梅雪梅，，馬嵐?，王建軍，王兵，郭凱力，張棟，陳瓊

(1.北京林業(yè)大學水土保持學院，100083，北京；2.內蒙古和信源生態(tài)工程研發(fā)中心，010000，呼和浩特；3.北京沃爾德防災綠化技術有限公司，100048，北京)

現澆網格護坡技術建設初期植物的生態(tài)適應性

(1.北京林業(yè)大學水土保持學院，100083，北京；2.內蒙古和信源生態(tài)工程研發(fā)中心，010000，呼和浩特；3.北京沃爾德防災綠化技術有限公司，100048，北京)

為探討公路邊坡上現澆網格護坡技術建設初期不同植物的生態(tài)適應性，以內蒙古自治區(qū)千里山公路為例，分別測定了現澆網格技術施工1個月、4個月和2年后網格內種植的4種典型鄉(xiāng)土植物的保存率、株高、基徑、枝條生物量、冠幅、地上生物量和地下生物量，運用主成分分析方法探討了植物的生態(tài)適應性。結果表明：施工4個月后與施工1個月后相比胡枝子的保存率基本不變，而金葉蕕、楊柴和檉柳的保存率均下降；施工2年后植物的保存率基本保持穩(wěn)定，表現為胡枝子(92%)>金葉蕕(85%)>楊柴(75%)>檉柳(73%)；雖然不同植物的生長指標增量明顯不同，但各生長指標增長速度總體表現為胡枝子、金葉蕕均大于楊柴、檉柳；基徑的變化與地上和地下生物量的變化之間呈顯著正相關，相關系數分別為0.999和0.915，地上和地下生物量之間也呈顯著正相關，相關系數為0.901，其他生長指標之間沒有顯著相關性；生態(tài)適應能力高低表現為：胡枝子>金葉蕕>楊柴>檉柳。該研究結果可為內蒙古及類似地區(qū)的公路邊坡植被建設和現澆網格技術的推廣提供參考。

現澆網格； 公路邊坡； 生態(tài)適應性； 護坡技術

隨著我國經濟的快速發(fā)展，公路建設的進程也日益加快。公路建設不可避免地會改變當地的地形地貌、破壞土壤結構和植被類型[1]，造成一定程度的水土流失。公路護坡技術不僅可以穩(wěn)定路基，延長使用壽命，而且可以減少水土流失，保護生態(tài)環(huán)境。目前公路護坡技術的研究多集中在漿砌石護坡、液壓噴播技術、客土種植技術、植生基質植物護坡技術等[2-4]；然而這些護坡技術本身存在一定的局限性，或者在我國北方寒冷干旱地區(qū)的適用性較低。漿砌石護坡雖有較強的穩(wěn)定性，但景觀性較差。液壓噴播技術[5]由于所采用的植物主要是草本，生命周期短，對水分、養(yǎng)分要求高，一般應用于南方降雨量豐富地區(qū)，在寒冷干旱地區(qū)的適用性較差?？屯练N植技術多用于坡度小于30°的巖基坡面、風化巖硬質土砂道路邊坡以及貧瘠土地邊坡，客土肥力好，水土保持能力較強；但對于高寒干旱的北方地區(qū)客土種植的困難較大，不宜大面積推廣。植生基質植物護坡技術[6]的施工技術相對較難，其噴播的基質材料厚度較難把握，而且工程量較大，因此也不適用于寒冷干旱地區(qū)大面積推廣。而新型的現澆網格生態(tài)護坡技術克服了上述不足，成為適應于我國北方寒冷干旱地區(qū)的創(chuàng)新型生態(tài)護坡技術。它是在邊坡上應用生態(tài)護坡模板現場澆筑形成的魚鱗形鋼筋混凝土網格。鋼筋網格結合其內表面鋪設的抗沖刷基質材料構成水土保持系統，不僅為網格內護坡植物的正常生長儲存了水分，而且有效的減少了地表徑流[7-9]。目前在保證邊坡穩(wěn)定的前提下，如何快速有效的構建生態(tài)護坡模式和植被組合方式，已成為國內外研究熱點[10-13]；但對于現澆網格中有效的植被組合方式的研究卻很少，植被作為現澆網格護坡技術中重要的生物因素，在公路邊坡的生態(tài)修復過程中起著重要作用[14-18]，因此研究不同植物在現澆網格技術中的生態(tài)適應性具有重要意義。

