徐芮 馬秀麗

摘要選取稀土礦治理地為研究對(duì)象，探討了不同治理年限的稀土礦治理地植被恢復(fù)狀況及其植物多樣性變化。結(jié)果表明，從時(shí)間上看，隨著治理年限的增加，草本層Patrick豐富度指數(shù)呈上升的趨勢(shì)，Alatalo均勻度指數(shù)則反之，灌木層Alatalo均勻度指數(shù)、ShannonWiener多樣性指數(shù)呈上升的趨勢(shì)；從空間上看，Alatalo均勻度指數(shù)、ShannonWiener多樣性指數(shù)和Simpson優(yōu)勢(shì)度指數(shù)，灌木層均大于草本層；芒萁的蓋度與高度隨著治理年限的增加，呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞稀土礦治理區(qū)；治理年限；植物多樣性

中圖分類(lèi)號(hào)S181.1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼

A文章編號(hào)0517-6611（2015）29-273-03

南方紅壤區(qū)面積達(dá)2.035×106 km2，水土流失面積占6.0×105 km2，是南方水土流失最嚴(yán)重的地區(qū)之一。特別是南方稀土礦區(qū)，由于多年的開(kāi)采礦區(qū)內(nèi)沖溝、切溝和崩塌廣布，水土流失嚴(yán)重，土壤養(yǎng)分大量流失，形成大面積嚴(yán)重退化生態(tài)系統(tǒng)。植被重建是治理南方紅壤區(qū)水土流失、改善土壤質(zhì)量的重要措施之一。植物群落不僅是植被的重要組成單位，而且還是植被生態(tài)學(xué)的研究對(duì)象之一。1870年德國(guó)人洪寶德撰寫(xiě)了《植物地理學(xué)論》一書(shū)，植被群落學(xué)也首次納入研究之中。1957年Dansereau、Kershaw分別對(duì)植被結(jié)構(gòu)進(jìn)行了定義，并進(jìn)一步完善它。20世紀(jì)70年代末，我國(guó)學(xué)者開(kāi)始研究植物群落。其中，王伯蓀認(rèn)為，植物群落的結(jié)構(gòu)是研究植物的種類(lèi)組成及其種群特性，研究群落的外貌、垂直結(jié)構(gòu)和水平結(jié)構(gòu)，群落結(jié)構(gòu)的確定是植物群落研究的必要基礎(chǔ)。彭少麟研究指出，群落中提到的物種多樣性指群落中物種的數(shù)量、個(gè)體總數(shù)及各種多度的均勻程度的綜合概念。所以，群落在植被生態(tài)恢復(fù)中占據(jù)著重要的地位。一般來(lái)說(shuō)，群落多樣性的研究多集中在物種多樣性上。物種多樣性是整個(gè)生態(tài)學(xué)研究的重點(diǎn)，也是生物學(xué)研究的主要熱點(diǎn)。天然的植物群落由一定數(shù)量的植物種類(lèi)和個(gè)體組成。植物群落最基本的性質(zhì)是不同植物種類(lèi)和個(gè)體在一定生存環(huán)境下的聚合體。多樣性分析與群落種類(lèi)的機(jī)構(gòu)和個(gè)體數(shù)量及空間分布相關(guān)。通過(guò)研究群落多樣性，可以獲得樣地群落與其他群落之間的異同性，探討植被的恢復(fù)程度，為生態(tài)修復(fù)措施的選擇提供科學(xué)依據(jù)。多樣性分析主要通過(guò)計(jì)算多樣性的相關(guān)指數(shù)并進(jìn)行比較。常見(jiàn)的多樣性指標(biāo)有物種多樣性指數(shù)、均勻度指數(shù)、豐富度指數(shù)以及優(yōu)勢(shì)度指數(shù)。該研究用空間代替時(shí)間法和樣方調(diào)查法，探討了不同治理年限下稀土礦治理區(qū)的植被恢復(fù)情況，旨在指導(dǎo)該地區(qū)的植被恢復(fù)與群落多樣性保護(hù)，以期為相關(guān)地區(qū)的物種多樣性保護(hù)和可持續(xù)利用提供理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1研究區(qū)概況

