三峡水库自然修复消落区适宜植物青蒿时空变化——以重庆市万州区新田镇谭绍村为例

郝艳龙 ，高 芳 ，刘正学 ，秦洪文 ，李 新 ，刘小莉 ，梁森林

（1.重庆三峡学院 环境与化学工程学院，重庆 404100；2.重庆三峡学院 三峡库区水环境演变与污染防治重庆高校市级重点实验室，重庆 404100；3.重庆三峡学院 生命科学与工程学院，重庆 404100）

三峡水库自然修复消落区适宜植物青蒿时空变化
——以重庆市万州区新田镇谭绍村为例

郝艳龙1，2，高 芳1，2，刘正学1*，秦洪文3，李 新1，2，刘小莉3，梁森林3

（1.重庆三峡学院 环境与化学工程学院，重庆 404100；2.重庆三峡学院 三峡库区水环境演变与污染防治重庆高校市级重点实验室，重庆 404100；3.重庆三峡学院 生命科学与工程学院，重庆 404100）

采用典型植被随机样方法，对三峡水库自然消落区植被青蒿进行物种数量、盖度、多度等生态指标调查。运用统计学软件对其时空变化趋势进行描述统计。结果表明：（1）年际变化：2013-2015年青蒿物种数量和重要值都处于相对稳定状态；（2）高程变化：165~175 m高程的青蒿物种数量和重要值显著高于145~155 m、155~165 m和175~185 m未淹区段对照高程的物种数量和重要值，青蒿在165~175 m高层表现出较好的发展潜力；（3）可在165~175 m高程播种青蒿种子对消落区进行人工植被修复。

三峡水库；自然消落区；青蒿；时间变化；空间变化

三峡水库建成后，原河岸302.0 km2[1]，垂直落差30 m的陆地生态系统转变成周期性 “水淹-成陆”的湿地生态系统[2-3]（水库消落区）。多数原陆生植物因不适应新环境而被迫选择性消亡，植被受到较大程度的损伤[4-5]，生态服务功能下降[6-8]。消落区植被一直是国内外相关研究的主要内容之一。季节性水淹是消落区植被面临的主要威胁。消落区植物能否有效繁殖则是水淹耐受性强的植物物种能否长期占有生境和扩展生境的关键[9-10]。

青蒿 （Artemisia carvifolia）为菊科一年生草本植物，在三峡库区有广泛分布。2015年10月5日，中国女科学家屠呦呦因其青蒿素研究成果，获得2015年诺贝尔生理学或医学奖[11]。青蒿素类药物毒性低、抗虐性强，被WTO批准为世界范围内治疗脑型疟疾和恶性疟疾的首选药物[12-14]。现已合成多种衍生物，如双氢青蒿素、蒿甲醚、青蒿琥酯等[15-17]。本文选用青蒿作为研究对象，在三峡水库自然消落区进行实地调查，探索其年际演替趋势，对其生活史各主要阶段在三峡库区消落区极限条件下的适应机制开展研究，以期为青蒿在消落区植被修复与重建中应用推广提供科学依据。

1 研究区域及研究方法

1.1 研究区域概况

新田镇谭绍村位于重庆市万州区，地理坐标为：30°43'03.80"N~30°43'03.32"N，108°25'39.85"E~108°25'34.21"E。该区域属亚热带季风湿润气候。四季分明，春早，气温回升快而不稳定；夏热，多伏旱；秋长，多阴雨；冬暖，多雾、少霜雪，无霜期约345 d；全年气候温和，雨量充沛，年平均降雨量约1 227.9 mm，平均气温18.1℃，年平均日照时数1 484.4 h，适合多种农作物生长及多种动物养殖。地貌属低山丘陵地貌，41°坡度，出露地层的地质年代多属中生代三叠纪和侏罗纪，形成时间距今2.3亿~1.37亿年；地质构造线，属四川沉降褶皱带。三峡水库蓄水淹没前，该区域主要为耕地示范区，坡地土壤以黄壤、黄棕壤、紫色土、沙土为主，土层厚度20~50 cm；消落区及其上缘耕地主要种植粮食和经济作物，以水稻、玉米、小麦、马铃薯等为主，局部区域分布有狗牙根、香附子、水蓼、虎杖、苍耳、鬼针草、马唐、狗尾草等草本植物。

注：图中3种图形均表示不同样地下取样点。

1.2 研究方法

采用典型植被随机抽样方法。于每年春季 （4月）、夏季 （7月）、秋 （9月）和冬季 （翌年1月），在上述自然修复消落区内，根据海拔高程连续划分，将消落区划分为145~155 m、155~165 m和165~175 m 3个区段，以175~185 m （ck）未淹区段作为对照区段。分别调查样方内青蒿的数量、多度、密度、物候期等指标，根据调查指标计算物种重要值。