本文依托內蒙古自治區(qū)烏海市千里山公路邊坡生態(tài)防護工程，通過對現澆網格技術完工后楊柴(HedysarummongolicumTurez)、金葉蕕(Caryopterisclandonensis‘Worcester Gold’)、胡枝子(LespedezabicolorTurcz)、檉柳(TamarixchinensisLour)4種鄉(xiāng)土植物的生長因子進行定點定期系統跟蹤測試，以建植1個月、4個月和2年后的試驗數據分析現澆網格護坡技術建設初期植被生態(tài)適應性，為公路邊坡植被建設和現澆網格技術的推廣提供參考。

1 研究區(qū)概況

選取內蒙古烏海市千里山公路邊坡作為研究基地。研究區(qū)位于烏海市，地處黃河上游。地理位置為E106°46′25″～106°46′55″，N 39°49′52″～39°49′59″，海拔1 150 m，典型的大陸性氣候。最低氣溫為-36.6 ℃，最高氣溫為40.2 ℃。年平均降水量為159 mm；但是雨量集中，降雨歷時短，強度大，常形成暴雨山洪，且植被稀疏易造成水土流失，蒸發(fā)量較大，年平均蒸發(fā)量為3 289 mm。土壤以碎石土為主，表面水蝕和風蝕現象嚴重。公路邊坡的施工坡段總長約1 800 m，坡面與水平方向夾角約為35°～45°。代表性植物主要有馬蓮、楊柴、金葉蕕、胡枝子、檉柳等。

2 研究方法

將千里山公路施工坡段處設為試驗區(qū)，本著因地制宜、抗逆性和景觀性的原則在試驗區(qū)分別種植了楊柴、金葉蕕、胡枝子、檉柳4種鄉(xiāng)土植物，每個品種按株行距20 cm×20 cm栽植規(guī)格為株高25～30 cm、冠幅15～20 cm且生長狀況良好的幼苗。施工時間為2010年5月，施工方式為機械開挖+人工栽植。在公路邊坡選取土壤類型相同，坡向、坡位相似的4種鄉(xiāng)土植物樣地(表1)分別布設3個樣方，每個樣方取樣面積5 m×5 m(共13個網格)。在每個樣方內選取株高、基莖和冠幅適中的植物作為標準株。在植物種植1個月、4個月、2年后進行調查，即于2010年6月底進行調查(圖1)。對樣方內的植物進行調查，調查的指標主要有保存率、株高、基莖、枝條生物量、植被冠幅、地上生物量和地下生物量。

保存率按公式“保存率=樣方內成活株數/樣方內總植株數”計算。采用游標卡尺(精度為0.02 mm)、米尺(精確到0.1 cm)分別測定標準株的基莖、株高和冠幅。枝條生物量的測定采用實驗開始時每個樣地內標準株的枝條，于1個月、4個月、2年后分別測定枝條的干質量；地上生物量的測定采用把觀測區(qū)標準株地上部分植物全部剪斷后，帶進實驗室放入烘箱烘干稱量的方法；地下生物量的測定采用挖土塊的方法獲取標準株的根系，然后將其帶進實驗室放入烘箱烘干稱量的方法。

采用Microsoft Office Excel 2010軟件對測定數據進行處理分析，用SPSS18.0軟件對不同生長指標進行Pearson相關分析、對不同植物的生態(tài)適應能力進行主成分分析。

3 結果與分析

3.1 不同植物的生長適應特征

坡面植物的生長狀況對坡面的美觀效果和控制

表1 現澆網格護坡技術中不同植物樣地基本狀況

圖1 現澆網格生態(tài)護坡技術治理前后Fig.1 Characteristics of plants before and after construction of the technique of slope protection by cast-in-situ grids

