崩塌地植生復(fù)育演替機(jī)制之調(diào)查研究-國立中興大學(xué)水土保持學(xué)系

1、崩塌地保育治理地區(qū)植生演替機(jī)制之調(diào)查研究-以南投縣埔里鎮(zhèn)卓社林道崩塌處理地區(qū)為例,指導(dǎo)老師：林信輝 教授學(xué)生：吳建宏,Investigation on Vegetation Succession Mechanism in Landslide Area - Case Study of Jhuoshe Forest Road, Puli, Nantou County,國立中興大學(xué)水土保持學(xué)系,1,內(nèi)容大綱,一、研究動(dòng)機(jī)二、文獻(xiàn)回顧

2、三、研究材料與方法四、結(jié)果與討論五、結(jié)論與建議,2,一、研究動(dòng)機(jī),現(xiàn)今臺灣崩塌地整治常以植生導(dǎo)入與工程並行，藉著植生覆蓋來減少降水時(shí)雨水直接打擊地表所造成土壤流失，而植物本身有優(yōu)良保水及固土功效，國內(nèi)外有許多研究重於崩塌地機(jī)制與坡地工程治理方式及邊坡安定分析，雖然可於短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行現(xiàn)地調(diào)查與實(shí)驗(yàn)得知成果，而植生群落、植生復(fù)育情形及演替演替速率等綜合探討與趨勢分析研究卻是寥寥可數(shù)。 本研究希望藉由調(diào)查崩塌地整治後植生復(fù)育現(xiàn)況，可

3、瞭解現(xiàn)有崩塌地復(fù)育植生群落生長演替情形，並探討坡地?fù)P波植生優(yōu)勢度變化及復(fù)育成效，並進(jìn)行分析。,3,研究目的,文獻(xiàn)收集與前人研究分析,崩塌地植生復(fù)育相關(guān)研究,植生與外在環(huán)境干擾,崩塌地植生復(fù)育與優(yōu)勢植物,植生調(diào)查,植生群落與演替特性,氣象,重要指數(shù)等量化,演替率與演替度,樣區(qū)族群生長情況,植群演替與組成變化,崩塌地演替與機(jī)制探討,選定樣區(qū),外在環(huán)境因子調(diào)查,研究架構(gòu)圖,根系調(diào)查,4,1.崩塌地的崩塌面積小於1ha以下，可以在1-3年藉由自

4、然演替恢復(fù)天然植被，但是大於1ha的崩塌地可能會(huì)處於不安定或表層受侵蝕等情況，植生演替時(shí)間需要更長的時(shí)間恢復(fù)期(林信輝、黃俊仁，2000) 。2.坡地立地條件較差的崩塌地，可利用草本植物初期生長的快速之優(yōu)點(diǎn)，逐漸依照「裸露地→地被植物→一年生草類→多年生草類→陽性樹種群落→陰性樹種群落」演替形成複層植被體系(林信輝、張俊彥，2005) 。,二、文獻(xiàn)回顧(1/6),5,3.利用噴植方法使植物順利在坡面上順利生長，並藉由根系結(jié)固表土抑制崩

5、塌再次發(fā)生，降低逕流之沖蝕，而噴植草種應(yīng)參酌考量多方面因子，目多前以百慕達(dá)草、百喜草、高狐草等，儘量導(dǎo)入鄉(xiāng)土植物，外來馴化種植物為輔(林信輝，2007)。4.植物演替通常需要百年，要在短期間直接觀察或瞭解演替機(jī)制是有相對的困難性，常需要長期的調(diào)查與分析，而崩塌地的植生演替亦是如此， (Ｍanuel& Molles,1948),二、文獻(xiàn)回顧(2/6),6,5.崩塌地常用植生治理工法為人工撒播、團(tuán)粒化噴植、種子噴植、鋪網(wǎng)噴植、打樁

6、編柵等，鋪網(wǎng)噴植是經(jīng)常被應(yīng)用的植生工法之一(林信輝等，2004)。6.鋪網(wǎng)噴植施工為應(yīng)用網(wǎng)材釘附於坡面上，再將種子材料、黏著劑、保水材、土壤改良劑與肥料及染色劑等資材經(jīng)均勻攪拌，利用高壓噴植機(jī)具將混合植生完成的基材噴富於植生網(wǎng)材上，並透過適當(dāng)?shù)慕o予水份使植生迅速回復(fù)及覆蓋。歷經(jīng)數(shù)年的人為植生施工與調(diào)查發(fā)現(xiàn)，崩塌地植生最常使用鋪網(wǎng)噴植工法頗佳(黃俊仁，2008)。,二、文獻(xiàn)回顧(4/6),7,7. 以演替初期來說建立之優(yōu)勢樹種稱為先驅(qū)樹