1.3 数据统计与分析

用统计分析软件SPSS 20.0进行实验数据的处理和分析。采用单因素方差分析 （one-way ANOVA）分析青蒿各生态学指标，用Duncan多重比较 （Duncan’s multiple range test）判断实验数据之间的差异显著性。运用公式 （1）估算重要值IV。

重要值IV=（相对多度+相对盖度）/2（1）

式中：重要值为表示某个种在群落中的地位和作用的综合数量指标；相对多度为群落中某一物种的多度占所有物种多度之和的百分比；相对盖度为某一物种的分盖度占所有物种分盖度之和的百分比。

2 研究结果

2.1 季节动态

干湿循环下，由于水、热状况及其季节变化与群落生长发育的节律变化，青蒿物种数量、多度、盖度及物候期等生态学指标随之产生差异。

2.1.1 物种数量的季节性变化

2013年、2014年和2015年青蒿物种数量在春、夏、秋和冬季之间差异不具有统计学意义 （表1）。在消落区刚出水的冬季，依靠种子繁殖的一年生物种青蒿种子在低温下不能萌发[18-20]；春季回温，青蒿种子开始萌发[21-22]，达到一年生数量的最高值。夏季，消落区完全出露，草本植物正处于生长季节，常见杂草稗、水蓼和狗尾草的种子在适宜环境 “爆发式”萌发，快速占据生存空间，抢占青蒿的生态位，青蒿物种数量较春季有所下降。秋季，自然消落区优势物种稗已逐渐完成生活史，植株逐渐死亡，部分青蒿种子开始第二次萌发，物种数量有所上升。

表1 2013、2014和2015年青蒿物种数量四季变化Table 1 Seasonal variations in the number species of Artemisia carvifolia in 2013，2014 and 2015

2.1.2 重要值的季节变化

重要值是研究某个种在群落中地位和作用的综合数量指标，能够在一定程度上反映物种在群落中的地位。

2013年、2014年和2015年青蒿重要值，在春季、夏季、秋季和冬季之间差异不显著 （图2-图4）。说明青蒿在群落中的地位较为稳定，季节变化不是影响该群落在消落区生长的主要因子。

图2 2013年青蒿重要值四季变化Fig.2 Seasonal variations of the important value for Artemisia carvifolia in 2013

2014年青蒿重要值四季变化Fig.3 Seasonal variations of the important value for Artemisia carvifolia in 2014

图4 2015年青蒿重要值四季变化Fig.4 Seasonal variations of the important value for Artemisia carvifolia in 2015

2.2 空间变化

三峡水库消落区不同高程具有不同的群落信息，且植被生长发育的节律变化也不相同。水文剧烈改变，夏季高温和短期洪水是影响不同高程植被区系的重要因子。青蒿在不同高程的物种数量、多度、盖度及物候期等生态学指标表现出差异。

2.2.1 数量的空间变化

2013和2015年，青蒿物种数量表现出的趋势是，在145~155 m、155~165 m、165~175 m和对照四个高程之间差异不显著，2014年，青蒿物种数量表现出的趋势是：165~175 m高程显著高于145~155 m、155~165 m和对照高程 （表2）。2013-2015年青蒿物种数量空间变化的总体趋势是：165~175 m高程高于145~155 m、155~165 m和对照高程，青蒿在165~175 m高程数量最多，表现出较好的发展潜力。

表2 2013年，2014年和2015年青蒿物种数量高程变化Table 2 Altitude variations of the variety species for Artemisia carvifolia in 2013，2014 and 2015

2.2.2 重要值的空间变化

2013年青蒿重要值，在145~155 m、155~165 m、165~175 m和对照四个高程之间差异不显著 （图5）；2014和2015年，在165~175 m显著高于145~155 m、155~165 m和对照高程。2013-2015年青蒿物种重要值空间变化的总体趋势是：165~175 m高程高于145~155 m、155~165 m和对照高程，说明青蒿在165~175 m高层表现出群落优势 （图6和图7）。

图5 2013年青蒿重要值高程变化Fig.5 Altitude variations of the important value for Artemisia carvifolia in 2013

图6 2014年青蒿重要值高程变化Fig.6 Altitude variations of the important value for Artemisia carvifolia in 2014

图7 2015年青蒿重要值高程变化Fig.7 Altitude variations of the important value for Artemisia carvifolia in 2015

2.3 2013-2015年时空动态

2.3.1 2013-2015年青蒿物种数量和重要值年际变化趋势

青蒿物种数量在2013-2015年之间呈 “V”形变化规律，具有一定波动性；青蒿植物重要值在2013-2015年之间呈 “一”形变化规律。2013-2015年青蒿物种数量样方均值分别为：10.38种、6.06种和11.62种，处于相对稳定状态；2013-2015年青蒿重要值分别为：0.19、0.19和0.19，同样处于相对稳定状态。

