三峽庫區(qū)秭歸縣道路邊坡植被狀況調(diào)查與分析

朱 惇，韓小波，李 超，賈海燕

(長江水資源保護科學研究所，湖北武漢 430051)

三峽庫區(qū)是長江上游重點水土流失區(qū)之一，庫區(qū)地貌類型以山地為主，山高坡陡、土層疏松，加上降雨集中、強度大，水力沖蝕作用強烈，極易形成水土流失。隨著庫區(qū)人口的逐年增多，土地開發(fā)利用強度逐漸加大，森林覆蓋率銳減，水土流失日益嚴重。據(jù)統(tǒng)計，三峽庫區(qū)水土流失面積已達3.01萬km2，占總面積的66.3%，比全國平均水平高28.3百分點，平均土壤侵蝕模數(shù)為4 482 t/(km2·a)，中度和強度水土流失面積占80%左右，每年入庫泥沙高達1.4億t［1］。同時，庫區(qū)的移民工程和基礎設施建設改變了原有的坡地形態(tài)，頻繁的人類活動也將加劇庫區(qū)水土流失問題，直接威脅水庫運行安全，給庫區(qū)生態(tài)環(huán)境帶來不利影響。目前在三峽庫區(qū)開展移民遷建、扶貧等工程建設，修建了大量的山區(qū)道路［2］，在修筑公路時挖方、填土使沿線兩側(cè)原始生長的植被遭到嚴重破壞，加劇了生態(tài)系統(tǒng)的退化，恢復起來十分困難，最終導致大量的次生裸地出現(xiàn)，并導致嚴重的水土流失［3］，因此必須加強庫區(qū)道路邊坡的生態(tài)環(huán)境保護措施。植物是邊坡生態(tài)恢復的主體，邊坡生態(tài)恢復工程就是利用植物進行坡面保護和侵蝕控制的一種途徑與手段，而了解道路沿線的鄉(xiāng)土植物資源則是進行植被生態(tài)恢復時選擇合適植物物種的前提條件［4-5］。

本研究以三峽庫區(qū)境內(nèi)的秭歸縣為研究區(qū)，選擇不同類型的道路，了解其沿線邊坡恢復后的植被狀況，主要對邊坡上常見的植物物種組成和植物群落類型進行調(diào)查與分析，結(jié)合其生境特點和物種的生態(tài)習性，初步篩選出適合庫區(qū)道路邊坡環(huán)境特點的優(yōu)勢鄉(xiāng)土種，以期為庫區(qū)道路邊坡的植被恢復和水土流失生態(tài)控制提供合理的植物選擇。

1 研究區(qū)概況

秭歸縣位于湖北省西部，地處三峽庫區(qū)的最東端，地理位置處于東經(jīng) 110°18'—111°00'、北緯 30°38'—31°11'，東西最大距離66.1 km，南北最大距離60.6 km，總面積約為2 400 km2。秭歸縣地處中緯度，屬亞熱帶大陸性季風氣候，受地形和海拔影響，形成熱量資源低山多高山少、光能資源陽坡多陰坡少的特征。全縣年平均氣溫6～18.3℃，年降水量950～1 590 mm，年平均降水量為1 439.2 mm，從四季降水變率看，全年以春季降水變率為最小，夏季最大，水資源分布南多北少、高山多低山少。秭歸縣植被類型主要有常綠闊葉林、常綠落葉闊葉混交林、針闊葉混交林和落葉闊葉林及山地灌叢等，植被種類繁多，但開發(fā)較早，人為破壞較重，呈零星分布，現(xiàn)有植被多為天然次生林和人工林。縣內(nèi)有國道(高速公路為主)約10 km，有省道2條約220 km，縣道4條約160 km，鄉(xiāng)道44條約750 km，村道(含村內(nèi)道路)204條約1 400 km。

