韓 煜，趙廷寧，陳 琳，柳立兵

（1.北京林業(yè)大學(xué) 水土保持學(xué)院，北京100083；2.延慶縣水土保持工作站，北京 延慶102100）

植物群落是在一定生境條件下由不同植物構(gòu)成的一個(gè)總體。在植物群落中，不同植物種之間以及它們與環(huán)境之間保持著一種動(dòng)態(tài)平衡［1］。植被群落特征是描述群落結(jié)構(gòu)和功能復(fù)雜性的度量指標(biāo)，在植被恢復(fù)過程中物種多樣性的變化反應(yīng)了植被的恢復(fù)程度。研究植被群落特征，能夠了解群落的結(jié)構(gòu)、功能和穩(wěn)定性［2］，揭示植被群落與環(huán)境之間的相互關(guān)系。

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，公路、鐵路、廠礦、房地產(chǎn)等開發(fā)建設(shè)項(xiàng)目日益增多，在這些項(xiàng)目的建設(shè)過程中，經(jīng)常要破壞原有地貌景觀和植被群落，形成大量裸露坡面和次生裸地，引發(fā)嚴(yán)重的水土流失，從而導(dǎo)致自然生態(tài)系統(tǒng)的退化。因此，如何修復(fù)由于開發(fā)建設(shè)項(xiàng)目產(chǎn)生的受損坡面以及對(duì)坡面進(jìn)行植被恢復(fù)，成為開發(fā)建設(shè)項(xiàng)目中需要研究和解決的問題。目前，對(duì)于開發(fā)建設(shè)項(xiàng)目植被群落特征已經(jīng)做了一些研究［3－5］，大多是關(guān)于植被物種多樣性的分析及評(píng)價(jià)，涉及的項(xiàng)目類型主要是礦區(qū)和公路，針對(duì)開發(fā)建設(shè)項(xiàng)目不同護(hù)坡措施中的植被群落特征研究還較少見。作為北京市水土保持科技示范園，延慶縣上辛莊水土保持坡面試驗(yàn)小區(qū)是不同類型開發(fā)建設(shè)項(xiàng)目多種植被護(hù)坡方式的綜合小區(qū)，具有較強(qiáng)的代表性和示范作用，因此研究不同坡面試驗(yàn)小區(qū)的植被群落特征，不僅能為開發(fā)建設(shè)項(xiàng)目植被護(hù)坡措施的選擇提供依據(jù)，還能為植被恢復(fù)建設(shè)提供理論支撐。

1 研究區(qū)域概況

延慶縣上辛莊開發(fā)建設(shè)項(xiàng)目水土保持試驗(yàn)示范基地，位于延慶縣城東南方向，地理坐標(biāo)為東經(jīng)116°03′17″－116°03′55″，北緯40°25′10－40°27′20″，距縣城約5km，占地2.19hm2，該基地于2007年10月完成36個(gè)植被護(hù)坡小區(qū)的設(shè)計(jì)和施工，各小區(qū)均配套有噴灌設(shè)施，調(diào)查時(shí)各小區(qū)植被恢復(fù)時(shí)間為2a。

該區(qū)屬于媯水河大榆樹小流域，年降水量為474.5mm，主要集中在6－9月，約占全年降水總量的84%。年平均氣溫8.5℃，≥10℃的年最大積溫3 600℃，年最小積溫2 000℃。無霜期平均為150～160d。天然分布有荊條（Vitex chinensis）、鐵桿蒿（Artemisia sacrorum）、黃花蒿（Artemisia annua）、羊胡子草（Carex rigescens）、白草（Pennisetum centrasiaticum）、柴胡（Bupleurum chinense）、米蒿（Artemisiadalai lamae）、沙 棘 （Hippophae rhamnoides）、灰菜（Chenopodium album）等植物。人工栽植有榆樹（Ulmus pumila）、油松（Pinus tabulaeformis）、楊 樹 （Populus devidiana）、刺 槐 （Robinia pseucdoacacia）等喬木樹種，間有核桃（Prunus persica）、梨（Pyrus pyrifolia）、杏（Prunus armeniaca）等散生果樹［6］。