水土流失的能力有重要影響[19-21]。由于植物自身的特性不同，植物的生長狀況明顯相同，對環(huán)境的生態(tài)適應性也不盡相同。由圖2可看出，現澆網格技術施工1個月后植物的生長特征表現為：植物的成活率表現為胡枝子(94%)>金葉蕕(90%)>楊柴(86%)>檉柳(83%)。施工4個月后植物處于胡枝子的保存率基本不變，金葉蕕、楊柴和檉柳的保存率均下降。施工2年后植物的保存率有所降低，但已基本保持穩(wěn)定，表現為胡枝子(92%)>金葉蕕(85%)>楊柴(75%)>檉柳(73%)。胡枝子對寒冷條件的適用性較強，在過冬后保存率最高；檉柳對寒冷條件的適應性較差，在過冬后保存率明顯降低。

圖2 現澆網格中4種植物的生長特征Fig.2 Growth characteristics of plants planted in cast-in-situ grids

在現澆網格技術施工后隨著時間變化，植物的生長因子均有所變化，2年期間不同植物的長勢變化有一定差異：植物的基莖呈現金葉蕕最大，檉柳最?。换o增長速度表現為胡枝子最高，檉柳最低。植物株高呈現檉柳較高，金葉蕕最低；株高增長速度表現為胡枝子最高，而檉柳最低。植物冠幅呈現金葉蕕和胡枝子較大，楊柴最小；冠幅增長速度表現為胡枝子最高，檉柳最低。枝條生物量、地上生物量和地下生物量均呈現胡枝子的增長速度最快。整體來看，胡枝子在寒冷干旱地區(qū)施工的現澆網格中長勢最好。

3.2 不同生長指標之間的相關性分析

對株高增量(X1)、基莖增量(X2)、枝條生物量增量(X3)、植被冠幅增量(X4)、地上生物量增量(X5)和地下生物量增量(X6)進行相關分析，結果(表2)表明：植物的基莖變化與植物地上生物量的變化成極顯著正相關(P<0.01)，與地下生物量的變化成顯著正相關(P<0.05)，這說明隨著基莖的增加，植物的地上生物量和地下生物量逐漸增加；地上生物量的變化和地下生物量的變化成顯著正相關(P<0.05)，這說明隨著地上生物量的增加，地下生物量也逐漸增加。由此可以說明植物的基莖、地上生物量和地下生物量的變化趨勢趨于一致。其他指標之間沒有顯著相關性，這可能與測量方式或樹種的生長方式有關[22]。

表2 不同生長指標之間的相關性

注：**表示在0.01水平(雙側)上顯著相關；*表示在0.05水平(雙側)上顯著相關。Note:**show significant level atP<0.01; *show significant level atP<0.05。

3.3 4種植物生態(tài)適應性的綜合評價與分析

以株高、基莖、枝條生物量、植被冠幅、地上生物量和地下生物量的變化來表征植物的生態(tài)適應能力，并運用主成分分析評價4種植物生態(tài)適應能力。主成分分析是通過原始變量的少數幾個線性組合來解釋原始變量的絕大部分信息。為綜合分析比較出現澆網格技術中4種植物在的生態(tài)適應能力優(yōu)劣順序。以株高增量(X1)、基莖增量(X2)、枝條生物量增量(X3)、植被冠幅增量(X4)、地上生物量增量(X5)和地下生物量增量(X6)等為評定指標進行主成分分析(表3)。結果表明：第1、2主成分的累積貢獻率高達82.792%，按照累計方差貢獻率大于80%的原則，選定了2個主成分。由表3可以看出，基莖、地上生物量和地下生物量的變化在第1主成分上的特征值最大。表明植物的生態(tài)適應性能力主要表現在基莖、地上生物量和地下生物量的變化，這可能是由于植物對干旱的基本適應機理是發(fā)達的根系和粗壯的基莖利于提高植物獲取水分的能力[23]。第1主成分可以表示為植物對干旱條件的適應性；株高、枝條生物量和植被冠幅的變化在第2主城分上的特征值最大。由圖3可以看出4種植物在第1、第2主成分上的分布情況：在第1主成分上胡枝子的分布最大，檉柳的分布最?。辉诘?主成分上胡枝子的分布最大，楊柴的分布最小。每種植物在第1主成分的分布遠大于在第2主成分上的分布，故植物的生態(tài)適應能力主要由第1主成分決定。表4為主成分分析過程中旋轉以后得到的因子得分系數矩陣，根據該表得到因子得分函數:y′1=0.073x1+0.303x′2-0.183x3+0.073x′4+0.304x′5+0.287x′6；y″2=-0.447x″1+0.115x″2+0.325x″3-0.493x″4+0.104x″5-0.014x″6(x′i、x″i為各指標的標準化數據)。為了比較4種鄉(xiāng)土植物的生態(tài)適應能力，根據得分函數方程y，計算各個植物的生態(tài)適應能力綜合得分，并進行排序，見表5?？梢钥闯?，在現澆網格護坡技術施工初期4種鄉(xiāng)土植物生態(tài)適應能力優(yōu)劣順序為：胡枝子>金葉蕕>楊柴>檉柳，這與陳瓊[24]等的研究結果基本一致。