2 研究方法

2.1 植被調(diào)查方法

本研究采用的是沿線踏勘與樣方詳查相結(jié)合的方法。選擇研究區(qū)鄉(xiāng)村道、縣道、省道和國道(高速公路為主)4種道路部分路段的邊坡進行植被調(diào)查。調(diào)查方法主要以現(xiàn)場調(diào)查和收集資料為主，包括對邊坡的拍照、測量和記錄，以及邊坡植被樣本采集和鑒定。由于除鄉(xiāng)村道以外的調(diào)查路段邊坡植物中喬木很少，因此主要對灌木和草本植物群落進行樣方調(diào)查。沿調(diào)查路段隨機設立了40個樣方，其中灌木樣方為4 m×4 m，草本樣方為1 m×1 m，主要調(diào)查了樣方內(nèi)植被的物種組成、株叢數(shù)、高度、多度、蓋度和頻度等，調(diào)查時間為2011年8月。

2.2 數(shù)據(jù)處理方法

為了解各植物種群在群落中的數(shù)量特征，研究中用綜合優(yōu)勢度(SDR4)來測定各植物種的優(yōu)勢度，它能反映該物種在群落中的地位和作用［6］。其計算式為

生物多樣性是景觀多樣性和功能多樣性的基礎，物種多樣性不僅反映了一個群落中物種的豐富度或均勻度，也反映了一個群落的動態(tài)特點和穩(wěn)定性，以及不同的自然環(huán)境條件與群落的相互關(guān)系。研究中對物種多樣性的測定用Simpson指數(shù)(D)，對物種分布均勻度的測定用pielou均勻度指數(shù)(E)［7-8］，計算式為

上二式中:Pi為種i的個體數(shù)Ni占群落中總個體數(shù)N的比例;S為群落中的總物種數(shù);H為實際觀察的物種多樣性指數(shù);Hmax為最大的物種多樣性指數(shù)。

3 結(jié)果與分析

3.1 道路邊坡植被的物種組成及特征

根據(jù)調(diào)查結(jié)果，道路邊坡的植被物種組成以一、二年生和多年生草本植物以及一些落葉小灌木和藤本植物為主，而喬木相對較少，主要出現(xiàn)在人為活動較少的鄉(xiāng)村道和縣道，且大多為小型喬木。由于道路建設時的影響，與鄰近的自然地區(qū)物種相比，道路邊坡植物種類相對簡單，主要是適應性強、耐干旱瘠薄的植物保留了下來。

由表1可知，在鄉(xiāng)村道、縣道、省道和國道調(diào)查路段邊坡發(fā)現(xiàn)的植被種類分別為51、31、18和10種，其中:鄉(xiāng)村道和縣道邊坡植被類型較為相似，種類較多，其植被組成幾乎涵蓋了其他兩類道路邊坡的植物種類;而省道和國道邊坡植被類型則比較單一，并且國道邊坡植被大多為人工種植。樣方調(diào)查共采集到51種植物，包括7種喬木、18種灌木和26種草本，隸屬于17個科43個屬。灌木種類較多的科為豆科和薔薇科，草本種類較多的科為禾本科和菊科，具體為禾本科6種、菊科4種、豆科4種、薔薇科3種，這4科植物種數(shù)占總物種數(shù)的1/3以上，同時它們在研究區(qū)的植物區(qū)系中占據(jù)著重要地位，在植被恢復演替過程中也起到較大作用，因此這4科植物對研究區(qū)道路邊坡植被恢復起著十分重要的作用。

表1 調(diào)查路段邊坡植被組成

由表2可知，鄉(xiāng)村道邊坡植被中綜合優(yōu)勢比較大的物種有狗牙根、白茅、艾草、小飛蓬、藎草和一年蓬等;縣道邊坡綜合優(yōu)勢比較大的有狗牙根、白茅、艾草、馬桑等;省道邊坡綜合優(yōu)勢比較大的有狗牙根、紫穗槐、白茅和小蓬草等;國道邊坡綜合優(yōu)勢比較大的有胡枝子和紫穗槐?？梢?，這些優(yōu)勢度大的植物在道路邊坡植被構(gòu)成及生態(tài)恢復中有著十分重要的作用，可以作為道路邊坡植被恢復的建群種和優(yōu)勢種。

