灰巖山地立地分類(等級劃分)Tab.2 Site classification of limestone mountains

根據表2中4個立地因子等級的劃分，對立地類型進行劃分，并結合植被群落結構調查，結果見表3.由表3劃分情況得出，將三地區的石灰巖山地按坡度劃分為緩坡、斜坡、陡坡.晉北的石灰巖山地坡度劃分大多為陡坡,晉中和晉南石灰巖山地的坡度含括了緩斜陡三種類型.土壤按厚度劃分為極薄層土、薄層土以及厚層土三個土壤厚度類型，晉北劃分為兩個土壤類型，分別為極薄層和薄層；晉中只有極薄層一個土壤類型；晉南為極薄層、薄層兩個土壤類型.結合裸巖率將三地的石灰巖山地類型進行劃分，晉北劃分為4個立地類型，分別為陡坡極薄少巖堿性土、陡坡極薄巖窩堿性土、陡坡極薄巖縫堿性土、陡坡薄層少巖堿性土.晉中的石灰巖山地劃分為緩坡極薄巖窩堿性土、斜坡極薄少巖堿性土、斜坡極薄巖窩堿性土、陡坡極薄少巖堿性土共4個立地類型.晉南共 7個立地類型，分別為緩坡極薄巖窩堿性土、緩坡薄層巖窩堿性土、斜坡極薄少巖堿性土、斜坡極薄巖窩堿性土、陡坡極薄少巖堿性土、陡坡極薄巖窩堿性土以及陡坡薄層巖窩堿性土.

2.3 樹種的選擇

樹種的選擇遵循適地適樹的原則，就必須因地制宜，在不同的立地類型的基礎上選擇適宜的樹種經過對晉北、晉中、晉南典型石灰巖山地植被的調查與立地類型的劃分研究，在不同的立地類型條件下選取了相適應的山地恢復物種.從表3中可以得出，將晉北石灰巖山地分為4個立地類型.根據在晉北石灰巖地區植被群落的調查及更新趨勢的調查，選擇細葉小蘗、柳葉鼠李、白羊草為極薄巖窩土適宜恢復物種；多花胡枝子、柳葉鼠李、照白山、荊條、虎榛子、三裂繡線菊、隱子草、白羊草、披針葉苔草、阿爾泰紫菀、束散亞菊、芨芨草為極薄巖窩堿性土適宜恢復物種；荊條、白羊草、薄皮木、百里香、華北米蒿為極薄巖縫堿性土適宜恢復物種；三裂繡線菊、黃刺玫、虎榛子、披針葉苔草、鐵桿蒿、螞蚱腿子、鐵桿蒿、華北米蒿為薄層少巖堿性土的適宜物種.由于經過在晉北石灰巖山地的實地調查，發現晉北地區石灰巖山地大多陡峭，因此根據實際選擇的恢復物種均適于在晉北地區石灰巖山地陡坡生長.

表3 山西省石灰巖山地立地劃分及物種選擇Tab.3 Site division and species selection in limestone mountains of Shanxi province

對晉中的石灰巖山地可分成4個立地類型.根據對晉中石灰巖山地的實地勘探，選擇野皂莢、荊條、白羊草、絲葉唐松草、隱子草、阿爾泰紫菀為極薄巖窩堿性土的恢復物種，適宜在晉中石灰巖山地的緩坡進行播種和栽種.油松、黃刺玫、荊條、小葉鼠李、河北木蘭、隱子草、白羊草、鐵桿蒿、芨芨草、華北米蒿為極薄少巖堿性土的適宜恢復植被物種，且宜在石灰巖山地斜坡進行栽種；荊條、小葉鼠李、柳葉鼠李、多花胡枝子、黃背草、知風草、河北木蘭、白羊草為極薄巖窩堿性土的適宜恢復物種，宜在斜坡進行種植；黃刺玫、小葉鼠李、暴馬丁香、多花胡枝子、虎榛子、披針葉苔草、白羊草、隱子草為極薄少巖堿性土的適生恢復樹種，且這些物種適合在晉中石灰巖山地陡坡進行播種和種植.

晉南地區則可分成7個立地類型.依據在晉南石灰巖山地的調查結果，野皂莢、羊胡子草、白蓮蒿、酸模葉蓼、細葉小蘗、緣毛鵝觀草、達烏里胡枝子為極薄巖窩堿性土的適宜恢復植被，且宜在晉南石灰巖山地緩坡進行種植；荊條、野皂莢、榔榆、柳葉鼠李、羊胡子草、白羊草、鐵桿蒿為薄層巖窩堿性土的恢復植被，宜在山地的緩坡種植；野皂莢、胡枝子、翅果油樹、荊條、黃櫨、橿子櫟、羊胡子草、白羊草為極薄少巖堿性土的恢復物種，可在晉南石灰巖山地的斜坡栽培為宜；荊條、野皂莢、山桃、小葉鼠李、刺疙瘩、黃刺玫、色木槭、陜西莢蒾、白羊草、華北米蒿、披針葉苔草、小紅菊為極薄巖窩堿性土的適宜恢復植被，可在石灰巖山地的斜坡播種栽培；榆樹、荊條、沙棘、凍綠、黃刺玫、土莊繡線菊、沙棘、柳葉鼠李、野艾蒿、牛蒡、牛皮消、披針葉苔草是極薄少巖堿性土恢復植被，適于在晉南石灰巖山地陡坡栽培；荊條、野皂莢、白羊草、華北米蒿是極薄巖窩堿性土的適生恢復物種，需在石灰巖山地陡坡栽培為宜；荊條、野皂莢、榔榆、柳葉鼠李、羊胡子草、白羊草、鐵桿蒿是薄層巖窩堿性土的適生物種，需在晉南石灰巖山地的陡坡進行栽培.

基于景觀生態以及以上立地條件、植被組成的研究，荊條、虎榛子、三裂繡線菊等是晉北石灰巖生態恢復最適種；荊條、小葉鼠李、野皂莢、黃刺玫等為晉中石灰巖生態恢復最適種；荊條、野皂莢、榔榆等為晉南石灰巖生態恢復最適種.

3 結論與建議

適地適樹這一理論是保證植被成活率的重要因素[14].物種的選擇主要從物種的生態學特性，充分考慮物種在不同立地條件下的適應性，同時兼顧經濟效益，盡可能節約成本.

晉北、晉中、晉南的石灰巖山地土壤符合巖性土壤特性，其土壤的pH值在8.14～8.77之間，受北方氣候條件的限制和影響都為堿性.且植被均屬于華北區系.從生態類型的角度來講，是華北地區常見的中生、旱中生小型灌木和草本植被[15].

研究結果表明，植被類型較少，石灰巖山地自然植被分布最廣和非常常見的植被類型僅有灌叢和灌草叢，且群落組成簡單，森林植被缺乏，其中以荊條、白羊草組成的灌草叢最為常見，且適應于石灰巖艱苦的生境條件.72個樣方中，灌木層的優勢物種為荊條，草本層的優勢物種為白羊草，且優勢度最高.灌木和草本生長狀況略差.在72個樣方的13種優勢物種中灌木有7種，分別有荊條、三裂繡線菊、小葉鼠李、多花胡枝子、黃刺玫、野皂莢、荊條，均可作為山西全省石灰巖山地的灌木層適宜生長的植被.而草本層中白羊草可作為全省石灰巖山地草本層適生植被.選擇的適生植被既能適應偏堿性的貧瘠土壤，也能在干旱的環境中正常生存.