北京市門頭溝區(qū)石灰窯遺址及公路邊坡裸露地表植被修復(fù)模式的生態(tài)評(píng)價(jià)

苗保河，鄭延海，伏 芳，孫 楠，張文波，盧欣艷，吳 晶，蘇本營(yíng)，李永庚

（1.北京山地生態(tài)科技研究所，北京 102300；2.北京市門頭溝區(qū)科技開發(fā)實(shí)驗(yàn)基地，北京 102300；3.中國(guó)科學(xué)院植物研究所，北京 100093）

北京市門頭溝區(qū)石灰窯遺址及公路邊坡裸露地表植被修復(fù)模式的生態(tài)評(píng)價(jià)

苗保河1，2，鄭延海3，伏 芳1，2，孫 楠1，張文波1，盧欣艷1，吳 晶1，2，蘇本營(yíng)3，李永庚3

（1.北京山地生態(tài)科技研究所，北京 102300；2.北京市門頭溝區(qū)科技開發(fā)實(shí)驗(yàn)基地，北京 102300；3.中國(guó)科學(xué)院植物研究所，北京 100093）

研究對(duì)北京市門頭溝區(qū)石灰窯廢棄地及公路邊坡裸露地表8種生態(tài)修復(fù)模式中的植被生態(tài)學(xué)特征及生態(tài)恢復(fù)效果進(jìn)行了調(diào)查評(píng)價(jià)。結(jié)果表明：石灰窯遺址人工景觀再建模式、框格＋植被模式及無(wú)土碎石擋土墻灌漿模式修復(fù)效果較好，容器苗修復(fù)模式和掛網(wǎng)噴播模式效果最差。8種生態(tài)修復(fù)模式中，植被物種豐富度以客土移栽模式最高（29±1.15），石灰窯人工景觀再建模式次之（23.6±2.02），保育棒模式最低（7±1.1）；植被蓋度以石灰窯人工景觀再建模式（88.3%）和框格＋植被模式（87%）最高，植生袋模式和掛網(wǎng)噴播模式最低，分別為48%和32%；植被高度以客土移栽模式最高（546.3cm），人工景觀模式次之（316cm）；掛網(wǎng)噴播和植生袋最低，分別為44.97cm和54.13cm。綜合評(píng)價(jià)結(jié)果認(rèn)為，石灰窯人工景觀再建、框格＋植被和擋土墻灌漿模式是門頭溝區(qū)石灰窯及公路邊坡裸露地表生態(tài)恢復(fù)較適合的修復(fù)模式。

門頭溝；石灰窯遺址；公路邊坡；植被恢復(fù)模式；生態(tài)評(píng)價(jià)

山地石灰窯開采和公路工程建設(shè)往往導(dǎo)致山區(qū)大面積廢棄地和裸露坡面的產(chǎn)生。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，自20世紀(jì)90年代以來(lái)，我國(guó)由于采礦而廢棄的土地以2～3.3萬(wàn)hm2/a的速度增長(zhǎng)［1－2］，高速公路裸露坡面面積每年以2～3億m2的速度增長(zhǎng)，在很大程度上破壞了自然生態(tài)，導(dǎo)致了嚴(yán)重的水土流失和植被破壞，嚴(yán)重影響原土、巖體的平衡，形成塌方、水土流失、土壤侵蝕等各種問(wèn)題。人工植被恢復(fù)與重建已成為公路建設(shè)和石灰窯廢棄地治理的重要組成部分［3－5］。美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家從20世紀(jì)30－40年代就開始在道路邊坡開展植被恢復(fù)工作，而且技術(shù)研究已經(jīng)較為成熟，常用的主要有種子噴播法、客土噴播法、厚層基材噴播法、肥料袋法、植生袋法等成熟的配套技術(shù)［4，6］。我國(guó)高速公路建設(shè)20世紀(jì)90年代后才迅速發(fā)展，1996年云南昆曲高速公路開始運(yùn)用生態(tài)護(hù)坡進(jìn)行綠化，從此公路植被恢復(fù)揭開了新的內(nèi)容［6］。與傳統(tǒng)的護(hù)坡形式相比，生態(tài)護(hù)坡不僅能穩(wěn)定邊坡，保持水土，而且節(jié)約成本［7］。但對(duì)于各種恢復(fù)模式的生態(tài)適應(yīng)性研究嚴(yán)重滯后，也遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于一些發(fā)達(dá)國(guó)家［8－9］。本試驗(yàn)選擇門頭溝區(qū)不同石灰窯遺址及公路坡面植被恢復(fù)模式作為研究對(duì)象，針對(duì)坡面植物的生態(tài)恢復(fù)效果進(jìn)行評(píng)價(jià)研究。

