跨流域调水工程植被监测及结果分析研究

刘晓燕

0 前言

引汉济渭工程所涉区域为秦岭的核心区域，而秦岭是我国中部最重要的生态安全屏障。秦岭是我国南北气候、地质、土壤、水系、生物五大自然地理要素的天然分界线，具有涵养水源、维护生物多样性和水土保持等重要生态服务功能。秦岭以南为亚热带湿润季风气候，归属于长江流域，植被基带为北亚热带常绿落叶阔叶混交林，秦岭以北为暖温带半湿润半干旱季风气候，归属于黄河流域，植被基带为暖温带落叶阔叶林。这种明显的分界作用使得秦岭对中国的意义远远超出了一般山脉，秦岭也因此被列为具有世界意义的陆地生物多样性关键地区。引汉济渭工程建设对周边区域势必会造成一定的扰动，开展植被监测既可以了解工程建设对植被的影响，也可为后工程期植被恢复提供依据和建议。

1 植被的监测方案

1.1 监测点选取

分别在受工程影响最严重的三个水源工程区，即黄金峡水利枢纽、三河口水利枢纽和黄池沟配水中心，选择最为典型的植被群落建立固定样地（表1），通过对固定样地内群落物种的组成和结构特征进行定位调查监测，掌握工程实施过程中植被群落的变化，揭示水利工程建设时期陆地植被群落演变过程。

表1 陆地植被监测样地的地理植被信息

1.2 监测对象和指标的选取

不同类型的生态系统中具体监测指标差异巨大，自然生态系统的监测一般包括生物指标和非生物指标两部分。而非生物指标更能反映人类活动对生态系统的干扰与破坏。相反，生物是生态系统结构和功能的主要载体，可以反映生态系统的结构和功能状况以及干扰对生态环境的破坏。因此，大部分生境监测和评价工作选择生物参数作为主要指标来开展生态系统的监测[1]。基于此，本研究为了准确反映水利工程对工程水源区植物群落的干扰，选择以生物指标为主，非生物指标为辅的原则，生物指标具体包括种群水平和群落水平，而考虑到土壤环境和群落环境对群落结构和功能不可忽略的作用，同时以土壤环境和群落环境作为非生物指标开展监测，具体见表2。

表2 陆地植被监测对象和选取指标

2 监测方法

2.1 调查方案

首先确定植被群落调查的最小面积。为准确了解施工区植被群落的物种组成和结构状况，确定其取样监测的最小面积是开展群落调查的第一步。确定最小面积最常用的研究方法是种—面积关系模型，具体做法为：在选定的典型植被群落内部设置两个1200 m2（分别由12个l0 m×l0 m的相邻格子样方组成）的样地，并对样地内的所有物种进行定位调查，逐一记录所有乔木、灌木、草本以及幼苗的种类、高度、坐标位置、胸径、郁闭度和盖度等。同时根据野外收集的原始数据，分别把两个1200m2的样地划分成11个样地，样地的面积符合槽式递增的规律[2]，即 12 m2，48 m2，108 m2，192 m2，300 m2，432 m2，588 m2，768 m2，972 m2，1064～1200 m2。获得的调查数据采用4条饱和种—面积曲线方程对最小面积以及重要值—面积曲线(IVAC)分别进行研究，以其最终确定该植被群落监测调查的最小面积。

在确定群落监测的最小面积之后，分别在各监测区域建立固定样地。用GPS定位，并放置永久性红色标记，对每一株乔木树种挂牌标记，并记录如下内容：样地生境调查监测表（海拔、坡度、坡向、土壤特征、动物活动特点、人为干扰强度等）；群落调查监测表（每个物种的多度、盖度、平均高度、频度、生活力等）；木本植物种群调查监测表（进行每木检尺，主要指标有高度、冠幅、枝下高、胸围等）[3]；活地被物及附生植物调查监测表（各物种的多度、盖度和着生高度的上下限等）。每年分季节对监测区域样地内群落的物种组成和特征进行详细的调查记录。

此外，为了监测调查土壤环境的变化，在样地内进行了土壤样品的采集，取样方法为梅花状取样，每块样地用土壤环刀取土样5份，并带回实验室分别测定各理化指标。按照2004年12月9日国家环境保护总局发布并实施的《土壤环境监测技术规范》，测定土壤密度，用加热K2Cr2O7容量法测定土壤有机质含量，用NH4F-HCl浸提钼锑钪比色法测定速效磷含量，用电位法测pH值，全N含量采用半微量克氏定氮法测定。

