汶川地震灾区自然植被恢复的先锋植物特征分析

张 翔,王庆安,方自力,佘红英

(四川省环境保护科学研究院,四川成都 610041)

汶川地震灾区自然植被恢复的先锋植物特征分析

张 翔,王庆安,方自力,佘红英

(四川省环境保护科学研究院,四川成都 610041)

汶川地震;植被恢复;先锋植物;植物区系;入侵植物

对栖息在汶川地震极重灾区部分滑坡、崩塌、泥石流等灾害体上的先锋植物的组成特征、区系成分、扩散途径和入侵植物的入侵风险进行了分析,结果表明:目前在该区域的灾害体上栖息的先锋植物有 52种,隶属 21科49属,以易于通过风媒传播的菊科和禾本科植物为主;先锋植物的植物区系结构与该地区原有的植物区系结构基本相同;在目前的先锋植物中有 7种入侵植物,均为农田恶性杂草,会对灾害体的自然恢复产生一定的影响。

发生在2008年5月 12日的汶川大地震在给灾区广大人民群众的生命财产造成巨大损失的同时,也给当地生态环境和水土保持设施造成了极大的破坏[1-5],生态恢复成为灾后恢复重建工作的重要组成部分[6-7]。遭到破坏的生态系统的植被恢复是恢复生态学研究的首要问题,几乎所有的自然生态系统的恢复都是以植被的恢复为前提的。植被恢复主要有自然恢复与人工恢复两大途径,多数学者认为汶川地震灾区植被恢复应该以自然恢复为主[6-7],而且在植被恢复过程中应以本地物种为主,尽量避免使用外来种造成生物入侵。另外,在植被恢复过程中,要同时考虑植物区系的结构,否则植被的恢复将是不彻底的,恢复的系统可能是不健康的,系统的固有功能和生态服务特性可能不会完全释放出来,最终将难以真正稳定和持久[8]。

根据民政部等 5部(委、局)发布的《汶川地震灾害范围评估结果》,汶川县、茂县、都江堰市、彭州市、什邡市、绵竹市、安县、北川县、平武县、青川县 10个县(市)为汶川地震极重灾区[5]。该区域处于华西雨屏带的北端,是我国生物多样性保育的重要区域[9],有丰富的植物资源和较好的水热条件,地震造成的灾害体上植被自然恢复迅速[6,10]。我们在野外调查和资料对比的基础上,对灾害体上先锋植物的组成、区系、恢复途径和入侵植物的威胁进行了分析,以期为灾区的生态恢复和生态管理提供一定的理论依据。

1 研究区域与研究方法

1.1 研究区域概况

汶川地震极重灾区 10个县(市)位于四川盆地西北部与青藏高原东缘的过渡地带,地理位置为 E102°49′— 105°38′、N30°45′— 33°03′,总面积 26 410 km2,呈西南—东北条带形状分布,两端最长距离约 350 km,人口总计 366.7万人。该区域海拔跨度和地形起伏度大,地貌类型多样,垂直带谱明显,高山深谷、丘陵平坝俱全,以山地为主,分属岷山山系和邛崃山系。

该区域属北亚热带山地湿润季风气候区,受地理位置和地形地势的影响,区域气候垂直变化明显,气候随高度和坡向的不同而发生变化。东北部(平武、北川、青川)年平均气温 15℃左右,1月平均气温 5.3℃,7月平均气温 24.8℃,≥10℃年活动积温 4 600℃左右,年均无霜期 250～280 d,年均降水量 866～1355 mm,年平均相对湿度70%左右。西南部年平均气温 11.5～16.3℃,1月平均气温 5℃,7月平均气温 24℃,年均无霜期 220～300 d,年均降水量 486～1 419mm,年日照时数1 058～1 693h。

汶川大地震造成大面积的滑坡、崩塌和泥石流等地质灾害,使大面积的植被遭到严重破坏,也造成了严重的水土流失。根据遥感分析,10个极重灾区县(市)震后水土流失面积共增加 6 139.87 km2,耕地损失 56.93 km2,林地损失 946.46 km2,草地损失148.21 km2。

1.2 研究方法

1.2.1 野外调查

2009年 3— 6月,我们对汶川地震极重灾区 10个县(市)部分大型地质灾害发生地附近的原有植被和灾害体上植被的自然演替状况进行了样方调查,调查点分布见图 1。调查内容包括样方内各物种的种类、盖度、密度、高度等指标。