7、種，具有偏好乾燥環(huán)境、較高需求的光飽和作用、樹齡壽命較短、因生長速度較快，枝條及幹材的物理性質(zhì)不佳易受機(jī)械性傷害，靠鳥類傳播種子等特性，藉由先驅(qū)群落改善林下物理環(huán)境特性，以降低土壤流失、土壤水分蒸發(fā)，創(chuàng)造適宜後際植物種類生長環(huán)境，即是啟動(dòng)植物群落演替機(jī)制之起始關(guān)鍵（賴明州，2007）。,二、文獻(xiàn)回顧(5/6),8,8.石門水庫崩塌地在12個(gè)崩塌型中，賽芻豆和羅茲草其重要值(IVI)高於其他物種許多，對其他優(yōu)勢型來說其平均值約在50左右，

8、而木本植物重要值最高為揚(yáng)波，由木本植物及優(yōu)勢的佔(zhàn)有的比例並不是很高，有些部份甚至難以入侵及生存，經(jīng)研究探討下得知，石門水庫崩塌地多為硬巖基地或噴漿坡面缺乏植生基材之地區(qū)，其他植物不易入侵或演替緩慢之地點(diǎn)(林信輝，2006)。,二、文獻(xiàn)回顧(5/6),9,9. 演替過程中環(huán)境會(huì)隨著時(shí)間轉(zhuǎn)變，主要由外力及自力兩因素影響，外力為物理環(huán)境和地文作用之變遷，植物還沒入侵之前即存在，然而作用緩慢且需長期累積至足夠改變植物之組成及構(gòu)造，自力即是生物本

9、身改變環(huán)境所產(chǎn)生，植物社會(huì)建立後，自力作用影響迅速遠(yuǎn)超過外力(劉棠瑞等，1983)。,二、文獻(xiàn)回顧(6/6),10,研究材料(一)、研究區(qū)域環(huán)境特性研究方法(一)、崩塌地植生調(diào)查(二)、雨量站資料收集(三)、揚(yáng)波根系調(diào)查(四)、植生資料分析,三、研究材料與方法,11,崩塌地位置,,,,,,卓社林道卡玫基災(zāi)害復(fù)建工程,卓社林道第二期災(zāi)害復(fù)建工程,,,,(一)、研究區(qū)域環(huán)境特性(1/2),研究材料,12,崩塌地資料,(一)、研究

10、區(qū)域環(huán)境特性(2/2),研究材料,13,14,週邊森林,掛網(wǎng)植生,環(huán)境照片2010/6/18,樣區(qū)環(huán)境2011/10/26,卓社林道卡玫基災(zāi)害復(fù)建工程,15,卓社林道卡玫基災(zāi)害復(fù)建工程,下邊坡(99.3.31),上邊坡(99.3.31),下邊坡(99.3.31),上邊坡(99.3.31),16,卓社林道第二期災(zāi)害復(fù)建工程,施工前坡面情形,複合型立體網(wǎng),崩塌地調(diào)查現(xiàn)況照片(100.5.11),17,週邊森林,掛網(wǎng)植生,環(huán)境照片2010/6

11、/18,樣區(qū)環(huán)境2011/6/18,卓社林道第二期災(zāi)害復(fù)建工程,(一) 、崩塌地植生調(diào)查樣區(qū)內(nèi)隨機(jī)取樣3區(qū)10m*10m進(jìn)行植生調(diào)查分析，項(xiàng)目如下：1.樹種2.高度：指植株頂梢至地際的高度。 3.冠幅面積：指植株枝葉冠水準(zhǔn)方向，以冠幅之最寬及最長之直徑尺寸之平均值。4.基徑：指樹幹地際處直徑值。 5.胸徑 ：凡樹高超過1.3m時(shí)，量測位於1.3m之直徑。 6.枝下高：由根際之主幹至第一分枝之高度。,研究方法(1/6),18

