不同土地利用方式对三峡库区消落带植被组成和多样性的影响

通讯作者：张晟(1971—)，男，重庆人，研究员，博士，主要从事生态与环境研究，E-mail：shengzsts@126.com

不同土地利用方式对三峡库区消落带植被组成和多样性的影响

王业春，黄健盛，刘玠，由永飞，刘建辉，雷波, 张晟

(重庆市环境科学研究院， 重庆401147)

摘要：选择农业种植(玉米)和造林(竹柳)两种不同土地利用方式，探讨其对三峡库区消落带植被组成和多样性的影响。结果表明：(1)造林地消落带植被的物种数量、平均高度和生物量显著高于农业种植；(2)造林地消落带优势种依次为狼杷草、空心莲子草和苍耳，而农业种植优势种依次为马唐、雾水葛和叶下珠；(3)Simpson指数、Shannon-Wiener指数和Pielou指数在造林地和农业种植之间并没有显著差异，但造林地Patrick指数明显高于农业种植。不同土地利用方式显著地影响着消落带植被群落基本特征及多样性，差异主要与农业种植的人工干扰(除草)和造林对消落带微生境(光照、温湿度等)改变有关。相对传统农业种植，人工造林地消落带有着较高的物种数量和生物多样性。

关键词：土地利用；消落带；植被群落；多样性；三峡库区

作者简介：王业春(1980—)，男，湖北人，高级工程师，博士，主要从事生态与环境研究，E-mail：wangyechun@yahoo.com

中图分类号：X171.4

收稿日期：2015-03-01

DOI: 10.14068/j.ceia.2015.04.018

三峡大坝2009年全面建成并投入运行，并于2012年10月成功实现了175 m最高目标水位。因防洪、航运和发电等需求，三峡水库实行“蓄清排浊”的调度模式，即夏季低水位(145 m)和冬季高水位(175 m)运行，在库区两岸形成了与天然河流涨落季节相反、涨落幅度达30 m，面积约 344 km2的消落带[1]。消落带是受水陆交替控制或影响的过渡地带，是一种特殊的湿地生态系统。鉴于三峡水库的战略地位与作用，库区消落带的生态与环境得到了国内外的广泛关注[2-3]。由于消落带成陆期与库区夏秋季的光、热、雨资源集中期同步，使得水库消落带的土地资源具有较高的生产潜力和多种利用功能[4]。因此，在实现消落带生态保护的前提下，如何进行土地资源的合理利用已成为当前及未来研究的焦点之一。

目前，对于三峡库区消落带土地资源的利用总体上可以归纳为两种模式：一是以当地居民为主的农业生产模式，主要种植当季的玉米和水稻；二是以科研为目的的人工湿地及造林试验性保护利用模式，如基塘工程、沧海桑田工程、造林等[5-6]。本研究选择了两种不同的土地利用方式，探讨其对消落带植被组成、结构和多样性的影响，以期为三峡库区消落带的土地资源保护、利用和管理提供科学依据和支持。

1研究方法

1.1　 研究区概况与不同土地利用方式消落带的选择

研究区位于重庆市涪陵区南沱镇，地处长江上游、重庆市东部及三峡库区腹地。地形受地质构造影响和长江、乌江水系的切割，相对高差大。涪陵区属于中亚热带湿润季风气候，常年平均气温18.1℃，年均降水量为1 072 mm，无霜期317 d，日照1 248 h。

在研究区域内存在两种不同的消落带土地利用方式，即农业种植(玉米地)和造林(竹柳林)。考虑地形地貌特征、蓄水前土地利用历史等相似性，本研究消落带样点位于南沱镇睦和村。不同土地利用方式的消落带基本特征如表1所示。其中造林地造林树种为竹柳，是一种原产于美国的速生性经济树种。采用基径为2.5～4.0 cm、高为2.5 m树苗，在170～175 m水位高程进行栽植，株行距为2.5 m×2.5 m，造林密度约110株/亩。

