贛榆丘陵山區(qū)植被退化機制生態(tài)修復技術

仲秀娟， 高 鵬， 孫忠曉， 王曉斌， 徐 堅， 高之棟

(1.江蘇省連云港市贛榆區(qū)夾谷山水土保持試驗站， 江蘇 連云港 222100；2.華設設計集團水運檢測所， 江蘇 連云港 210004； 3.連云港市贛榆區(qū)防汛機動搶險隊， 江蘇 連云港 222100；4.江蘇省連云港市贛榆區(qū)海頭水利管理服務站， 江蘇 連云港 222100)

1 研究背景

贛榆丘陵地區(qū)有大小山頭38座，境內抗日山屬于國家重點保護區(qū)，植被覆蓋度達85%，大吳山，小吳山、二龍山植被覆蓋率較好，植被覆蓋率在75%左右。其他山頭在20世紀80年代中期，因山荒承包到戶，由于各承包戶以樹種更新為名，無節(jié)制采伐樹木，毀林開荒、燒荒、放牧，采取掠奪式經營，造成環(huán)山截洪溝以上各大小山頭少草無樹，一遇暴雨泥沙俱下。山上僅有的黑松、馬尾松殘次林亦被牛、羊等牲畜啃食，踐踏殆盡，使該地區(qū)植被呈逆向演替，生態(tài)環(huán)境嚴重惡化，由原來的“樹木參天碧水流，山村莊戶林里頭”變成了現(xiàn)在的“近山遠山和尚頭，土盡石出洪水流”的景象。這一嚴峻現(xiàn)實提出了新的課題，如何能盡快恢復植被是這一地區(qū)治理水土流失改善生態(tài)環(huán)境的重大問題，加快植被恢復進程無外乎兩種途徑，一種是大力營造人工林，另一種是依靠自然修復能力，通過封育管護，恢復植被。前一途徑曾進行過多次，投入了大量的人力、物力和財力，但收效甚微，還是年年栽樹不見樹，造林成活率低，造林不成林。其主要原因是造林過后不封禁，新造的林又被過度放牧，牲畜踐踏，無節(jié)制的墾種破壞掉，使環(huán)境進一步惡化，在這種情況下，實行全面封禁治理，并進行適當的補植造林，創(chuàng)造一個良好的植被繁衍生息的生存環(huán)境，依靠自然修復能力，盡快增加天然植被，減少水土流失[1]，以達到改善丘陵山區(qū)的生態(tài)環(huán)境，增加農民收入的目的。通過對贛榆丘陵山區(qū)植被退化機制生態(tài)修復技術的探索，探索系統(tǒng)的水土保持生態(tài)修復技術，指導該地區(qū)開展丘陵山區(qū)水土保持生態(tài)修復工作。

2 項目區(qū)概況

2.1 自然環(huán)境

2.1.1 地理位置

研究項目區(qū)位于連云港市贛榆區(qū)班莊鎮(zhèn)響石村北太平山東山坡和南山坡坡面上。太平山在班莊鎮(zhèn)西鄉(xiāng)石村北500 m，總面積0.915 km2，珠峰位置地理坐標為東經118°52′16″，北緯34°56′26″，高程134 m。

2.1.2 地形地貌

太平山坡面坡度為18.2°～28°，土壤為酸性或中性風化巖發(fā)育的砂土和黃黏土，土層厚度0.5～0.8 m左右。自然植被為針葉、闊葉混交的雜樹和荒草，主要品種為濕地松、黑松、馬尾松、麻櫟、胡枝子、野棠梨、酸棗等。

2.1.3 氣象特征

連云港市贛榆區(qū)屬北亞熱帶向暖溫帶過渡地帶，海洋性季風氣候，四季分明，光照充足，雨熱同季。項目區(qū)屬暖溫帶半濕潤海洋季風氣候。平均相對濕度75%，年平均降水量902.0 mm,年蒸發(fā)量1 128 mm,年降雨主要集中在7—9月份,占全年降水量的74.5%。無霜期215 d，年平均風速3.1 m/s，年平均氣溫13.1℃，≥10℃活動積溫4 874℃，年太陽總輻射125.5 kcal/mm2，年日照時數2 616 h，是我省日照時數最長地區(qū)之一，雨熱同期，災害性天氣較少，有利于植物生長,有利于提高土地生產率的良好氣候資源。