1 區(qū)域概況

門頭溝區(qū)地處北京城區(qū)西部偏南，位于東經(jīng)115°25′00″－116°10′07″，北緯39°48′34″－40°10′37″之間，全區(qū)面積1 455km2，其中山地面積達(dá)98.5%，平原面積僅為1.5%，79.2%的土地為林木所覆蓋，森林覆蓋率90%左右，是首都西部的天然生態(tài)屏障。低山丘陵地貌，中緯度大陸性季風(fēng)氣候，春季干旱多風(fēng)夏季炎熱多雨，秋季涼爽濕潤(rùn)，冬季寒冷干燥，年平均氣溫10.2℃，7月平均溫度22℃［4，9］，降水量自東向西逐漸減少，且年際變化大，年降水量在720mm以上。門頭溝區(qū)曾是北京的主要礦業(yè)基地，百余年的采礦史和砂、石的大量開采，以及近年來(lái)道路的擴(kuò)建，嚴(yán)重的破壞了門頭溝山區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)［10－14］。隨著門頭溝“生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)”建設(shè)的開展，門頭溝生態(tài)修復(fù)工程建設(shè)已經(jīng)啟動(dòng)多年［4］，對(duì)于門頭溝區(qū)廢棄地及公路邊坡植被修復(fù)效果和評(píng)價(jià)卻未見(jiàn)報(bào)道。

2 植被類型及研究方法

2.1 植被類型

門頭溝區(qū)植被在植被區(qū)劃上屬暖溫帶落葉闊葉林區(qū)的遼冀山地、丘陵油松、遼東櫟、槲櫟林區(qū)，共有高等植物131科、485屬、1 100種［15－17］。主要類型包括遼東櫟（Quercus liaotungensis）林、樺木（Betulaspp.）林、山楊（Populus davidiana）林、油松（Pinus tabulaeformis）林和華北落葉松（Larix principisrupprechtii）林等。該區(qū)灌叢廣泛分布，如山杏（Prunus ameniacavar.ansu）、山桃（Prunus davidiana）灌叢、荊條（Vitex negungdovar.heterophylla）灌叢等（表1）。

表1 門頭溝區(qū)植被分類系統(tǒng)

2.2 研究方法

本研究選擇門頭溝區(qū)8種典型植被恢復(fù)技術(shù)作為研究對(duì)象，針對(duì)植被恢復(fù)效果進(jìn)行評(píng)價(jià)，旨在篩選出適合該地區(qū)公路邊坡及礦山廢棄地植被恢復(fù)模式。根據(jù)門頭溝礦區(qū)公路邊坡類型的多樣化及立地條件的差異性，對(duì)植被修復(fù)模式的選擇要根據(jù)生態(tài)適應(yīng)性、持續(xù)穩(wěn)定性、和諧一致性、生物多樣性等原則進(jìn)行。門頭溝區(qū)石灰窯礦山廢棄地與公路邊坡主要的植被修復(fù)模式有掛網(wǎng)噴播、客土移栽、植生袋、擋土防護(hù)工程、框格防護(hù)工程、人工景觀再建、保育棒和容器苗等8種主要的植被修復(fù)模式。上述植被修復(fù)類型對(duì)應(yīng)的植被優(yōu)勢(shì)物種分別為：油蒿、白楊、黑麥草、欒樹、荊條、側(cè)柏、苜蓿和柳樹（表2）。

2.3 評(píng)價(jià)指標(biāo)的確定及計(jì)算

2.3.1 植被高度 植被高度主要是指項(xiàng)目區(qū)優(yōu)勢(shì)物種的平均高度，可有效反應(yīng)恢復(fù)植物的高度及與周邊植物的競(jìng)爭(zhēng)能力。該指標(biāo)主要是通過(guò)隨機(jī)測(cè)量項(xiàng)目區(qū)10株優(yōu)勢(shì)植物高度，取其平均值而獲得的。

表2 門頭溝山區(qū)植被修復(fù)類型及坡面特性

2.3.2 植被蓋度 植被蓋度是項(xiàng)目區(qū)林草面積占總面積的百分比，能夠有效地反映植被恢復(fù)效果。林草蓋度主要是通過(guò)樣方與目測(cè)相結(jié)合的方法獲取，在項(xiàng)目區(qū)進(jìn)行樣方調(diào)查，灌木樣方設(shè)置4m×4m，草本樣方設(shè)置1m×1m，共調(diào)查樣方108個(gè)，并于6月、7月、8月分別進(jìn)行一次調(diào)查。計(jì)算公式為：