2.2 数据分析

为了反映群落内物种组成及各物种对群落的贡献，对在群落基础数据调查的基础上分析各物种的重要值，重要值计算公式为：重要值IV=相对高度+相对多度+相对盖度[4]。

为反映植被群落的环境特征及其物种的适应特征，选择生活型谱来反映植被群落的物种适应特征和环境特征。本研究采用应用最广泛的由丹麦植物生态学家C.Raunkiaer建立的分类系统[5]，即根据植物的外貌特征将群落内的物种分为：高位芽植物、地上芽植物、地面芽植物、隐芽植物、一年生植物等。具体方法为：首先，弄清整个地区（或群落）所有的植被种类，列出植物具体名录，并确定每种植物的生活型，然后把同一种生活型的植物归并到一起。按下列公式计算：

某一生活型的百分率=该地区该生活型的植物种数/该地区全部植物的种数×100

为准确反映监测群落的物种多样性及稳定性，本文多样性的测度指标选用丰富度指数、均匀度指数和物种多样性指数3类[6]。计算公式如下：

其中：Pi为种i的相对重要值，Pi=ni/N；为种i的重要值；N为种i所在样地所有种的重要值之和；S为种i所在样地的物种种类之和。

3 植被群落的监测结果及分析

3.1 植被群落物种组成

黄金峡监测样地位于调水区黄金峡库区，样地距施工区1.6 km, 小气候向阳、干燥，典型植被为次生灌丛为主，常见优势种有黄栌（Cotinus coggygria）、狼牙刺（Sophora viciifolia）、荆条（Vitex negundo）等，并混有槲栎（Quercus aliena）、栓皮栎（Quercus variabilis）、盐肤木（Rhus chinensis）等乔木树种。经统计，监测样地包括豆科、蔷薇科、忍冬科、毛茛科、菊科、桦木科、茜草科、漆树科、壳斗科、椴树科和唇形科等科共计36个物种，基本涵盖了本区域的优势科和优势种，群落物种丰富度较高，物种组成和群落结构较稳定。生活型谱可以反映生境的气候状况和受人为活动干扰的状况，黄金峡监测样地生活型依次为：高位芽植物(39.28%)，层间植物（14.28%），地上芽植物(9.51%)，地面芽植物(25%)，地下芽植物(4.71%)，一年生植物（7.14%）（图 1）。

三河口监测样地位于调水区三河口库区，样地距施工区2.1 km，小气候荫蔽、潮湿，典型植被以落叶阔叶混交林为主，优势种有栓皮栎、槲栎、化香（Platycarya strobilacea）、毛梾（Cornus walteri）、臭椿（Ailanthus altissima）等。经统计，监测样地包括蔷薇科、忍冬科、、毛茛科、菊科、禾本科、莎草科、山茱萸科、樟科、壳斗科、堇菜科、椴树科、木樨科、山矾科、木通科、葡萄科、薯蓣科和芸香科等共计48个物种，基本涵盖了本区域的优势科和优势种，群落物种丰富度较高，物种组成和群落结构较稳定。三河口监测样地生活型依次为：高位芽植物(42.85%)，层间植物（12.32%），地上芽植物(8.08%)，地面芽植物(24.4%)，地下芽植物(4.20%)，一年生植物（4.08%）（图 1）。

黄池沟监测样地位于受水区出水口，样地距施工区3.2km，典型植被以落叶阔叶混交林为主，优势种有栓皮栎、锐齿槲栎（Quercusalienavar.acuteserrata）、野胡桃（Juglans cathayensis）、刺槐（Robiniapseudoacacia）等。由于本区域邻近村落，植被受人为干扰严重，调查植被种常混有茅栗（Castanea seguinii）、柿树（Diospyros kaki）等经济树种。经统计，本监测样地包括豆科、蔷薇科、柿树科、胡桃科、菊科、禾本科、杨柳科、茜草科、漆树科、壳斗科、堇菜科、薯蓣科等共计32个物种，基本涵盖了本区域的优势科和优势种，群落物种丰富度一般，受人为干扰，物种组成和群落结构不稳定。黄池沟监测样地生活型依次为：高位芽植物(42.28%)，层间植物（10.2%），地上芽植物(6.71%)，地面芽植物(29.08%)，地下芽植物(5.57%)，一年生植物（6.14%）（图 1）。