根據江蘇省暴雨洪水圖集，項目區(qū)多年平均24 h最大降水量為123 mm，10年一遇24 h最大降水量為212 mm，20年一遇24 h最大降水量為256 mm，項目區(qū)多年平均6 h最大降水量為89 mm，10年一遇6 h最大降水量為152 mm，20年一遇6 h最大降水量為184 mm。

3 研究材料及方法

3.1 研究材料

在太平山坡的東側坡面和南側坡面設立5個樣區(qū)，Ⅰ樣區(qū)：黑松元寶楓群落，經度為E118°52′47.71″，緯度為N34°56′41.90″,坡度為18.2°，坡向東西向；Ⅱ樣區(qū)：黑松群落，經度為E118°52′48.12″，緯度為N34°56′42.94″,坡度為28°，坡向東西向；Ⅲ樣區(qū)：黑松與櫸樹群落，經度為E118°52′48.12″，緯度為N34°56′42.05，坡度為28°，坡向東西向；IV樣方區(qū)：黑松與黃櫨群落，經度為E118°52′38.79″，緯度為N34°56′41.85″,坡度為26°，坡向南北向；V樣方荒坡區(qū)：經度為E118°52′43.35″，緯度為N34°56′40.07″，坡度為18.2°，坡向東西向。每個大樣區(qū)內分別隨機設2個喬木樣方和3個草樣方。并在Ⅱ、Ⅲ區(qū)的溝道內設卡口站，建設徑流泥沙觀測場。分別在6—8月調查喬、灌、草種類，分布變化情況、生長情況及群落演替情況等。每年定時采取土樣化驗分析，土樣采集深度為0、10～20 cm、20～30 cm。

3.2 研究方法

主要是研究項目區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)修復過程中生態(tài)環(huán)境的動態(tài)變化過程。首先收集調查項目區(qū)的氣象資料、土壤類型、植被種類、植被演替規(guī)律等，在項目區(qū)的不同樣方區(qū)采集土樣，分析化驗土壤理化性，有機質含量，pH值等指標。

通過考察采集的數據分析該區(qū)域生態(tài)環(huán)境退化的原因，了解生態(tài)修復的潛能，確定項目區(qū)的生態(tài)修復目標，制定各樣方區(qū)的植被群落構建修復計劃。

(1)對生態(tài)修復區(qū)，制定科學合理的封育措施和相應的鄉(xiāng)規(guī)民約，請當地政府和村委密切配合，大力支持。

(2)對項目區(qū)的生態(tài)修復措施，應結合土壤、氣候狀況，制定科學合理的生態(tài)結構修復方案，研究構建不同的樹種植被群落，創(chuàng)造符合項目區(qū)域的自然環(huán)境。

(3)根據各構建群落的修復設計和修復指標，分別設立監(jiān)測評價小區(qū)，劃定調查樣方，采用GPS將各段的修復面積，各種植被類型面積進行測量確定，各監(jiān)測樣方必須根據各構建群落修復指標要求確定測定項目內容。每個群落劃定的小區(qū)、樣方必須設定相應的對照區(qū)，本項目監(jiān)測的內容有：植物種類狀況、林草結構、生長狀況、植被演替規(guī)律、植被覆蓋率等情況。

3.3 技術路線

(1)搜集調查本地區(qū)的氣象資料，封禁區(qū)現(xiàn)存的植被種類，生長情況、林相分布，植被演替規(guī)律，植被覆蓋率等。

(2)因地制宜，根據項目區(qū)的降水、土壤、植被類型，制定科學合理的封育措施和人工補植方案。

(3)封禁后每年定時、定點、調查觀測植物機制的變化情況，植物群落的演替規(guī)律，樹木的生長情況，覆蓋率變化等內容。并通過布設在該區(qū)內的天然徑流場，分析封禁治理后的泥沙變化情況。技術路線見圖1。

圖1 技術路線圖

3.4 群落模式構建

在太平山坡下部、中部、頂部，坡度分別為5°～8°、18.5°～22.5°、20.5°～26.5°、18.5°～22.5°的坡面上，分別構建黑松—元寶楓群落、黑松—櫸樹群落、黑松—黃櫨群落、黑松單一群落4中群落結構，群落結構中采取黑松與元寶楓、櫸樹、黃櫨交叉栽植，2株黑松中間栽植1株元寶楓、櫸樹、黃櫨，其中黑松栽植密度為3 m×3 m，元寶楓、櫸樹、黃櫨栽植密度為6 m×6 m；在山坡中下部，坡面坡度為11.5°～18.5°，設置荒坡荒草群落對照區(qū)。