表1　消落带的基本情况

1.2　植物群落调查

植被群落野外调查于2014年8月进行。首先在每个不同土地利用类型消落带内沿河流方向设置一条160 m的样线，然后等距离布置16个1m×1 m草本样方，用于群落调查。由于蓄水前人为清库，消落带175 m以下乔木和灌木已被清除，目前消落带(或竹柳林下)内基本为草本植物，所以野外植被调查只涉及草本。调查样方内植物总盖度、植物物种名、密度、物种盖度、高度等，随后对样方内所有植株地上部分进行刈割，称量其鲜重，取全部或部分鲜样带回实验室。

1.3　多样性指数计算 [7]

(3)Pielou均匀度指数：E=H/ln(S)

(4)Patrick丰富度指数：R=S

式中，Pi为物种i的重要值；S为物种数目；i=(相对盖度+相对密度+相对频度)×100/3。

1.4　样品处理

将带回的植物样品采用烘干法(75℃，48 h)，测定其干重后推算样方草本地上生物量干重。

1.5　数据的统计与分析

不同土地利用方式消落带植被群落基本特征(物种数、盖度、高度、生物量、物种重要值)和多样性指数的差异分析采用非参数的两两比较，所有统计分析均在SPSS 17.0进行处理。

2结果与分析

2.1　 群落基本特征

从图1可以看出，除了植被盖度外，其他参数在不同土地利用方式中存在着明显差异。其中，造林消落带植被的物种数量、高度和生物量分别为30±3.1个、0.74±0.08 m和2.1±0.2 kg/m2，显著高于农业种植17±4.5个、0.49±0.02 m和1.0±0.05 kg/ m2(P<0.05)。

研究结果表明造林地消落带植被物种数量、高度和生物量明显高于传统农业种植。这与其他造林和农业利用对植被群落基本特征影响的研究结果相似[8-9]。造成这种差异的原因可能主要来自两个方面：一是造林后，土地利用方式发生根本性的改变，其中人工除草(包括除草剂和人工剔除)干扰活动停止，这有利于土壤种子库植物的萌发、生长和繁殖，导致更多物种存在；二是造林消落带生态系统的微环境(光照、温湿度和土壤湿度)改变明显，有利于更多的物种共同存在，其中光照强度在一定程度上的减弱，使得植株的平均高度明显增加，这也能部分解释造林地植被的高生物量。

2.2　物种重要值

表2为重要值在前十的物种名录及重要值，可以看出不同土地利用类型的优势物种明显不同。农业种植消落带优势种依次为马唐(22.1)、雾水葛(19.8)和叶下珠(10.3)，而造林地消落带优势种依次为狼杷草(23.4)、空心莲子草(15.8)和苍耳(11.3)。两种土地利用类型植被优势物种(前十)相似度仅为30%(表2)。从表2可以看出，农业种植和造林对消落带优势物种的重要值有着明显影响。禾本科植物马唐为农业种植中的第一优势物种，显然与其快速生长及抗干扰特征有关，而造林中优势物种为狼杷草、空心莲子草和苍耳，这与其他区域(自然恢复)研究结果相近[10]，这意味着造林的优势物种组成和自然恢复的相似。

表2　不同土地利用消落带植物群落优势物种重要值

2.3　群落多样性

图2为不同土地利用类型植被群落多样性指数，可以看出Simpson指数、Shannon-Wiener指数和Pielou指数在农业种植和造林地之间并没有显著差异(P>0.05)，但造林地Patrick指数明显高于农业种植(P<0.05)。其原因同样与农业种植的人工干扰和造林对消落带微生境的改变有关。同时，群落多样性增加有利于增强其稳定性，也有助于发挥其生态功能，这对于三峡库区消落带这一敏感区来说至关重要。

图1　不同土地利用消落带植物群落基本特征 Fig.1　Basic characteristics of plant community in riparian zone with different ways of land use

图2　不同土地利用消落带植物群落生物多样性指数 Fig.2　Diversity indices of plant community in riparian zone with different ways of land use

3结论与建议

(1)在本研究区域，三峡库区不同土地利用方式消落带生态系统植被群落组成和多样性存在明显差异。造林地消落带物种数量、平均高度、生物量和Patrick多样性指数明显高于传统农业种植的玉米地消落带；同时优势物种也存在明显不同，其中农业种植消落带优势种主要为马唐、雾水葛和叶下珠，而造林地消落带为狼杷草、空心莲子草和苍耳。群落基本特征、重要值及多样性的差异主要与农业种植的人工干扰(除草)和造林对消落带微生境(光照、温湿度等)的改变有关。

