鄂北岩溶山地石漠化植物组成及物种多样性特征

周文昌，郑兰英，曹 国，王 明，刘学全

(1.湖北省林业科学研究院 武汉 430075；2.南漳县林业调查规划设计院，湖北 南漳 441500；3.南漳县林业局，湖北 南漳 441500)

鄂北岩溶山地石漠化植物组成及物种多样性特征

周文昌1，郑兰英1，曹 国2，王 明3，刘学全1

(1.湖北省林业科学研究院 武汉 430075；2.南漳县林业调查规划设计院，湖北 南漳 441500；3.南漳县林业局，湖北 南漳 441500)

为了恢复和重建鄂北岩溶地区石漠化土地提供基础数据支撑，研究了鄂北南漳县石漠化生态系统植物群落组成特征和物种多样性。结果表明： ①石漠化土地物种组成简单，物种丰富度分别为14和15种；②乔木层优势种各不相同，轻度石漠化土地为马尾松和栓皮栎，强度石漠化土地为马尾松和杜松；灌木层均以铁仔、毛黄栌和火棘为优势种；草本层同样以白茅为优势种 ； ③轻度石漠化土地乔木层多样性指数略高于强度石漠化土地，反之，灌木层和草本层则低于强度石漠化土地；均匀度指数除了灌木层持平外，轻度石漠化土地的乔木层和草本层均匀度指数均小于强度石漠化土地。

石漠化；植物多样性；生态重建；鄂北岩溶山地

石漠化是岩溶山地土地退化的顶端形式，是指在热带、亚热带湿润半湿润气候带和岩溶发育的地区，受人为活动干扰强烈，造成地表植被破坏、土壤侵蚀严重、基岩大面积裸露、土地生产力严重下降，地表呈现出荒漠化景观的土地退化过程[1-3]。据第二次全国石漠化监测结果：截止2011年，我国石漠化土地面积为1200.2万hm2，石漠化主要发生在以云贵高原为中心，北起秦岭山脉南麓，南至广西盆地，西至横断山脉，东抵罗霄山脉西侧的岩溶地区。该区域是珠江的源头，长江水源的重要补给区，也是南水北调水源区、三峡库区，生态区位十分重要。石漠化是该地区最为严重的生态问题，影响着珠江、长江的生态安全，制约着区域经济可持续发展[4]。目前，南方地区在石漠化治理过程中，筛选出耐旱耐瘠、造林成活率高和速生等特点的先锋树种，如广西发现任豆(Zeniainsignis)、茶条木(Delavayatoxocarpa)、银合欢(Leucaenaleucocephala)和青冈(Cyclobalanopsisglauca)是喀斯特石漠化地区重要的先锋树种或地带性建群种和优势种[5-8]，以及食用油料植物——星油藤(Plukenetiavolubilis)正被云南省推广为石漠化山地生态重建的理想植物树种[9]。因此，研究我国南方地区岩溶山地石漠化土地退化生态系统植被特征具有重要意义。

《中国石漠化状况公报》报道，湖北省石漠化土地面积为109.1万hm2，占全国石漠化土地面积的9.1%[4]。南漳作为湖北省石漠化土地的主要分布区，石漠化土地面积3759.1 hm2。因此，以国家林业局防治荒漠化管理中心石漠化定位站——湖北南漳石漠化定位站为依托，开展了鄂北岩溶地区石漠化生态系统定位站植被特征研究，为鄂北岩溶地区石漠化治理提供基础数据支撑。

1 研究地区与方法

1.1 研究地区

鄂北南漳县地理坐标为111°26′—112°09′E，31°13′—32°01′N，最高海拔为1570 m，最低海拔为64 m，位于鄂北山地至汉江中游丘陵岗地的过渡地带，地势呈西高东低，阶梯分布，是荆山山脉向东延伸的坡脚，属下二叠系马鞍组地质结构，处于地壳运动频繁、地质灾害多发地区。属于北亚热带季风气候区，根据县历年气象局资料统计，年均气温15.6 ℃，1月份平均气温3.3 ℃，7月份平均气温27.2 ℃，无霜期为254 d，年均日照时数为1796.5 h，年均降水量800～1200 mm，4至9月降雨量占全年的67.5 %，平均相对湿度76.3%。成土母岩主要为石灰岩，土壤腐殖质含量约为1.34%，pH值为6.5～7.5。