4 研究結果分析

4.1 封禁修復后植被變化情況分析

研究表明，封禁修復1年，形成以雜草為主的一年生植被群落，優(yōu)勢種以青蒿、鬼針草、羊肥草為主，同時一些傳播能力較強的一年生禾本科草種狗尾草、馬唐草等也侵入定居，并出現(xiàn)了小量多年生藤本植物旋花科葛藤(Argyreiaseguinii(Levl.)Van.exLevl)、毛茛科鐵線蓮(ClematisfloridaThunb.)[2]。但青蒿+鬼針草群落還是該階段的代表性群落，物種較少，覆蓋率提高到66.8%。

封禁修復第2年，多年生的草本出現(xiàn)，禾本科的黃背草、白茅(Imperatacylindrica(L.)Beauv.)，菊科兔兒傘(Syneilesisaconitifolia(Bge.)Maxim.)等，并出現(xiàn)少量藥用植物，有唇形科丹參(SalviamiltiorrhizaBge.)，傘形科柴胡(BupleurumchinenseDC)、桔梗科桔梗(Platycodongrandiflorus)等，植被群落是以鬼針草+羊肥草+青蒿群落等為主，該階段植被覆蓋率逐步高，達到87.5%。封禁修復第3年，一些地帶性多年生植物種逐漸增加，并占據優(yōu)勢，如黃背草、茅草、小葛藤、拂子茅(CalamagrostisemodensisGriseb)、野菊花等。形成了以多年生的黃背草、茅草、野山梅、拂子茅等主要群落類型[2]。原有的小灌木也長出新枝條，并新出現(xiàn)了野李子、麻櫟、野薔薇(RosamultifloraThunb.)、毛桃(Amygdaluspersica(L.)Batsch)等小灌木，草本植物出現(xiàn)了石竹科石竹(DianthuschinensisL.)、豆科豆茶決明(Cassianomame(Sieb.)Kitagawa)；據2019年8月中旬調查，起初的青蒿+鬼針草+羊肥草群落已徹底退出系統(tǒng)，僅山頂零星分布青蒿或鬼針草。地帶性建群種山紅草+茅草+野山梅群落成為該區(qū)的優(yōu)勢群種，因2019年降水量偏少，植被覆蓋率基本與上年持平，平均達到87.2%，生態(tài)系統(tǒng)趨于正向演替[3]。詳見表1。

表1 生態(tài)修復3年植被物種變化情況

4.2 生態(tài)修復過程樹種變化分析

項目區(qū)封禁修復前，零星分布少量馬尾松、豆梨、麻櫟、板栗，郁閉度很低，幾乎為零，僅有長勢較差的荒草。喬木樹種稀少，調查的4個樣區(qū)內只有5科7屬7種，共26株。平均樹齡15年，平均樹高2.6 m，胸徑7.10 cm，冠幅3.62 m2；灌木4科4種，平均高度0.62 cm，密度268株/hm2。通過3年的封禁修復，自然植被恢復效果已非常明顯，林草植被覆蓋率、林區(qū)郁閉度逐年提高。

封禁修復3年后，喬、灌、草有了較大的增加，喬木樹種增加到7科11種，灌木增加到8科12種，藤本增加到11種(表2)。由表2分析可知：喬木、灌木群落在3年的封禁修復中，變化不大，只是生物量增長速度提高。灌木種數增幅較大，增長率達到200%。增長率較高的是藤本植物和草，藤本植物增長密度達240.8%。

表2 生態(tài)修復區(qū)3年樹種結構變化情況

封禁修復3～4年，喬、灌、草發(fā)生了新的變化，喬灌木及藤本品種隨著人工補植樹種的成林反而也減少了，喬木樹種減少到5科6種，灌木減少到6科 9種，藤本減少到3種(表3)。由表3分析可知：喬木、灌木群落在第4年(2020年)的封禁修復中，無論從數量還是生長量都呈減少的趨勢，植被覆蓋率由93.5%下降到92.4%。

