云南省砚山县石漠化区域植被修复的物种配置研究

赵敏慧, 陆 艳, 王 婷, 陆贵文

(玉溪师范学院 资源环境学院， 云南 玉溪 653100)

云南省砚山县石漠化区域植被修复的物种配置研究

赵敏慧, 陆 艳, 王 婷, 陆贵文

(玉溪师范学院 资源环境学院， 云南 玉溪 653100)

资助项目：玉溪师范学院大学生创新创业训练计划项目“云南砚山县石漠化现状及植被恢复模式研究”(2012B29)

第一作者：赵敏慧(1974—)，女(汉族)，云南省通海县人，硕士，副教授,主要从事景观生态与生态恢复研究。E-mail:zmh@yxnu.net。

摘要：[目的] 对石漠化区域人工植被恢复的物种配置方案进行研究，为恢复石漠化地区的生态服务功能，遏制水土流失提供技术支撑。 [方法] 通过对砚山县不同等级石漠化区域的植被进行实地调查，选取并查明无明显石漠化、潜在石漠化和轻度石漠化3类小区域植物群落结构特征及各物种在群落中的地位。 [结果] 清香木、栓皮栎是乔木层优势种，火棘、野花椒是灌木层优势种，茅草为草本层优势种，葛藤为藤本植物优势种，它们均具有极为重要的生态价值和经济价值。 [结论] 结合当地实际情况，提出采用各层乡土优势种并结合引进物种山葡萄等进行石漠化山地乔灌草藤搭配为适合人工植被修复的物种配置方案。

关键词：砚山县; 石漠化; 人工植被恢复; 物种配置

石漠化是指在热带、亚热带湿润地区、碳酸盐发育的喀斯特脆弱生态环境下，由于人为干扰造成植被持续退化乃至丧失，导致水土资源流失，土地生产力下降，基岩大面积裸露于地表(或砾石堆积)而呈现类似荒漠景观的土地退化过程[1]。改革开放以来，随着西南地区人口和经济的快速发展，加快了对喀斯特地貌的人为干扰，致使西南以石漠化为主要特征的生态环境退化日益严峻。以20世纪90年代末的遥感资料结合地面调查为依据，滇黔桂三省区石漠化面积占总石漠化面积的84%，10 a来石漠化面积从8.29×104km2增加到1.05×105km2，平均每年增加1 650.26 km2，年平均增长率为2%[2]。云南省文山州砚山县2007年被列为国家100个重点石漠化治理县之一。自20世纪80年代以来,我国一些学者[3-6]针对南方岩溶石漠化的内涵、成因、分类、演化和治理等方面的问题做了大量研究，取得了许多成果。但目前石漠化治理的进展仍然比较缓慢，究其原因，一是石漠化环境非常脆弱，条件差，治理难度大；二是石漠化的发生与发展不仅与自然条件和生态环境有关,而且与经济发展和当地居民的生产与生活密切相关，涉及面广，需要科学合理的治理技术方法。本研究对砚山县石漠化区域植被进行了实地勘察，对石漠化区域人工植被恢复的物种配置方案进行研究，以期为恢复石漠化地区的生态服务功能、遏制水土流失提供技术支撑。

1砚山县自然概况

1.1　自然概况

砚山县地处云南省东南部，隶属文山壮族苗族自治州，属北亚热带季风气候区。其特点是气候温和，冬无严寒，夏无酷暑，雨量充沛，但分配不匀，干湿季明显。全县平均气温12.5～19 ℃，极端最高温33.2 ℃，极端最低温-7.8 ℃。平均降雨量840～1 400 mm，历年平均无霜期为300 d[7]。全境土壤有红壤、黄壤、紫色土、石灰岩土、水稻土等5个土类，11个亚类，17个土属，31个土种。土壤肥力较低，有机质含量贫乏，偏酸，耕作层较浅，氮、磷、钾含量少且不协调。

