金沙江金安橋水電站廢棄地植被恢復(fù)研究

盧煒麗,陳奇伯,黃鵬飛,張 鑫,姜文達(dá)

(1.西南林業(yè)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程系,云南昆明 650224;2.中國(guó)科學(xué)院水土保持研究所,陜西楊凌 712100;3.北京林業(yè)大學(xué)水土保持學(xué)院,北京 100086)

金沙江金安橋水電站廢棄地植被恢復(fù)研究

盧煒麗1,陳奇伯1,黃鵬飛2,張 鑫3,姜文達(dá)1

(1.西南林業(yè)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程系,云南昆明 650224;2.中國(guó)科學(xué)院水土保持研究所,陜西楊凌 712100;3.北京林業(yè)大學(xué)水土保持學(xué)院,北京 100086)

水電站廢棄地;植被恢復(fù);植物群落;物種多樣性;金安橋水電站

為了解廢棄地植被形成與演替的規(guī)律和機(jī)理,進(jìn)而指導(dǎo)水電站廢棄地植被的恢復(fù)與重建工作,對(duì)金沙江金安橋水電站廢棄地的植被自然恢復(fù)過(guò)程及特征進(jìn)行了調(diào)查和分析,結(jié)果表明:金安橋水電站廢棄地的植物共有 49種,分屬23科 45屬;廢棄地植物群落的形成是先鋒植物種類入侵、定居、群集和競(jìng)爭(zhēng)的結(jié)果,并且草本層的發(fā)育要明顯好于灌木層;研究區(qū)植物群落目前處于次生演替的初級(jí)階段。在今后的植被恢復(fù)中,戟葉酸模、白花鬼針草、藎草、扭黃茅、蘆葦、含羞草、芨芨草和孔穎草等都是該地區(qū)植被恢復(fù)的優(yōu)選物種。

水電站廢棄地是指在水利水電工程建設(shè)過(guò)程中形成的露天取土取料場(chǎng)、排土棄渣場(chǎng)、邊坡開挖區(qū)等失去經(jīng)濟(jì)利用價(jià)值的土地,以及施工生產(chǎn)生活場(chǎng)地和施工道路等直接影響區(qū)的裸露土地。這些裸露地由四部分組成:一是剝離的表土和開發(fā)棄渣堆積而成的廢棄地,如水利水電工程建設(shè)過(guò)程中的棄土棄渣場(chǎng);二是水利水電主體工程建設(shè)的開挖區(qū),主要是一些開挖邊坡和開挖坑廢棄地;三是施工作業(yè)面、機(jī)械設(shè)施、輔助建筑物和道路交通等先后占用的土地;四是廣義的水電站廢棄地,包括移民安置區(qū)、施工生產(chǎn)生活區(qū)以及施工便道等周邊土地[1]。廢棄地的生態(tài)系統(tǒng)受干擾程度大、系統(tǒng)恢復(fù)過(guò)程慢,往往對(duì)周圍環(huán)境產(chǎn)生較大的影響,對(duì)它的治理與研究始終是恢復(fù)生態(tài)學(xué)的一個(gè)主要研究?jī)?nèi)容。以往對(duì)廢棄地的研究多側(cè)重于退化生態(tài)系統(tǒng)人工恢復(fù)與重建的方法與技術(shù),而對(duì)于其植被的自然恢復(fù)過(guò)程及特征則研究報(bào)道得較少[2-3]。事實(shí)上,積極開展這方面的研究,對(duì)于了解廢棄地植被形成與演替的規(guī)律和機(jī)理是極有幫助的,進(jìn)而可以指導(dǎo)水電站廢棄地植被的恢復(fù)與重建工作。金沙江金安橋水電站廢棄地屬于前面所述的第一種水電站廢棄地類型,它是由剝離的表土和開發(fā)棄渣堆積而成的廢棄地。我們研究了自然狀態(tài)下廢棄地植被恢復(fù)與形成的過(guò)程及特征,以期為同類地區(qū)水電項(xiàng)目廢棄地的植被恢復(fù)與重建以及生態(tài)環(huán)境保護(hù)提供參考。

