四川道路邊坡自然恢復的植被調查

羅 雙,孫海龍,李紹才,,劉 沖,龐 亮,李成俊

(1.四川大學生命科學學院,四川成都 610064;2.四川大學水力學與山區河流保護國家重點實驗室,四川成都 610065)

四川道路邊坡自然恢復的植被調查

羅 雙1,孫海龍2,李紹才1,2,劉 沖1,龐 亮1,李成俊1

(1.四川大學生命科學學院,四川成都 610064;2.四川大學水力學與山區河流保護國家重點實驗室,四川成都 610065)

路域邊坡;自然恢復;鄉土植物;四川

為研究道路邊坡生態恢復與鄉土植物篩選及應用,采用樣線法對四川地區路域邊坡自然恢復后的植被進行了調查。結果顯示,調查區域內植物共有65科156屬185種,其中木本39科67屬74種,草本42科89屬111種;不同道路的群落多樣性差異主要受地理因素和恢復年限影響。在全面調查的基礎上,綜合邊坡適應條件篩選出適宜的12種優勢鄉土物種,為四川地區及西南地區公路或鐵路邊坡植被恢復提供參考。

在我國,山地、丘陵面積超過國土總面積的50%,在鐵路、公路建設過程中,經常開挖大量邊坡形成裸土,不同程度地損壞原生生態植被,導致道路沿線植物多樣性降低、生態抗逆性減弱[1-2]、生物多樣性銳減等一系列生態破壞問題。護坡植物是保護環境和維持生態平衡的重要物質基礎,利用植物對邊坡的覆蓋作用、植物根系對邊坡的加固作用[3-4],能有效防止坡面裸露、風化及斷裂變形,減緩徑流,減輕雨水沖刷,保護坡腳和路基,減少汽車尾氣、噪音污染,凈化道路大氣[5]。在公路、鐵路建設中,為兼顧生態環境的保護,體現人與自然和諧理念,在原生植被遭到破壞的情況下,常利用外來速生物種營造生物環境,以逐漸形成多樣性漸增的低矮草灌群落,進而為生態植被長期演替創造條件[6],但多數情況下只形成了單一群落或多樣性低的群落。而裸地自然恢復下形成的植物群落多樣性高,具有很好的適應性。實踐表明,只重視發展人工植被而忽視保護和恢復天然次生植被,難以達到較好的植被恢復效果[7-8],因為引入的物種不一定適宜當地的自然環境,易退化,有的還存在生物入侵的潛在風險。在邊坡生態恢復時,借鑒當地自然植物群落的結構,保持群落多層次和多樣性結構,有利于形成較穩定的植物群落,提高經濟效益[9]。鄉土植物較外來種、栽培種具有很大的生態優越性,它們是系統在本地氣候和土壤環境中長期演化的結果,最能適應當地的環境,具有安全、適應性強及抗病蟲害能力高等特點,是道路邊坡可持續發展的必然選擇。了解道路沿線的植被和鄉土植物資源是進行植被恢復和鄉土植物種類選擇的前提條件[10],但目前道路邊坡自然恢復情況下植被調查方面的研究文獻較少[11-14]。本研究在植物調查的基礎上,綜合篩選出適宜的鄉土植物,根據生態學原理進行合理的配置,可為西南地區邊坡生態恢復工程的物種選擇提供參考。

1 研究區域與研究方法

1.1 區域概況

研究區域位于四川省成都平原及周邊地區,屬亞熱帶濕潤季風氣候區,年均氣溫18℃左右,1月份平均氣溫5～7.5℃,7月份平均氣溫25～27.5℃,≥10℃的年積溫5 500～6 000℃,年均降水量1 000～1 200 mm,干燥度1.0左右?？紤]不同道路、恢復年限和地理分布,選擇了以成都為中心的8條道路進行調查,具體信息見表1。

表1 四川地區8條道路信息

1.2 樣地設置

由于在自然恢復條件下道路邊坡植物中喬木很少,同時在道路邊坡的人工生態恢復中主要選擇灌木和草本物種,因此本研究主要對灌草群落進行了調查。綜合考慮道路邊坡的特點和調查指標的要求,采用樣線法調查,每條道路抽取10個恢復效果較好的邊坡植物群落為樣點,共計80個樣點。每個樣點設置灌木和草本樣方各3個,灌木樣方為5 m×5 m,草本樣方為1 m×1 m,草本、灌木各240個樣方。記錄各樣點地理位置、海拔、坡度、坡向、物種、株高、冠幅、蓋度等指標。本調查于2009年8—11月份完成。