2011年湖北省南漳县岩溶山地第二次石漠化监测报告表明，全县岩溶山地总面积17.24 万hm2，占全县国土总面积的44.7 %，全县石漠化土地总面积3759.1 hm2。因此选择以鄂北南漳县作为岩溶山地石漠化土地植被物种组成调查具有代表性和典型性。本研究根据熊康宁等[10]、胡业翠等[11]和张盼盼等[12]的研究成果，结合研究点的实际情况，以坡度、植被覆盖度、基岩裸露、土壤平均厚度作为石漠化等级划分标准，选择了两种石漠化土地作为研究对象(表1)，该区石漠化土地的抚育措施全部为封山育林。

表1 本研究点的岩溶山地石漠化特征石漠化类型地理坐标东经(E)北伟(N)海拔/m坡度/(°)植被覆盖率/%基岩裸露/%表层土壤厚度/cm轻度石漠化11166°3146°445>1865>60≤15强度石漠化11165°3146°457>2520≥80≤5

1.2 研究方法

1.2.1 样地设置与调查

2016年9月底，选择轻度石漠化和强度石漠化建立20 m×20 m的标准样地，对样地内植物进行全面调查：乔木调查按照胸径(DBH)>2.0 cm进行记录(乔木种DBH<2 cm记作灌木物种)，用红色油漆标记；灌木(包含藤本)样地调查，沿着标准样地对角线上分别建立3个5 m×5 m灌木样方，分别记录灌木种类、株数(或丛数)、高度和盖度；草本植物调查，因为标准样地内基岩大面积裸露，所以草本植物调查采用3个灌丛样方(5 m×5 m)记录草本植物种类、数量、高度和盖度。

1.2.2 数据处理与分析

用Excel 2010对数据进行处理。计算物种丰富度指数S、多样性指数H、均匀度指数E[13-14]。计算公式如下：

S=标准样地内所有物种数之和

式中：Pi为第i个物种的个体数占群落中的总个体数的比例，S为样地群落中的物种总数。

2 结果与分析

2.1 植物群落组成和重要值

从表2可看出，两种石漠化土地植物群落组成简单，物种丰富度低，轻度石漠化样点植物有13科14属14种，强度石漠化样点植物有12科15属15种。乔木层：轻度石漠化土地乔木以马尾松(Pinusmas-soniana)和栓皮栎(Quercusvariabilis)为优势种或建群种，而强度石漠化土地以马尾松和杜松(Juniperusrigida)为优势种或建群种，强度石漠化土地乔木层物种数量低于轻度石漠化土地，且植株密度较小；灌木层：轻度石漠化样点植物种类的重要值范围中，灌木层植物中铁仔(Myrsineafricana)、毛黄栌(Cotinuscoggygriavar.pubescens)和火棘(Pyracanthafortuneana)重要值相对较高，而强度石漠化样点物种的重要值范围中，也是以铁仔、毛黄栌和火棘相对较高，显示这几种植物为灌木层的优势种或建群种。草本层：轻度石漠化样点以白茅(Imperatacylindrica)为优势种，而强度石漠化样点物种也是以白茅为优势种或建群种，但伴生稀疏的薹草(Carexsp.)、黄背草(Themedatriandra)和荩草(Arthraxonhispidus)。

2.2 两种石漠化土地的物种多样性

轻度石漠化土地的乔木层多样性指数(1.17)略高于强度石漠化土地乔木层多样性指数(1.06)，反之灌木层(1.80)和草本层(0.47)的多样性指数低于强度石漠化样点相应的灌木层(1.84)和草本层(1.36)的多样性指数(图1)。