1 研究區(qū)自然概況和研究方法

1.1 自然概況

金沙江金安橋水電站壩址位于云南省麗江市境內(nèi),具體位置是東經(jīng) 100°25′、北緯 26°47′。該區(qū)屬于高山峽谷地貌,地勢(shì)北高南低、兩岸陡峻,地面坡度在 35°～42°之間,海拔 1 200—1 900m。屬亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū),光照充足、熱量充沛,氣候干熱,全年無(wú)霜,最熱月平均氣溫 24.9℃,最冷月平均氣溫 11.8℃,多年平均降水量 938mm,多年平均蒸發(fā)量 2 200 mm,干濕季分明,河谷區(qū)“焚風(fēng)效應(yīng)”明顯。土壤主要是紅壤,間有少量水稻土等。該區(qū)地帶性植被為少量暖溫性針葉林和大量分布的稀樹灌草叢。暖溫性針葉林主要是云南松(Pinus yunnanensis),稀樹灌草叢群落中的主要物種有扭黃茅(Heteropogon contortus)、余甘子(Phyllanthus emblica)、孔穎草(Bothriochloa pertusa)、地石榴(Ficus tikoua)、坡柳 (Salix myrtillacea)、鐵仔 (Myrsineafricana)、西南杭子梢(Campylotropis delavayi)、華西小石積(Osteomeles schwerinae)等[4]。

1.2 研究方法

本研究于 2009年 10月進(jìn)行,主要選擇了項(xiàng)目區(qū) 1—5號(hào)渣場(chǎng)廢棄地進(jìn)行了調(diào)查與統(tǒng)計(jì)。

調(diào)查采用典型抽樣法進(jìn)行。在 5個(gè)廢棄地共設(shè)置了 10塊樣地,每個(gè)樣地面積20m×20m。各樣地又分別劃分為 4個(gè) 10 m×10m的樣方,在各樣方中分別對(duì)喬木、灌木進(jìn)行調(diào)查,喬木調(diào)查的內(nèi)容包括種類、株數(shù)、胸徑、樹高、冠幅、郁閉度等,灌木調(diào)查的內(nèi)容包括種類、株數(shù)、高度和蓋度。同時(shí)在每個(gè)樣方內(nèi)設(shè)置 2個(gè) 1m×1m的小樣方進(jìn)行草本調(diào)查,記錄草本種類、株數(shù)、高度和蓋度。另外,對(duì)每個(gè)樣地測(cè)其海拔、經(jīng)緯度、坡向、坡度和坡位。各樣地的基本信息見(jiàn)表 1。

表 1 金沙江金安橋水電站廢棄地不同樣地概況

1.3 植物群落特征值的測(cè)定

(1)植物種的群集度按 Braun-Blanquet分級(jí)法分 5級(jí)測(cè)定。

(2)重要值 =(相對(duì)密度 +相對(duì)頻度+相對(duì)蓋度)/3。

(3)多樣性指數(shù)采用 Shannon-Wiener多樣性指數(shù)(H)和Simpson多樣性指數(shù)(D),計(jì)算公式為

上二式中:pi為種i的相對(duì)重要值;S為種 i所在樣方的物種數(shù)目[5-7]。

(4)物種分布的均勻度采用Pielou均勻度指數(shù)(E),計(jì)算公式為

2 結(jié)果與分析

2.1 廢棄地植物群落特征

10 個(gè)樣地中,有 7個(gè)是 2004年的棄渣自然恢復(fù)形成,3個(gè)是 2007年的棄渣自然恢復(fù)形成,自然恢復(fù)的時(shí)間都比較短,因此全部為灌草種(見(jiàn)表 2)。根據(jù) 10個(gè)樣地的統(tǒng)計(jì)資料,金沙江金安橋水電站廢棄地植被共有種子植物 49種,分屬 23科 45屬,其中灌木層植物共計(jì)13科 16屬 16種,草本層植物共計(jì) 17科 32屬 33種。從統(tǒng)計(jì)結(jié)果可以看出,灌木層和草本層以禾本科(Gram ineae)、菊科(Compositae)和豆科(Legum inosae)植物種居多,均包含 6～9種,如禾本科所包含的物種有箭竹(Fargesia spathacea)、白茅(Imperata cylindrica)、蘆葦(Phragm ites australis)、芨芨草(Achnatherum splendens)、早熟禾 (Poa annua)、藎草(Arthraxon hispidus)、金色狗尾草(Setaria glauca)、扭黃茅、孔穎草 9種,菊科所包含的物種有孔雀草(Tagetes patu la)、萬(wàn)壽菊(Tagetes erecta)、牛尾蒿 (Artem isia dubia)、飛機(jī)草 (Eupatorium odoratum)、一點(diǎn)紅(Emilia sonchifolia)、白花鬼針草(Bidens pilosa var.radiata)、翼齒六棱菊(Laggera pterodonta)和紫莖澤蘭(Eupatorium adenophorum Spreng)。其他科僅有 1種或 2種,如十字花科(Cruciferae)僅有芥菜(Brassica juncea)1種,唇形科(Labiatae)有香薷(Elsholtzia ciliata)、薄荷(Mentha haplocalyx)2種。經(jīng)調(diào)查統(tǒng)計(jì),僅樣地Ⅲ不含菊科,樣地Ⅸ不含豆科,其余樣地均包含禾本科、菊科和豆科植物,可見(jiàn),禾本科、菊科和豆科是該區(qū)次生演替初期的優(yōu)勢(shì)科。