1.3 數據處理

(1)重要值是某一物種在群落中的地位和作用的綜合指數[15]。重要值 =(相對高度 +相對蓋度 +相對頻度)/3×100%。

(2)頻度:某一物種出現的樣方數占所有樣方數的百分比。

(3)物種多樣性:多樣性指數選用Margalef豐富度指數(DMg)、Shannon-Wiener多樣性指數(H)、Pielou均勻度指數(E)反映群落水平的綜合數值。公式為

式中:S為群落中的物種總數;N為觀察到的個體總數;pi為種i的個體數占群落中總個體數的比例,i=1,2,…,S[15-16]。

每個樣點的草本和灌木群落均取3個樣方的平均值進行計算,采用SPSS軟件包和EXCEL處理和分析數據。

2 結果與討論

2.1 研究區內植物群落特征及組成

經統計,調查區域內植物共185種,隸屬于65科156屬,植被類型屬于亞熱帶常綠闊葉林。調查區域內邊坡自然恢復植被類型以灌草叢為主,有少量藤本物種,其中 CL(成洛公路)以草本為主、伴隨低矮灌叢。植物科屬種統計見表2,其中木本39科67屬74種,占種數的40%;草本42科89屬111種,占總種數的60%。菊科(Asteraceae)、禾本科(Gramineae)、豆科(Leguminosae)、薔薇科(Rosaceae)是種類最多的4個科,其種數占總物種數的41.4%,表明四大科植物在四川道路植被的自然恢復演替過程中所起的作用最大,而且在該地區的植物區系中也占據著重要地位。木本種類最多的科為豆科,其次為薔薇科;草本種類較多的科為菊科和禾本科。本次調查中還發現有入侵物種空心蓮子草(Alternanthera philoxeroides)。

表2 四川道路邊坡自然恢復的植物資源調查結果

2.2 研究區域內的優勢種及其重要值

本次調查統計中,主要物種的頻度(＞10%)和重要值如表3所示。調查結果表明,木本頻度最高的為地果,重要值為28.94%,其他依次為:黃荊(Vitex negundo)＞構樹(Broussonetiapapyifera)＞馬桑(Coriaria nepalensis)＞鐵仔(Myrsine Africana)＞胡枝子(Lespedeza bicolor)＞火棘(Pyracantha fortuneana)＞小果薔薇(Rosa cymosa)＞煙管莢蒾(Viburnum utile)＞石海椒(Reinwardtia indica)＞懸鉤子(Rubus corchorifolius)＞鹽膚木(Rhus chinensis);草本頻度依次為:艾蒿(Artemisia lavandulaefolia)＞白茅(Imperata cylindrica)＞芒(Miscanthus sinensis)＞三葉鬼針草(Bidens pilosa)＞短葉黍(Panicum brevifolium)＞飛蓬(Erigeron acer)＞莎草(Cyperus microiria)＞牡蒿(Artemisia japonica)＞蜈蚣草(Eremochloa ciliaris);頻度最高的為艾蒿,重要值為22.46%;個體數目最多的為白茅,其中CY中白茅數量占白茅總數的62.46%,造成白茅的重要值偏高。

表3 主要物種頻度及重要值

艾蒿、白茅、芒、三葉鬼針草、野菊花(Dendranthema indicum)、構樹、黃荊在調查的所有道路中都出現,叢毛羊胡子草(Eriophorum comosum)、酢漿草 (Oxalis corniculata)、飛蓬、苦荬菜(Ixeris polycephala)、牡蒿、地果、馬桑、鐵仔在其中7條道路樣方中出現,這些物種是四川地區自然恢復中的優勢種,與相關研究結果類似[17-18],對邊坡自然恢復和人工生態修復有重要的參考價值。地果、黃荊、構樹、馬桑、鐵仔、胡枝子、火棘、小果薔薇、煙管莢蒾、石海椒、鹽膚木、艾蒿、蜈蚣草等能在邊坡的人工生態修復中引入。

2.3 沿線植被群落特征分析

經調查,本研究區域內8條道路邊坡的植物種數最少的為DW,最多為CN;BC的草本和木本Margalef指數都是最高的,豐富度也最大。在灌木中,BC道路的物種最豐富,數量分布得最均勻,多樣性高;LCS的灌木物種數量分布最不均勻,優勢種突出;DW的灌木多樣性最低;CY、BC、CN的多樣性灌木大于草本。草本中CL多樣性指數最高,原因可能是該公路大部分路段在龍泉山地區,坡度較陡,自然恢復中草本適應性明顯占優勢;CY道路內草本物種數量分布最不均勻,優勢種(白茅)地位最突出,對優勢度指數影響明顯。各道路邊坡的植物在自然恢復下,灌木形成優勢所需恢復時間長,初始階段草本在物種種類和數量上占據一定優勢,普遍高于對應的灌木,隨著恢復時間的延長,灌木的優勢度和多樣性增加,使得灌木的多樣性逐漸高于草本,成為邊坡植物群落的優勢層。綜合得出:8條道路中,草本多樣性最高的是CL,最低的是CY;灌木多樣性最高的是BC,最低的是DW;其中CL、CM、DC的草本多樣性高于灌木,而CY、BC和CN的灌木多樣性高于草本,影響多樣性差異的原因是自然恢復的年限。