1.2.2 资料分析

植物科属统计:蕨类植物以秦仁昌系统统计,被子植物以恩格勒系统第 12版进行统计。

属的分布区类型:根据吴征镒(1991年)划分分布区类型系统[11]进行分析,并参照马丹炜等[12]对都江堰市青城山(E 103°35′、N 30°54′)和谢大军等[13]对平武县宽坝林场(E104°19′、N 32°12′)的植物区系的分析进行了对比研究。

入侵植物统计:参照李振宇、解焱《中国外来入侵种》[14]一书进行统计。

图1 汶川地震极重灾区野外调查点分布

2 恢复植物物种组成与植物区系分析

2.1 恢复植物物种组成

根据本次调查与统计分析,目前在汶川地震极重灾区各种灾害体上共分布有 52种先锋植物,隶属 21科 49属,其中蕨类植物 3种,隶属 2属、2科,其余均为被子植物。在被子植物中,以菊科(Asteraceae)种数最多,有 14种,占总数的 26.92%;其次是禾本科(Gramineae)6种,占 11.54%;蔷薇科 (Rosaceae)4种,占7.69%;十字花科(Cruciferae)4种,占 7.69%;伞形科(Umbelliferae)3种、荨麻科(Urticaceae)3种,各占 5.77%;凤尾蕨科(Pteridaceae)和百合科(Liliaceae)各 2种,其余的均为单科单种。

从生活型上分析,一、二年生草本植物 20种,占 38.46%;多年生草本植物 23种,占 44.23%;灌木幼苗 9种,占 17.31%;暂时无乔木分布。灾害体上植被覆盖度较低,以草本植物为主,自然演替处于一、二年生草本植物向多年生草本植物演替的阶段。

2.2 植物区系分析

植物区系是植物界在一定的自然地理条件下,特别是在自然历史条件综合作用下发展演化的结果。从种子植物属的分布区来看(表 1),汶川地震极重灾区先锋植物中热带分布型占 38.23%、温带分布型占 58.83%、中国特有占 2.94%,即该区域先锋植物的区系以温带分布型为主,热带分布型占一定的比例。这与同处该区域的青城山(热带型占 45.73%,温带型占 50.84%)和宽坝林场(热带型占 34.54%,温带型占 62.28%)地震前的研究结果是一致的。

在热带分布型中,先锋植物属的分布区类型以泛热带分布及其变型为主,占 17.65%,青城山该类型占 18.28%,宽坝林场占 16.31%。在温带分布型中,北温带分布及其变型占 35.29%,青城山和宽坝林场也以该类型为主,分别占 19.42%和 27.33%。汶川地震极重灾区先锋植物属的分布组成与该地区的原有植物区系属的分布组成表现出较高的一致性。

植物区系是自然地理环境的反映和环境变迁的见证或依据[15]。地震使自然环境发生了巨大的改变,但是从区系组成的对比分析看,先锋植物的区系结构与该区域原有的植物区系结构基本相同,表明植被自然恢复过程中的自然演替不会改变该地区的植物区系结构。

表 1 汶川地震极重灾区自然植被恢复中先锋物种属的分布区类型及同区域震前植物区系属的分布区类型(种子植物)

3 自然恢复途径分析

从调查结果来看,在汶川地震及其次生灾害造成的灾害体上的先锋植物以本土物种为主,主要是灾害体周边植物在外力作用下的自然扩散,有如下几个途径。

3.1 依靠风媒传播

灾害体上的先锋植物都可以在灾害体周围找到,并且以菊科和禾本科的草本植物为主,这两科的植物种子很小,极易被风吹动传播,而且菊科植物的种子有宿存的冠毛可以随风等媒介传播很远。另外,蕨类植物节节草在灾区的灾害体上有极为广泛的分布,也是主要依靠风媒的作用将孢子传播到灾害体上。这与由其他原因造成的生态破坏区域的植物演替过程是一样的[16]。

3.2 依靠被损害植物的地下部分繁殖

在一些泥石流或崩塌体形成的灾害体上,虽然大部分原有植物的地上部分已经被覆盖,但是仍有部分植物的地下部分具有繁殖能力,在被翻到地表后可以重新长出新芽。这些植物主要以多年生草本和灌木为主,如箭竹、马桑等。

3.3 依靠土壤种子库繁殖

土壤种子库是指存在于土壤上层凋落物和土壤中全部存活种子的总和,是退化生态系统自然恢复的一种重要的自然力[17]。地震造成灾区大面积的崩塌、滑坡、泥石流等灾害,灾害体上大部分原有的表层土被掩埋,现以裸岩和生土出露为主,土壤中的种子极少,但是仍有部分受破坏小的灾害体,尤其是泥石流形成的灾害体,能依靠土壤种子库进行自然恢复。