表 2 金安橋水電站廢棄地不同樣地植物群落種類重要值與群集度

由表 2看出,在 49種物種中,不少組成成分具有較高的群集度,這表明許多地段的植被是由先鋒種入侵、定居、群集、競(jìng)爭(zhēng)而形成的。比如灌木層中的戟葉酸模(Rumex hastatus),在 10個(gè)樣地中均有分布,且具有較高的蓋度,樣地Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ均以戟葉酸模為單優(yōu)建群種,其蓋度分別高達(dá) 33.0%、63.0%和30.0%。戟葉酸模適應(yīng)于溫暖、半干旱至潮濕的氣候,其根蘗型根系最長(zhǎng)可達(dá) 1.5m,根上長(zhǎng)芽,可發(fā)育成新的枝條,表現(xiàn)出極強(qiáng)的抗旱性;對(duì)土壤的適應(yīng)范圍較廣,在石質(zhì)地上也能生長(zhǎng);繁殖能力極強(qiáng)。戟葉酸模這種耐旱、耐貧瘠的生物學(xué)特性,使其成為該區(qū)植物群落次生演替的先鋒樹種。

樣地Ⅲ草本層以蘆葦和扭黃茅為優(yōu)勢(shì)種和建群種,且都具有較高的群集度。經(jīng)實(shí)地調(diào)查,蘆葦和扭黃茅生長(zhǎng)在金沙江河岸的臺(tái)地上,光照、溫度、水分和土壤等環(huán)境因子均有利于其生長(zhǎng)。蘆葦為多年生草本,喜濕,對(duì)水分的適應(yīng)幅度很寬,其根系生長(zhǎng)旺盛,須根和根毛較多,適應(yīng)能力強(qiáng);扭黃茅也是多年生草本,須根發(fā)達(dá),分蘗力較強(qiáng),喜熱且抗旱,耐貧瘠。其余同層的植物由于沒(méi)有快速的繁殖能力和極強(qiáng)的適應(yīng)性,因此也就不能形成該群落的優(yōu)勢(shì)種或建群種。樣地Ⅶ則以含羞草為優(yōu)勢(shì)種和建群種,其對(duì)光照、氣候、土壤等要求不嚴(yán),但在沙質(zhì)壤土上生長(zhǎng)較好,喜溫暖濕潤(rùn)的環(huán)境?？傊?正是由于不同植物特殊的生物學(xué)特性以及相應(yīng)適宜的立地條件,使之成為相應(yīng)群落不同層次的優(yōu)勢(shì)種或建群種。

2.2 廢棄地植物群落物種多樣性特征

物種多樣性可以定量地表征群落和生態(tài)系統(tǒng)的特征,可直接或間接地體現(xiàn)群落和生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)類型、組織水平、發(fā)展階段、穩(wěn)定程度、生境差異等[8]。分析各廢棄地植物群落的多樣性指標(biāo)(見(jiàn)表 3),結(jié)果表明,不管是豐富度指數(shù)、多樣性指數(shù)還是均勻度指數(shù),都是草本層 ＞灌木層,這說(shuō)明在廢棄地的植被恢復(fù)中草本層明顯優(yōu)于灌木層。分析其原因,主要是棄渣場(chǎng)的立地條件比較差,對(duì)灌木來(lái)說(shuō)影響比較明顯,而草本層對(duì)各因素不是很敏感,所以草本層的發(fā)育要好于灌木層,這與類似地區(qū)的研究結(jié)果是一致的[9]。目前金安橋水電站廢棄地上所形成的群落類型也為當(dāng)?shù)剌^常見(jiàn)的草叢,沒(méi)有喬木,全部是灌草,屬于植被恢復(fù)的初級(jí)階段,多樣性指數(shù)也比較低。

表 3 金安橋水電站廢棄地不同樣地物種多樣性

3 結(jié)論與討論

(1)通過(guò)植被調(diào)查數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析,金安橋水電站廢棄地的植物共有 49種,分屬 23科 45屬,其中灌木層植物 13科 16屬 16種,草本層植物 17科 32屬 33種。