1.2　砚山县石漠化现状

砚山县地处滇东南岩溶高原中部，石灰岩分布广泛，岩石种类主要有碳酸盐岩。全县11个乡(镇)国土总面积为3 826.57 km2，岩溶土地面积1 944.25 km2，其中石漠化土地面积862.37 km2，占该县国土面积22.5%。全县范围均有岩溶地貌分布，其中平远、阿舍、维摩、江那、盘龙、阿猛、干河等7个乡镇是典型的石漠化地区，石漠化面积771.65 km2，占全县石漠化面积的89.5%。砚山县现有水土流失面积1 604.95 km2，占全县土地面积的41.53%，年侵蚀总量6.85×106t，年平均侵蚀深1.31 mm[7]，生态建设任务十分紧迫和艰巨。

根据国家林业局《西南岩溶地区石漠化监测技术规定》，依据基岩裸露的程度、裸岩结构、植被结构和覆盖率,将石漠化划分为6级[8],，砚山县每个等级特征及面积情况详见表1。

表1　砚山县石漠化等级特征

注：各等级石漠化面积数据来源于砚山县统计局。

2研究方法

2013年4月选取砚山县无明显石漠化、潜在石漠化、轻度石漠化3种不同程度石漠化区域进行样地调查。样地形状不限，依地形而定，每个区域设置样地3个，共设置样地9个，单个面积144 m2(12 m×12 m)。在每个样地内每木调查乔木、灌木，并分别设置面积为1 m2(1 m×1 m)的小样方，调查草本植物。在设置的群落样地内，用法瑞学派方法调查每个样方的植物种类、每种植物的存在度、生活型、多优度、群集度、高度及群落盖度。存在度用Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ，Ⅴ这5级表示。种的多优度用+～5共6级表示，群集度采用1~5级表示，生活型采用Raunkiaer系统表示。

然后计算存在度在4级以上的综合优势比，综合优势比=(盖度比+高度比)/2×100%，其中，盖度比=某一物种的盖度/样地中盖度最大的物种盖度×100%，高度比=某一物种的高度/样地中高度最大的物种高度×100%[9]。

3不同等级石漠化区域的群落结构及各植物种在群落中的地位

3.1　无明显石漠化区域的群落结构特征

3.1.1无明显石漠化区域群落由样方资料分析可知，无明显石漠化样地植物群落乔灌草分层明显，层间有藤本植物。所调查的3个样地共有47种植物，单个样地21～25种(表2—3)。从样地群落结构分析，乔木层主要由栓皮栎、槲栎、青冈栎和清香木4种构成，树高5～11 m，胸径在20～40 cm之间，层盖度40%～60%左右。灌木层种类组成繁多，主要由清香木幼株、青冈栎幼株、野花椒等组成，树高0.5～3 m，层盖度为20%～30%。草本种类较为丰富，主要由紫茎泽兰、牛筋草、毛蕨菜等组成，层高0.1～1.2 m,层盖度10%～20%。藤本植物物种组成较少且数量小，只有金银花、菝葜、常春藤和葛藤4种藤本植物，覆盖度1%～5%左右。几乎没有附生植物。

表2　无明显石漠化样地基本情况

表3　无明显石漠化各样地植物种特征

注：云南松(Pinusyunnanensis)、栓皮栎(Quercusvariabilis)、槲栎(Ouercusaliena)、清香木(Pistaciaweinmannifolia)、青冈栎(Glauca)、糙皮桦(Betulautilis)、臭椿(Ailanto)、堂梨树(Pyruspashia)、常绿蔷薇(Rosalongicuspis)、西南荀子(Chaenomelesmicrophyllus)、山茶(Camelliajaponica)、白牛胆(Inulacappa)、橄榄(Canariumalbum)、密蒙花(Buddleia)、云实(Caesalpinia)、白刺花(Whitetattoo)、野花椒(Zanthoxylumsimulans)、火棘(Pyracanthafortuneana)、平枝荀子(FlatsticksXunzi)、小叶朴(LobularPark)、墨荆树(Mexicoandwattle)、麻栎(Acutissima)、小叶榕(Ficusmicrocarpa)、茅草(Thatch)、苏门白酒草(Sumatranfleabane)、滇黄芩(Scutellariaamoena)、毛蕨菜(Pteridiumrevolutum)、土荆芥(Wormseed)、酢浆草(Oxaliscorniculata)、耳草(Hedyotisauricularia)、辣子草(Spicygrass)、小飞蓬(Smallcanadensis)、假臭草(Catariumgrass)、白背黄花稔(Sidarhoimbifolia)、狗牙根(Cynodondactylon)、臭灵丹(Laggerapterodonta)、斑鸠菊(Vernoniaesculenta)、牛筋草(Eleusine)、百倍铁线蕨(Hundredfoldmaidenhairfern)、三叶悬钩子(Rubusdelavayi)、紫茎泽兰(Eupatoriumcoelestrium)、火绒草(Leontopodiumleontopodioides)、彩页草(Carexcallitrichos)、野古草(Arundinellahirta)、金银花(Lonicerajaponica)、菝葜(Smilaxchina)、常春藤(Hederanepalensisvar. sinensis)、葛藤(Puerarialobata)；生活型T，H，Ch，Ph分别表示一年生植物、地面芽植物、地上芽植物和高位芽植物。种的多优度采用+~5共6级表示。群集度采用1~5级表示。下同。