2 研究方法

2.1 植被調(diào)查方法

2009年7月在試驗(yàn)示范基地進(jìn)行了植被調(diào)查，以36個(gè)不同護(hù)坡措施的小區(qū)為調(diào)查對(duì)象，每個(gè)小區(qū)作為一個(gè)研究樣地。按照小區(qū)編號(hào)依次對(duì)樣地進(jìn)行調(diào)查，小區(qū)面積為45～60m2，樣地內(nèi)喬木每株都進(jìn)行調(diào)查，灌木和草本分別在坡上、坡中、坡下的中心位置各設(shè)一個(gè)樣方，灌木樣方為2m×2m，草本樣方為1 m×1m，共設(shè)樣方108個(gè)。調(diào)查記錄了每個(gè)樣方內(nèi)所有植物種類、株樹／叢數(shù)、蓋度、高度、生長狀況等。

2.2 數(shù)據(jù)處理方法

2.2.1 物種重要值的計(jì)算 重要值是指物種在群落中的重要地位，以重要值為測(cè)度指標(biāo)可以避免因物種個(gè)體大小、數(shù)量差異懸殊而導(dǎo)致過分地夸大一些個(gè)體小、但個(gè)體數(shù)極多的物種在群落中的作用，能夠?yàn)楸鎰e物種是建群種、優(yōu)勢(shì)種還是伴生種提供重要依據(jù)［7－8］。重要值計(jì)算公式為：

式中：IVi——第i種的重要值；RDi——第i種的相對(duì)密度；RCi——i種的相對(duì)蓋度；RFi——第i種的相對(duì)頻度。

2.2.2 物種多樣性指數(shù)的計(jì)算 物種多樣性指數(shù)是用來描述種的個(gè)體出現(xiàn)的紊亂和不確定性的指標(biāo)，不確定性越高，多樣性也就越高；它包括兩個(gè)因素：其一是種類數(shù)目，其二是種類中個(gè)體分配上的均勻性；種類數(shù)目越多，多樣性越大，種類之間個(gè)體分配的均勻性增 加，也 會(huì) 使 多 樣 性 提 高［2，9－11］。 本 文 選 用 豐 富 度指數(shù)、多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)作為各小區(qū)植物群落物種多樣性的度量指標(biāo)。

（1）豐富度指數(shù)

式中：S——群落中的總種數(shù)；N——群落中的個(gè)體總數(shù)。

（2）多樣性指數(shù)

式中：Pi——第i種個(gè)體數(shù)占群落中所有種個(gè)體數(shù)的比例；S——群落中的總種數(shù)。

（3）均勻度指數(shù)

式中：H——實(shí)際觀察的種類多樣性；Hmax——最大的種類多樣性；S——群落中的總種數(shù)。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同小區(qū)植被總體情況

自從進(jìn)行邊坡防護(hù)后，邊坡植被狀況發(fā)生了很大的改變，各個(gè)小區(qū)的植被種類、植被蓋度、植株密度等均有不同，結(jié)果見表1。蓋度是反映植被群落結(jié)構(gòu)的一個(gè)重要指標(biāo)。從表1中可以看出，采用不同護(hù)坡措施進(jìn)行植被恢復(fù)后，小區(qū)的植被蓋度均有很大提高，蓋度在50%以上的小區(qū)多達(dá)24個(gè)，有些以草本為主的小區(qū)蓋度更是達(dá)到了100%以上，如4號(hào)和26號(hào)小區(qū)，蓋度高達(dá)122.3%和110.7%。而對(duì)照小區(qū)的蓋度則低于50%，如8號(hào)和13號(hào)小區(qū)，蓋度分別為15.2%和29.8%。這是因?yàn)檫吰铝⒌貤l件較差，不利于保水保土，對(duì)植物生長不利，而且植被的自然恢復(fù)也需要較長時(shí)間。蓋度較高的小區(qū)則表明，該種護(hù)坡措施效果較好，而且對(duì)此類邊坡較為適宜，在植被恢復(fù)過程中起到了促進(jìn)作用。

