罗 双,孙海龙,李绍才,,刘 冲,庞 亮,李成俊

(1.四川大学生命科学学院,四川成都 610064;2.四川大学水力学与山区河流保护国家重点实验室,四川成都 610065)

四川道路边坡自然恢复的植被调查

罗 双1,孙海龙2,李绍才1,2,刘 冲1,庞 亮1,李成俊1

(1.四川大学生命科学学院,四川成都 610064;2.四川大学水力学与山区河流保护国家重点实验室,四川成都 610065)

路域边坡;自然恢复;乡土植物;四川

为研究道路边坡生态恢复与乡土植物筛选及应用,采用样线法对四川地区路域边坡自然恢复后的植被进行了调查。结果显示,调查区域内植物共有65科156属185种,其中木本39科67属74种,草本42科89属111种;不同道路的群落多样性差异主要受地理因素和恢复年限影响。在全面调查的基础上,综合边坡适应条件筛选出适宜的12种优势乡土物种,为四川地区及西南地区公路或铁路边坡植被恢复提供参考。

在我国,山地、丘陵面积超过国土总面积的50%,在铁路、公路建设过程中,经常开挖大量边坡形成裸土,不同程度地损坏原生生态植被,导致道路沿线植物多样性降低、生态抗逆性减弱[1-2]、生物多样性锐减等一系列生态破坏问题。护坡植物是保护环境和维持生态平衡的重要物质基础,利用植物对边坡的覆盖作用、植物根系对边坡的加固作用[3-4],能有效防止坡面裸露、风化及断裂变形,减缓径流,减轻雨水冲刷,保护坡脚和路基,减少汽车尾气、噪音污染,净化道路大气[5]。在公路、铁路建设中,为兼顾生态环境的保护,体现人与自然和谐理念,在原生植被遭到破坏的情况下,常利用外来速生物种营造生物环境,以逐渐形成多样性渐增的低矮草灌群落,进而为生态植被长期演替创造条件[6],但多数情况下只形成了单一群落或多样性低的群落。而裸地自然恢复下形成的植物群落多样性高,具有很好的适应性。实践表明,只重视发展人工植被而忽视保护和恢复天然次生植被,难以达到较好的植被恢复效果[7-8],因为引入的物种不一定适宜当地的自然环境,易退化,有的还存在生物入侵的潜在风险。在边坡生态恢复时,借鉴当地自然植物群落的结构,保持群落多层次和多样性结构,有利于形成较稳定的植物群落,提高经济效益[9]。乡土植物较外来种、栽培种具有很大的生态优越性,它们是系统在本地气候和土壤环境中长期演化的结果,最能适应当地的环境,具有安全、适应性强及抗病虫害能力高等特点,是道路边坡可持续发展的必然选择。了解道路沿线的植被和乡土植物资源是进行植被恢复和乡土植物种类选择的前提条件[10],但目前道路边坡自然恢复情况下植被调查方面的研究文献较少[11-14]。本研究在植物调查的基础上,综合筛选出适宜的乡土植物,根据生态学原理进行合理的配置,可为西南地区边坡生态恢复工程的物种选择提供参考。

1 研究区域与研究方法

1.1 区域概况

研究区域位于四川省成都平原及周边地区,属亚热带湿润季风气候区,年均气温18℃左右,1月份平均气温5～7.5℃,7月份平均气温25～27.5℃,≥10℃的年积温5 500～6 000℃,年均降水量1 000～1 200 mm,干燥度1.0左右。考虑不同道路、恢复年限和地理分布,选择了以成都为中心的8条道路进行调查,具体信息见表1。

表1 四川地区8条道路信息

1.2 样地设置

由于在自然恢复条件下道路边坡植物中乔木很少,同时在道路边坡的人工生态恢复中主要选择灌木和草本物种,因此本研究主要对灌草群落进行了调查。综合考虑道路边坡的特点和调查指标的要求,采用样线法调查,每条道路抽取10个恢复效果较好的边坡植物群落为样点,共计80个样点。每个样点设置灌木和草本样方各3个,灌木样方为5 m×5 m,草本样方为1 m×1 m,草本、灌木各240个样方。记录各样点地理位置、海拔、坡度、坡向、物种、株高、冠幅、盖度等指标。本调查于2009年8—11月份完成。

1.3 数据处理

(1)重要值是某一物种在群落中的地位和作用的综合指数[15]。重要值 =(相对高度 +相对盖度 +相对频度)/3×100%。

(2)频度:某一物种出现的样方数占所有样方数的百分比。

(3)物种多样性:多样性指数选用Margalef丰富度指数(DMg)、Shannon-Wiener多样性指数(H)、Pielou均匀度指数(E)反映群落水平的综合数值。公式为

