郭 文，王天偉，高照良，2

（1.西北農(nóng)林科技大學(xué) 資源環(huán)境學(xué)院，陜西 楊陵712100；2.中國(guó)科學(xué)院 水利部 水土保持研究所，陜西 楊陵712100）

隨著高速公路的快速發(fā)展，各種擾動(dòng)土地大量增加，擾動(dòng)土地的植被恢復(fù)成為高速公路建設(shè)中一個(gè)不可忽視的問題［1－3］。邊坡防護(hù)是高速公路擾動(dòng)土地植被恢復(fù)的重要內(nèi)容，并受到人們的關(guān)注。在高速公路上常見的護(hù)坡模式有掛網(wǎng)噴播、骨架植草，穴狀植草護(hù)坡等。不同的護(hù)坡模式，由于土層厚度、土壤肥力和施工方式等不同，植被恢復(fù)的效果也有很大差異。不同的護(hù)坡模式，自然植被入侵的頻率和相對(duì)密度，是否有很大差異。不同的護(hù)坡模式的植被恢復(fù)有什么差異，他們的建群種，伴生種是否一致。本文以銅川至黃陵至延安高速公路（簡(jiǎn)稱銅延高速）為例，分析不同護(hù)坡模式間植被的生長(zhǎng)密度，人工植被與自然植被的出現(xiàn)頻率以及它們之間的相關(guān)性。

1 研究區(qū)概況

銅延高速公路是西部大通道“包（頭）茂（名）線”在陜西境內(nèi)的重要路段，也是陜西省“2637高速公路網(wǎng)”的組成部分，北接延安至安塞高速公路，南與西銅一級(jí)公路在黃堡主線收費(fèi)站處相連，途經(jīng)銅川市、宜君縣、黃陵縣、洛川縣、富縣、甘泉縣和延安市寶塔區(qū)，是連接陜北與關(guān)中乃至全國(guó)各個(gè)城市的重要交通干線，對(duì)沿線的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和交通便利起著非常重要的作用，全線于2006年9月建成通車。公路全線位于黃土高原丘陵溝壑區(qū)，屬于暖溫帶大陸性半干旱氣候。春暖干燥，降水較少，氣溫回升快且不穩(wěn)定，多風(fēng)沙天氣；夏季炎熱多雨，間有伏旱；秋季涼爽較濕，氣溫下降快；冬季寒冷干燥，雨雪稀少。年均氣溫9.4℃，極端最低氣溫－25.4℃，極端最高氣溫39.9℃，年均降水量550～650mm。公路沿線是黃綿土，土壤pH 8.2～8.9，植被屬于森林草原地帶。草本以白羊草（Bothrlochloa ischaemum （L.）Keng.）、鐵 桿 蒿（Artemisia sacrorum Ledeb.）、黃 背 草 （Themeda triandra var.japonica）、長(zhǎng)芒草（Stipa bungeana）、蒲公英（Taraxacum mongolicum）等為主，主要樹種有側(cè)柏（Platycladus orientalis（L.）Franch.）、山楊（Populus davidiana Dode.）、油松（Pinus tabulaeformis Carr.）、酸 棗 （Ziziphus jujuba Mill.var.spinosa（Bge.）Hu.）、荊條（Vitex negundo var.heterophylla）、狼牙刺（Sophora viciifolia）、白樺（Betula platyphylla）、刺槐（Robinia pseudoacacia）、小葉楊（Populus simonii）、旱柳（Salix matsudana）等。

2 研究方法

2.1 植被調(diào)查

研究選擇銅延高速公路上應(yīng)用得最多的穴狀整地植草、掛網(wǎng)噴播植草和骨架植草3種典型的生態(tài)護(hù)坡模式為研究對(duì)象，植被調(diào)查時(shí)間為2008年7月，采用GPS定位，分別設(shè)置固定樣地，進(jìn)行定位監(jiān)測(cè)。每種模式選取6個(gè)具有代表性的土質(zhì)邊坡作為研究樣地，樣地沿公路走向方向長(zhǎng)10m，等距離設(shè)置1m×1m的樣方，調(diào)查并記錄樣地邊坡植被的蓋度，樣地總株樹，以及各物種數(shù)等指標(biāo)。

2.2 分析方法

首先通過對(duì)不同樣地覆蓋度、多樣性指數(shù)等植被恢復(fù)因子成效進(jìn)行分析，根據(jù)恢復(fù)成效的不同將18塊樣地進(jìn)行了分類，并比較了這些差異產(chǎn)生的原因，根據(jù)不同植物的出現(xiàn)頻率和相對(duì)密度，對(duì)每種護(hù)坡模式的植物種進(jìn)行了聚類分析，區(qū)分了建群種與主要入侵種、伴生種。聚類分析采用SPSS 16.0軟件，首先對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，并根據(jù)歐氏距離法計(jì)算對(duì)象間的距離［4］。論文應(yīng)用到的公式如下：

出現(xiàn)頻率＝植被在樣地中出現(xiàn)的次數(shù)

