杨洪波，董倩倩，李 昂，于晓丹，付海美，李慧婷

（1 亿利生态修复股份有限公司，北京朝阳 100022；2 中国科学院植物研究所；3 北京市理化分析测试中心）

农牧交错带是我国半干旱或干旱气候的农业和牧业镶嵌交汇地带，一般沿着400mm 年等降水线分布[1]，是我国生态敏感性地带。“农牧交错带”是人类活动和自然气候长期演变互作的结果。自20 世纪以来，由于人类活动的影响，该地区的原生植物遭到破坏[2]，土地的过度开发，传统的放牧和农业活动对土地的粗放利用，导致土地质量严重下降，地表植被类型的多样性逐渐减少，出现了土地沙漠化、盐碱化等现象，造成了生态环境的恶化[3-5]。所以，对北方农牧交错带进行生态修复，使其成为我国重要的生态安全屏障[6-7]，迫切需要恢复和重建植物群落，有效提高土地生产力，扩大绿色植被覆盖面积，改善当地生态条件，增强生态功能。

在农牧交错带，挖掘和开发本地乡土草种，适当引进抗逆性强的优质商业品种，研发和确定本区域植被恢复所需主要种源，是农牧交错带生态治理的关键环节。而评价引进的物种与本区域多种生态条件的匹配适应关系是恢复实践需要解决的主要技术要素[8-9]。按照当前的遥感和地理信息分析结果[10]，农牧交错地区将面临更为严峻的干旱、大风、盐碱化等问题，乡土植物多样性可能继续降低[11]，因此本区域生态修复需要选育和引进具有较强抗逆能力的物种。本地区人口向城镇集中，一定程度上减轻了农牧业的土地利用压力，有利于环境恢复，但也产生了更多的城镇绿化需求，需要开发适应本地气候土壤条件、环境友好的观赏植物品种。鉴于以上实践需求，需要结合农牧交错区气候和土壤等多种因素，大量筛选可用的兼具抗逆性和观赏性的花草，为应对气候变化和美丽中国建设提供种质资源保障。基于此，为了解决北方农牧交错带植被恢复和城镇绿化需求，在典型区河北张家口怀来县进行了抗逆植物引种试验，对63 种乡土草种和普遍应用的抗逆花草品种进行适应性综合评价研究。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

引种地为河北省张家口市怀来县下八里村，（115°28′9″E，40°26′9″N），海拔792m。研究地所处的怀来盆地是我国北方农牧交错带上的典型地区，气候四季分明，雨热同期，属于温带半干旱大陆性季风气候。全年日照时数约3000h，年均降水量约413mm，年蒸发量约1700mm，年平均气温10.5℃，全年无霜期149d，全年大风日较多，平均风速约为3.3m/s。

1.2 试验材料

供试材料包括乡土植物和外来植物，共计20 科，52 属，63 种植物（见表1）。

1.3 试验方法

试验小区划分成4m×4m 小格子，于2018 年在每个小格子中种植抗逆性花草，种植方式分为种子种植和以裸根苗形式分株栽植。种子播种前，先进行灌溉，待2～3d 后进行旋耕、整地。采用条播的种植方式，播种深度2～4cm，覆土后用脚轻轻踏实，种植行距30cm。裸根苗种植前先翻耕土地，深约20cm。不同植物种植模式不同，福禄考、五彩石竹采用1 穴3 株的栽植方式；鼠尾草、橡胶草、锦带、蓝香芥1 穴2 株；鸢尾类、萱草类、菊类、景天类、马蔺、鲁冰花等其他植物1 穴1 株，行距30cm；种植后以大水漫灌的方式进行灌溉，1 个月后，统计种子发芽率和裸根苗成活率。

2019 年春季统计植物越冬成活情况，筛选出长势较好的品种进行生长季（4～8 月）株高测定，重复10次，并观测记录分蘖数、花色、叶色、植被覆盖度、抗逆性等指标。通过样方视觉估计，运用层次分析法对筛选的抗逆植物进行适应性评价；结合生态修复和城镇绿化工程，评估抗逆花草植物应用价值。应用价值包括经济可行性，即考虑原材料成本、生产过程中管理费用以及与后期管护工作相关性、与当地经济条件适应性[12-13]。