12、,19,枝下高度量測,樹高量測與樹種紀(jì)錄,基徑量測,胸徑量測,崩塌地植生調(diào)查現(xiàn)況,(二) 、雨量站資料收集與土壤水分含量測定,雨量利用鄰近雨量站之資料作為現(xiàn)地累積雨量之資料，目前採用中央氣象局武界雨量站資料土壤水分含量測定土壤水分含量主要以Watermark儀器量測，以垂直挖掘20cm深埋設(shè)，以每處崩塌地樣區(qū)各埋設(shè)三顆，固定每月調(diào)查一遍。。,研究方法(2/6),20,21,卓社林道第二期災(zāi)害復(fù)建工程(100.7.27),卓社林道第

13、二期災(zāi)害復(fù)建工程(100.5.9),卓社林道第二期災(zāi)害復(fù)建工程(100.4.15),Watermark,卓社林道第二期災(zāi)害復(fù)建工程(100.1.6),卓社林道第二期災(zāi)害復(fù)建工程(100.1.6),崩塌地土壤水分測定儀器之埋設(shè),(三) 、根系資料調(diào)查,因揚(yáng)波於樣區(qū)內(nèi)數(shù)量較其他處崩塌地生長好，而現(xiàn)今針對揚(yáng)波的根系或根型並未有較深入之研究，故於本次調(diào)查一併調(diào)查其根系，並利用簡易手工器具挖掘坡面揚(yáng)波調(diào)查並記錄基本數(shù)據(jù)及根系生長之情形。樣區(qū)內(nèi)隨

14、機(jī)選取揚(yáng)波植株進(jìn)行植株根系開挖並紀(jì)錄如下：根形主根長度TR值：乾燥後記錄其根與幹的重量比值,研究方法(3/6),22,(四)、現(xiàn)地植生資料分析,1.重要值指數(shù)(importance value index，IVI指數(shù))，即為結(jié)合植物三個(gè)基本密度、頻度及優(yōu)勢度。IVI=相對頻度+相對覆蓋度頻度=某植物出現(xiàn)樣區(qū)數(shù)。覆蓋度=某植物平均覆蓋面積。相對頻度=(植物出現(xiàn)的頻度/所有試區(qū)的頻度)/100%相對覆蓋度=(植物出現(xiàn)的覆蓋

15、度/所有試區(qū)的覆蓋度)/100%,研究方法(4/6),23,2.演替度 di=試區(qū)內(nèi)優(yōu)勢植物之優(yōu)勢度 yi=生活年限 n=區(qū)域面積內(nèi)植物總數(shù) V=植物覆蓋地面比率 i=優(yōu)勢植物數(shù)量3.植物生長優(yōu)勢度（summed dominance ratio,SDR） SDR=(相對頻度＋相對覆蓋度）/2=IVI/2,,研究方法(5/6),24,四、結(jié)果與討論,(一)現(xiàn)地植生調(diào)查分析(二)根系調(diào)查結(jié)果(三

16、)雨量資料與土壤水分之變化,25,卓社林道卡玫基災(zāi)害復(fù)建工程優(yōu)勢物種重要值計(jì)算,26,*10*10*10*10*10,,n=5,( )/5( )/5( )/5( )/5( )/5,,n=8,( )/8( )/8( )/8( )/8( )/8(

17、 )/8( )/8( )/8,*10*10*10*10*10*10*10*10,,,生活年限之加權(quán),(一)現(xiàn)地植生調(diào)查分析(1/13),27,各期優(yōu)勢植群型依序?yàn)樽厝~狗尾草-多花黑麥草-百慕達(dá)草植群型?昭和草-棕葉狗尾草-百慕達(dá)草植群型?棕葉狗尾草-五節(jié)芒-瓦氏鳳尾蕨?五節(jié)芒-小花蔓澤蘭-剛莠竹?五節(jié)芒-小花蔓澤蘭-剛莠竹,(一)現(xiàn)地植生調(diào)查分析(2/13),卓社林道卡玫基災(zāi)害復(fù)建工

