崔丹娜, 張顯國, 成克武, 溫 靜, 黃大莊

(1.河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 園林與旅游學(xué)院, 河北 保定 071000; 2, 河北省高速公路管理局, 河北 石家莊 050000)

高速公路邊坡植被重建過程中群落組成特征

崔丹娜1, 張顯國2, 成克武1, 溫 靜1, 黃大莊1

(1.河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 園林與旅游學(xué)院, 河北 保定 071000; 2, 河北省高速公路管理局, 河北 石家莊 050000)

[目的] 對河北省西柏坡高速公路4種不同邊坡類型進(jìn)行調(diào)查,旨在選擇合適的邊坡植被恢復(fù)技術(shù)。[方法] 通過隨機(jī)取樣調(diào)查進(jìn)行不同邊坡群落組成結(jié)構(gòu)分析。[結(jié)果] 4種邊坡類型的物種多樣性差異顯著。自然恢復(fù)土質(zhì)邊坡植被蓋度最低,自然恢復(fù)石質(zhì)邊坡的物種多樣性最差,人工恢復(fù)生態(tài)袋技術(shù)邊坡的物種多樣性和植被蓋度最高。 [結(jié)論] 人工恢復(fù)生態(tài)袋技術(shù)和掛網(wǎng)噴播技術(shù)對高速公路邊坡復(fù)綠都有明顯的改善,而生態(tài)袋技術(shù)對邊坡復(fù)綠改善最為明顯。

邊坡復(fù)綠; 生態(tài)袋技術(shù); 植物多樣性

近年來，高速公路飛速發(fā)展，促進(jìn)了各地區(qū)間的物資、信息交流和發(fā)展，但同時由于高速公路的建設(shè)，給沿線環(huán)境帶來了一定不良影響[1]。高速公路不可避免的對山體進(jìn)行破壞，植被面對了毀滅性的威脅，對地表造成了較大的傷害，水土流失較為嚴(yán)重，自然恢復(fù)植被難以生長，這些都對高速公路邊坡植被重建提出了挑戰(zhàn)[2]。為了改善由高速公路帶來的影響，政府對高速公路邊坡植被恢復(fù)投入大量人力物力。河北省西柏坡高速沿線氣候干燥，受水土流失，汽車尾氣污染等因素影響，目前，關(guān)于人工植被重建后續(xù)研究，主要集中在生態(tài)環(huán)境改善與群落特征方面[3]。高速公路設(shè)計上的傳統(tǒng)邊坡防護(hù)型式多樣，綠化防護(hù)一般用于對結(jié)構(gòu)要求不高的土質(zhì)、石質(zhì)邊坡路段，其綠化效果較好。掛網(wǎng)噴播技術(shù)廣泛應(yīng)用于高速公路邊坡植被恢復(fù)綠化工程[4]及廢棄礦山的植被恢復(fù)而生態(tài)袋是在充分考慮材料力學(xué)、水利學(xué)、生物學(xué)、植物學(xué)等諸多學(xué)科要求的前提下，對其厚度、單位質(zhì)量、物理力學(xué)性能、外形、纖維類型、受力方式、方向、幾何尺寸和透水性能及滿足植物生長的等效孔徑等指標(biāo)，廣泛應(yīng)用于水利[5]、公路、鐵路、航道[6]、采礦、垂直綠化[7]等巖土邊坡生態(tài)防護(hù)工程，在水土保持與環(huán)境建設(shè)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，其生態(tài)性、快速性、整體性、環(huán)保性的特點(diǎn)，改變過去單一硬性護(hù)坡導(dǎo)致景觀不佳，生態(tài)功能退化的弊端，實現(xiàn)了工程建設(shè)和環(huán)境保護(hù)的完美結(jié)合。

本文選取河北省西柏坡高速公路邊坡為研究對象，通過對不同邊坡類型的植物種類、蓋度及多樣性進(jìn)行研究，探討不同邊坡類型的植被多樣性及植被復(fù)綠情況，擬為高速公路邊坡復(fù)綠的植被多樣性恢復(fù)以及復(fù)綠技術(shù)的合理選擇提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究方法