研究區(qū)地處福建省長(zhǎng)汀縣，海拔319 m，屬于中亞熱帶季風(fēng)性濕潤(rùn)氣候，多年平均氣溫為18.4 ℃，1月平均氣溫8.0 ℃，7月平均氣溫27.2 ℃，無(wú)霜期265 d。年降水量1 700～2 000 mm，降雨年內(nèi)變化大，多集中于3～8月，占全年降雨量的76%[15]。土壤主要為花崗巖在濕熱氣候條件下風(fēng)化淋溶形成的紅壤、侵蝕紅壤，抗蝕性極差，保水保肥能力低。水熱同季，有利于植被的生長(zhǎng)。該研究區(qū)20世紀(jì)80年代為稀土礦開(kāi)采廢棄地，地表裸露，土壤抗蝕能力減弱，水土流失現(xiàn)象嚴(yán)重。近幾年來(lái)，經(jīng)過(guò)植被恢復(fù)措施，已經(jīng)取得了一定的成效，水土流失也得到了遏制。

1.2樣方設(shè)計(jì)與群落調(diào)查

樣方植物群落調(diào)查的時(shí)間為2013年11月。選取長(zhǎng)汀縣不同治理年限的3個(gè)稀土礦治理區(qū)和1個(gè)非稀土礦治理區(qū)進(jìn)行植物群落樣方調(diào)查。3個(gè)稀土礦治理區(qū)的立地條件基本相似，而非稀土礦治理區(qū)采取生態(tài)林草措施。稀土礦治理區(qū)每個(gè)樣地選取3個(gè)植被長(zhǎng)勢(shì)相近的區(qū)域做5 m×5 m的灌木樣方，在灌木樣方內(nèi)沿對(duì)角線做2個(gè)2 m×2 m的草本樣方。非稀土礦治理區(qū)選取3個(gè)植被長(zhǎng)勢(shì)相近的區(qū)域做20 m×20 m的喬木樣方，在喬木樣方內(nèi)沿對(duì)角線做2個(gè)5 m×5 m的灌木樣方，在灌木樣方內(nèi)做2個(gè)2 m×2 m的草本樣方。喬木樣方3個(gè)，灌木樣方15個(gè)，草本樣方30個(gè)。分別記錄每株喬木（其中把1.3 m處胸徑≥4.5 cm的記為喬木）和灌木的種名、科名、株數(shù)、樹(shù)高、枝下高（喬木）、地徑、樹(shù)冠幅、蓋度等；記錄草本種名、科名、草層高、分蓋度、株叢數(shù)等。

1.3不同治理年限稀土礦治理區(qū)現(xiàn)狀景觀

各稀土礦治理區(qū)采樣地點(diǎn)均為面積較大的平臺(tái)，治理措施皆為喬灌草措施，故可保證植被土壤演替的環(huán)境存在一致性?；厩闆r下：

牛屎塘稀土礦治理區(qū)（116°23′41.1″ E，25°36′11.2″ N）治理時(shí)間為2006年，植被覆蓋度比較高，主要有5種植物：寬葉雀稗（Paspalum wetsfeteini）、馬尾松（Pinus massoniana Lanb）、楓香（Liquidambar formosana）、木荷（Schima superba）、芒萁（Dicranopteris dichotoma）。調(diào)查顯示芒萁已明顯擴(kuò)散，長(zhǎng)勢(shì)比較好，逐步代替其他的草本植物，蓋度約為72%。土地利用類(lèi)型為采礦跡地。灌木主要以楓香、胡枝子為主，零星分布少數(shù)木荷、馬尾松。楓香的樹(shù)高平均為176.7 cm，平均地徑為2.7 cm。