表3 4種植物生態(tài)適應能力主成分分析

表4 成分得分系數矩陣

4 討論與結論

植物的生態(tài)適應性表現是由多種因素共同作用而構成的一個較為復雜的綜合性狀，它是由多種生長指標共同表現出來的，任何單一的生長指標都不能準確的描述植物的生態(tài)適應性，需從整體考慮運用多個生長指標來描述，并運用主成分分析法來評價不同植物的生態(tài)適應能力大小。

表5 4種植物生態(tài)適應能力優(yōu)劣排序

圖3 4種植物在第1、2主成分上的分布情況Fig.3 Location of four plants in principal component

1)在施工2年后植物的保存率保持基本穩(wěn)定，4種植物植物的保存率大小表現為：胡枝子的最高，檉柳的最低。說明胡枝子在內蒙古地區(qū)現澆網格技術環(huán)境下具有較好的適應性，易于成活。在現澆網格技術施工1個月、4個月、2年后，不同植物的株高、基莖、枝條生物量、植被冠幅、地下生物量和地上生物量均有明顯差異，在施工后兩年期間胡枝子在各個指標的增長上有明顯優(yōu)勢。

2)植物的基莖與地上生物量和地下生物量之間成顯著正相關，說明植物的基莖、地下生物量和地上生物量的變化對植物的生態(tài)適應性的影響是基本一致的，這可能與測量方式或樹種的生長方式有關[22]。

3)由植物生態(tài)適應能力綜合得分可以看出，現澆網格護坡技術建設初期4種鄉(xiāng)土植物生態(tài)適應能力大小表現為：胡枝子>金葉蕕>楊柴>檉柳，這肯定與植物的生態(tài)學特性有關。在內蒙古自治區(qū)的公路邊坡上干旱和寒冷是植物生長最大的限制因素。由于根系是植物感受水分最初的部分，根系的數量、大小、干質量和生理狀況都是決定植物是否抗旱的重要方面[25]，所以植物對干旱的適應性主要體現在發(fā)達在根系上。胡枝子屬于豆科植物，根系具有生態(tài)固氮的功能，可以有效的改良土壤養(yǎng)分，為植物的生長尤其是地下生物量的增加提供了養(yǎng)分條件，同時有利于適應干旱的環(huán)境。植物對于寒冷的適應性主要表現在保存率上，在過冬后胡枝子的保存率基本不變仍為最高。胡枝子分枝多、細長，常拱垂，有棱脊，微被平伏毛，具有適應寒冷條件的植物形態(tài)。金葉蕕和楊柴在現澆網格中其生態(tài)適應性略低于胡枝子。檉柳表現出了極差的適應性，不適合在現澆網格中栽種。而胡枝子不僅成活率高，耐陰、耐寒、耐干旱、耐瘠薄、根系發(fā)達、適應性強、對土壤無要求，而且是一種多用途的樹種，具有極高的經濟價值；因此在現澆網格生態(tài)護坡技術中胡枝子是最首選植物，它不僅可以起到生態(tài)護坡，降低水土流失的作用，而且可以促進當地的經濟。

4)為了找到適宜在寒冷干旱地區(qū)的現澆網格技術條件下種植的植物最優(yōu)模式，需要對植物的生態(tài)適應性進行長期的調查與研究。2種或2種以上的植物是否在現澆網格內能起到更好的防護效果，需要考慮到植物間的相互作用關系，有待進一步研究。