1.1 研究區(qū)自然概況

河北省西柏坡高速公路地理坐標(biāo)為東經(jīng)114°00′—114°44′，北緯38°10′—38°40′，全長71.36 km。西柏坡低山群落植被稀少，土層較薄，水土流失嚴(yán)重。坡度為60°～80°。土壤母質(zhì)以花崗巖、片麻巖為主，有少量石灰?guī)r和頁巖分布。西柏坡地處暖溫帶，屬半干旱大陸性季風(fēng)氣候，四季分明，冬季寒冷干燥，夏季炎熱多雨，年平均氣溫12.5 ℃。年最熱月份是7 月，平均氣溫26.3 ℃；最冷月份是1月，平均氣溫-8.2 ℃。年較差29.5 ℃。各月平均氣溫除最熱的7月和最冷的1月外，其余10個月可以7月為軸分為對稱的5對近似月。太陽年總輻射量547.58～568.48 kJ/(cm2·a)。無霜期平均140～180 d。

1.2 工程概況

西柏坡高速植被恢復(fù)邊坡以石質(zhì)為主，兩側(cè)多為裸露巖石，部分為土質(zhì)邊坡，但土層較薄。巖石邊坡主要由片麻巖和頁巖構(gòu)成，不同位置風(fēng)化程度不同。人工植被恢復(fù)措施有掛網(wǎng)噴播技術(shù)和生態(tài)袋技術(shù)。

1.3 調(diào)查方法

1.3.1 樣地基本情況 采樣研究于2013年7月開始進(jìn)行，通過現(xiàn)場考察植被長勢以及收集的資料，了解研究區(qū)域概況，自然植被恢復(fù)情況和人工植被恢復(fù)技術(shù)的應(yīng)用及效果。根據(jù)高速公路不同植被恢復(fù)邊坡類型進(jìn)行分類，分為4種類型：土質(zhì)邊坡、石質(zhì)邊坡、掛網(wǎng)噴播植被恢復(fù)技術(shù)邊坡、生態(tài)袋植被恢復(fù)技術(shù)邊坡。土質(zhì)邊坡和石質(zhì)邊坡的植被恢復(fù)時間是2010年8月，掛網(wǎng)噴播植被恢復(fù)技術(shù)邊坡的植被恢復(fù)時間是2011年8月，生態(tài)袋植被恢復(fù)技術(shù)邊坡的植被恢復(fù)時間是2013年5月。沿河北省西柏坡高速路段選取不同邊坡進(jìn)行調(diào)查，隨機(jī)采樣，每種類型邊坡分別在2，4和6 m垂直高度的位置各取2個樣方，同時設(shè)置3個重復(fù)，共調(diào)查樣方72個。調(diào)查采用樣方法，所有邊坡植被多為草本，極少數(shù)為藤本和灌木，設(shè)置樣方大?。? m×2 m為1個樣方。

1.3.2 調(diào)查內(nèi)容及方法 于2013年7月中旬和2014年5月下旬對各樣方進(jìn)行采樣，植被處于生長期，現(xiàn)場分別鑒定不同邊坡類型中每個樣方中的物種類別，并采集標(biāo)本帶回標(biāo)本室進(jìn)行重復(fù)鑒定，同時記錄種數(shù)、蓋度、頻度、個體數(shù)、高度等植物特征。

1.3.3 統(tǒng)計內(nèi)容

(1) 蓋度。蓋度為某物種投影面積占樣地面積的百分比；相對蓋度為某物種的蓋度占樣地內(nèi)所有物種蓋度之和的百分比，其公式為：

(2) 重要值。在對野外調(diào)查原始數(shù)據(jù)進(jìn)行初步分類整理的基礎(chǔ)上，統(tǒng)計植物的密度、頻度，并計算相對密度、相對頻度及重要值，計算公式為:

(3)α多樣性指數(shù)。根據(jù)錢迎倩等[8]評述植物群落多樣性測定方法，選擇物種多樣性分析選取Shannon—Wiener 指數(shù)、Simpson 指數(shù)和Pielou 均勻度指數(shù)3個指標(biāo)進(jìn)行測定：

① Shannon—Wiener 指數(shù)(SW):

式中：N——群落中全部種的總個體數(shù)； Pi=Ni/N，Ni——樣方中第i種物種的個體數(shù)。

(4)Simpson生態(tài)優(yōu)勢度(C):

式中：S——樣方面積群落中總植物種數(shù)；N——群落中全部種的總個體數(shù)；Ni——樣方中第i種物種的個體數(shù)。

(5) Pielou 群落均勻度指數(shù)(E):

式中：S——樣方面積群落中總植物種數(shù)；N——群落中全部種的總個體數(shù)；Pi=Ni/N，Ni——樣方中第i種物種的個體數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同植被類型科屬特征