表2 轻度石漠化样点植物群落密度、胸径、高度和重要值类型种名密度/(株/hm2)胸径/cm高度/m重要值轻度强度轻度强度轻度强度轻度强度马尾松30015026～803．1～7．120～502．2～4．5栓皮栎3507520～412．3～3．120～502．1～3．1乔木化香树(Platycaryastrobi⁃lacea)2532 28杜松7512520～302．0～3．122～352．0～3．0马桑(Coriarianepalensis)2539 35铁仔 060．6257131．48毛黄栌 091．1213717．61栓皮栎 171．216532．79火棘 2．01．8113313．94灌木菝葜(Smilaxchina) 1．00．62589．56牡荆(Vitexnegundo) 050．82319．29杜松 172．06342．07马尾松 2179黄连木(Pistaciachinensis) 251．43325．08荚蒾(Viburnumdilatatum) 12262天门冬(Asparagusco⁃chinchinensis)0．91．99象鼻藤(Dalbergiamimosoides)1．26．19白茅70．00．6726229．82草本薹草40．00．3273827．61黄背草(Themedatriandra)0．421．31荩草(Arthraxonhispidus)0．318．23

轻度石漠化样点乔木层(0.73)和草本层(0.68)均匀度指数略低于强度石漠化土地的乔木层(0.97)和草本层(0.98)，而它们的灌木层均匀度指数持平(强度和轻度分别为0.80和0.78)(图2)。

图1 石漠化土地植物多样性指数

图2 石漠化土地植物均匀度指数

3 讨论与结论

3.1 鄂北岩溶地区石漠化植物组成及其恢复与重建

本研究的两种石漠化生态系统乔木层优势种或建群种均有马尾松，其次分别以栓皮栎(轻度石漠化)和杜松(重度石漠化)作为群落共建种；灌木层植物以铁仔、毛黄栌和火棘的重要值较高，显示了这两种石漠化等级具有类似的优势种或建群种；草本层以白茅为优势种。表明这些植物能够较强地适应鄂北石漠化生态环境，这为我国鄂北岩溶地区石漠化治理植被修复技术选择优良乡土树种，模拟天然植被构建先锋植物群落，促进岩溶地区石漠化退化土地生态恢复与重建提供重要参考价值。然而，其他研究人员研究南方喀斯特石漠化生态系统发现，以芒(Saccharumarundinaceum)、刺槐(Robiniapseudoacaia)、狗尾草(Setariaviridis)、荩草、构树(Broussonetiapapyrifera)、金丝桃(Hypericummonogynum)、铁仔和白栎(Quercusfabri)等物种为优势种或建群种[14-15]，说明不同地区石漠化土地优势种或建群种存在差异，从而揭示了石漠化生态系统在恢复与重建过程中，存在着植被恢复技术差异。盛茂银等[14]研究指出在喀斯特石漠化治理植物修复技术过程中，不仅要筛选出石漠化环境的适应植物种，而且要筛选出适应不同石漠化等级的先锋物种，方能达到石漠化治理植被修复预期目标。

3.2 鄂北岩溶地区石漠化植物多样性

本研究的植物种类不超过20种，表明植物群落组成简单，物种丰富度很低。这可能是由于石漠化环境对其分布的植物具有显著的胁迫作用，石漠化生境具有基岩裸露、土壤浅薄、水分下渗严重、生境保水性能差和基质及土壤等环境富集钙的生态特征，并对植物成分具有强烈的选择性，如适应喜钙性、耐旱性及石生性的植物种群[1,14,16-17]；另外，适应生长的植物必须具备发达的强壮根系，方能扎根和生长[14,17]。

轻度石漠化土地的乔木层多样性指数略高，这是由于轻度石漠化的基岩裸露率较低，土壤厚度较大，适应轻度石漠化土地的乔木物种生存几率较高，同时也可以从轻度石漠化植物覆盖度高于强度石漠化得以证实。