式中:S为群落中的物种总数;N为观察到的个体总数;pi为种i的个体数占群落中总个体数的比例,i=1,2,…,S[15-16]。

每个样点的草本和灌木群落均取3个样方的平均值进行计算,采用SPSS软件包和EXCEL处理和分析数据。

2 结果与讨论

2.1 研究区内植物群落特征及组成

经统计,调查区域内植物共185种,隶属于65科156属,植被类型属于亚热带常绿阔叶林。调查区域内边坡自然恢复植被类型以灌草丛为主,有少量藤本物种,其中 CL(成洛公路)以草本为主、伴随低矮灌丛。植物科属种统计见表2,其中木本39科67属74种,占种数的40%;草本42科89属111种,占总种数的60%。菊科(Asteraceae)、禾本科(Gramineae)、豆科(Leguminosae)、蔷薇科(Rosaceae)是种类最多的4个科,其种数占总物种数的41.4%,表明四大科植物在四川道路植被的自然恢复演替过程中所起的作用最大,而且在该地区的植物区系中也占据着重要地位。木本种类最多的科为豆科,其次为蔷薇科;草本种类较多的科为菊科和禾本科。本次调查中还发现有入侵物种空心莲子草(Alternanthera philoxeroides)。

表2 四川道路边坡自然恢复的植物资源调查结果

2.2 研究区域内的优势种及其重要值

本次调查统计中,主要物种的频度(＞10%)和重要值如表3所示。调查结果表明,木本频度最高的为地果,重要值为28.94%,其他依次为:黄荆(Vitex negundo)＞构树(Broussonetiapapyifera)＞马桑(Coriaria nepalensis)＞铁仔(Myrsine Africana)＞胡枝子(Lespedeza bicolor)＞火棘(Pyracantha fortuneana)＞小果蔷薇(Rosa cymosa)＞烟管荚蒾(Viburnum utile)＞石海椒(Reinwardtia indica)＞悬钩子(Rubus corchorifolius)＞盐肤木(Rhus chinensis);草本频度依次为:艾蒿(Artemisia lavandulaefolia)＞白茅(Imperata cylindrica)＞芒(Miscanthus sinensis)＞三叶鬼针草(Bidens pilosa)＞短叶黍(Panicum brevifolium)＞飞蓬(Erigeron acer)＞莎草(Cyperus microiria)＞牡蒿(Artemisia japonica)＞蜈蚣草(Eremochloa ciliaris);频度最高的为艾蒿,重要值为22.46%;个体数目最多的为白茅,其中CY中白茅数量占白茅总数的62.46%,造成白茅的重要值偏高。

表3 主要物种频度及重要值

艾蒿、白茅、芒、三叶鬼针草、野菊花(Dendranthema indicum)、构树、黄荆在调查的所有道路中都出现,丛毛羊胡子草(Eriophorum comosum)、酢浆草 (Oxalis corniculata)、飞蓬、苦荬菜(Ixeris polycephala)、牡蒿、地果、马桑、铁仔在其中7条道路样方中出现,这些物种是四川地区自然恢复中的优势种,与相关研究结果类似[17-18],对边坡自然恢复和人工生态修复有重要的参考价值。地果、黄荆、构树、马桑、铁仔、胡枝子、火棘、小果蔷薇、烟管荚蒾、石海椒、盐肤木、艾蒿、蜈蚣草等能在边坡的人工生态修复中引入。

2.3 沿线植被群落特征分析

经调查,本研究区域内8条道路边坡的植物种数最少的为DW,最多为CN;BC的草本和木本Margalef指数都是最高的,丰富度也最大。在灌木中,BC道路的物种最丰富,数量分布得最均匀,多样性高;LCS的灌木物种数量分布最不均匀,优势种突出;DW的灌木多样性最低;CY、BC、CN的多样性灌木大于草本。草本中CL多样性指数最高,原因可能是该公路大部分路段在龙泉山地区,坡度较陡,自然恢复中草本适应性明显占优势;CY道路内草本物种数量分布最不均匀,优势种(白茅)地位最突出,对优势度指数影响明显。各道路边坡的植物在自然恢复下,灌木形成优势所需恢复时间长,初始阶段草本在物种种类和数量上占据一定优势,普遍高于对应的灌木,随着恢复时间的延长,灌木的优势度和多样性增加,使得灌木的多样性逐渐高于草本,成为边坡植物群落的优势层。综合得出:8条道路中,草本多样性最高的是CL,最低的是CY;灌木多样性最高的是BC,最低的是DW;其中CL、CM、DC的草本多样性高于灌木,而CY、BC和CN的灌木多样性高于草本,影响多样性差异的原因是自然恢复的年限。