下坑稀土礦治理區(qū)（116°24′57.1″ E，25°36′33.0″ N）治理時(shí)間為2008年，主要的植被類(lèi)型有寬葉雀稗、芒萁、楓香、木荷等，寬葉雀稗蓋度約為68%，芒萁比較矮小，長(zhǎng)勢(shì)不如牛屎塘，蓋度約為6%。灌木主要以楓香、木荷為主，其中楓香的平均樹(shù)高為190 cm，地徑約為5.4 cm。土壤采樣過(guò)程中發(fā)現(xiàn)有明顯的粘層，水土流失現(xiàn)象較為嚴(yán)重。

三洲桐壩稀土礦治理區(qū)（116°23′41.1″ E，25°36′11.2″ N）治理時(shí)間為2011年，地上草本植被基本上是寬葉雀稗，蓋度約為73%，草叢高約為85 cm。芒萁的長(zhǎng)勢(shì)較下坑更為矮小，平均叢高為5.3 cm。有裸露的地面。

龍頸樣地（116°27′37.6″ E，25°39′31.9″ N）作為稀土礦治理區(qū)的對(duì)照地，治理時(shí)間為2006年，治理措施為生態(tài)林草措施。選擇適宜的鄉(xiāng)土物種，喬、灌木以木荷、馬尾松為主，草本以芒萁、五節(jié)芒為主，并且輔助施肥措施，促進(jìn)植物生長(zhǎng)。喬、灌層馬尾松的樹(shù)高分別約為8.3、2.5 m。地表幾乎被芒萁全部覆蓋，蓋度均在90%以上。

1.4群落多樣性指標(biāo)

通過(guò)研究群落多樣性，可以獲得樣地群落與其他群落之間的異同性，探討植被的恢復(fù)程度，為生態(tài)修復(fù)措施的選擇提供科學(xué)依據(jù)。多樣性分析主要通過(guò)計(jì)算多樣性的相關(guān)指數(shù)并進(jìn)行比較。常見(jiàn)的多樣性指標(biāo)有物種多樣性指數(shù)、均勻度指數(shù)、豐富度指數(shù)以及優(yōu)勢(shì)度指數(shù)。

豐富度指數(shù)采用Patrick指數(shù)：

R=S （1）

均勻度指數(shù)指群落中物種個(gè)體的數(shù)量以及分布的均勻程度，采用Alatalo指數(shù)：

Ea=（P2i-1）/[exp（-PilgPi）-1] （2）

多樣性指數(shù)表示群落內(nèi)物種多樣性的程度，采用ShannonWiener指數(shù)：

HP=-Si=1PilnPi（3）

生態(tài)優(yōu)勢(shì)度指數(shù)反映了各物種種群數(shù)量的變化情況，生態(tài)優(yōu)勢(shì)度指數(shù)越大，說(shuō)明群落內(nèi)物種數(shù)量分布越不均勻，優(yōu)勢(shì)種的地位越突出。采用Simpson指數(shù)：

D=1-Si=1Ni（Ni-1）N（N-1） （4）

式中，S是樣本中觀察到的物種數(shù)，N為樣本中觀察的總個(gè)體數(shù)，Ni為樣地i中的個(gè)體數(shù)。Pi=Ni/N，即第i個(gè)物種的相對(duì)多度。

2結(jié)果與分析

2.1群落物種多樣性變化

2.1.1Patrick豐富度指數(shù)。

從表1可知，隨著治理年限的增加，草本層Patrick豐富度指數(shù)呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)，牛屎塘最大，為6。但灌木層Patrick豐富度指數(shù)比較穩(wěn)定，沒(méi)有大幅度的變化，三洲桐壩達(dá)到最大，為7。從空間上看，稀土礦治理區(qū)3個(gè)樣地治理時(shí)間越長(zhǎng)，草本層Patrick豐富度指數(shù)逐漸大于灌木層，而對(duì)照區(qū)龍頸草本層與灌木層之間并沒(méi)有明顯的變化。