表1 供试植物材料

1.4 评价方法

1.4.1 层次分析法评价体系。通过对试验材料的观测记录，结合引种花草的自身特点及城镇绿化所需条件，选取6 个评价指标，构建评价标准体系；评价体系分为3 个层次，目标层A、约束层C 和标准层P；约束层指标分适应性指标C1和观赏性指标C2，适应性指标主要有繁殖能力P1、抗逆性P2、扩散速度P3；观赏性指标主要有叶色P4、花色P5、花叶覆盖度P6；并采用1～9 标度法进行赋值，通过指标间两两比较，对每层建立判断矩阵，通过软件进行权重计算及一致性检验，其中各指标的最终权重为约束层权重与标准层权重的乘积（表2）。

表2 权重及一致性检验

1.4.2 评价标准等级划分。在徐炜[14]、张晓菲等[15]、谢晓蓉等[16]评价标准基础上，结合生态修复和城镇绿化侧重点，分成5 个等级（1～5 分制），见表3。通过专家打分，再乘以对应指标的最终权重，得出每个指标的分数，然后将每种植物的各个指标得分相加求和，即为综合评价得分。

表3 引种适应及观赏性评分标准

1.5 数据统计分析

试验数据运用SPSS 19.0 软件进行分析和显著性检验。运用方差分析比较组间差异，并用Duncan's 新复极差法进行多重比较检验，采用yaahp 12.4 软件进行权重计算及一致性检验。

2 结果与分析

2.1 引种植物成活情况

图1 乡土植物与外来植物的成活率比较

将2018 年与2019 年统计的乡土植物和外来植物成活率进行对比，发现乡土植物与外来植物成活率有较大的差异。如图1 所示，乡土植物和外来植物的当季种植成活率在60%左右，没有显著差异，但经过冬天低温后，外来植物越冬成活率下降了27 个百分点，而乡土植物越冬率基本没有下降，表明大部分外来植物对环境的不适应性，从而难以越冬；对于乡土植物来说，种子种植和分株种植2 种方式越冬率基本不会降低；但对于外来植物来说，在种子种植方式下越冬成活率降低约40 个百分点，分株种植方式下成活率降低14 个百分点，所以，本试验中引种的外来植物分株种植可能优于种子种植。

2.2 引种植物长势情况

筛选出越冬成活率高于80%的优良品种，通过查找植物原产地正常生长的株高，与本试验植物停止生长时株高进行比较，了解各种植物的生长停滞状况，为园林绿化植物配置提供依据。成活率80%以上的植物有26 种（表4），其中，外来植物有福禄考、鼠尾草、扁蓿豆、假龙头。从表4 可知，大部分植物在正常植物株高范围内，只有德国景天、金娃娃萱草、荷兰菊、燕麦和假龙头的株高低于正常株高的最低值，但长势较好，呈矮壮化现象。

表4 引种植物株高与正常株高比较

2.3 引种植物适应性评价

通过各层权重及判断矩阵一致性检验，计算出的各个指标的最终权重见表2，统计每个指标打分情况，对优良品种进行等级评分（如表5）。由表示可知，五彩石竹、黄花鸢尾、蓝花鸢尾、大花萱草、金娃娃萱草、荷兰菊、地被菊、三七景天、扁蓿豆为一级标准，在植物修复和重建以及绿化工程上可以直接利用；德国景天、八宝景天、福禄考、拂子茅、燕麦、狼尾草、鼠尾草、羊草、毛茛、天人菊为二级标准，可根据实际需求，加上人为管护可进行利用；苜蓿、玉带草、画眉草、桔梗、胭脂红景天、假龙头为三级标准，可根据具体生境条件加以利用，作为增加植物多样性的补充材料。

表5 引种适应性综合评价

2.4 引种植物经济适用性

表6 是将筛选的二级标准以上抗逆植物进行成本评估，体现引种植物的经济可行性。成本评估包括植物材料购买、人工栽种等原成本，以及杂草控制、灌溉、施肥等管护成本。购买植物材料的成本来自于供应商，栽植费用来自当地承包劳务队报价，杂草控制成本是通过雇佣工人时间和工作量计算，施肥、灌溉费用是当地农业生产实际的花费。表6 中，花卉植物比牧草植物原材料价格高出0.26～4 元/m2；在种植方式中，分株种植比种子种植费用高出约2 元/m2，这些都是由于当地劳动力提高了植物在绿化应用过程中的成本。在成本造价中，材料占总成本的20%，经济占比较低，适用性较高，且通过考虑原材料的扩繁速度可进一步降低原材料成本；本地劳动力成本平均占总成本的77%，成本的增加主要是种植和管护中人工成本，所以，有必要改变劳动力输出方式，通过机械操作替代，控制人工成本。