2014年5月下旬所采集樣方的植物種類與2013年7月中旬采集樣方的植物種類基本一致。2014年5月下旬各植被恢復(fù)的邊坡樣方中新生植物處于生長期。因此，以2013年7月采集的不同邊坡植被恢復(fù)類型樣方的植被數(shù)量及植物科屬分布特征為研究對象(表1—2)。

表1 不同邊坡類型植物數(shù)量及科屬特征 個

表2 不同邊坡類型植物科屬分布特征 個

由表1—2可知，于2013年7月時，各種類型植被恢復(fù)邊坡特征如下：土質(zhì)邊坡主要由9種植物組成，隸屬7科9屬，以葡萄科和禾本科植物為主要組成物種，植物個體數(shù)為288；石質(zhì)邊坡主要由12種植物組成，隸屬8科12屬，以菊科和禾本科植物為主要組成物種，植物個體數(shù)為168；掛網(wǎng)噴播植被恢復(fù)技術(shù)邊坡主要由14種植物組成，隸屬8科12屬，以藜科，莧科和禾本科植物為主要組成物種，植物個體數(shù)為696；生態(tài)袋試驗邊坡主要由14種植物組成，隸屬7科12屬，以豆科，禾本科和菊科植物為主要組成物種，植物個體數(shù)為837。

2.2 不同邊坡植被類型蓋度

蓋度可以在直觀上更能反映邊坡植被恢復(fù)效果，是反映植物種群地上生存空間的重要指標(biāo)，其中總蓋度在一定程度上能夠反映植物種的多度、頻度和生活型等特征，在本文中所指的蓋度均指的是投影蓋度[9]。

從圖1可見，2013年7月時，掛網(wǎng)噴播技術(shù)植被蓋度最低，為88%；生態(tài)袋技術(shù)植被蓋度最高，為100%。自然恢復(fù)邊坡中，石質(zhì)邊坡比土質(zhì)邊坡植被蓋度高，分別是93%和90%。2014年5月時，邊坡多為枯草覆蓋，掛網(wǎng)噴播技術(shù)植被蓋度最高，為56%；生態(tài)袋技術(shù)植被蓋度最低，為20%。自然恢復(fù)邊坡中，石質(zhì)邊坡比土質(zhì)邊坡植被蓋度高，分別是48%和35%。2個月份對比，生態(tài)袋技術(shù)植被蓋度相差量最多，為80%；掛網(wǎng)噴播技術(shù)植被蓋度相差量最少，為32%。

圖1 不同類型邊坡植被類型蓋度比較

2.3 不同邊坡植被類型多樣性分析

全面衡量物種多樣性需要從物種豐富度、均勻度和生態(tài)優(yōu)勢度3個方面進(jìn)行比較，它們都從不同的角度反映群落物種組成結(jié)構(gòu)水平，三者具有一定的聯(lián)系[10]。其中，植物Shannon—Wiener物種多樣性指數(shù)的大小反映植物種類的多少和植物種類所占比例的變化，Shannon—Wiener物種多樣性指數(shù)越大，表示植物種類越復(fù)雜。Pielou均勻度指數(shù)的大小反映個體在種間的分配均勻程度，Pielou均勻度大，表示沒有明顯的優(yōu)勢個體類型，個體類型在群落中均勻分布。Simpon生態(tài)優(yōu)勢度指數(shù)反映了各物種種群數(shù)量的變化情況，Simpon生態(tài)優(yōu)勢度指數(shù)越大，說明群落內(nèi)物種數(shù)量分布越不均勻，優(yōu)勢種的地位越突出[11]。試驗數(shù)據(jù)分別來自2013年7月和2014年5月所采集樣方。

通過圖2—4可得知，4種不同類型邊坡中，各邊坡Shannon—Wiener物種多樣性指數(shù)、Simpon生態(tài)優(yōu)勢度、Pielou群落均勻度指數(shù)在2013年7月與2014年5月之間差異不明顯，整體趨勢相同。土質(zhì)邊坡的Shannon—Wiener物種多樣性指數(shù)最低；Simpon生態(tài)優(yōu)勢度最高；石質(zhì)邊坡Pielou群落均勻度指數(shù)最高；生態(tài)袋技術(shù)邊坡的物種多樣性指數(shù)最高，生態(tài)優(yōu)勢度最低。