式中：C——植被蓋度；S0——測(cè)定的樣方面積；S1——樣方內(nèi)林草面積。

2.3.3 物種豐富度 植被物種豐富度是指項(xiàng)目區(qū)植物群落物種數(shù)，是生物多樣性的衡量指標(biāo)。本文選用群落物種數(shù)作為豐富度指標(biāo)，它能直接反映群落物種多樣性特點(diǎn)，調(diào)查方法采用樣方調(diào)查法。

式中：R——物種豐富度；S——物種的數(shù)目。

2.4 統(tǒng)計(jì)分析

將調(diào)查數(shù)據(jù)整理并錄入Excel中，建立相關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)，運(yùn)用SPSS 15.0等軟件進(jìn)行方差分析（One－way ANOVA）。圖表在Excel中繪制。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同修復(fù)模式下的物種豐富度

物種豐富度是指所調(diào)查區(qū)域的物種數(shù)量，是反映生物多樣性的一個(gè)重要指標(biāo)。本研究發(fā)現(xiàn)，不同植被恢復(fù)類型下的物種數(shù)量差異極顯著（P＜0.01），由圖1可以看出，客土移栽技術(shù)恢復(fù)下的物種豐富度最高（29±1.15）；石灰窯人工景觀再造技術(shù)恢復(fù)下的物種豐富度次之（23.6±2.02），這兩種恢復(fù)技術(shù)下的物種豐富度顯著高于其他恢復(fù)類型；所有恢復(fù)類型中，以保育棒恢復(fù)技術(shù)的物種數(shù)量最低，僅有7種，與其他幾種恢復(fù)類型的物種豐富度差異較大（P＞0.05）。不同植被恢復(fù)模式下的物種豐富度由大到小的排序?yàn)椋築＞F＞E＞A＞C＝D＝H＞G。

圖1 不同恢復(fù)模式下的物種豐富度

圖2 不同恢復(fù)模式下的植被覆蓋

圖3 不同恢復(fù)模式下的優(yōu)勢(shì)植物高度

3.2 不同修復(fù)模式下的植被覆蓋

植被蓋度能夠有效地反映植被恢復(fù)的效果。根據(jù)本研究發(fā)現(xiàn)幾種植被修復(fù)技術(shù)恢復(fù)的蓋度均取得了較好的效果，但方差分析表明不同植被恢復(fù)技術(shù)下的植被蓋度處理間差異顯著（P＜0.01），其中掛網(wǎng)噴播技術(shù)效果最差，植被覆蓋率最低，僅為32%，顯著低于其它恢復(fù)方法；植生袋技術(shù)恢復(fù)效果也較差，植被覆蓋率為48%；植被覆蓋率最高的為框格防護(hù)和人工景觀再造技術(shù)，覆蓋率分別達(dá)到了88.3%和87%，與另外幾種恢復(fù)技術(shù)相比，植被覆蓋的差異不顯著。不同植被恢復(fù)模式下的植被蓋度由大到小的排序?yàn)椋篍＞F＞H＞G＞D＞B＞C＞A，詳見(jiàn)圖2。

3.3 不同修復(fù)模式下的植被高度

植被高度可有效反映恢復(fù)群落中植物的高度及與周邊植物的競(jìng)爭(zhēng)能力，圖3反映了不同植被恢復(fù)模式下的植被高度的情況。方差分析結(jié)果顯示，處理間差異顯著（P＜0.01）。以客土移栽技術(shù)下的植被高度最高，為（546.3±21.07）cm，人工景觀再造技術(shù)次之，植被高度約為316cm；以掛網(wǎng)噴播技術(shù)和植生袋技術(shù)下的植被高度最低，分別為44.97cm和54.13 cm。不同植被恢復(fù)模式下的植被高度由大到小的排序?yàn)椋築＞F＞H＞E＞D＞G＞A＞C。