3.1.2无明显石漠化样地存在度4级以上物种在群落中的地位从表2—3可以看出，在所调查的3个样地中，乔木层、灌木层和草本层的物种较为丰富，多优度—聚群度大多在+.1，1.1，2.2之间。从表4可以看出，存在度4级及4级以上的物种有8种，其中乔木层的综合优势比最高的是栓皮栎，其次是清香木和青冈栎，灌木层的综合优势比最高的是清香木，其次是野花椒，清香木为乔木幼株。

草本层的综合优势比最高的是紫茎泽兰，其次是牛筋草和毛蕨菜。进一步得出栓皮栎是建群种，野花椒、紫茎泽兰和葛藤分别是灌木层、草本层和藤本植物的优势种。

表4　无明显石漠化样地存在度4级以上物种综合优势比

3.2　潜在石漠化区域的群落结构特征

3.2.1潜在石漠化区域群落由样方资料可知,潜在石漠化样地没有高大乔木生长，有乔木幼株的分布，植物群落分层呈灌、草两层及藤本植物。所调查的3个样地共有29种植物，单个样地12～14种(表5—6)。从样地群落结构分析，灌木层与无石漠化地区相比物种组成较单一，主要由抗旱性较强的火棘、青冈栎、清香木等组成，树高0.5～3 m，层盖度为20%～30%。草本层相对较繁茂，拥有较多的物种，主要由茅草、紫茎泽兰、毛蕨菜等组成，层高0.1～0.5 m,层盖度10%～20%。藤本植物物种很少见，只有葛藤、常春藤和菝葜三种常见耐旱藤本，覆盖度1%～6%左右。几乎无附生植物。

3.2.2潜在石漠化样地存在度4级以上物种在群落中的地位从表5—6可以看出，在所调查的3个样地中，潜在石漠化样地没有高大乔木的生长，灌木层相对于无石漠化样地较单一，草本层的物种较为丰富，多优度—聚群度大多在+.1，1.1，2.2之间。藤本植物中葛藤的优势度—群聚度和存在度最高。从表7可以看出，存在度4级及4级以上的物种有7种，其中灌木层的综合优势比最高的是火棘，其次是青冈栎和清香木，青冈栎和清香木为乔木幼株。草本层的综合优势比最高的是茅草，其次是紫茎泽兰和毛蕨菜。进一步得出在潜在石漠化样地中火棘是灌木层的优势种，茅草是草本层的优势种。

表5　潜在石漠化样地基本情况

表6　潜在石漠化样地植物种特征

注：有关植物学名分别为：白栎(Whiteoak)，飞机草(Odorata)。

表7　潜在石漠化群落样地存在度4级以上物种综合优势比

3.3　轻度石漠化区域的群落结构特征

3.3.1轻度石漠化区域群落由样方资料可知,轻度石漠化样地也没有高大乔木生长，有乔木幼株的分布，植物群落分层呈灌、草两层及藤本植物，所调查的3个样地共有种19植物，单个样地9～11种(表8—9)。从样地群落结构分析，灌木层与无石漠化、潜在石漠化地区相比物种组成极为单一，主要由火棘、青冈栎、云实、清香木、野花椒等耐旱耐贫瘠的物种所组成，层高0.8～3 m，层盖度为10%～20%。草本种类较为丰富，主要由茅草、紫茎泽兰、肾蕨等组成，层高0.1～0.6 m,层盖度5%～10%。藤本植物物种很少见，仅有葛藤和菝葜两种常见耐旱藤本，覆盖度1%～5%左右。几乎无附生植物。