(2)金安橋水電站廢棄地的各植物群落中,各樣地灌木層的主要優(yōu)勢(shì)種和建群種為戟葉酸模,草本層的優(yōu)勢(shì)種和建群種主要有白花鬼針草、藎草、扭黃茅、蘆葦、含羞草、芨芨草和孔穎草等。各樣地植物群落的優(yōu)勢(shì)種和建群種是由物種的生物學(xué)特性所決定的,同時(shí)也受到地形、地貌等環(huán)境因素的影響。各植物群落所含物種數(shù)、建群種種類、建群種數(shù)量的差異反映了種群的分布格局,是植物種群生物學(xué)特性對(duì)環(huán)境條件長(zhǎng)期適應(yīng)和選擇的結(jié)果。

(3)植被的次生演替過(guò)程受到其周圍植被的影響。金安橋水電站廢棄地所分布的 49種植物均為當(dāng)?shù)氐姆植挤N,廢棄地所形成的群落類型也為當(dāng)?shù)剌^常見(jiàn)的草叢。廢棄地的長(zhǎng)期演替趨勢(shì)符合次生裸地→草叢→灌叢→森林的一般趨勢(shì),樣方調(diào)查中所出現(xiàn)的灌木種類已說(shuō)明了這一點(diǎn)。

(4)生態(tài)系統(tǒng)的自然恢復(fù)能力存在著地域差異。在寒冷和干燥的氣候條件下,植被自然恢復(fù)速度比較慢;而在溫暖潮濕的氣候條件下,植被自然恢復(fù)速度比較快[10]。金安橋水電站廢棄地屬亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū),其植被的恢復(fù)過(guò)程相對(duì)較快,在較短的時(shí)期內(nèi)便自然形成了具灌木植物的草叢,表明該地區(qū)的廢棄地具備較強(qiáng)的植被恢復(fù)能力。

生態(tài)系統(tǒng)的自我恢復(fù)往往較為緩慢,而人為恢復(fù)可在一定程度上改變生態(tài)系統(tǒng)演替的方向和速度,并可縮短其恢復(fù)周期[10-11]。適當(dāng)?shù)墓こ讨卫砑扔欣趶U棄地的植被恢復(fù),又能減少水土流失。本研究所調(diào)查的樣地是屬于剝離的表土和開發(fā)棄渣堆積而成的廢棄地,其礫石含量比較高,流動(dòng)性較強(qiáng),因此只在有土層及有覆土的廢棄地植被恢復(fù)狀況相對(duì)較好,那些未經(jīng)覆土的廢棄地植被恢復(fù)較差。因此,要促進(jìn)廢棄地上植被的恢復(fù)與重建,最重要的是對(duì)棄渣堆積坡地進(jìn)行及時(shí)的工程治理,做好渣場(chǎng)坡面的穩(wěn)定及覆土措施;同時(shí)在保護(hù)好現(xiàn)有植被的基礎(chǔ)上,對(duì)面積較大的廢棄地進(jìn)行人工撒種,種植一些耐旱、耐貧瘠的植物種類,如實(shí)地調(diào)查中出現(xiàn)的戟葉酸模、白花鬼針草、藎草、扭黃茅、蘆葦、含羞草、芨芨草和孔穎草等,這些都是該地區(qū)植被恢復(fù)的優(yōu)選物種。

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Vegetation Rehabilitation o f Abandoned A reas o f Jin'anqiao Hydroelectric Plant o f Jinsha River

LUWei-li1,CHEN Qi-bo1,HUANG Peng-fei2,et al.

(1.Southwest Forestry University,Kunming,Yunnan 650224,China;2.Institute of Soiland Water Conservation,Chinese Academy of Sciences,Yangling,Shaanxi 712100,China)(58)

The paper investigates and analyzes on the characteristics and the process of natural vegetation rehabilitation of abandoned areas of Jin'-anqiao Hydroelectric Plantof the Jinsha River for understanding the law and themechanism of formation and succession of vegetation and for guiding the vegetation rehabilitation and rebuilding.The outcomes show thata)there are 49 species in total,belonging to 45 categories of 23 families in the abandoned areas;b)the formation of plant community is the resu ltof intrusion,settlement,gatheringand competition of pioneer p lants,and the development of herbaceous layer is obviously better than thatof bush layer and;c)atpresent,the plantcommunity in the studied areas is in primary stage of secondary succession.During the vegetation rehabilitation,Rumex hastatus,Bidens pilosa,Arthraxon hispidus,Heteropogon contortus,Phragmites australis,Mimosa pudica,Achnatherum splendens and Bothriochloa pertusa are the optimized species for vegetation rehabilitation of the areas in the future.

abandoned area of hydroelectric plant;vegetation rehabilitation;plant community;species diversity

X 171.4

A

1000-0941(2011)02-0058-04

盧煒麗(1979—),女,黑龍江泰來(lái)縣人,講師,博士,主要從事水土保持方面的研究。

2011-01-15

(責(zé)任編輯 徐素霞)