圖2 不同類型邊坡植被Shannon-Wiener 物種多樣性指數(shù)比較

圖3 不同類型邊坡植被Simpon生態(tài)優(yōu)勢度指數(shù)比較

圖4 不同類型邊坡植被Pielou群落均勻度指數(shù)比較

通過用SPSS 17.0分析不同邊坡類型的數(shù)據(jù)得知，2013年7月樣方：Shannon—Wiener物種多樣性指數(shù)方差分析結(jié)果中的p值為0.012，Simpon生態(tài)優(yōu)勢度指數(shù)方差分析結(jié)果中的p值為0.013，Pielou群落均勻度指數(shù)方差分析結(jié)果中的p值為0.002。2014年5月樣方：Shannon—Wiener物種多樣性指數(shù)方差分析結(jié)果中的p值為0.011，Simpon生態(tài)優(yōu)勢度指數(shù)方差分析結(jié)果中的p值為0.012，Pielou群落均勻度指數(shù)方差分析結(jié)果中的p值為0.002，p值均小于0.05。因此否定Ho假設(shè)，不同邊坡類型對植物多樣性有顯著性意義，結(jié)論是不同邊坡類型的植物多樣性有明顯不同。

在Shannon—Wiener物種多樣性指數(shù)和Simpon生態(tài)優(yōu)勢度指數(shù)方差分析中：土質(zhì)邊坡與石質(zhì)邊坡的之間存在顯著差異；石質(zhì)邊坡與掛網(wǎng)噴播和生態(tài)袋邊坡之間存在顯著差異；掛網(wǎng)噴播邊坡與石質(zhì)邊坡之間存在顯著差異；生態(tài)袋邊坡與石質(zhì)邊坡之間存在顯著差異。在Pielou群落均勻度指數(shù)方差分析中：土質(zhì)邊坡與掛網(wǎng)噴播和生態(tài)袋邊坡之間存在顯著差異；石質(zhì)邊坡與掛網(wǎng)噴播和生態(tài)袋邊坡之間存在顯著差異；掛網(wǎng)噴播與土質(zhì)邊坡之間存在顯著差異；生態(tài)袋邊坡與土質(zhì)邊坡之間存在顯著差異。

3 討論與結(jié)論

3.1 討 論

3.1.1 從物種科屬組成結(jié)構(gòu)分析 試驗數(shù)據(jù)表明，掛網(wǎng)噴播技術(shù)及生態(tài)袋技術(shù)對于邊坡植被種類和數(shù)量的增加有明顯效果。自然恢復(fù)的土質(zhì)邊坡和石質(zhì)邊坡植物種數(shù)較少，種類多為自播能力較強(qiáng)的野生草本和藤本，植物類型較其他兩種人工植被恢復(fù)邊坡較單一，掛網(wǎng)噴播植被恢復(fù)技術(shù)邊坡和生態(tài)袋技術(shù)邊坡植物的植物種數(shù)和植物數(shù)量明顯偏多，植物多樣性豐富，但人工植被恢復(fù)邊坡植物多為1和2年生草本，且自播能力較自然恢復(fù)邊坡類型差，從而為來年邊坡景觀和后續(xù)的植被復(fù)綠的工作量提出一定的挑戰(zhàn)。

3.1.2 從不同類型邊坡植被蓋度分析 2013年7月生態(tài)袋技術(shù)邊坡的植被蓋度最高，掛網(wǎng)噴播技術(shù)邊坡最低。而造成這種現(xiàn)象的原因，主要是因為水土保持的問題。掛網(wǎng)噴播技術(shù)的邊坡噴的泥漿受重力影響，上邊坡較下邊坡土層厚度薄，導(dǎo)致不容易保持水土，植物無法生存，已有部分區(qū)域形成沖刷溝。而生態(tài)袋具有透水不透土的過濾功能，生態(tài)袋的立體網(wǎng)狀纖維結(jié)構(gòu)吸收了雨水沖擊所產(chǎn)生的能量，能有效地減小雨水形成的徑流對土壤地表的沖刷力[12]。石質(zhì)邊坡的蓋度較土質(zhì)邊坡大，單位面積內(nèi)植物數(shù)量卻比土質(zhì)邊坡小，分析為植物的種類的原因造成的：石質(zhì)邊坡的優(yōu)勢種為五葉地錦，五葉地錦葉大且攀援性強(qiáng)。