2.4 邊坡自然恢復中優勢灌木物種性狀及應用

目前護坡植物多采用從國外進口的草種或引入單一速生灌木,導致綠化邊坡常常出現黃化、裸斑、滑坡,單一灌木叢林下形成荒地,坡面水土流失加劇等現象,使植被恢復失敗[5]。邊坡生態恢復應以生態恢復、群落演替理論為指導,以提高多樣性為準則。首先對自然恢復的邊坡生態環境、植被進行野外調查、分析研究,了解植被情況、鄉土植物種類及其生長特性,然后選擇出適應能力強的優良植物特別是灌木。

人工選擇邊坡適應性植物的原則有:①分布較廣;②常綠植物優先,返青快,綠期長;③生長快,生命力強,分蘗能力適度,萌發時間較短;④莖稈低矮,分枝多;⑤根系較為發達,須根多,根系抗拉、抗剪能力強,能延伸到土體深層,力學性能好;⑥對土壤、氣候無嚴格要求,適宜于陰陽坡;⑦適應性強、抗性強,耐旱,耐高溫,耐陰,抗風吹,耐貧瘠,適應酸堿性土壤,抗污染,抗病蟲害;⑧固氮能力強等[4,10,19-22]。

根據目前邊坡恢復的現狀,參考邊坡植物的篩選原則,主要篩選應用于邊坡的灌木物種,以提高群落結構穩定性和群落多樣性。針對調查的185種四川鄉土植物,主要選擇了黃荊、構樹、馬桑、鐵仔、胡枝子、火棘、小果薔薇、煙管莢蒾、石海椒、鹽膚木等灌木和地果、烏蘞莓(Cayratia japonicia)等藤本(見表4)。

黃荊[23-25]、馬桑[26-28]、鹽膚木[24-26]和胡枝子[26,29-31]在道路邊坡生態恢復中已有引用記錄,在文獻中有良好性狀的表現 ;構樹[25]、鐵仔[23]、煙管莢 蒾[32]、火棘[25]、小果薔薇、石海椒等性狀明顯,可在邊坡恢復中引入;地果、烏蘞莓可作為地被植物,增加群落層次性和多樣性,減小地表徑流。在生態恢復應用中,綜合上述篩選的物種特點,組合搭配,同時與草種混合使用,形成混合群落,可提高穩定性和多樣性,達到邊坡恢復后群落長期穩定和固土護坡的效果。

3 結 論

四川地區道路邊坡在自然恢復情況下物種較豐富,很多物種可引入邊坡生態恢復中。本研究表明,不同道路邊坡植物多樣性差異主要受地理條件和恢復年限影響,同時坡度、坡向等因素也影響邊坡群落的多樣性。本次調查的邊坡植物,既符合作為該地區邊坡植物的一般特征,又比較適應西南廣大地區的氣候環境和土壤條件,性狀表現良好的灌木如黃荊、馬桑、鹽膚木、胡枝子、構樹、鐵仔、煙管莢蒾、火棘、小果薔薇、石海椒等可在生態恢復中引用,能較快地起到生態護坡的作用。邊坡恢復中,物種選擇應以鄉土樹種為主,同時為達到生態護坡和保持水土的效果,快速恢復邊坡植被,不排斥引進一些外來的優良植物種。并堅持物種多樣性原則,搭配好灌草物種和比例,提高群落多樣性和穩定性。

表4 四川各道路邊坡自然恢復中主要物種比較

[1]卓慕寧,李定強,賀新良,等.論高速公路建設中的水土保持生態恢復[J].水土保持研究,2003,10(4):209-211.

[2]孫中黨,趙勇,吳明作.公路建設項目對生態環境影響及保護對策[J].公路交通科技,2004,21(3):128-131.

[3]豐培潔.公路邊坡防護與綠化對策[J].水土保持研究,2005,12(1):199-200.

[4]李國榮,毛小青,倪三川,等.淺析灌木與草本植物護坡效應[J].草業科學,2007,24(6):86-89.

[5]何云,李賢偉,鄧月平.淺談巖石邊坡護坡植物選擇[J].四川草原,2006(4):38-42.

[6]劉春霞,韓烈保.高速公路邊坡植被恢復研究進展[J].生態學報,2007,27(5):2090-2098.

