羅 雙,孫海龍,李紹才,,劉 沖,龐 亮,李成俊

(1.四川大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,四川成都 610064;2.四川大學(xué)水力學(xué)與山區(qū)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(fù)的植被調(diào)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(xué)生命科學(xué)學(xué)院,四川成都 610064;2.四川大學(xué)水力學(xué)與山區(qū)河流保護國家重點實驗室,四川成都 610065)

路域邊坡;自然恢復(fù);鄉(xiāng)土植物;四川

為研究道路邊坡生態(tài)恢復(fù)與鄉(xiāng)土植物篩選及應(yīng)用,采用樣線法對四川地區(qū)路域邊坡自然恢復(fù)后的植被進行了調(diào)查。結(jié)果顯示,調(diào)查區(qū)域內(nèi)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(fù)年限影響。在全面調(diào)查的基礎(chǔ)上,綜合邊坡適應(yīng)條件篩選出適宜的12種優(yōu)勢鄉(xiāng)土物種,為四川地區(qū)及西南地區(qū)公路或鐵路邊坡植被恢復(fù)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(shè)過程中,經(jīng)常開挖大量邊坡形成裸土,不同程度地損壞原生生態(tài)植被,導(dǎo)致道路沿線植物多樣性降低、生態(tài)抗逆性減弱[1-2]、生物多樣性銳減等一系列生態(tài)破壞問題。護坡植物是保護環(huán)境和維持生態(tài)平衡的重要物質(zhì)基礎(chǔ),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(fēng)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(shè)中,為兼顧生態(tài)環(huán)境的保護,體現(xiàn)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(huán)境,以逐漸形成多樣性漸增的低矮草灌群落,進而為生態(tài)植被長期演替創(chuàng)造條件[6],但多數(shù)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(fù)下形成的植物群落多樣性高,具有很好的適應(yīng)性。實踐表明,只重視發(fā)展人工植被而忽視保護和恢復(fù)天然次生植被,難以達到較好的植被恢復(fù)效果[7-8],因為引入的物種不一定適宜當(dāng)?shù)氐淖匀画h(huán)境,易退化,有的還存在生物入侵的潛在風(fēng)險。在邊坡生態(tài)恢復(fù)時,借鑒當(dāng)?shù)刈匀恢参锶郝涞慕Y(jié)構(gòu),保持群落多層次和多樣性結(jié)構(gòu),有利于形成較穩(wěn)定的植物群落,提高經(jīng)濟效益[9]。鄉(xiāng)土植物較外來種、栽培種具有很大的生態(tài)優(yōu)越性,它們是系統(tǒng)在本地氣候和土壤環(huán)境中長期演化的結(jié)果,最能適應(yīng)當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境,具有安全、適應(yīng)性強及抗病蟲害能力高等特點,是道路邊坡可持續(xù)發(fā)展的必然選擇。了解道路沿線的植被和鄉(xiāng)土植物資源是進行植被恢復(fù)和鄉(xiāng)土植物種類選擇的前提條件[10],但目前道路邊坡自然恢復(fù)情況下植被調(diào)查方面的研究文獻較少[11-14]。本研究在植物調(diào)查的基礎(chǔ)上,綜合篩選出適宜的鄉(xiāng)土植物,根據(jù)生態(tài)學(xué)原理進行合理的配置,可為西南地區(qū)邊坡生態(tài)恢復(fù)工程的物種選擇提供參考。

1 研究區(qū)域與研究方法

1.1 區(qū)域概況

研究區(qū)域位于四川省成都平原及周邊地區(qū),屬亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候區(qū),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。考慮不同道路、恢復(fù)年限和地理分布,選擇了以成都為中心的8條道路進行調(diào)查,具體信息見表1。

表1 四川地區(qū)8條道路信息

1.2 樣地設(shè)置

由于在自然恢復(fù)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(tài)恢復(fù)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(diào)查。綜合考慮道路邊坡的特點和調(diào)查指標(biāo)的要求,采用樣線法調(diào)查,每條道路抽取10個恢復(fù)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(shè)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(biāo)。本調(diào)查于2009年8—11月份完成。

1.3 數(shù)據(jù)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(shù)[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(xiàn)的樣方數(shù)占所有樣方數(shù)的百分比。

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

式中:S為群落中的物種總數(shù);N為觀察到的個體總數(shù);pi為種i的個體數(shù)占群落中總個體數(shù)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(shù)據(jù)。

2 結(jié)果與討論

2.1 研究區(qū)內(nèi)植物群落特征及組成

經(jīng)統(tǒng)計,調(diào)查區(qū)域內(nèi)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(diào)查區(qū)域內(nèi)邊坡自然恢復(fù)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(tǒng)計見表2,其中木本39科67屬74種,占種數(shù)的40%;草本42科89屬111種,占總種數(shù)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(shù)占總物種數(shù)的41.4%,表明四大科植物在四川道路植被的自然恢復(fù)演替過程中所起的作用最大,而且在該地區(qū)的植物區(qū)系中也占據(jù)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(diào)查中還發(fā)現(xiàn)有入侵物種空心蓮子草(Alternanthera philoxeroides)。