表3 2019—2020年生態(tài)修復林木結構變化情況

4.3 人工補植林木變化情況分析

4.3.1 成活率及生長情況

項目區(qū)從2017年夏封禁治理，于本年度7月下旬，人工補植2年生營養(yǎng)袋培育的黑松及元寶楓、櫸樹和黃櫨。構建了黑松-元寶楓、黑松-櫸樹、黑松-黃櫨和純黑松群落。當時雨后墑情好，幼苗成活率高，成活率達到96.6%，長勢較好。2019年因部分面積遭受火災，分別于每年的6月中旬進行補植，2017—2020年對生態(tài)修復區(qū)進行連續(xù)監(jiān)測，監(jiān)測結果見表4。

由表4分析可知，起初的人工補植的苗木成活率較高，達到96.6%，因受2018年的火災，至2019年10月調查，人工補植林保存率從2017年底的96.6%下降到85.8%，從樹高、地徑、胸徑、分枝情況分析，2019—2020年的生長量呈遞減趨勢，特別是這2年遞減幅度較大，樹高、胸徑增長幾乎為零，分支增長率由2018年的60%下降到2019年的20%，到2020年下降到-16.0%。分析其原因，一是隨著數目的高生長的增加，各種養(yǎng)分水分供應不足，二是遇到干旱年份，特別是2019年降水量較小，水分供應不足，造成生長幅度較小。

表4 人工補植幼林情況分析

4.3.2 群落構建情況

項目區(qū)共構建了黑松—元寶楓群落、黑松—櫸樹群落、黑松—黃櫨群落、黑松單一群落 4種群落結構。劃定調查監(jiān)測樣方，每年定時定點開展調查監(jiān)測，結果表明，黑松—元寶楓群落，2018年比2017年黑松樹高增加77.1%，元寶楓樹高增加25.9%，2019年比2018年黑松樹高增加38.7%，元寶楓樹高增加34.2%， 2020年比2019年黑松樹高增加33.7%，元寶楓樹高增加4.1%，林草植被平均覆蓋率為92.3%；黑松—櫸樹群落，2018年比2017年黑松樹高增加83.0%，櫸樹樹高增加33.9%，2019年比2018年黑松樹高增加53.0%，櫸樹樹高增加28.0%， 2020年比2019年黑松樹高增加14.0%，櫸樹樹高增加7.3%，林草植被平均覆蓋率為94.2%；黑松—黃櫨群落，2018年比2017年黑松樹高增加20.0%，黃櫨樹高增加15.1%，2019年比2018年黑松樹高增加97.6%，黃櫨樹高增加22.9%， 2020年比2019年黑松樹高增加37.4%，黃櫨樹高增加30.7%，林草植被平均覆蓋率為93.5%；單一純黑松群落，2018年比2017年樹高增加21.1%，2019年比2018年84.8%，2020年比2019年增幅僅為14.1%，林草植被覆蓋率為92.4%。

5 結 論

本項目以贛榆丘陵山區(qū)的太平山為依托，開展了丘陵山區(qū)植被退化機制生態(tài)修復技術研究，圍繞植被退化機制封禁修復、人工補植造林技術、植被群落構建和生態(tài)植被修復后對控制徑流泥沙的效益的監(jiān)測入手，探索植被退化機制封禁修復技術，人工補植造林時間、造林技術，樹種群落構建模式和生態(tài)植被修復后對控制徑流泥沙的效益的監(jiān)測等方面研究。取得了如下結論：

(1)根據丘陵山區(qū)植被退化實際情況和該區(qū)域自然條件和現(xiàn)存植被類型采取封禁修復和人工補植的方法，取得了利用營養(yǎng)缽育苗，在主汛期7月份造林，平均成活率達到96.2%，保存率達85.2%的技術。

(2)提出了4種喬木群落構建類型，即黑松—元寶楓群落、黑松—櫸樹群落黑松—黃櫨群落和純黑松群落，純黑松群落，4種群落結構生長良好，喬木樹種增加到7科11種，灌木增加到8科12種，藤本增加到11種，林草植被平均覆蓋率為93.1%，群落結構呈正向演替。

(3)植被生態(tài)修復在受環(huán)境影響的同時, 也影響著周圍的環(huán)境, 由于植被與環(huán)境之間的相互影響, 使植被物種豐富度、多樣性和均勻度逐步達到穩(wěn)定[4]。隨著植被恢復演替的進行, 太平山生態(tài)修復區(qū)群落的物種多樣性先升高后降低, 之后會逐漸趨于穩(wěn)定。植被恢復演替過程中, 高大個體在群落中所占比例會逐漸增加, 高度較低或個體較小的灌草植物種會先增加后減少。