張成林，巫勝利

(河南省駐馬店市南海公園，河南 駐馬店 463000)

?

高速公路坡面植物群落生態(tài)防護(hù)與季節(jié)生長變化

張成林，巫勝利

(河南省駐馬店市南海公園，河南 駐馬店 463000)

選取高速公路坡面-亞粘土邊坡的不同植物群落為研究對象，分析并探討不同植物群落生態(tài)防護(hù)效果、地上生物量、覆蓋度、灌木生長規(guī)律，為進(jìn)一步鞏固公路邊坡植物群落結(jié)構(gòu)和提高生態(tài)防護(hù)效應(yīng)奠定基礎(chǔ)。

公路；路塹邊坡；植物群落；生長動態(tài)變化

公路建設(shè)在加劇水土流失的同時嚴(yán)重破壞了沿線原生植被，邊坡是高速公路生態(tài)最脆弱部分，其防護(hù)和綠化是公路生態(tài)建設(shè)的重點之一[1]。當(dāng)前，有關(guān)路塹邊坡生態(tài)防護(hù)中植物群落研究多局限于減輕降雨侵蝕[2-4]、植被恢復(fù)[5-8]等方面，公路邊坡中對于亞粘土路段人工植物群落生長變化研究較少。本研究選取亞粘土路塹邊坡不同植物群落為研究對象，分析其生態(tài)防護(hù)效應(yīng)及生長動態(tài)變化，以揭示不同植物群落生長變化規(guī)律，為類似立地條件下邊坡生態(tài)防護(hù)奠定理論基礎(chǔ)。

1 項目區(qū)概況

選擇信南高速公路(滬陜高速公路G40的重要組成部分)亞粘土路塹邊坡(河南省泌陽縣陳莊，樁號K81+600)為研究對象，坡度33°，坡長15 m。亞粘土類邊坡土壤黏粒含量高，弱-中等性膨脹土，塑性強(qiáng)，反復(fù)干濕條件會產(chǎn)生裂隙，通氣透水性能差。

研究區(qū)位于河南省中南部(32°16′N、113°06′E)，年平均氣溫為14.7 ℃，年平均降水量為850 mm，年平均日照時數(shù)2 100 h。沿線主要植物有馬唐\%(Digitaria sanguinalis)、稗草(Echinochloa crusgalli)、艾蒿(Artemisia indica)、火棘(Pyracantha fortuneana)、黃荊(Vites negundo)、紫穗槐(Amorpha fruticosa)、胡枝子(Lespedeza bicolor)、狗牙根(Cynodon dactylon)、葦狀羊茅(Festuca arundinacea)等。

2 材料與方法

試驗采用隨機(jī)區(qū)組法，建立供試植物有紫穗槐、胡枝子、黃荊、扶芳藤、狗牙根、高羊茅、白三葉等7種。植物組合為B1、B2、B3、B4、B5、B6、B7、B8(不種植物)。共設(shè)7個處理和對照不同處理的試驗設(shè)為隨機(jī)區(qū)組法，重復(fù)3次。紫穗槐+狗牙根+高羊茅(B1)、胡枝子+狗牙根+高羊茅(B2)、黃荊+狗牙根+高羊茅(B3)、火棘+狗牙根+高羊茅(B4)、扶芳藤+狗牙根+高羊茅(B5)、狗牙根+高羊茅+白三葉(B6)、狗牙根+高羊茅(B7)及對照(B8)(不種植物)。3次重復(fù)；于每個小區(qū)建立徑流場(長、寬各為\%5 m、2 m，間隔0.4 m)，坡底處修建集水槽和集水池(池長、寬、深各為1.0 、0.5 ，0.5 m)，試驗施工時間為2012年4月26日，觀測時間2012年5-9月。

播種方法采用掛網(wǎng)噴播法，胡枝子、紫穗槐、黃荊、火棘等種子需進(jìn)行溫湯浸種和催芽處理，葦狀羊茅、狗牙根、白三葉等植物種子與催芽后的灌木種子混播，\%扶芳藤(Euonymus fortunei)采用河南省汝南縣舍屯鄉(xiāng)苗圃基地健壯小苗進(jìn)行栽植。\%