相對(duì)密度Pi＝某一種的個(gè)體數(shù)目／全部種的個(gè)體數(shù)

Shannon－Weaner指數(shù)：

式中：H——Shannon－Weaner指數(shù)；S——物種數(shù)。Pielou指數(shù)：J＝ H／lnS

式中：J——Pielou指數(shù)；H——Shannon－ Weaner指數(shù)；S——物種數(shù)。

歐式距離：

式中：m——每個(gè)樣本有 m 個(gè)變量；dy——?dú)W氏距離；xik，yik——物種或樣地的屬性值。

3 結(jié)果分析

3.1 不同護(hù)坡模式的植被恢復(fù)效果分析

覆蓋度直接關(guān)系著植被護(hù)坡的水土保持效果［5］，而Shannon－Weaner指數(shù)、Pielou指數(shù)反映了植物群落間的物種多樣性［6］，是反映植物群落穩(wěn)定性與演替過程的重要指標(biāo)，根據(jù)上述指標(biāo)對(duì)不同樣地的植被恢復(fù)效果進(jìn)行了聚類分析，詳見圖1。

圖1 植被恢復(fù)效果的聚類分析

從圖1可以看出，若類間距λ＝9時(shí)，可將18塊樣地的植被恢復(fù)成效分成4種類型。其中第1類型包括5塊樣地，其中掛網(wǎng)模式居多（樣地7、樣地9、樣地10），生境以陽(yáng)坡為主（樣地3、樣地9、樣地10），這一類型中平均植被覆蓋度66.85% ，Shannon－Weaner指數(shù)、Pielou指數(shù)的平均值分別為0.83和0.69。第2類型也包括5塊樣地，掛網(wǎng)模式（樣地11、樣地12）與骨架模式（樣地13、樣地14）各有2塊，生境以陰坡為主（僅樣地14為陽(yáng)坡），這一類型中平均植被覆蓋度為80.8%，Shannon－weaner指數(shù)、Pielou指數(shù)的平均值分別為0.72和0.66。第3類型僅有3塊樣地，其中穴狀植草占其中的2／3（樣地2、樣地4），生境均為陽(yáng)坡，這一類型中平均植被覆蓋度為52.33%，Shannon－Weaner指數(shù)、Pielou指數(shù)的平均值分別為0.91和0.76。第4類型的5塊樣地均為骨架植草（樣地6、樣地15、樣地16、樣地17、樣地18），生境以陰坡占多數(shù)（樣地6、樣地15、樣地16），這一類型中平均植被覆蓋度為98.6% ，Shannon－Weaner指數(shù)、Pielou指數(shù)的平均值分別為0.64和0.43。

3.2 不同護(hù)坡模式下群落結(jié)構(gòu)分析

在每種護(hù)坡模式下，根據(jù)不同植物種出現(xiàn)頻率和相對(duì)密度對(duì)植物群落的物種結(jié)構(gòu)進(jìn)行聚類分析，確定在植被恢復(fù)中分別發(fā)揮不同作用的建群種、主要入侵種、伴生種，并對(duì)不同護(hù)坡模式植被恢復(fù)的差異進(jìn)行了分析。

3.2.1 穴狀植草護(hù)坡模式的植被種類分析 穴狀植草護(hù)坡模式中6塊不同的樣地人工種植的植物分別是苜蓿＋檸條（樣地2至樣地5）以及單純苜蓿（樣地1），隨著植被恢復(fù)年限的延長(zhǎng)，新的植物物種不斷從周邊生境中遷入到高速公路路域并定居，使高速公路邊坡群落的物種結(jié)構(gòu)進(jìn)一步復(fù)雜化，在穴狀植草護(hù)坡的6塊樣地，共發(fā)現(xiàn)有植物14種，其中除苜蓿和檸條外，其余12種均為遷入的野生種。根據(jù)出現(xiàn)頻率與相對(duì)密度對(duì)這14中植物進(jìn)行聚類分析，詳見圖2。

圖2 穴狀植草護(hù)坡植物種類聚類分析

可以看出，如若取λ＝9的類間距，6個(gè)樣地的14種植物可分為3大類，其中苜蓿和檸條兩種人工植被為第一類，出現(xiàn)頻率和相對(duì)密度都遠(yuǎn)高于其它物種，在群落中處于優(yōu)勢(shì)地位，屬于建群種。豬毛蒿和鐵桿蒿處于第2類，是自然入侵物種，僅次于苜蓿和檸條。其中，穴狀植草模式中苜蓿、檸條、豬毛蒿、鐵桿蒿4種主要植物種的出現(xiàn)頻率與相對(duì)密度如表1所示。