3.2 群落土壤理化性质

土壤理化性质的变化是驱动群落演替的主要因素。通过取样分析发现，三个监测点的土壤理化性状差异不明显，总体都偏酸性，表明其淋溶过程较强。另外，三河口的土壤容重较低，但总体来说，其有机质含量、pH值、全N以及速效P含量较高，这与该区域植被群落所处的水热条件较好有关，而黄金峡和黄池沟受自然和人为干扰原因水热条件相对较差，所以有机质含量、pH值、全N以及速效P含量相对较低。但总体来说，目前三个监测点植被群落的土壤肥力和结构状况均良好，后期应持续监测调查，以揭示工程建设对周边土壤环境的影响。

表3 监测样地土壤理化性质（采样时间为7～9月）

3.3 群落物种多样性

群落物种多样性是一个群落结构和功能复杂性的度量值，研究物种的多样性可以更好地认识一个群落的组成、变化以及发展过程，同时，对植物群落物种多样性的测定也可以有效反映群落及其环境的保护状况，这对预防和控制珍稀濒危物种的丧失有很大的意义[7]。本文三个监测样地中，三河口监测点水热条件较好，群落物种多样性最高，尤其乔木层的物种多样性较高；黄金峡监测点位于阳坡，相对干燥，群落物种多样性相对较低，且灌木和草本层物种多样性对群落物种多样性贡献较大；黄池沟监测点因受人为干扰严重，物种多样性较低，草本层物种多样性对群落物种多样性贡献最大（表4）。注：H：Shannon 多样性指数；R：Margalef丰富度指数；Jh：Pielou 均匀度指数；D：Simpson多样性指数。

表4 监测点植物群落物种多样性特征

从物种多样性角度分析，黄金峡和黄池沟区域群落的稳定性较差，可能对环境变化敏感性强，尤其工程实施过程中对水环境的影响可能会影响植物群落物种组成和多样性。

4 综合评价

植被群落是生态系统中最为稳定的生物组分，对外界的干扰抵抗力较强。通过本研究对植被群落的物种组成和群落结构调查状况来看，目前工程的实施除了不可避免的导致周边部分植被面积减少外，并没有引起群落结构和环境上的明显变化。对比调查数据，发现监测样地的物种组成和多样性未发现明显变化，仅少数物种多度有微小变化，与乔木和灌木相比，草本植物的多样性变化更明显（图2），尤其菊科、豆科等耐旱类植物有所增加，表明工程实施可能对周边微环境已经造成一定影响，应该加强监测，做好预警和恢复工作。此外，黄金峡由于处在阳坡，目前以旱生灌丛为主，但是随着未来周边水位的上涨，群落生境的水分限制会明显改善，可能会深刻改变现有植被群落的原有生境，因此未来该植被群落可能会向中生和湿生化群落发展，后期随着工作进展应继续加强监测。

图2 监测点群落草本植物多样性年际变化

5 结论与建议

通过本文调查与分析，目前工程的实施除了不可避免的导致周边部分植被面积减少外，并没有引起群落结构和环境上的明显变化。但是黄金峡和黄池沟区域群落的稳定性较差，可能对环境变化敏感性强，尤其工程实施过程中对水环境的影响可能会影响植物群落物种组成和多样性。建议减少工程建设对植被群落及其关键种的直接破坏，工程开发要尽量避开重要生态功能的植被类型，继续加强植被群落的动态监测。

[1]胡俊，沈强，陈明秀，池仕运，胡菊香.生态监测指标选择的探讨[J].中国环境监测，2014，30(4).

[2]林宇.广西大石围天坑群天坑森林物种多样性研究[D].广西师范大学，2005.

[3]吴甘霖，黄敏毅，段仁燕，赵凯.不同强度旅游干扰对黄山松群落物种多样性的影响[J].生态学报，2006,12.

[4]郝朝运.濒危植物七子花种群生态学和遗传多样性研究[D].浙江师范大学，2005.

[5]章家恩.生态学常用实验研究方法与技术 [M].化学工业出版社，2006，12.

[6]吴甘霖，黄敏毅，段仁燕，赵凯.不同强度旅游干扰对黄山松群落物种多样性的影响[J].生态学报，2006，26（12）.

[7]郑凤英，杜伟，苟学文.威海市区黑松林群落的物种多样性特征[J].生态环境，2008，5.