目前数据显示，一级标准的植物有五彩石竹、拂子茅、燕麦、狼尾草、羊草、毛茛、扁蓿豆、鼠尾草，可以选择种子直播作为绿化工程方法，二级标准的植物是蓝花鸢尾、荷兰菊、地被菊、三七景天、八宝景天、德国景天、天人菊，可以分株栽植绿化；三级标准有黄花鸢尾、萱草、福禄考，虽然原材料价格较高，但是以分株方式繁殖，繁殖速度快，且能保持原有的遗传性状，经济适用性也会有所提高。

表6 种植和管护成本 单位：元/m2

3 讨论

本研究采用层次分析法综合评价植物的环境适应能力，并结合该植物经济适用性，判断其在园林绿化中的应用价值。研究发现，在农牧交错带这种脆弱的生态环境下，所引种的63 种植物中有18 种适应性好，经济可行性高，可以被选用为生态修复和园林绿化备选品种，因为这些物种大部分为乡土草种，其它外来种大多被引进多年，没有发展为入侵植物。因此，建议在气候土壤条件同河北省北部类似的农牧交错带恢复中，可以考虑所报道的耐受性强的观赏草种。

针对适合植物，从适应性及绿化应用成本方面论证了它们的优势。本研究筛选出的一些适合性植物，比如萱草、鸢尾等，具有很强的生态可塑性，即改变叶片性状，如大小、卷曲、着生角度等，以保持水分；还有一些植物改变了资源分配策略，如德国景天、荷兰菊、金娃娃萱草等，表现出矮壮化现象，即株高比在原产地生长株高要低，提高了它们的适应性和竞争力。通过本研究各项费用的计算，筛选的优势植物在整个种植过程中花费成本4～10 元/m2，其中由于原材料产地较多，种子购买成本较低，占总成本20%左右。但是人工成本占比较大，因此，本研究筛选出的抗逆性强、无需精细照管的植物会有很大的实践应用潜力。

针对不适合植物，本研究发现有3 个原因，首先是土壤理化性状的制约。本试验区位于怀来盆地西北部，土壤类型为褐土[17]，具有明显的粘化作用和钙化作用，pH 值一般为7.8～8.5。其中碳酸钙多为假菌丝体状广泛存在于表土层以及中、下层[18]，导致所引种的鲁冰花无法成活。原因是鲁冰花对石灰质土壤敏感，易发生失绿症。另外，因为草地早熟禾和白三叶要求土壤疏松肥沃，喜弱酸性土壤不耐盐碱，所以也无法生长[19]。

其次，在气候环境方面，大风、降雨格局等限制因子制约着植物的生长。当地大风主要发生在冬春季，此时降水稀少，土壤含水量低，加上土壤易板结，加速水分蒸发，导致橡胶草等苗子从根部就抽干死亡。本试验区雨热同季，降雨主要集中在7、8 月份，一些怕湿热的植物如锦带等容易烂根。同时，在降水集中的短暂时期，温度较高雨水较大，导致植物病害短时期即可暴发[20]。

最后，植物自身的生态适应性也是重要的限制因素。首先，部分植物的抗逆性单一，比如抗旱但不抗寒，耐盐碱或不耐旱等。具体在本试验中，如电灯花，低于10℃就停止生长，不耐寒；红豆草在年降水量为500mm 以上地区才可以不灌水，抗旱性欠佳；小冠花抗旱、耐寒、耐瘠薄、耐盐碱，但不耐湿[21]。紫菀生长在山顶和低山草地及沼泽地，耐涝、怕干旱，耐寒性较强[22]。珠光香青在排水良好的砂质土壤中生长良好，喜肥水[23]；紫露草原产于美洲热带地区，需要用塑料薄膜覆盖保温越冬。植物休眠策略也会导致种植效率低，而且多见于适应瘠薄自然环境的乡土物种。在本试验中，胡枝子种子在自然条件下不易发芽，需播种前进行处理，在保持一定温度和湿度的条件下催芽[24]，因此限制这一物种的应用潜力。

4 结论

综上分析，综合考虑乡土与外来植物适应性与经济可行性，在北方农牧交错带环境下有18 种植物表现较好，分别为五彩石竹、拂子茅、燕麦、狼尾草、羊草、毛茛、扁蓿豆、鼠尾草，蓝花鸢尾、荷兰菊、地被菊、三七景天、八宝景天、德国景天、天人菊，黄花鸢尾、萱草、福禄考，可以作为大规模生态修复和城镇绿化的生态工程材料。