2.1.2Alatalo均勻度指數(shù)。

從Alatalo均勻度指數(shù)方面看，治理時(shí)間越長(zhǎng)，草本層的Alatalo均勻度指數(shù)越來(lái)越小，牛屎塘和對(duì)照區(qū)龍頸最小1.69，但灌木層的Alatalo均勻度指數(shù)呈上升的趨勢(shì)，牛屎塘最大為3.45。在空間分布上，草本層的Alatalo均勻度指數(shù)總是小于灌木層。

2.1.3ShannonWiener多樣性指數(shù)。

從ShannonWiener多樣性指數(shù)可知，隨著治理年限的增加，草本層并沒(méi)有明顯的變化趨勢(shì)，3個(gè)稀土礦治理區(qū)中ShannonWiener多樣性指數(shù)下坑最小，為0.36，三洲桐壩最大，為0.53。灌木層隨著治理年限的增加，多樣性指數(shù)呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)，牛屎塘最大為065。從空間分布上可知，ShannonWiener多樣性指數(shù)灌木層大于草本層，最大差為下坑，差值為0.26。

2.1.4Simpson優(yōu)勢(shì)度指數(shù)。

從表1可知，隨著治理時(shí)間的越長(zhǎng)，Simpson優(yōu)勢(shì)度指數(shù)無(wú)論是草本層還是灌木層并沒(méi)有明顯的變化規(guī)律，草本層優(yōu)勢(shì)度指數(shù)最大是三洲桐壩，為0.89，灌木層最大為下坑，優(yōu)勢(shì)度指數(shù)為0.90。從空間分布上可知，除了三洲桐壩和對(duì)照區(qū)龍頸以外，其他2個(gè)樣地優(yōu)勢(shì)度指數(shù)都是灌木層大于草本層，差異最為明顯的為下坑。

2.2稀土礦治理區(qū)芒萁生長(zhǎng)特性

由圖1可知，從2011年治理的三洲桐壩到2008年治理的下坑，芒萁的平均蓋度以及平均高度增加得很緩慢，但是到2006年治理的牛屎塘，變化趨勢(shì)明顯，芒萁的高度和蓋度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于下坑和三洲桐壩?？傮w上，隨著治理年限的增加，芒萁的蓋度與高度呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)。對(duì)照區(qū)龍頸與牛屎塘治理年限相近，治理措施為生態(tài)林草措施，芒萁的蓋度達(dá)到90%以上，高度達(dá)到85 cm。

3結(jié)論與討論

從時(shí)間上看，隨著治理年限的增加，草本層Patrick豐富度指數(shù)呈上升的趨勢(shì)，Alatalo均勻度指數(shù)則反之，灌木層Alatalo均勻度指數(shù)、ShannonWiener多樣性指數(shù)呈上升的趨勢(shì)；從空間上看，Alatalo均勻度指數(shù)、ShannonWiener多樣性指數(shù)和Simpson優(yōu)勢(shì)度指數(shù)，灌木層均大于草本層；芒萁的蓋度與高度隨著治理年限的增加，呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)。