3.2 不同小區(qū)植物群落物種組成的變化

根據(jù)坡面小區(qū)的邊坡類型、坡向和坡比將調(diào)查小區(qū)劃分為3類，用物種的重要值對(duì)群落特征及動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行分析，結(jié)果見表2。

表1 不同小區(qū)植被基本情況

3.2.1 陰向土質(zhì)邊坡 1－9號(hào)小區(qū)為土質(zhì)邊坡，坡比1∶2，坡向向北。

從表1中可以看出，1號(hào)和2號(hào)小區(qū)重要值最大的為高羊茅（Festuca arundinacea）和結(jié)縷草（Zoysia japonica），其值為2.41和1.04，最初的設(shè)計(jì)種仍為群落的優(yōu)勢(shì)種，但2號(hào)小區(qū)出現(xiàn)較多的入侵植物種。4號(hào)小區(qū)沙打旺（Astragalus adsurgens）重要值最大，為1.93，調(diào)查時(shí)沒有發(fā)現(xiàn)胡枝子（Lespedeza floribunda）；3號(hào)和5號(hào)小區(qū)重要值最大的都是高羊茅，分別為1.26和0.96，成為優(yōu)勢(shì)種。6號(hào)小區(qū)為優(yōu)勢(shì)種為高羊茅和無芒雀麥（Bromus inermis）；7號(hào)小區(qū)側(cè)柏（Platycladus orientalis）重要值最大，而且長勢(shì)良好。

8號(hào)和9號(hào)小區(qū)為對(duì)照小區(qū)，沒有采取任何護(hù)坡措施。從表1中可以看出，重要值最大的是狗尾草（Setaria viridis）和鐵桿蒿，而且兩個(gè)小區(qū)植物種類也較為相似，都有狗尾草、鐵桿蒿、茵陳蒿（Artemisia capillaris）等。

通過對(duì)1－9號(hào)小區(qū)植物種重要值的分析可知，植草＋截水溝護(hù)坡和等高綠籬埂護(hù)坡植物成活情況最好，適應(yīng)性最好，因?yàn)榻厮疁虾偷雀呔G籬埂的存在能夠更多地存蓄坡面降水，供給植物生長所需，有效解決了水分的限制作用，從而發(fā)揮植物的保水保土作用。土工格柵和六棱花磚護(hù)坡適應(yīng)性一般，植生毯護(hù)坡措施適應(yīng)性最差。在1，3，4，5號(hào)小區(qū)中，重要值最大的植物種都是高羊茅，成為優(yōu)勢(shì)草種，說明高羊茅在該地區(qū)的適應(yīng)性強(qiáng)，在人工恢復(fù)植被時(shí)可以選擇。

表2 不同小區(qū)植物種的組成變化

續(xù)表2：

3.2.2 陽向土質(zhì)邊坡 10－24號(hào)小區(qū)為土質(zhì)邊坡，坡比1∶1.5，坡向向西。

從表1中可以看出，10號(hào)小區(qū)植物種重要值在0.19～0.50之間，各物種相差不大，無法體現(xiàn)出優(yōu)勢(shì)種；17號(hào)小區(qū)連翹的重要值最大，在群落中處于優(yōu)勢(shì)地位。在11、16和18號(hào)小區(qū)中，重要值最大的分別為早熟禾（Poaannua）、高羊茅和沙打旺，優(yōu)勢(shì)種與設(shè)計(jì)種一致，且植物長勢(shì)也較好。12號(hào)和15號(hào)小區(qū)重要值最大的都是狗尾草，設(shè)計(jì)種已經(jīng)退化。14，20和21號(hào)小區(qū)的植物都以旱柳（Salix matsudana）為主，且3個(gè)小區(qū)旱柳的重要值最大，分別為1.91，1.80和1.67。19號(hào)小區(qū)重要值最大的是高羊茅，其值為1.26，調(diào)查時(shí)沒有發(fā)現(xiàn)波斯菊（Cosmos bipinnatus），這是由于波斯菊為一年生草本花卉，退化速度快。