表2 調(diào)查路段邊坡部分常見植被及其綜合優(yōu)勢比

3.2 道路邊坡主要群落類型及其結(jié)構(gòu)特征

研究區(qū)道路邊坡的植物群落垂直結(jié)構(gòu)較簡單。從總體上看，道路邊坡的植物群落結(jié)構(gòu)與周邊山坡植被相比較為簡單，物種多樣性水平也較低。道路邊坡植物物種的多樣性普遍呈草本＞灌木＞喬木的態(tài)勢。根據(jù)調(diào)查結(jié)果，主要可分為3種結(jié)構(gòu)類型，即喬—灌—草植物群落、灌—草植物群落和草本植物群落。根據(jù)調(diào)查樣方的植被組成及各種類成分的優(yōu)勢比和群集度，可以將研究區(qū)道路邊坡的植物群落分為11種穩(wěn)定的植物群落(表3)，特別是在鄉(xiāng)村道和縣級公路這兩類調(diào)查路段邊坡，群落穩(wěn)定性表現(xiàn)得更為顯著。由于不同道路兩側(cè)的自然環(huán)境條件以及人為影響程度不同，因此其植物群落的組成與結(jié)構(gòu)水平有一定程度的差異，其中:鄉(xiāng)村道路邊坡植物群落總體蓋度較高，且垂直結(jié)構(gòu)明顯，層次分明，分布著喬木、小灌木及大量草本植物;縣級公路邊坡植物群落總蓋度相對較小，一般在0～50%之間，物種相對較少，結(jié)構(gòu)單一，多樣性偏低;而省道和高速公路邊坡的植物群落的種類組成和結(jié)構(gòu)則比較簡單，高速公路邊坡的植被多為人工種植，植物種類也很單一，調(diào)查路段主要以刺槐和胡枝子為主，物種個體多、蓋度大、多樣性低。

常見的喬—灌—草植物群落為馬尾松群落，該群落主要出現(xiàn)在鄉(xiāng)村道邊坡，喬木層伴生有短柄枹櫟、銀合歡、側(cè)柏和鹽膚木等，種類豐富，郁閉度較高，多樣性指數(shù)較高，達到0.67。由于喬木層豐富，生境條件較好，使得林下灌木和草本層也比較豐富，灌木層主要有黃櫨、馬桑、胡枝子類等，還有馬尾松和櫟類及銀合歡的幼苗，草本層主要物種有茅草、芒和蕨類。常見的灌—草植物群落為刺槐群落，該群落在4種類型道路邊坡均有生長，為常見的優(yōu)勢種的群落，其蓋度平均達80%左右，群落分布物種較多，多樣性指數(shù)也比較高，為0.73，灌木層覆蓋度不高，草本層陽光充足，植物種類豐富，各物種間個體數(shù)分布均勻，在空間分布上也比較均勻，從而均勻度較高。常見的草本植物群落為藎草+雞眼草群落，該群落在各類型道路邊坡均有發(fā)現(xiàn)，其群落高度為8～20 cm，總蓋度在80%以上，多樣性指數(shù)達0.64，群落的優(yōu)勢種為藎草，伴生種主要有狗尾草、艾蒿、白茅等，亦有喬、灌木種類侵入，如懸鉤子、刺莓薔薇、胡枝子等。

此外，以紫穗槐、黃荊、白茅、胡枝子、艾蒿等為主的灌木群落在調(diào)查路段中較為常見，它們是三峽庫區(qū)自然恢復中的優(yōu)勢種，對邊坡自然恢復和人工生態(tài)修復有重要的參考價值。