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(責任編輯：郭雪芳)

《中國水土保持科學》入選中文核心

2015年9月，《中文核心期刊要目總覽》2014年版(即第七版)由北京大學出版社正式出版，我刊入編其農業(yè)基礎科學類的核心期刊。

據悉，《中文核心期刊要目總覽》評選中，參加核心期刊評審的學科專家3700多位。此次評價選取被索量、被摘量、被引量、他引量、被摘率、影響因子、他引影響因子、被重要檢索系統收錄、基金論文比、Web下載量、論文被引指數、互引指數等12個評價指標，采用定量評價和定性評審相結合的方法，從14 728種期刊中評選出1 983種核心期刊。

(《中國水土保持科學》編輯部)

Ecological adaptability of plants in beginning period of slope protection by cast-in-situ grids

(1.School of Soil and Water Conservation，Beijing Forestry University，100083，Beijing, China; 2.Inner Mongolia Hexinyuan Ecological Engineering R & D Center，010000，Hohhot, China; 3.Beijing World Hazard Preventing Technology Co., Ltd., 100048, Beijing, China)

Slope protection by cast-in-situ grids is a technique using reinforced concrete grids with shrub or grass to get the structures with some engineering and ecological functions, which contributes to stabilizing slope. In the Inner Mongolia Autonomous Region in China, a road slope in the Qianlishan Road by cast-in-situ grids was selected to determine ecological adaptability of different plants in the beginning period of the protection by cast-in-situ grids. Four bush plant species planted in the cast-in-situ grids were taken as the research object to analyze the ecological adaptability. The main characteristics of these plants were investigated in the first and fourth month and the second year after construction of cast-in-situ grids, including preserving rate, height, collar diameter, biomass of branch, crown width, underground biomass and aboveground biomass of plants, based on which their ecological adaptability was analyzed by principal component analysis method. The results showed that preserving rate ofLespedezabicolorTurcz tended to remain stable, while those of other plant species decreased from the first to fourth month after construction of cast-in-situ grids. But preserving rate of the four bush plant species tended to remain stable in the second year after construction, and the order of preserving rate from high to low was:L.bicolor(92%) >Caryopterisclandonensis‘Worcester Gold’ (85%) >HedysarummongolicumTurez (75%) >TamarixchinensisLour (73%). In addition, the four bush plant species had obviously fast growth speed, although the growth indexes increment of different local plants were significantly different during the research period. And the growth rate of growth indexes ofLespedezabicolorandC.clandonensis‘Worcester Gold’ was higher than those ofH.mongolicumandT.chinensis. On the whole, compared with the other bush plant species,L.bicolorgrew best. A significant positive correlation could be found between collar diameter and underground biomass, aboveground biomass, and the correlation coefficients were 0.915 and 0.999 respectively. Meanwhile there existed a significant positive correlation between underground biomass and aboveground biomass, with the correlation coefficients of 0.901. However, there was no significant correlation among other growth indexes. The principal component analysis indicated that the order of ecological adaptability in the beginning period of the protection by cast-in-situ grids from high to low was:L.bicolor>C.clandonensis‘Worcester Gold’ >H.mongolicum>T.chinensis. Thus,L.bicoloris most suitable to grow in the technique of slope protection by cast-in-situ grids in cold and dry area of Inner Mongolia Autonomous Region. The results provide a reference for vegetation construction on road slope in cold and dry areas and extension of slope protection technology by cast-in-situ grids.

cast-in-situ grids; road slope; ecological adaptability; slope protection

2015-01-13

2015-08-05

梅雪梅(1992—)，女，碩士研究生。主要研究方向：水土保持與流域管理。E-mail：1569175496@qq.com

?通信作者簡介：馬嵐(1981—)，女，博士，講師。主要研究方向：水土保持與流域管理。E-mail:mlpcz@sina.com

S157.1

A

1672-3007(2015)05-0079-07

項目名稱：北京市科技計劃課題“懷柔小流域河岸帶生態(tài)恢復技術研究”(Z151100001115001)