通過對(duì)10－24號(hào)小區(qū)植物種重要值的分析可知，三維金屬網(wǎng)＋植被袋、連鎖磚＋植物和廢舊汽車輪胎＋植物3種護(hù)坡措施適應(yīng)性較好，植物成活率高；鉛絲石籠、平鋪石籠和碼石栽植旱柳的護(hù)坡方式也比較適宜，且旱柳長勢(shì)良好。由于上述幾種護(hù)坡措施首先改變了坡面微地形，增加了粗糙度，提高了坡面蓄水保土能力，再結(jié)合植物覆蓋，從而達(dá)到了防止坡面水土流失的作用，而單純的植物護(hù)坡效果不明顯。

3.2.3 陽向石質(zhì)邊坡 25－36號(hào)石質(zhì)邊坡，坡比1∶1，坡向向南。

從表1中可以看出，25號(hào)小區(qū)重要值最大的是早熟禾，為2.23，種植的爬山虎（Parthenocissus tricuspidata）已經(jīng)退化；33號(hào)小區(qū)植物種重要值在0.27～0.59之間，優(yōu)勢(shì)種不明顯。在26，27，29和32號(hào)小區(qū)中，原來栽植的植物在群落中的重要值仍較大，如26號(hào)小區(qū)的胡枝子和沙打旺、27號(hào)小區(qū)的沙打旺、29號(hào)小區(qū)的高羊茅以及32號(hào)小區(qū)的結(jié)縷草，說明這些植物種在群落中仍處于優(yōu)勢(shì)地位。34，35和36號(hào)三個(gè)小區(qū)重要值排在前兩位的植物種均為鐵桿蒿和沙打旺，說明在植物生長的過程中，有一些鄉(xiāng)土草種伴生，而且在競(jìng)爭中逐漸成為優(yōu)勢(shì)種，如鐵桿蒿。

與前面的土質(zhì)坡面相比，巖石邊坡的護(hù)坡方式較少，而且難度較高。通過對(duì)25－36號(hào)小區(qū)植物種重要值的分析可知，在高陡巖石坡面上不適合采用鉆孔植草護(hù)坡，因?yàn)殂@孔尺寸相對(duì)于坡面太小，而坡度又太大，孔內(nèi)不能保土存水，從而限制了植物的成活和生長。適宜性較好的護(hù)坡方式是工程措施＋植生袋（生態(tài)袋），袋中的基質(zhì)材料能夠?yàn)橹参锾峁┥L所需的土壤和養(yǎng)分，還能蓄水保墑，結(jié)合工程措施的攔擋防護(hù)，才能從根本上防治巖石坡面的水土流失。

3.3 不同小區(qū)植物群落物種多樣性的變化

以不同小區(qū)的豐富度指數(shù)、多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)為測(cè)度指標(biāo)，對(duì)各個(gè)小區(qū)的植物群落物種多樣性進(jìn)行分析，結(jié)果見表3。

表3 不同小區(qū)植物群落的多樣性指數(shù)比較

3.3.1 陰向土質(zhì)邊坡 從表2中可以看出，在1－7號(hào)小區(qū)中，2號(hào)小區(qū)物種的豐富程度最高，豐富度指數(shù)達(dá)到2.61，而1號(hào)小區(qū)豐富度指數(shù)最小，為0.78，其他小區(qū)豐富度程度較接近。分析植物多樣性只考慮物種數(shù)和個(gè)體數(shù)量是不夠的，還應(yīng)該考慮物種聚集程度的差異和物種個(gè)體分布的均勻程度［12］。Simpson指數(shù)是對(duì)物種集中性的度量，而Shannon－wiener指數(shù)是對(duì)群落多樣性的信息度量［13］。在兩個(gè)指數(shù)比較中，1號(hào)小區(qū)分別為0.02和0.07，和其他小區(qū)差異最大，是最低值。其余小區(qū)Simpson指數(shù)變化在0.41～0.65，Shannon－wiener指數(shù)變化在0.83～1.32，差異不大。Pielou均勻度指數(shù)把個(gè)體的均勻度納入了度量范圍，1號(hào)和2號(hào)小區(qū)均勻程度最差，其余小區(qū)均勻度指數(shù)均在0.51以上，均勻程度較高。8和9號(hào)為對(duì)照小區(qū)，沒有任何護(hù)坡措施，屬于植被的自然恢復(fù)，從多樣性變化可以看出，對(duì)照小區(qū)的豐富度指數(shù)均在2.20以上，豐富程度較高，多樣性指數(shù)也有很高的一致性。