(2)相对传统农业种植，造林有助于恢复消落带的生物多样性，有利于恢复消落带生态系统的稳定性，从而间接提高消落带生态功能(如水土保持、减污去污等)，这对于三峡库区生态环境保护至关重要。因此，在一定程度上，可以考虑将竹柳人工造林作为保护和利用消落带土地资源的一种有效方式进一步运用到三峡库区消落带。

(3)消落带植被群落组成和多样性是一个动态的过程，且会随着土地利用方式的改变而变化。因此，需要进一步加强对不同土地利用方式消落带植被群落特征的动态跟踪研究，以期得出更为科学和可靠的结果从而为消落带的土地资源保护、利用和管理提供科学依据和支持。

参考文献(References)：

[1]雷波, 杨春华, 杨三明, 等. 基于GIS的长江三峡水库消落带生态类型划分及其特征[J]. 生态学杂志，2012, 31(8): 2 082-2 090.

[2]Zhang Q F, Lou Z P. The environmental changes and mitigation actions in the Three Gorges Reservoir region, China [J]. Environmental Science and Policy, 2011, 14(8): 1 132-1 138.

[3]Wu J G, Huang Han J H, Gao X M,etal. The Three Gorges Dam: an ecological perspective [J]. Frontiers in Ecology and the Environment, 2005, 2(5): 241-248.

[4]苏维词, 杨华, 赵纯勇, 等. 三峡库区(重庆段)涨落带土地资源的开发利用模式初探[J]. 自然资源学报, 2005, 20(3): 326-333.

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[6]张艳婷, 张建军, 吴晓洪, 等. 长江三峡库区消落带中山杉耐淹试验[J]. 中国水土保持科学, 2015, 13(2): 56-57.

[7]方精云, 沈泽昊, 唐志尧, 等. 中国山地植物物种多样性调查计划及若干技术规范[J]. 生物多样性, 2004, 12(1): 5-9.

[8]王世昌, 卢爱英, 王世俗. 山西省偏关县退耕还林地物种多样性及保护[J]. 山西林业科技, 2006, 35(4): 33-35..

[9]王珠娜. 三峡库区秭归县退耕还林工程生态效益计量评价研究[D]. 海口: 华南热带农业大学, 2007.

[10]王强, 袁兴中, 刘红, 等. 三峡水库初期蓄水对消落带植被及物种多样性的影响[J]. 自然资源学报, 2011, 26(10): 1 680-1 693.

Effects of Different Types of Land Use on Vegetation Composition and

Diversity of Riparian Zone in the Three Gorges Reservoir Area

WANG Ye-chun, HUANG Jian-sheng, LIU Jie, YOU Yong-fei, LIU Jian-hui, LEI Bo, ZHANG Sheng

(Chongqing Academy of Environmental Science, Chongqing 401147, China)

Abstract:Agriculture (Corn) and afforestation (Willow bamboo) were selected to explore effects of different types of land use on vegetation composition and diversity of riparian zone in the Three Gorges Reservoir area. Results show that: first, the number of species, mean height and biomass of vegetation in afforestation sites were significantly higher than those of Agriculture sites; second, plant community was dominated by Bidens tripartite, Alternanthera philoxeroides and Xanthium sibircum in afforestation sites，while Digitaria sanguinalis, Pouzolzia zeylanica and Phyllanthus urinaria were dominant species in agriculture sites; third, no significant differences in Simpson index, Shannon-Wiener index and Pielou index were found between the two types of land use, but Patrick index in afforestation sites was obviously higher than that in agriculture sites. Different ways of land use significantly affect the basic characteristics of the vegetation community and diversity, which was attributed to artificial interference (weed control) in agricultural activities and the change of micro habitat (light, temperature and humidity, etc.) by afforestation. Compared with agriculture, artificial afforestation was a good way to improve the plant diversity of riparian zone.

Key words: land use; riparian zone; plant vegetation; diversity; Three Gorges Reservoir Area