3.4 依靠动物传播

地震灾区动物多样性丰富,植物可以通过鸟类、啮齿类的取食和一些大型兽类的皮毛携带进行传播。从本次调查来看,在灾害体上极少看到易于动物传播的植物的幼苗,但是在长期的恢复过程中,动物传播会对一些灌木和乔木的传播起到重要的作用[18]。

4 入侵植物的入侵风险分析

植物的入侵主要取决于两个方面:入侵植物本身的特点和被入侵生境的特点。汶川地震极重灾区处于四川盆地农耕区向川西高原的过渡地区,具有丰富的生物多样性,同时也具有极大的生态脆弱性。本次调查在灾害体上共发现入侵植物 7种,占总数的 13.46%。

4.1 灾害体原有植被被破坏,给入侵植物提供了可乘之机

该区地震前一直是地质灾害多发区域,森林、草地、灌丛及河流等自然生态系统极易遭受破坏,抗御能力较差,并很难恢复,尤其是岷江干旱河谷区域,土壤侵蚀严重,生态系统保水保土能力弱,再加上该地区的农耕区域土地退化严重,人均耕地少,土地过垦、过牧和退化现象比较严重,土地生产力不高,农牧业生态系统脆弱,因此整个区域属于生态脆弱区域。汶川大地震后,地质灾害导致原有生态系统遭到破坏,生境破碎化加重,大量生土裸露形成次生裸地,为入侵植物提供了足够的可利用资源(包括土壤、光照和水分)[5]。

4.2 入侵植物本身具有极强的入侵性和适应能力

目前在地震极重灾区的灾害体上发现的入侵植物有野胡萝卜(Daucus carota)、婆婆纳(Veronica polita)、空心莲子草(Alternanthera philoxeroides)、小飞蓬(Conyza canadensis)、一年蓬(Erigeron annuus)、三叶鬼针草(Bidens pilosa)和辣子草(Galinsoga parviflora),均为农田恶性杂草,并且以菊科植物为主,具有极强的入侵能力、适应能力和繁殖能力。在自然恢复初期,入侵植物可能会继续扩大规模,占据灾害体上栖息植物的主体。

调查发现,有入侵植物的灾害体主要分布在离农耕区较近的区域,远离农耕区、受人为影响较小的灾害体上暂时无入侵植物发现。但是随着各项灾后重建项目的进行和人为活动范围的加大,灾区入侵植物的种类和范围也将加大,除了上述 7种已经发现的入侵种外,在该区域和周边区域大量分布的波斯菊(Cosmosbipinnatus)、万寿菊(Tageteserecta)、土荆芥(Chenopodium ambrosioides)、野茼蒿(Crassocephalum crepidioides)等入侵物种也将会对灾害体的自然恢复造成影响。

5 结论与建议

植被恢复是汶川地震灾后水土保持、生态恢复重建的核心,这既是一种治理手段,也是一种治理过程和目标,最终目的是恢复原有天然植被结构组分和谐的生态关系。从调查结果来看,汶川地震极重灾区由地震及其次生灾害引发的灾害体上植被自然恢复迅速,目前有先锋植物 52种,处于由一、二年生草本植物向多年生草本植物演替的阶段,以菊科和禾本科植物为主,主要是灾害体周边的本地物种在风媒等外力作用下的自然扩散。先锋植物的区系结构与原有植物的区系结构基本相同。入侵植物会对灾害体的自然演替造成一定的影响,目前已经发现7种入侵杂草。

汶川地震极重灾区面积较大,生态系统类型及其受破坏程度多样,因此在汶川地震灾区灾害体的生态恢复和生态管理过程中应该因地制宜,采取不同的方式,并且应尽量以自然恢复为主,以减少人为影响,减少入侵植物入侵的几率。需要人工恢复的灾害体应该以本土物种为主,短时间内可以引种一些驯化较好的草坪草治理水土流失,但是应该注意加强生态管理,注重本土物种与外来物种的更替与控制入侵物种的入侵。

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X171.4

A

1000-0941(2011)04-0047-04

全球环境基金(GEF)四川汶川地震灾区恢复与重建中生物多样性保护应急对策项目(PIMS 4187-07)

张翔(1982—),女,四川遂宁市人,硕士,现主要研究方向为生态规划与生态恢复。

2010-11-20

(责任编辑 徐素霞)