2014年5月生態(tài)袋技術(shù)邊坡的植被蓋度最低，掛網(wǎng)噴播技術(shù)邊坡最高。造成這種現(xiàn)象的原因是植物種類的不同，生態(tài)袋技術(shù)邊坡的植物種類多為1年生，植物大面積枯亡，而5月份時1年生植物并無生長，只有少量灌木類植被處于生長期，造成生態(tài)袋技術(shù)邊坡的植被蓋度明顯降低。而自然恢復(fù)邊坡蓋度變化不大。

3.1.3 從不同類型邊坡植被多樣性分析 2013年7月，根據(jù)試驗數(shù)據(jù)表明，4種植被恢復(fù)邊坡類型的對比：土質(zhì)邊坡和石質(zhì)邊坡單位面積內(nèi)植物種類較少，群落內(nèi)物種數(shù)量分布不均勻，優(yōu)勢種明顯；掛網(wǎng)噴播技術(shù)邊坡和生態(tài)袋技術(shù)邊坡單位面積內(nèi)植物種類較多，群落內(nèi)物種數(shù)量分布均勻，優(yōu)勢種的地位不突出。

2014年5月，根據(jù)試驗數(shù)據(jù)表明，4種植被恢復(fù)邊坡類型的對比：土質(zhì)邊坡、石質(zhì)邊坡以及生態(tài)袋技術(shù)邊坡單位面積內(nèi)植物種類少，群落內(nèi)植物數(shù)量分布不均勻，優(yōu)勢種明顯；掛網(wǎng)噴播技術(shù)邊坡單位面積內(nèi)植物種類較多，群落內(nèi)物種數(shù)量分布均勻，優(yōu)勢種的地位不突出。

3.2 結(jié) 論

通過對4種不同類型邊坡的各項指標(biāo)分析，說明人工參與的掛網(wǎng)噴播技術(shù)和生態(tài)袋技術(shù)相對于自然植被恢復(fù)來說，均可以明顯增加邊坡植被蓋度及豐富物種多樣性。2013年7月生態(tài)袋技術(shù)的蓋度及物種多樣性較掛網(wǎng)噴播技術(shù)高，同時生態(tài)袋技術(shù)對邊坡狀況要求比掛網(wǎng)噴播技術(shù)低。因此，生態(tài)袋技術(shù)對高速公路邊坡復(fù)綠有更明顯的效果。但難以在第二年春季保持良好的蓋度和植物多樣性，多需人工重新播種。且因生態(tài)袋技術(shù)的施工成本本就較掛網(wǎng)噴播技術(shù)的成本更高，目前在植物選擇上也存在一定缺陷，在考慮高速公路邊坡復(fù)綠需要使用的技術(shù)時，還要合理選擇植物種類，喬灌草結(jié)合，完成可持續(xù)的景觀綠化，分析具體情況，合理使用，也可兩者相互結(jié)合。

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Community Composition Characteristics of Vegetation on Highway Slope During Recovery Process

CUI Danna1, ZHANG Xianguo2, CHENG Kewu1, WEN Jing1, HUANG Dazhuang1

(1.CollegeofGardenandTourism,AgriculturalUniversityofHebei,Baoding,Hebei071000,China;2.HebeiProvincialExpresswayManagementOffice,Shijiazhuang,Hebei050000,China)

[Objective] We aimed to investigate the characteristics of vegetation community along different slopes in Xibaipo highway of Hebei Province in order to choose the optimal slope vegetation restoration technology. [Methods] A random sampling method was conducted to investigate the community composition and structure on 4 different types of slopes. [Results] Species diversity showed significant differences among 4 different types of slopes. The vegetation coverage on soil slope was the lowest and the species diversity in rocky slope was the least under spontaneous recovery. In contrast, the species diversity and vegetation coverage was the highest on slopes by using ecological bags vegetation recovery technique. [Conclusion] Both ecological bags recovery and net-suspended spray seeding techniques can improve the vegetation recovery on highway slope, and ecological bags recovery is the most effective method.

vegetation restoration; ecological bags; plant diversity

2014-07-22

2014-09-16

河北省邢衡高速公路籌建處項目“高速公路邊坡生態(tài)防護(hù)與植物選擇”(20137863)

崔丹娜(1990—),女(漢族),河北省石家莊市人,碩士研究生,研究方向為園林植物應(yīng)用。 E-mail:cuidanna@126.com。

黃大莊(1963—),男(漢族),河北省保定市人,博士,教授,主要從事園林植物應(yīng)用研究。 E-mail:huangdazhuang@126.com。

A

1000-288X(2015)05-0257-05

S732