表2 四川道路邊坡自然恢復(fù)的植物資源調(diào)查結(jié)果

2.2 研究區(qū)域內(nèi)的優(yōu)勢種及其重要值

本次調(diào)查統(tǒng)計中,主要物種的頻度(＞10%)和重要值如表3所示。調(diào)查結(jié)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(gòu)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(shù)目最多的為白茅,其中CY中白茅數(shù)量占白茅總數(shù)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(gòu)樹、黃荊在調(diào)查的所有道路中都出現(xiàn),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(xiàn),這些物種是四川地區(qū)自然恢復(fù)中的優(yōu)勢種,與相關(guān)研究結(jié)果類似[17-18],對邊坡自然恢復(fù)和人工生態(tài)修復(fù)有重要的參考價值。地果、黃荊、構(gòu)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(tài)修復(fù)中引入。

2.3 沿線植被群落特征分析

經(jīng)調(diào)查,本研究區(qū)域內(nèi)8條道路邊坡的植物種數(shù)最少的為DW,最多為CN;BC的草本和木本Margalef指數(shù)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(shù)量分布得最均勻,多樣性高;LCS的灌木物種數(shù)量分布最不均勻,優(yōu)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(shù)最高,原因可能是該公路大部分路段在龍泉山地區(qū),坡度較陡,自然恢復(fù)中草本適應(yīng)性明顯占優(yōu)勢;CY道路內(nèi)草本物種數(shù)量分布最不均勻,優(yōu)勢種(白茅)地位最突出,對優(yōu)勢度指數(shù)影響明顯。各道路邊坡的植物在自然恢復(fù)下,灌木形成優(yōu)勢所需恢復(fù)時間長,初始階段草本在物種種類和數(shù)量上占據(jù)一定優(yōu)勢,普遍高于對應(yīng)的灌木,隨著恢復(fù)時間的延長,灌木的優(yōu)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(yōu)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(fù)的年限。

2.4 邊坡自然恢復(fù)中優(yōu)勢灌木物種性狀及應(yīng)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(dǎo)致綠化邊坡常常出現(xiàn)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(xiàn)象,使植被恢復(fù)失敗[5]。邊坡生態(tài)恢復(fù)應(yīng)以生態(tài)恢復(fù)、群落演替理論為指導(dǎo),以提高多樣性為準則。首先對自然恢復(fù)的邊坡生態(tài)環(huán)境、植被進行野外調(diào)查、分析研究,了解植被情況、鄉(xiāng)土植物種類及其生長特性,然后選擇出適應(yīng)能力強的優(yōu)良植物特別是灌木。

人工選擇邊坡適應(yīng)性植物的原則有:①分布較廣;②常綠植物優(yōu)先,返青快,綠期長;③生長快,生命力強,分蘗能力適度,萌發(fā)時間較短;④莖稈低矮,分枝多;⑤根系較為發(fā)達,須根多,根系抗拉、抗剪能力強,能延伸到土體深層,力學(xué)性能好;⑥對土壤、氣候無嚴格要求,適宜于陰陽坡;⑦適應(yīng)性強、抗性強,耐旱,耐高溫,耐陰,抗風(fēng)吹,耐貧瘠,適應(yīng)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(jù)目前邊坡恢復(fù)的現(xiàn)狀,參考邊坡植物的篩選原則,主要篩選應(yīng)用于邊坡的灌木物種,以提高群落結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和群落多樣性。針對調(diào)查的185種四川鄉(xiāng)土植物,主要選擇了黃荊、構(gòu)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(tài)恢復(fù)中已有引用記錄,在文獻中有良好性狀的表現(xiàn) ;構(gòu)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(fù)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(tài)恢復(fù)應(yīng)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(wěn)定性和多樣性,達到邊坡恢復(fù)后群落長期穩(wěn)定和固土護坡的效果。

3 結(jié) 論

四川地區(qū)道路邊坡在自然恢復(fù)情況下物種較豐富,很多物種可引入邊坡生態(tài)恢復(fù)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(fù)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(diào)查的邊坡植物,既符合作為該地區(qū)邊坡植物的一般特征,又比較適應(yīng)西南廣大地區(qū)的氣候環(huán)境和土壤條件,性狀表現(xiàn)良好的灌木如黃荊、馬桑、鹽膚木、胡枝子、構(gòu)樹、鐵仔、煙管莢蒾、火棘、小果薔薇、石海椒等可在生態(tài)恢復(fù)中引用,能較快地起到生態(tài)護坡的作用。邊坡恢復(fù)中,物種選擇應(yīng)以鄉(xiāng)土樹種為主,同時為達到生態(tài)護坡和保持水土的效果,快速恢復(fù)邊坡植被,不排斥引進一些外來的優(yōu)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(wěn)定性。

表4 四川各道路邊坡自然恢復(fù)中主要物種比較

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Q145

A

1000-0941(2011)10-0012-05

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

羅雙(1986—),男,湖南長沙縣人,碩士研究生,從事生態(tài)工程和生態(tài)恢復(fù)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(tài)工程方面的研究。

2011-06-30

(責(zé)任編輯 徐素霞)