表8　轻度石漠化样地基本情况

3.3.2轻度石漠化样地存在度4级以上物种在群落中的地位从表8—9可以看出，在所调查的3个样地中，轻度石漠化样地没有高大乔木的生长，灌木层相对于无石漠化样地极为单一，草本层的物种数较少，多优度—聚群度大多在+.1，1.1，2.2之间。藤本植物中葛藤的优势度—群聚度和存在度最高。从表10可以看出，存在度4级及4级以上的物种有6种，其中灌木层的综合优势比最高的是火棘，其次是乔木幼株清香木和青冈栎。草本层综合优势比最高的是茅草，其次是紫茎泽兰和肾蕨。进一步得出轻度石漠化样地火棘是灌木层的优势种，茅草是草本层的优势种。

表9　轻度石漠化样地植物种特征

注：有关植物学名为：肾蕨(Pteridiumrevolutum)，蜈蚣蕨(PterisvittataL)。

表10　轻度石漠化群落样地存在度4级以上物种综合优势比

4石漠化区域植被修复的物种配置方案

4.1　石漠化区域群落演替规律

通过对3种不同程度石漠化样地的群落调查可以看出，无明显石漠化群落由乔、灌、草三层及藤本植物组成，潜在和轻度石漠化群落只有灌、草两层及藤本植物，3类群落垂直结构由复杂到简单，物种由丰富到稀少，层高度和层盖度也逐渐下降，呈现逆行演替的趋势。多年生草本植物茅草、紫茎泽兰和毛蕨菜和藤本植物葛藤作为耐旱耐贫的物种，在极强度石漠化阶段仍然保留，至到无明显石漠化阶段都属于草本层和藤本的优势种，对地被层的覆盖起着重要作用。灌木野花椒和火棘在调查的3类群落中一直以优势种或亚优势种的身份存在，只是所处的演替阶段不同，地位也不同。清香木和青冈栎作为无明显石漠化阶段乔木层的亚优势种，其幼株也是潜在和轻度石漠化阶段中存在度4级以上的物种，他们的存在对不同等级群落的构建起着重要的作用。以上这些物种除紫茎泽兰外均是研究区适生性较强的乡土物种，对决定群落动态演替起着决定性的作用，可以做为研究区人工植被恢复的物种。

4.2　植被修复方法和物种选择原则

通过对石漠化地区的调查分析发现，石漠化地区多为石灰岩山地，土层干旱瘠薄。无明显石漠化区域土层深厚，潜在石漠化和轻度石漠化区域土层相对较厚，中度、强度及极强度石漠化区域几乎被石灰岩所覆盖，只在岩石缝隙中残余有少量的土壤，只有极少耐瘠耐旱性较强的植物如(蕨类和杂草)能生长，且植株矮小。依据不同石漠化区域的环境特点，潜在石漠化区域可在封山育林的基础上任其自然修复，轻度至极强度石漠化区域应在人工覆土的基础上，实施人工造林或补种补植等人工修复。

考虑到人工修复的可操作性，及修复后的群落结构合理、物种丰富、系统稳定的成效，治理中物种选择应遵循6项原则: (1) 根系发达、生长快； (2) 适应性强、抗逆性好； (3) 优先选择固氮物种； (4) 尽量选择当地优良的乡土物种和先锋物种； (5) 种源易于人工繁殖,易栽易管； (6) 物种不仅经济价值高,还具有多功能效益[10]。