土壤侵蝕量測定參考《土壤物理化學(xué)》[9]；植被覆蓋度、地上生物量、植物高度等測量參考《植物群落學(xué)實驗手冊》[10]，生長速度按月平均每天生長的高度表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理的植被覆蓋度

表1 不同處理的植被覆蓋度變化

從表1可以看出，觀測期間8個處理的植被覆蓋度隨生長季延伸逐漸增加，于8月中下旬達(dá)最大值，隨后逐漸降低。亞粘土路塹邊坡植被覆蓋度最大值從高到低依次為B1>B3> B2>B6>B4>B7>B5>B8。

2.2 不同處理地上生物量

植物群落地上生物量是反映生態(tài)系統(tǒng)重要指標(biāo)，表現(xiàn)生產(chǎn)者物質(zhì)生產(chǎn)能力。由表2可知，亞粘土路塹邊坡不同植物群落地上生物量呈現(xiàn)“慢-快-慢”趨勢，即前期生長緩慢，地上干物質(zhì)積累少；中期生長逐漸加快，地上干物質(zhì)積累迅速增加，8月份達(dá)最大值，后期生長速度逐漸降低，這主要是與降雨量與溫度變化所致。B1-7處理地上生物量最大值從高到低依次為B3>B1>B2>B4=B7>B5>B6。

經(jīng)擬合，植物群落地上生物量\%(Y)與時間\%(t)函數(shù)關(guān)系可用下式表達(dá)：

\%Y=eb0+b1/x(式中Y為地上生物量，x\%為生長天數(shù)，b0、b1為常數(shù)項)。

2.3 不同處理灌木生長速度

亞粘土路塹邊坡不同處理灌木平均生長速度表現(xiàn)為“慢-快-慢”趨勢，前期由于溫度影響灌木生長速度較慢，隨著溫度升高，生長速度逐漸加快，7-8月份達(dá)最大值，以后生長速率逐漸降低。紫穗槐在所有灌木中生長速度最快，不同處理內(nèi)灌木生長速率最大值由高到低順序為B1>B3>B2>B4>B5。

通過對5種灌木生長速度進(jìn)行曲線擬合，發(fā)現(xiàn)擬合效果最好的是Cubic曲線，曲線方程可用\%Z=Y' \%=bl+2b2\%x\%+3b3\%x2\%(Z 為灌木生長速度，\%Y為灌木生長高度，x\%為生長天數(shù)，b1、b2、b3為常數(shù)項)表示。

表2 不同處理的地上生物量 kg·m-2

表3 不同處理的灌木平均生長速度 (cm·d-1)

2.4 不同處理保水固土效應(yīng)比較

由表4可以看出，在試驗季不同降水量和降水強(qiáng)度下，相對于對照(B8),不同處理的土壤侵蝕減少比例為94.4%～99.2%，減少比例從高到低依次為B3>B1>B2>B7>B4>B6>B5, 并隨著季節(jié)延伸，不同處理的土壤侵蝕減少比例逐漸增加，表明7種植物組合都有較好的護(hù)坡保持水土效果，且黃荊+狗牙根+高羊茅組合防護(hù)效果最好，其次為紫穗槐+狗牙根+高羊茅組合。

表4 不同處理土壤侵蝕比較

3 討論

(1)供試植物組合以紫穗槐+狗牙根+高羊茅、黃荊+狗牙根+高羊茅、胡枝子+狗牙根+高羊茅等植被覆蓋度較大，火棘+狗牙根+高羊茅、狗牙根+高羊茅+白三葉、狗牙根+高羊茅、扶芳藤+狗牙根+高羊茅及對照區(qū)等植被覆蓋度較低。在植被建植初期，植被覆蓋度較低，雨后沖刷相對較重；隨著植物生長，植被覆蓋度逐漸增加，降雨侵蝕作用逐漸降低，各植被組合生態(tài)防護(hù)效應(yīng)明顯，這與劉秉正[11]等植被覆蓋度越大，植被保土作用越強(qiáng)的觀點一致，因為植被覆蓋度可以有效地減弱降雨引起土壤侵蝕能力。