图8 2013-2015年青蒿物种数量年际变化趋势Fig.8 Interannual variability of the species numbers for Artemisia carvifolia during 2013 to 2015

图9 2013-2015年青蒿重要值年际变化趋势Fig.9 Interannual variability of the important values for Artemisia carvifolia during 2013 to 2015

2.3.2 2013-2015年青蒿物种数量和重要值高程动态

2013-2015年青蒿物种数量和重要值在165~175 m高程显著高于145~155 m、155~165 m和对照高程。

图10 2013-2015年青蒿物种数量高程动态Fig.10 Altitude dynamics of the species numbers for Artemisia carvifolia during 2013 to 2015

图11 2013-2015年青蒿重要值高程动态Fig.11 Altitude dynamics of the important values for Artemisia carvifolia during 2013 to 2015

3 讨论

三峡水库消落区经周期性水淹后，造成一些植物种因不适应水淹环境而逐渐被淘汰，能生存的则是一些水淹耐受性较好的植物[23]。一般而言，植物的生长发育与海拔高度、土壤类型、光照长短、温度、湿度、土壤持水量、pH等均有一定的关系。郭泉水等人研究发现经历水淹胁迫后，青蒿的优势度最为明显，是典型的优势植物种[24]，说明青蒿植物水淹耐受性较好，适应水淹之后的生境与本研究结果一致。研究发现不同高程段消落区青蒿生长数量无显著性差异，这可能与海拔高程及环境小气候等因素均相差不大，不足以对青蒿生长产生明显的影响有关[24]。但相对而言，水淹胁迫较小时，青蒿生长数量和优势度要高于水淹胁迫较大的环境，说明水淹胁迫强度不同，会对青蒿生长产生一定的影响。相对而言，165~175 m高程段消落区较145~155 m和155~165 m消落区水淹时间段，水淹干扰胁迫小。根据中度干扰假说，干扰过大或过小，均不利于植物生长发育[25]。因此建议在165~175 m消落高程段进行人工播撒青蒿种子，将更有利于消落区的人工植被修复。

4 结论

（1）年际变化：2013-2015年青蒿物种数量和重要值都处于相对稳定状态。

（2）高程变化：165~175 m高程的青蒿物种数量和重要值显著高于145~155 m、155~165 m和对照高程的物种数量和重要值；青蒿在165~175 m高程表现出较好的发展潜力。

（3）研究结果综合表明：可在消落区165~175 m高程采取青蒿种子播种的方法对消落区进行人工植被修复。

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责任编辑：朱金山

Temporal and Spatial Variation of Suitable Plant Artemisia Carvifolia in Natural Restoration Area of Three Gorges Reservoir---A case study of Tanshao Village,Xintian Town in Wanzhou District of Chongqing

HAO Yanlong1,2,GAO Fang1,3,LIU Zhengxue1*,QIN Hongwen3,LI Xin1,2,LIU Xiaoli2,LIANG Senlin3

（1.School of Environmental and Chemical Engineering,Chongqing Three Gorges University,Chongqing 404100;2.Chongqing Municipal Key Laboratory of Water Environmental Evolution and Pollution Prevention,Chongqing Three Gorges University,404100;3.School of Life Science and Engineering,Chongqing Three Gorges University,Chongqing 404100,China）

The ecological indexes of Artemisia carvifolia,such as species numbers,coverage,and abundance，were surveyed with quadrat method in the water level fluctuation zone of the Three Gorges Reservoir.The temporal-spatial change trend of theindexeswere statistically analyzed.The results show that:(1)The inter-annual variability:the species number and importance value of Artemisia carvifolia were stable from 2013 to 2015 years.(2)Elevation changes:the species number and importance value of Artemisia carvifolia were significantly higher at 165~175 m elevation level than those at the 145~155 m and 155~165 m levels as well as 175~185 m contrast regions,suggesting good development potential of Artemisia carvifolia at 165~175 m level.(3)Sowing Artemisia carvifolia at 165~175 m level is a good way to renovate the water level fluctuation zone of the Three Gorges Reservoir.

Three Gorges Reservoir;water level fluctuation zone;Artemisia carvifolia;temporal variation;spatial variation

X171

A

2096-2347（2017）03-0017-08

10.19478/j.cnki.2096-2347.2017.03.03

2017-04-16

国家自然科学基金面上项目 （31270451）；重庆市水利局项目 （渝水资源[2014]10号）；三峡库区水环境演变与污染防治重点实验室开放基金 （WETKL2012MS-07）；重庆市研究生科研创新项目 （CYS15224）；重庆三峡学院青年项目 （15QN08）；重庆市教委项目 （KJ1601021）。

郝艳龙 （1992-），男，河南周口人，硕士研究生，主要从事三峡水库消落区生态修复研究。E-mail：m15523716866@163.com

*通信作者：刘正学 （1965-），男，重庆万州人，博士，教授，主要从事植被生态研究。E-mail：1421031367@qq.com