2.4 边坡自然恢复中优势灌木物种性状及应用

目前护坡植物多采用从国外进口的草种或引入单一速生灌木,导致绿化边坡常常出现黄化、裸斑、滑坡,单一灌木丛林下形成荒地,坡面水土流失加剧等现象,使植被恢复失败[5]。边坡生态恢复应以生态恢复、群落演替理论为指导,以提高多样性为准则。首先对自然恢复的边坡生态环境、植被进行野外调查、分析研究,了解植被情况、乡土植物种类及其生长特性,然后选择出适应能力强的优良植物特别是灌木。

人工选择边坡适应性植物的原则有:①分布较广;②常绿植物优先,返青快,绿期长;③生长快,生命力强,分蘖能力适度,萌发时间较短;④茎秆低矮,分枝多;⑤根系较为发达,须根多,根系抗拉、抗剪能力强,能延伸到土体深层,力学性能好;⑥对土壤、气候无严格要求,适宜于阴阳坡;⑦适应性强、抗性强,耐旱,耐高温,耐阴,抗风吹,耐贫瘠,适应酸碱性土壤,抗污染,抗病虫害;⑧固氮能力强等[4,10,19-22]。

根据目前边坡恢复的现状,参考边坡植物的筛选原则,主要筛选应用于边坡的灌木物种,以提高群落结构稳定性和群落多样性。针对调查的185种四川乡土植物,主要选择了黄荆、构树、马桑、铁仔、胡枝子、火棘、小果蔷薇、烟管荚蒾、石海椒、盐肤木等灌木和地果、乌蔹莓(Cayratia japonicia)等藤本(见表4)。

黄荆[23-25]、马桑[26-28]、盐肤木[24-26]和胡枝子[26,29-31]在道路边坡生态恢复中已有引用记录,在文献中有良好性状的表现 ;构树[25]、铁仔[23]、烟管荚 蒾[32]、火棘[25]、小果蔷薇、石海椒等性状明显,可在边坡恢复中引入;地果、乌蔹莓可作为地被植物,增加群落层次性和多样性,减小地表径流。在生态恢复应用中,综合上述筛选的物种特点,组合搭配,同时与草种混合使用,形成混合群落,可提高稳定性和多样性,达到边坡恢复后群落长期稳定和固土护坡的效果。

3 结 论

四川地区道路边坡在自然恢复情况下物种较丰富,很多物种可引入边坡生态恢复中。本研究表明,不同道路边坡植物多样性差异主要受地理条件和恢复年限影响,同时坡度、坡向等因素也影响边坡群落的多样性。本次调查的边坡植物,既符合作为该地区边坡植物的一般特征,又比较适应西南广大地区的气候环境和土壤条件,性状表现良好的灌木如黄荆、马桑、盐肤木、胡枝子、构树、铁仔、烟管荚蒾、火棘、小果蔷薇、石海椒等可在生态恢复中引用,能较快地起到生态护坡的作用。边坡恢复中,物种选择应以乡土树种为主,同时为达到生态护坡和保持水土的效果,快速恢复边坡植被,不排斥引进一些外来的优良植物种。并坚持物种多样性原则,搭配好灌草物种和比例,提高群落多样性和稳定性。

表4 四川各道路边坡自然恢复中主要物种比较

[1]卓慕宁,李定强,贺新良,等.论高速公路建设中的水土保持生态恢复[J].水土保持研究,2003,10(4):209-211.

[2]孙中党,赵勇,吴明作.公路建设项目对生态环境影响及保护对策[J].公路交通科技,2004,21(3):128-131.

[3]丰培洁.公路边坡防护与绿化对策[J].水土保持研究,2005,12(1):199-200.

[4]李国荣,毛小青,倪三川,等.浅析灌木与草本植物护坡效应[J].草业科学,2007,24(6):86-89.

[5]何云,李贤伟,邓月平.浅谈岩石边坡护坡植物选择[J].四川草原,2006(4):38-42.

[6]刘春霞,韩烈保.高速公路边坡植被恢复研究进展[J].生态学报,2007,27(5):2090-2098.

[7]吴钦孝,杨文治.黄土高原植被建设与持续发展[M].北京:科学出版社,1998.