(2)亞粘土路塹邊坡不同植物群落地上生物量和灌木生長速度均呈現(xiàn)“慢-快-慢”變化趨勢。不同處理地上生物量與時間關(guān)系可表示為\%Y=e\%b0+b1/\%x (Y為不同處理地上生物量，x\%為生長天數(shù)，b0、b1為常數(shù)項)；供試灌木中以紫穗槐、黃荊生長速度較快，其生長速率方程可表示為\%Z =Y' \%=bl+2b2\%x\%+3b3\%x2\% (\%Z 為灌木生長速率，Y為灌木生長高度，x\%為生長天數(shù)，b1、b2、b3為常數(shù)項)。通過對植物群落地上生物量、灌木生長速度、土壤降雨侵蝕量三者之間進(jìn)行進(jìn)一步相關(guān)分析，發(fā)現(xiàn)降雨侵蝕量與灌木生長速度相關(guān)性較強(qiáng)(相關(guān)系數(shù)為0.797)，降雨侵蝕量與地上生物量相關(guān)性不是太強(qiáng)(相關(guān)系數(shù)為0.259)。在降雨侵蝕過程中，灌木生長速度對雨滴擊濺能力可以起到很好的阻礙作用，從而消減降雨對土壤的侵蝕能力。

(3)對亞粘土路塹坡面而言，供試植物中以黃荊+狗牙根+高羊茅組合與紫穗槐+狗牙根組合+高羊茅組合護(hù)坡效果較好，可作為類似立地下坡面植被綠化的參考依據(jù)。本研究僅對植被生長部分指標(biāo)作季節(jié)性觀測分析，缺乏連續(xù)幾年觀測試驗，對于不同處理內(nèi)植物地下生物量研究尚未涉及，今后應(yīng)圍繞植被生態(tài)護(hù)坡對其相關(guān)指標(biāo)作進(jìn)一步探討。

[1] 劉春霞,韓烈保.高速公路邊坡植被恢復(fù)研究進(jìn)展[J].生態(tài)學(xué)報,2007,27(5):2090-2098.

[2] 鐘立昌,檀軍,單保良,等.黃土地區(qū)公路邊坡降雨侵蝕及防治對策[J].華東公路,2014(2):37-39.

[3] 沈宇鵬,匡星,王連俊.鐵路工程邊坡次降雨侵蝕產(chǎn)流模擬及影響規(guī)律[J].巖土工程學(xué)報,2011(S1):498-502.

[4] 張瑩瑩,田國行,楊曉明.高速公路邊坡降雨侵蝕特征分析[J].中外公路,2010(1):78-81.

[5] 何蓉蓉,劉東明,王丙興,等.鄉(xiāng)土植物資源在邢汾高速公路邊坡生態(tài)恢復(fù)中的選擇與應(yīng)用[J].河北林業(yè)科技,2015(2):54-60.

[6] 周景陽.山區(qū)高速公路邊坡植被恢復(fù)問題與對策研究[J].湖南交通科技,2010(1):62-64,69.

[7] 黃灝峰,王禮旺,南海龍.多階梯邊坡植被恢復(fù)技術(shù)在公路建設(shè)中的應(yīng)用[J].中國水土保持科學(xué),2013(4):60-62.

[8] 楊東,萬福緒.我國高速公路邊坡生態(tài)恢復(fù)技術(shù)研究進(jìn)展[J].世界林業(yè)研究,2011(6):34-38.

[9] 李法虎.土壤物理化學(xué)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2006.

[10] 王伯蓀.植物群落學(xué)實驗手冊[M].廣東:廣東高等教育出版社,1996.

[11] 劉秉正,李世海,鄭隨定.作物植被的保土作用及保土作用系數(shù)[J].水土保持研究,1999,6(2):32-35.

The Ecological Protection and Growth Change of Protective Plants on Highway Slopes

ZHANG Cheng-lin,WU Sheng-li

(1.ZhumadianoftheSowthSeaPark,Zhumadian,Henan463000)

Different plant communities on the clay slopes in the middle of highway were studied in terms of its ecological protection ,above ground biomass,vegetation coverage and shrub growth. Information obtained is the foundation for the afforestation along the highways.

Highway; slope; plant communities; growth dynamic change

2016-05-18

張成林(1970-),男,河南駐馬店人,工程師,主要從事園林綠化方面的研究工作。

S731.8

A

1001-2117(2016)05-0036-03