轻度石漠化样点灌木层和草本层多样性指数小于强度石漠化样点，这种结果可能是强度石漠化植被覆盖度低，易于获得外来种子源，且在光照充足和雨量适宜的条件下，使得强度石漠化样点获得的外来种子源和使得地下种子库恢复较快。如张传余等[18]研究表明，喀斯特石漠化地区石漠化不同演替阶段植物群落天然更新能力受到更新库和环境因子的严重影响。例如，我国西南喀斯特石漠化地区，随着石漠化程度的增加，土壤理化性质出现先退化后改善的相应过程，从而为改善土壤理化性质和促进植物多样性恢复方面起着关键作用[14,19]。再轻度石漠化土地覆盖度高(类似郁闭度)，起到一定的遮阴作用，也会导致某些阳性植物难以生存和使得优势群落明显，降低均匀度指数和致使物种多样性差[15]。

除了轻度石漠化和强度石漠化样点灌木层均匀度指数持平例外，轻度石漠化样点的乔木层和草本层均匀度指数略低于强度石漠化样点，这与盛茂银等[14]研究西南喀斯特石漠化均匀度指数与石漠化程度演替存在明显耦合关系相反，即石漠化等级增加，均匀度指数呈现逐渐降低的趋势；但同时他们也指出了强度石漠化环境多样性指数显著高于无石漠化、潜在石漠化和轻度石漠化[14]，这可能也为强度石漠化生境提供了其它物种发育的几率，丰富了物种多样性，增加均匀度指数。

本研究区域的石漠化管理采用封山育林管护措施，有研究表明更新库对石漠化生态系统群落天然更新能力的影响远远大于环境因子，尤其是灌木群落阶段和乔木群落阶段，而环境因子对草本群落阶段更新能力影响较大[18]，再加上由于过去人类活动干扰的叠加，增加了石漠化不同演替阶段植被物种多样性和均匀度指数差异性，本研究的石漠化样点仅仅演替到灌木群落阶段或草本群落阶段，乔灌草稳定性阶段未达到，进而这种演替可能导致石漠化不同等级物种多样性指数和均匀度指数偶有波动[15]。

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CharacteristicsoftheCompositionandDiversityofPlantsinthe
RockyDesertificationKarstlandinNorthernHubei

ZHOU Wenchang1, ZHENG Lanying1, CAO Guo2, WANG Ming3, LIU Xuequan1

(1.Hubei Academy of Forestry, Wuhan 430075,Hubei, China；2.Nanzhang Forest Inventory and Planning, Nanzhang 441500, Hubei, China；3.Nanzhang Forestry Administration, Nanzhang 441500，Hubei, China)

In order to provide the basis data for recovery and reconstruction of degraded rocky desertification karst land in northern Hubei Province, this paper studied the plant community characteristics and species diversity from two types of rocky desertification karst mountain ecosystems in Nanzhang county, northern Hubei Province. The results showed that: ① The plant compositions were not complicated in two types of rocky desertification ecosystems, which were 14 and 15 kinds; ②The vegetation of tree layer from the slight rocky desertification area dominated byPinusmassonianaandQuercusvariabilis, and from the serious rocky desertification area dominated byPinusmassonianaandJuniperusrigida; The vegetation of shrub layer in both types of rocky desertification areas that consisted primarily ofMyrsineafricana,Cotinuscoggygriavar.pubescens, andPyracanthafortuneana; The dominant species in the herb layer wasImperatacylindrical.③ The Shannon-Wiener index on the tree layer in the slight rocky desertification area was slightly higher than which in the serious rocky desertification area, while the shrub layer and herb layer occurring reversal; except the shrub layer’s Pielou index of each area were equal, the Pielou index on the tree layer and herb layer in the slight rocky desertification area was less than the serious rocky desertification area.

rocky desertification;plant diversity;ecological restoration;karst land of northern Hubei

2016 — 11 — 09

国家林业局防治荒漠化管理中心石漠化定位站(湖北南漳石漠化定位站)委托项目资助。

周文昌(1983-)，男，贵州镇远人，博士，助理研究员，主要从事湿地生态学和森林生态学，发表学术论文10余篇。通讯作者：刘学全(1966-)，男，湖北黄梅人，研究员，学士，主要从事森林生态学。

X 171.4

B

1003 — 6075(2017)01 — 0021 — 05

10.16166/j.cnki.cn43 — 1095.2017.01.006