4.3　人工修复群落的物种配置方案

由于石漠化地区土地瘠薄且干旱，不利于乔本植物的快速成活生长，因此造林以根系发达的乡土灌木为主，遵循灌、草、藤混植原则。

为了提高群落物种多样性和水土保持效益，可依表4，7，10的分析结果及调查群落的演替规律，选用各调查群落优势种对各人工修复区域进行物种配置。 (1) 对于潜在石漠化区域，该区域土层相对较厚，分布有清香木、青冈栎等乔木幼株，灌木和草本生长较繁茂，其地表还有藤本植物生长，主要实施严封严管，避免人为干扰破坏，使其自然修复。(2) 对于轻度石漠化地区，该区域土层相对更为瘠薄，植物生长稀疏且灌木物种和数量都较单一，草本植物较多。该区域可在植被较为稀疏，具有一定厚度土层的地方按照乔灌草藤分别为20%，30%，30%，20%的比例人工补种乔木栓皮栎、清香木、青冈栎，灌木火棘和野花椒，草本茅草、牛筋草，及藤本山葡萄、金银花、葛藤等。(3) 对于中度、强度、极强度石漠化区域，水土流失严重，土壤极度贫瘠稀少，只有岩石缝隙中有少量土壤。这几类区域的治理，可以在岩石间有土壤的地方按灌草藤分别30%，30%，40%的比例进行人工补种灌木火棘、野花椒，草本植物茅草和牛筋草，藤本植物山葡萄、金银花、葛藤等。在没有土壤的岩石缝隙间、地形低洼地带及坡度平缓的地方，先进行人工覆土，然后再人工种植如上灌草藤植物。对于人工更新难度较大、采用工程措施成本较大的区域实行封山育林，强封严管，同时采取人工撒播或飞播草籽以促进恢复。各等级石漠化区域植被恢复的具体物种配置方案详见表11。

表11　砚山县石漠化人工恢复群落物种配置

5结 论

在众多的生态恢复措施中，植被既可以保存或恢复土壤生物肥力，固定土壤，减少对表土的破坏，避免土壤营养盐流失污染地表水，又能改善环境，增加经济收入，体现出较强的生态、社会和经济价值，从而成为治理石漠化区域水土流失的一项根本性措施。

本研究通过对研究区不同等级石漠化区域进行实地调查，选取尚有相对丰富物种生长的无明显石漠化、潜在石漠化和轻度石漠化3类小区域做了详细群落结构调查和物种分析。结果表明，清香木、火棘、野花椒、葛藤等都是该地区抗逆性强的乡土物种，且均为各层优势种，具有极为重要的生态价值和经济价值。结合当地实际情况，用这些优势植物并结合引进物种山葡萄来进行石漠化山地乔灌草藤搭配的人工植被修复的物种配置，以逐渐恢复石漠化地区的生态服务功能，重建良性生态系统。

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Species Configuration for Vegetation Restoration of Rocky Desertification Area in Yanshan County of Yunnan Province

ZHAO Minhui, LU Yan, WANG Ting, LU Guiwen

(CollegeofResourcesandEnvironment,YuxiNormalUniversity,Yuxi,Yunnan653100,China)

Abstract：[Objective] This article aims to put forward a reasonable scheme on species configuration of artificial vegetation in rocky area, which is expected to be a technical support for restoring ecological systems and preventing water and soil loss. [Methods] According to the investigation on different grade vegetation in rocky desertification areas of Yanshan County of Yunnan Province, three types of species, which grow in the no rocky desertification, potential rocky desertification and mild desertification, are selected, and the community structure feature and their status in the community are analyzed. [Results] The dominant species in the different community are all recognized, such as Pistacia weinmannifolia and Quercus variabilis of arborous layer, Pyracantha fortuneana and Zanthoxylum simulans of shrub layer，Thatch of herb layer， Pueraria lobata of vine. They had an extremely important ecological and economic value. [Conclusion] According to the local condition, we proposed a reasonable species configuration scheme which combines the local dominant species of each layer and introduced species, such as Vitis amurensis by mixing mountain grass and shrub in the rocky desertification mountain.

Keywords:Yanshan County; rocky desertification; artificial vegetation restoration; species configuration

文献标识码：A

文章编号：1000-288X(2015)02-0319-07

中图分类号：Q89

收稿日期：2014-02-17修回日期：2014-03-18