4 討論與結(jié)論

道路邊坡植被恢復(fù)能夠有效控制坡面泥沙、渣體滑落，減少坡體表層不穩(wěn)定對(duì)公路安全運(yùn)行造成的威脅，也可起到美化環(huán)境、改善生態(tài)條件的作用［1，2，18］。礦山廢棄地的生態(tài)恢復(fù)和重建，可以改善周邊地區(qū)的環(huán)境質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)與資源環(huán)境系統(tǒng)協(xié)調(diào)進(jìn)化、良性循環(huán)［7，19］。本研究發(fā)現(xiàn)，門頭溝區(qū)根據(jù)不同的自然地理?xiàng)l件所選擇的植被生態(tài)恢復(fù)模式均起到了一定的生態(tài)修復(fù)效果，但模式之間的差異較大。根據(jù)恢復(fù)后的典型植被生態(tài)學(xué)特征［20－21］，我們認(rèn)為在8類生態(tài)修復(fù)模式中人工景觀恢復(fù)模式、框格防護(hù)工程生態(tài)恢復(fù)技術(shù)及擋土工程技術(shù)恢復(fù)效果最好；客土移栽技術(shù)和植生袋恢復(fù)技術(shù)次之；保育棒恢復(fù)技術(shù)、容器苗法恢復(fù)技術(shù)和掛網(wǎng)噴播技術(shù)不太理想，不適合在該地區(qū)應(yīng)用。

根據(jù)研究結(jié)果，階梯式人造公園是山地石灰窯遺址生態(tài)修復(fù)的適用方法，不僅可彌補(bǔ)開礦對(duì)原位立地條件的破壞，而且可以增加多樣的人文景觀，為門頭溝區(qū)旅游業(yè)的發(fā)展起到一定的輔助作用。另外，在石灰窯遺址人工再建及公路建設(shè)過(guò)程中，邊坡排水系統(tǒng)尤為重要，良好的排水系統(tǒng)是保證邊坡穩(wěn)定的重要條件，所以在今后的生態(tài)環(huán)境恢復(fù)評(píng)價(jià)中，排水系統(tǒng)的完善應(yīng)作為一個(gè)重要的評(píng)價(jià)指標(biāo)。

框格防護(hù)工程生態(tài)修復(fù)技術(shù)和無(wú)土碎石邊坡創(chuàng)新修復(fù)技術(shù)（擋土墻修復(fù)技術(shù)）是比較實(shí)用的邊坡修復(fù)技術(shù)，但也存在著一定的局限性，如框格＋植被技術(shù)對(duì)物種的要求比較局限，由于土層較薄，根系下扎比較困難，所以只適合栽植淺根系植物［22］。擋土墻灌漿技術(shù)是碎石無(wú)土坡面植被生態(tài)修復(fù)最為有效的方法，而且成本低，有效期長(zhǎng)，值得在類似山地坡面生態(tài)修復(fù)中大力推廣應(yīng)用。

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Ecological Evaluation on Vegetation Restoration in Bare Lands of Limekiln Site and Road Slope in Mentougou District of Beijing

MIAO Bao－h(huán)e1，2，ZHENG Yan－h(huán)ai3，F(xiàn)U Fang1，2，SUN Nan1，ZHANG Wen－bo1，LU Xin－yan1，WU Jing1，2，SU Ben－ying3，LI Yong－geng3
（1.Institute of Upland Ecology and Technology of Beijing，Beijing102300，China；2.Experimental Base of Scientific Exploitation of Beijing，Beijing102300，China；3.Institute of Botany，the Chinese Academy of Sciences，Beijing100093，China）

An investigation on evaluating the vegetation restoration effects among 8different modes（referred as A，B，C，D，E，F(xiàn)，G and H）was conducted in Mentougou District of Beijing.The results showed that D，E and F were much better than the others，A and H were the worst among those modes.Among those 8 vegetation restoration modes，species richness of B was the highest（29±1.15），with A in the second place（23.6±2.02）and G was the lowest（7±1.1）.Vegetation coverage of E and F was significantly higher than the others（87%and 88.3%，respectively），but that of A and C was much lower than the others（32%and 48%，respectively）.The plant height of B was the highest（546.3cm），with F in the second place（316 cm），A and C were much lower than the others（44.97cm and 54.13cm，respectively）.In conclusion，those results suggested that D，E and F were better than the others in vegetation restoration in bare lands of limekiln site and road slope in Mentougou District of Beijing.

Mentougou；limekiln site；road slop；vegetation restoration；ecological evaluation

X171.1；F062.2

A

1005－3409（2011）06－0125－04

2011－06－20

2011－07－14

北京市科技計(jì)劃項(xiàng)目“門頭溝生態(tài)修復(fù)產(chǎn)業(yè)化涵養(yǎng)發(fā)展研究與示范工程”（Z090006040310001）

苗保河（1969－），男，博士，主要研究方向：植物生態(tài)學(xué)。E－mail：miaobaohe＠163.com

李永庚（1970－），男，副研究員，主要研究方向：植被生態(tài)學(xué)。E－mail：liyonggeng＠ibcas.ac.cn