[8]董林水,张旭东,周金星,等.晋西土石山区森林次生演替过程中群落结构及复杂性[J].应用生态学报,2007,18(3):471-475.

[9]逄也,罗梦圆.北京市小龙门地区草坪与地被植物资源的调查研究[J].安徽农业科学,2010,38(22):12084-12086.

[10]龚琴,周劲松,刘东明,等.乡土植物在广梧高速公路生态绿化中的应用[J].生态环境,2007,16(2):486-491.

[11]陈敬贤.延庆山区公路边坡植物群落物种多样性特征[J].中国水土保持,2010(2):3-5.

[12]淮虎银,魏万红,张镱锂.青藏铁路温性草原区路域植被自然恢复过程中群落组成和物种多样性变化[J].山地学报,2005,23(6):657-662.

[13]陈建业,陆旭东,王倜.长白山区公路对路域植物物种组成及多样性的影响[J].生态环境学报,2010,19(2):373-378.

[14]于燕华,辜彬,艾应伟.四川省铁路路堑边坡植物多样性分析[J].中国水土保持科学,2006(z1):27-30.

[15]马克平.生物群落多样性的测度方法:Ⅰ α多样性的测度方法(上)[J].生物多样性,1994,2(3):162-168.

[16]马克平,刘玉明.生物群落多样性的测度方法:Ⅰ α多样性的测度方法(下)[J].生物多样性,1994,2(4):231-239.

[17]宗浩,苏光麒,张翔,等.四川龙门山铜尾矿库植被调查及植被恢复的物种选择探讨[J].四川师范大学学报:自然科学版,2009,32(6):796-802.

[18]方志强,高信芬,孙成仁.冕宁县山体滑坡地段早期植物群落组成研究[J].西华师范大学学报:自然科学版,2008,29(3):249-257.

[19]王慧芳,罗承德.高等级公路边坡绿化植物材料选择初探[J].四川草原,2004(3):53-55.

[20]黄丽霞,秦华,杨振华.高速公路人工创伤剖面生态防护的植物选择[J].中外公路,2005,25(6):176-179.

[21]段晓明,苗增健,刘连新,等.生态护坡应用及护坡植物群落的选择[J].安徽农业科学,2009,37(31):15327-15329.

[22]李西,罗承德,陈其兵.岩石边坡植被护坡植物选择初探[J].中国园林,2004,20(9):52-53.

[23]李绍才,孙海龙,杨志荣,等.护坡植物根系与岩体相互作用的力学特性[J].岩石力学与工程学报,2006,25(10):2051-2057.

[24]王琼,宋桂龙,韩烈保.5种野生护坡植物的抗旱综合性评价[J].福建农林大学学报:自然科学版,2008,37(2):153-157.

[25]柳春红.重庆绕城高速公路边坡灌丛建植的植物研究[D].重庆:西南大学,2009.

[26]史玉虎,曾祥福,刘学全,等.鄂西三峡库区护坡固坎植物选择初报[J].湖北林业科技,1998(4):12-15.

[27]张俊远,侯广维,刘源智,等.嘉陵江上游水土流失区退耕地生物篱治理模式研究[J].四川林业科技,2001,22(2):32-36.

[28]崔鹏,王道杰,韦方强.干热河谷生态修复模式及其效应——以中国科学院东川泥石流观测研究站为例[J].中国水土保持科学,2005,3(3):60-64.

[29]赵思金,韩烈保,宋桂龙,等.不同人工灌木与草混播群落中4种灌木根系分布的研究[J].西北植物学报,2008,28(4):799-804.

[30]张桂川,张春山,刘广才,等.胡枝子营造技术及其水土保持效益[J].东北水利水电,2002,20(5):51-52.

[31]杨艳生,刘伯根,沙寄石.水土资源恢复中的先锋豆科灌木——胡枝子(Lespedeza bicolor)的栽植研究[J].长江流域资源与环境,1994,3(4):330-336.

[32]覃志刚,陈林武,朱志芳,等.盆北山地退化生态系统“一坡三带”治理模式的研究[J].四川林业科技,2004,25(3):27-31.

Q145

A

1000-0941(2011)10-0012-05

国家科技支撑计划重点项目课题(2007BAD39B04);环保公益性行业科研专项(200909060)

罗双(1986—),男,湖南长沙县人,硕士研究生,从事生态工程和生态恢复方面的研究;通信作者孙海龙(1976—),男,黑龙江海林市人,讲师,博士,从事生态工程方面的研究。

2011-06-30

(责任编辑 徐素霞)