[7]吳欽孝,楊文治.黃土高原植被建設與持續發展[M].北京:科學出版社,1998.

[8]董林水,張旭東,周金星,等.晉西土石山區森林次生演替過程中群落結構及復雜性[J].應用生態學報,2007,18(3):471-475.

[9]逄也,羅夢圓.北京市小龍門地區草坪與地被植物資源的調查研究[J].安徽農業科學,2010,38(22):12084-12086.

[10]龔琴,周勁松,劉東明,等.鄉土植物在廣梧高速公路生態綠化中的應用[J].生態環境,2007,16(2):486-491.

[11]陳敬賢.延慶山區公路邊坡植物群落物種多樣性特征[J].中國水土保持,2010(2):3-5.

[12]淮虎銀,魏萬紅,張鐿鋰.青藏鐵路溫性草原區路域植被自然恢復過程中群落組成和物種多樣性變化[J].山地學報,2005,23(6):657-662.

[13]陳建業,陸旭東,王倜.長白山區公路對路域植物物種組成及多樣性的影響[J].生態環境學報,2010,19(2):373-378.

[14]于燕華,辜彬,艾應偉.四川省鐵路路塹邊坡植物多樣性分析[J].中國水土保持科學,2006(z1):27-30.

[15]馬克平.生物群落多樣性的測度方法:Ⅰ α多樣性的測度方法(上)[J].生物多樣性,1994,2(3):162-168.

[16]馬克平,劉玉明.生物群落多樣性的測度方法:Ⅰ α多樣性的測度方法(下)[J].生物多樣性,1994,2(4):231-239.

[17]宗浩,蘇光麒,張翔,等.四川龍門山銅尾礦庫植被調查及植被恢復的物種選擇探討[J].四川師范大學學報:自然科學版,2009,32(6):796-802.

[18]方志強,高信芬,孫成仁.冕寧縣山體滑坡地段早期植物群落組成研究[J].西華師范大學學報:自然科學版,2008,29(3):249-257.

[19]王慧芳,羅承德.高等級公路邊坡綠化植物材料選擇初探[J].四川草原,2004(3):53-55.

[20]黃麗霞,秦華,楊振華.高速公路人工創傷剖面生態防護的植物選擇[J].中外公路,2005,25(6):176-179.

[21]段曉明,苗增健,劉連新,等.生態護坡應用及護坡植物群落的選擇[J].安徽農業科學,2009,37(31):15327-15329.

[22]李西,羅承德,陳其兵.巖石邊坡植被護坡植物選擇初探[J].中國園林,2004,20(9):52-53.

[23]李紹才,孫海龍,楊志榮,等.護坡植物根系與巖體相互作用的力學特性[J].巖石力學與工程學報,2006,25(10):2051-2057.

[24]王瓊,宋桂龍,韓烈保.5種野生護坡植物的抗旱綜合性評價[J].福建農林大學學報:自然科學版,2008,37(2):153-157.

[25]柳春紅.重慶繞城高速公路邊坡灌叢建植的植物研究[D].重慶:西南大學,2009.

[26]史玉虎,曾祥福,劉學全,等.鄂西三峽庫區護坡固坎植物選擇初報[J].湖北林業科技,1998(4):12-15.

[27]張俊遠,侯廣維,劉源智,等.嘉陵江上游水土流失區退耕地生物籬治理模式研究[J].四川林業科技,2001,22(2):32-36.

[28]崔鵬,王道杰,韋方強.干熱河谷生態修復模式及其效應——以中國科學院東川泥石流觀測研究站為例[J].中國水土保持科學,2005,3(3):60-64.

[29]趙思金,韓烈保,宋桂龍,等.不同人工灌木與草混播群落中4種灌木根系分布的研究[J].西北植物學報,2008,28(4):799-804.

[30]張桂川,張春山,劉廣才,等.胡枝子營造技術及其水土保持效益[J].東北水利水電,2002,20(5):51-52.

[31]楊艷生,劉伯根,沙寄石.水土資源恢復中的先鋒豆科灌木——胡枝子(Lespedeza bicolor)的栽植研究[J].長江流域資源與環境,1994,3(4):330-336.

[32]覃志剛,陳林武,朱志芳,等.盆北山地退化生態系統“一坡三帶”治理模式的研究[J].四川林業科技,2004,25(3):27-31.

Q145

A

1000-0941(2011)10-0012-05

國家科技支撐計劃重點項目課題(2007BAD39B04);環保公益性行業科研專項(200909060)

羅雙(1986—),男,湖南長沙縣人,碩士研究生,從事生態工程和生態恢復方面的研究;通信作者孫海龍(1976—),男,黑龍江海林市人,講師,博士,從事生態工程方面的研究。

2011-06-30

(責任編輯 徐素霞)