18、程優(yōu)勢物種重要值分析,28,29,(一)現(xiàn)地植生調(diào)查分析(4/13),卓社林道卡玫基災(zāi)害復(fù)建工程,崩塌地之草本植物間彼此競爭消長，噴植草種黑麥草於第一季調(diào)查時(shí)處於枯萎狀態(tài)。第一季調(diào)查時(shí)崩塌地尚無明顯優(yōu)勢的物種進(jìn)駐。第二季調(diào)查綠覆蓋明顯上升，物種已轉(zhuǎn)變?yōu)檎押筒?、棕葉狗尾草、百慕達(dá)草、五節(jié)芒以及大花咸豐草優(yōu)勢的植物社會(huì)，然而尚無優(yōu)勢的木本植物自然拓殖。第三季仍為棕葉狗尾草優(yōu)勢之草生地，大型草本五節(jié)芒已成為次優(yōu)勢物種，且有優(yōu)勢的蕨類植物

19、瓦氏鳳尾蕨生長，但除了部分揚(yáng)波灌木生長外，缺少灌木及喬木類植物自然拓殖。第四季及第五季調(diào)查為五節(jié)芒最優(yōu)勢，次優(yōu)勢物種多為入侵植物，有可能影響木本植物拓殖與演替發(fā)育。,30,卓社林道卡玫基災(zāi)害復(fù)建工程-周圍森林,周邊森林為以先驅(qū)樹種優(yōu)勢的次生林，胸徑大於1 cm的樹木種類於樣區(qū)內(nèi)調(diào)查到7種，以山黃麻、杜虹花、山龍眼為最優(yōu)勢物種，森林地被組成較為複雜，以五節(jié)芒與冷清草最為優(yōu)勢。,31,99.11.09(下邊坡),100.02.17(上邊坡

20、),100.02.17(下邊坡),99.10.07(上邊坡),99.10.07(下邊坡),99.11.09(上邊坡),卡玫基災(zāi)害復(fù)建工程,(一)現(xiàn)地植生調(diào)查分析(6/13),卓社林道第二期災(zāi)害復(fù)建工程優(yōu)勢物種重要值分析,32,33,(一)現(xiàn)地植生調(diào)查分析(8/13),卓社林道第二期災(zāi)害復(fù)建工程,第一季調(diào)查結(jié)果，噴植草種以百慕達(dá)草與黑麥草為主，噴植草種生長良好，且具有許多自然拓殖的植物進(jìn)駐。第二季調(diào)查，黑麥草覆蓋度下降，成為相對弱勢的草

21、種，而百慕達(dá)草則唯持原本的優(yōu)勢狀態(tài)。第三季調(diào)查百慕達(dá)草仍為優(yōu)勢草種，然卻已非為崩塌地上最優(yōu)勢物種，主要之優(yōu)勢草種為五節(jié)芒。第四季調(diào)查五節(jié)芒為主要之優(yōu)勢草種。第五季調(diào)查百慕達(dá)草為主要優(yōu)勢之草種，而木本植物揚(yáng)波其優(yōu)勢度也隨著時(shí)間增長。,34,各期優(yōu)勢植群型依序?yàn)榘倌竭_(dá)草-黑麥草-臺灣澤蘭?百慕達(dá)草-臺灣澤蘭-五節(jié)芒?五節(jié)芒-百慕達(dá)草-剛莠竹?五節(jié)芒-剛莠竹-臺灣澤蘭?百慕達(dá)草-剛莠竹-密花苧麻,(一)現(xiàn)地植生調(diào)查分析(9/13),35

22、,卓社林道第二期災(zāi)害復(fù)建工程-周圍森林,周邊森林為以先驅(qū)樹種優(yōu)勢的次生林，胸徑大於1 cm的樹木種類於樣區(qū)內(nèi)僅調(diào)查到10種，以小葉桑、密花苧麻、細(xì)葉饅頭果、白匏子為最優(yōu)勢物種，森林地被組成較為複雜，但仍以開闊裸露地普通的植物種類居多。,36,樣區(qū)環(huán)境2011/5/25,樣區(qū)環(huán)境2010/10/26,環(huán)境照片2010/6/18,樣區(qū)環(huán)境2010/10/7,(一)現(xiàn)地植生調(diào)查分析(11/13),二期災(zāi)害復(fù)建工程,卓社林道卡玫基災(zāi)害復(fù)建工程草