土壤是植物生長(zhǎng)的場(chǎng)所和營(yíng)養(yǎng)來(lái)源，土壤侵蝕會(huì)導(dǎo)致侵蝕區(qū)植物受到嚴(yán)重的破壞，進(jìn)一步干擾整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。因此，生態(tài)系統(tǒng)一旦被破壞，必將導(dǎo)致整個(gè)自然環(huán)境無(wú)法發(fā)揮功能，人類(lèi)活動(dòng)也將受到不可避免的影響。長(zhǎng)汀縣稀土礦區(qū)長(zhǎng)期以來(lái)受到人為破壞極為嚴(yán)重，礦溝內(nèi)水土流失嚴(yán)重形成大面積的退化生態(tài)系統(tǒng)?；謴?fù)礦區(qū)植被，形成自我維持、長(zhǎng)效穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)，改善生態(tài)環(huán)境和促進(jìn)生態(tài)發(fā)展，是長(zhǎng)汀縣稀土礦治理區(qū)生態(tài)建設(shè)急需解決的問(wèn)題。植物物種多樣性是礦區(qū)恢復(fù)過(guò)程中群落變化的重要指標(biāo)，植物群落的穩(wěn)定性與植物多樣性有著密切關(guān)系。物種的豐富度反映了一個(gè)群落中物種種數(shù)的多少。從表1可知，隨著治理年限的增加，草本層物種數(shù)也呈上升的趨勢(shì)，而灌木層比較穩(wěn)定，這可能與治理時(shí)間有關(guān)。牛屎塘治理時(shí)間最長(zhǎng)，所以生態(tài)環(huán)境得到一定的穩(wěn)定，本地的野生草本植物逐漸繁殖擴(kuò)散，而三洲桐壩治理時(shí)間最短，礦區(qū)內(nèi)只有一些人工栽培品種。灌木層的物種數(shù)可能與人工種植有關(guān)。草本層Alatalo均勻度指數(shù)與治理年限存在明顯的負(fù)相關(guān)，這可能因三洲桐壩是2011年治理的，人工種植的鄉(xiāng)土草本水土保持植物寬葉雀稗仍然占據(jù)著主導(dǎo)地位，對(duì)群落的影響比較大。但是牛屎塘和下坑分別是2006、2008年治理的，一些野生的草本植物已逐漸取代人工栽培品種，特別是牛屎塘，芒萁的覆蓋度已達(dá)到72%。

從表1可知，隨著治理年限的增加，草本層ShannonWiener多樣性指數(shù)并沒(méi)有明顯的變化規(guī)律，說(shuō)明稀土礦治理區(qū)治理時(shí)間與ShannonWiener多樣性指數(shù)并沒(méi)有必然的聯(lián)系，可能是因?yàn)槿郝銼hannonWiener多樣性指數(shù)受人類(lèi)活動(dòng)影響比較大。從Simpson優(yōu)勢(shì)度指數(shù)分析，草本層三洲桐壩優(yōu)勢(shì)度指數(shù)最大，群落內(nèi)物種數(shù)分布最不均勻，這與稀土礦區(qū)治理時(shí)間有關(guān)。三洲桐壩人工栽培的草本植物并沒(méi)有退化，而牛屎塘治理的時(shí)間比較長(zhǎng)，野生草本植物已擴(kuò)散，并將逐漸取代人工栽培的水土保持植物。而灌木層的Simpson優(yōu)勢(shì)度指數(shù)與治理年限沒(méi)有相關(guān)關(guān)系。

芒萁是南方紅壤侵蝕區(qū)濕熱條件下酸性土壤的指示植物[16]，耐貧瘠，喜陰濕環(huán)境，競(jìng)爭(zhēng)能力頑強(qiáng)，形成單優(yōu)勢(shì)種群落[17]，成為水土保持植物的優(yōu)良品種。治理南方長(zhǎng)汀縣稀土礦治理區(qū)水土流失，芒萁發(fā)揮著不可替代的作用。3個(gè)稀土礦治理區(qū)芒萁的高度和蓋度大致隨著治理年限的增加呈上升的趨勢(shì)。2011年治理的三洲桐壩芒萁的高度不足10 cm，蓋度也只有2%左右。這是因?yàn)榻?jīng)過(guò)喬灌草措施的治理，輔助施肥，芒萁剛剛繁衍，此時(shí)，芒萁主要以一小叢生存于生態(tài)林草之下。而2008年治理的下坑與三洲桐壩相比差距很小，這是由于下坑稀土礦治理區(qū)附近的居民在此種植了玉米，破壞了芒萁的生長(zhǎng)環(huán)境。2006年治理的牛屎塘芒萁已占主導(dǎo)地位。這說(shuō)明隨著治理時(shí)間的增加，芒萁會(huì)逐漸取代人工種植的草本植物，成為稀土礦治理區(qū)水土保持的先鋒植物，以期有效恢復(fù)南方植被，形成維持自我、穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)，改善礦區(qū)生態(tài)環(huán)境和經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展。

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