結(jié)合表1分析可知，1號(hào)和2號(hào)小區(qū)都選用單一植物護(hù)坡，分別為高羊茅和結(jié)縷草，所以均勻度較差。但2號(hào)小區(qū)物種豐富度最高，1號(hào)小區(qū)最低，說明結(jié)縷草受當(dāng)?shù)厍秩胱匀晃锓N的影響較大，物種侵入坡面后能夠與原有物種融為一體，并均勻分布于坡面群落，隨著物種數(shù)目的增多，群落多樣性增加，從多樣性指數(shù)來看也證明了這一點(diǎn)。而高羊茅受當(dāng)?shù)厍秩胛锓N的影響較小，仍然在群落中處于優(yōu)勢(shì)地位。因此，在進(jìn)行植物選擇時(shí)，盡量選用穩(wěn)定、不易受外來物種影響的植物種，才能保證植物群落的長期效果。

3.3.2 陽向土質(zhì)邊坡 10號(hào)小區(qū)的物種豐富度指數(shù)最大，18號(hào)小區(qū)物種豐富度指數(shù)最小。上述小區(qū)中Simpson指數(shù)變化的差異不大，而Shannon－wiener指數(shù)存在較大差異，10號(hào)小區(qū)達(dá)到2.01，遠(yuǎn)大于最低的18號(hào)小區(qū)（0.14）。前者對(duì)富集種相對(duì)多度較為敏感，而后者是對(duì)群落的稀疏種敏感的指數(shù)。均勻度指數(shù)的大小排序與Simpson指數(shù)和Shannonwiener指數(shù)表現(xiàn)出很好的相關(guān)性。

究其原因，10號(hào)小區(qū)設(shè)計(jì)植物種類最多，植物豐富度占優(yōu)勢(shì)，而其他小區(qū)設(shè)計(jì)植物種較少，植物豐富度較差。18號(hào)小區(qū)的設(shè)計(jì)植物種數(shù)較其他小區(qū)相似，但多樣性指數(shù)要小很多，這是因?yàn)?8號(hào)小區(qū)物種間數(shù)量分布不均勻，均勻度指數(shù)的對(duì)比也證明了這一點(diǎn)。

22號(hào)小區(qū)為對(duì)照小區(qū)，豐富度指數(shù)為1.61，均勻指數(shù)為0.79，和同類小區(qū)相比，自然恢復(fù)的植物群落豐富程度較高，而且植物種的分布較均勻。

3.3.3 陽向石質(zhì)邊坡 對(duì)上述小區(qū)進(jìn)行多樣性分析可見，物種豐富度指數(shù)差異不太大，其中的28，30，32，33，35和36號(hào)小區(qū)較為接近，變化在1.83～2.07，其余小區(qū)較為接近，變化在0.99～1.21。因?yàn)榍罢叩脑O(shè)計(jì)植物種類較后者多，物種豐富程度較高。各小區(qū)的Simpson指數(shù)變化在0.31～0.87，差異不大。Shannon－wiener指數(shù)差異明顯，27號(hào)小區(qū)為0.45，遠(yuǎn)低于最大的32號(hào)小區(qū)（2.16）。結(jié)合表1可以看出，27號(hào)小區(qū)沙打旺重要值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他物種，說明沙打旺在群落中處優(yōu)勢(shì)地位，在數(shù)量分布上較集中，而32號(hào)小區(qū)中各物種重要值相差不大，各物種間數(shù)量分布較均勻。

4 討論與結(jié)論

重建坡面植被的主要難題是蓄水和保土，調(diào)查的坡面試驗(yàn)小區(qū)采用工程措施改善坡面條件，再結(jié)合植物措施，在灌溉條件下人為對(duì)裸露土石坡面進(jìn)行植被恢復(fù)。通過對(duì)各小區(qū)植物群落重要值、物種多樣性的分析和研究，可以判斷不同措施的植被恢復(fù)效果，了解植物群落的適應(yīng)性和穩(wěn)定性，為坡面植被恢復(fù)提供指導(dǎo)。