23、本植物與木本植物變化表,37,重要值IVI,(一)現(xiàn)地植生調(diào)查分析(12/13),卓社林道二期復(fù)建工程草本植物與木本植物變化表,,重要值IVI,38,(一)現(xiàn)地植生調(diào)查分析(13/13),39,編號1,編號2,編號3,編號4,編號5,編號6,編號7,編號8,(二)根系調(diào)查結(jié)果,揚(yáng)波根系資料調(diào)查表,40,(二)根系調(diào)查結(jié)果,經(jīng)由回歸圖得知主根長度與上半部的長度有正相關(guān)性，其R2達(dá)到0.921，利用回歸的線性方程式y(tǒng)=0.844x+3.33

24、2 (樹高限制18㎝≦X≦192㎝),揚(yáng)波主根長度與樹高關(guān)係圖,41,(二)根系調(diào)查結(jié)果,基徑與上半部高度回歸可得知其相關(guān)性R2達(dá)到0.92，並得其關(guān)係式為y=0.102x+0.688。 (樹高限制18㎝≦X≦192㎝),揚(yáng)波上半部高度與根基徑寬度回歸圖,42,(二)根系調(diào)查結(jié)果,43,揚(yáng)波上半部與根部乾重關(guān)係圖,上半部乾燥重量增加與根部重量，其相關(guān)性R2達(dá)到0.974，並得關(guān)係式為y=0.247x-1.378即可簡易推算上部與根部

25、的重量，作為簡易的估算值。(上部乾重限制5.8g≦X≦180.5g),(二)根系調(diào)查結(jié)果,土壤水分與日雨量變化圖,各崩塌地調(diào)查點(diǎn)位之水分含量數(shù)值皆偏高，判斷為埋設(shè)土壤水分測計(jì)時(shí)為垂直下挖，若有降雨情形產(chǎn)生便會(huì)使水分集中蓄積，進(jìn)而使數(shù)據(jù)偏高；但配合日降雨量資料仍能看出崩塌地淺層土壤之水分含量隨降雨情形而隨之變化。,44,(三)雨量資料與土壤水分之變化,(一)地被植物與冠層植物重要值的變化 多花黑麥草、百喜草、類地毯草、百慕達(dá)草草種進(jìn)

26、行坡面噴植，經(jīng)坡面觀察資料可知地被層植物重要值所佔(zhàn)比例會(huì)隨時(shí)間成遞減趨勢。,(二)植群演替的速率變化 由卓社林道卡玫基及二期災(zāi)害復(fù)建工程目前演替應(yīng)屬進(jìn)化之狀態(tài)，因組成的植生優(yōu)勢群體較為多樣性，較易抵抗外來侵略種之入侵，而草本植物演變速率會(huì)隨著季節(jié)變化增減。,五、結(jié)論與建議(1/5),45,(三)多花黑麥草及高狐草演替速率 由試驗(yàn)區(qū)域內(nèi)觀察多花黑麥草及高狐草之生長於噴植後之生長演替，可得知草本植物生長演替度會(huì)隨著時(shí)間有降低的趨勢。

27、(四)揚(yáng)波基徑與樹高之變化關(guān)係 揚(yáng)波基徑變化與樹高經(jīng)回歸分析可得其關(guān)係式： y = 0.102x + 0.688，其R² =0.920*。(五)主根長度與上半部長度變化關(guān)係 主根長度與上半部的長度有正相關(guān)性，其R2達(dá)到 0.921*，線性方程式y(tǒng)=0.844x+3.332。。,五、結(jié)論與建議(2/5),46,(六)RT值變化關(guān)係上半部乾燥重量增加與根部重量，其相關(guān)性R2達(dá)到0.974，

28、並得關(guān)係式為y=0.247x-1.378即可簡易推算上部與根部的重量，作為簡易的估算值。,五、結(jié)論與建議(3/5),47,建議(一)經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查時(shí)間與植物生長達(dá)穩(wěn)定整個(gè)植群變化，就植群演替需要更長時(shí)間的觀察與研究，才能更正確的研判施工方法及植生導(dǎo)入成功與否，而坡地植生還是隨著時(shí)間時(shí)時(shí)刻刻在改變，欲瞭解植群後續(xù)的變化，尚需更多時(shí)間的再次觀察與探討。 (二)揚(yáng)波主根為直根型，根深但可達(dá)深層的土壤，對土壤的握裹力應(yīng)該是有限，對於其