從表1可看出，豬毛蒿和鐵桿蒿屬于當(dāng)?shù)氐囊吧锓N，在該區(qū)域中處于優(yōu)勢(shì)地位，由于處在植被恢復(fù)初期，人工植被仍占主要位置，但是野生物種對(duì)于人為干擾區(qū)域內(nèi)的植被恢復(fù)有著關(guān)鍵作用，在該高速公路植被恢復(fù)的未來(lái)幾年內(nèi)，當(dāng)?shù)匾吧锓N如豬毛蒿和鐵桿蒿之類物種的侵入在逐年增長(zhǎng)，種間競(jìng)爭(zhēng)將非常激烈，是植被群落結(jié)構(gòu)形成的關(guān)鍵階段。

表1 穴狀植草模式主要植物種的出現(xiàn)頻率與相對(duì)密度

3.2.2 掛網(wǎng)噴播護(hù)坡模式的植被種類分析 根據(jù)調(diào)查資料，掛網(wǎng)噴播的邊坡植被種類比較單一，幾乎沒有自然植被入侵，人工植被仍然是苜蓿和黑麥草，兩種植被的出現(xiàn)頻率均為10，苜蓿的相對(duì)密度為0.76，而黑麥草的僅0.24，由此可看出二者之間的差異較大，樣地中苜蓿占主要位置，種間競(jìng)爭(zhēng)中苜蓿遠(yuǎn)高于黑麥草。

基于這兩種物種的不同特性，苜蓿屬于豆科草本植物，具有固氮的作用，因此在其生長(zhǎng)期間，氮元素的含量較禾本科植物黑麥草要豐富很多，養(yǎng)分相對(duì)處于優(yōu)勢(shì)地位，整體水平高于黑麥草，在掛網(wǎng)噴播中起主導(dǎo)作用。

3.2.3 骨架植草護(hù)坡的植被分析 骨架護(hù)坡6個(gè)樣地中，人工種植的植物主要有苜蓿、小冠花＋檸條、小冠花＋黑麥草3種不同的類型。聚類分析的結(jié)果（如圖3）顯示人工植被在邊坡植物群落中仍占主要部分，無(wú)論出現(xiàn)頻率還是相對(duì)密度，小冠花和檸條均處于優(yōu)勢(shì)種的地位。其中，它們的出現(xiàn)頻率分別為8和6，相對(duì)密度則為0.51和0.45。在自然植被中，草木樨優(yōu)勢(shì)相對(duì)較強(qiáng)，其出現(xiàn)頻率和相對(duì)密度為3和0.01。草木樨屬于1－2年生的豆科草本植被，基于本身的固氮作用，生長(zhǎng)環(huán)境相對(duì)處于優(yōu)勢(shì)地位，在該群落中處于伴生種位置。地丁、胡枝子、飛廉、豬毛蒿、黑麥草、苜蓿、刺槐、鳳毛菊、細(xì)裂葉蓮蒿、蓑草、冰草、苦蒿，均屬于偶見種。

4 討論

（1）從以上分析可以看出，綜合比較3種護(hù)坡模式，人工植被均屬于優(yōu)勢(shì)種，從另一方面講，銅延高速的邊坡恢復(fù)初期比較成功，并未出現(xiàn)大量當(dāng)?shù)匚锓N入侵的現(xiàn)象，從而保證了邊坡植被恢復(fù)的景觀效果。

在苜蓿、檸條、小冠花、黑麥草4種人工栽植的植物中，苜蓿、檸條、小冠花均可能成為優(yōu)勢(shì)種，而黑麥草為伴生種，不論是與苜?；旆N還是與小冠花混種，其相對(duì)密度都要低于對(duì)方，檸條與苜蓿＋檸條的相對(duì)密度要低于苜蓿，檸條與小冠花混種二者的密度差不多。

圖3 骨架植草護(hù)坡植物種類聚類分析

（2）在3種護(hù)坡模式中，掛網(wǎng)模式中的植被較單一，主要為苜蓿和黑麥草，且苜蓿的相對(duì)密度明顯高于黑麥草，表明該群落的物種較單一，植被恢復(fù)的穩(wěn)定性差，不利于邊坡植被恢復(fù)的長(zhǎng)久發(fā)展［7］。

（3）在穴狀和掛網(wǎng)模式中，苜蓿都占主要地位，穴狀模式的自然入侵較掛網(wǎng)要顯著，外來(lái)物種豬毛蒿和鐵桿蒿已經(jīng)開始入侵，優(yōu)勢(shì)度僅次于人工植被苜蓿和檸條。在穴狀和骨架植草模式中，人工植被檸條屬于優(yōu)勢(shì)種，但在骨架模式中，外來(lái)物種的入侵不顯著，均屬于伴生種。

總之，在高速公路的邊坡防護(hù)中，自然入侵物種對(duì)人工栽植的物種有很重要的影響，自然物種的侵入在一定程度上決定著邊坡植被群落演替的方向，邊坡植被恢復(fù)的成敗。人工植被的衰退，會(huì)造成邊坡的重新裸露。近年來(lái)，關(guān)于高速公路裸露邊坡恢復(fù)機(jī)理的研究還較少［8］，對(duì)于不同地帶的不同類型的邊坡到底適合何種植被的生長(zhǎng)，今后還需要進(jìn)行更多的深入分析。

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