（1）通過對(duì)護(hù)坡措施小區(qū)和對(duì)照小區(qū)植被蓋度的比較得出，采用護(hù)坡措施進(jìn)行植被恢復(fù)的小區(qū)蓋度較高，達(dá)到50%以上，而對(duì)照小區(qū)的蓋度則低于50%，說明護(hù)坡措施的應(yīng)用對(duì)植被恢復(fù)起到了促進(jìn)作用，為今后護(hù)坡措施的選擇提供了參考。

（2）通過對(duì)36個(gè)小區(qū)物種的重要值分析得出，對(duì)于土質(zhì)邊坡，植草＋水平截流溝、植草＋Y字形截流溝、等高綠籬埂、三維金屬網(wǎng)＋植被袋、連鎖磚＋植物、廢舊輪胎＋植物、鉛絲石籠、平鋪石籠和碼石栽植旱柳等護(hù)坡方式適應(yīng)性較好，植物成活率較高；對(duì)于石質(zhì)邊坡，鑫三角工程生態(tài)袋、磚砌擋墻＋植生袋、土工格柵＋生態(tài)袋、鋼筋籠生態(tài)袋等護(hù)坡方式適應(yīng)性較好，設(shè)計(jì)植物成活、生長情況良好。

（3）在1，3，5，6，16，19，29和30號(hào)共8個(gè)坡面小區(qū)的植物群落中，高羊茅的重要值均最大，其中的1和16號(hào)小區(qū)設(shè)計(jì)植物種為高羊茅，其余小區(qū)隨著植物群落的發(fā)展，高羊茅也逐漸成為優(yōu)勢(shì)種，說明高羊茅在該地區(qū)的適應(yīng)性較強(qiáng)，在人工重建植被時(shí)可以選擇。

（4）通過對(duì)36個(gè)小區(qū)物種多樣性分析可知，選用單一植物護(hù)坡的小區(qū)，群落物種多樣性出現(xiàn)兩種趨勢(shì)，其一是物種豐富度指數(shù)、多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)均較低，說明原有物種受當(dāng)?shù)厍秩敕N的影響較小，其在數(shù)量和分布上都具有優(yōu)勢(shì)，造成物種多樣性較差，如1號(hào)和19號(hào)小區(qū)；其二是物種豐富度指數(shù)、多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)均較高，說明原有物種受當(dāng)?shù)厍秩胛锓N的影響較大，物種侵入后與原有物種融為一體，隨著物種數(shù)目的增多，群落多樣性增加，原有物種逐漸退化，如2，28和30號(hào)小區(qū)。因此，在選用單一植物種進(jìn)行護(hù)坡時(shí)要慎重，應(yīng)選擇不易退化的種類，才能長時(shí)間發(fā)揮植物的保水固土作用，進(jìn)一步為植物選擇提供了依據(jù)。

（5）在對(duì)照小區(qū)中，依靠植被的自然恢復(fù)能力，群落物種多樣性較好，說明植被群落在自然條件下朝著豐富、均勻、穩(wěn)定的方向發(fā)展。通過調(diào)查還發(fā)現(xiàn)，自然恢復(fù)的植被群落以草本為主，當(dāng)?shù)厝肭治锓N主要有鐵桿蒿、茵陳蒿、地黃、苦賣菜等，其中以鐵桿蒿、茵陳蒿居多。

（6）開發(fā)建設(shè)項(xiàng)目在進(jìn)行邊坡防護(hù)時(shí)，應(yīng)該采用工程和植物措施相結(jié)合的方式，利用工程措施對(duì)坡面進(jìn)行改良，改變坡面微地形、提高坡面蓄水保土功能，從而為植物的生長提供有利條件；在植物選擇方面，應(yīng)盡量選用鄉(xiāng)土植物種，采取多種植物相結(jié)合的方式，發(fā)揮植被群落的最大功能。

致謝：感謝北京林業(yè)大學(xué)路端正老師在植被調(diào)查期間給予的指導(dǎo)，也感謝延慶縣水土保持工作站給予的大力支持。

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