表3 調(diào)查路段邊坡常見植物群落類型及特征

3.3 道路邊坡植被生態(tài)恢復的物種選擇

為維護道路邊坡自然生態(tài)系統(tǒng)的安全，有效地控制水土流失，可以篩選當?shù)刈匀欢ň拥耐林参镒鳛樯鷳B(tài)重建植被的物種組成［9］，以便在道路邊坡建立穩(wěn)定的植物群落。道路邊坡生態(tài)恢復的植物品種選配目的，是使植物在無人工養(yǎng)護的條件下具有良好的抗逆性和自我繁衍能力，最終營建與周邊生態(tài)環(huán)境相協(xié)調(diào)和穩(wěn)定的目標群落［10］。因此，植物配置要符合植物的生態(tài)學特性，所選擇的植物要具備先鋒性、可演替性及持續(xù)穩(wěn)定性，并且隨著恢復年限的增加，能與周圍植物群落協(xié)調(diào)一致。同時，也要避免為了提高生物多樣性而不切實際地增加植物物種［11］。根據(jù)植物演替及生物多樣性理論，生態(tài)護坡植物選擇應遵循以下原則:所選植物最好是鄉(xiāng)土類植物或與當?shù)刂脖画h(huán)境及已有植物種類一致，能在較短時間內(nèi)融入當?shù)刈匀画h(huán)境，適應當?shù)氐臍夂?、土壤條件(水分、pH值等);植物根系發(fā)達，生長迅速，抗逆性強(抗旱、抗寒、抗病蟲害、耐貧瘠)，且為多年生;種子易得，栽培管理粗放，成本低［12］。

根據(jù)植物群落的演替規(guī)律，可將植物分類為先鋒、中期和目標植物［13-14］。先鋒植物早期生長速度快，能夠起到盡快恢復植被的作用，主要用于道路修筑時遭受嚴重破壞，植被長久不能生長，致使環(huán)境日益干旱的區(qū)域。利用先鋒植物形成比較穩(wěn)定的群落，固土防沖刷，可以為其他植物的引進創(chuàng)造條件。目前在植被恢復過程中較多選用的藎草、狗牙根等草本植物均可應用。此外，還可以考慮采用對土壤具改良功能的植物，如雞眼草、白三葉等豆科植物。中期植物為速生灌木和藤本植物，能夠初步形成草灌結(jié)合的立體生態(tài)系統(tǒng)，保持水土并改善土壤質(zhì)地，為后期灌木生長和鄉(xiāng)土植物的侵入創(chuàng)造條件。目前在生態(tài)恢復過程中應用較成功的有紫穗槐、馬桑等，而此次調(diào)查中發(fā)現(xiàn)的刺槐、胡枝子、黃櫨、小果薔薇和石海椒等也可以作為日后進行生態(tài)恢復選用的重點物種，其中胡枝子在道路邊坡生態(tài)恢復中已有良好性狀的表現(xiàn)［15-16］。目標植物為小喬木和常綠灌木，能夠形成較為穩(wěn)定的草灌喬結(jié)合、灌木為主的立體生態(tài)系統(tǒng)，進行植物群落的自我營養(yǎng)循環(huán)和自我繁衍［17］。此類植物以周邊物種的逐步侵入為主，也可以適當考慮在建設時添加少量喬木物種作為過渡樹種，如馬尾松、鹽膚木和構(gòu)樹等。

4 結(jié)語

三峽庫區(qū)道路建設留下大量裸露邊坡，破壞了原有的生態(tài)系統(tǒng)，造成了比較嚴重的水土流失。本研究針對庫區(qū)山體坡度大、水土流失嚴重、土壤條件差及植物殘缺嚴重的特點，就道路邊坡植被恢復物種篩選進行了調(diào)查與分析。研究結(jié)果表明，在庫區(qū)道路邊坡上自然生長的草本植物最多，其次為灌木和藤本，喬木最少，并且都是在后期邊坡穩(wěn)定后出現(xiàn)，說明在邊坡生態(tài)防護初期應該盡量考慮多使用草本和灌木植物。其中，禾本科、菊科、豆科和薔薇科4科植物具有較強的適應能力，并且能夠在邊坡上良好生長，因此在進行邊坡生態(tài)防護時可適當多采用上述4科物種，以提高生態(tài)恢復與防護效果。對道路邊坡植物物種優(yōu)勢度的分析結(jié)果表明，邊坡生態(tài)防護時可以采用狗牙根、紫穗槐、胡枝子和刺槐等適應三峽庫區(qū)自然環(huán)境和土壤條件，性狀表現(xiàn)良好的矮灌木、草本植物或小型喬木作為植被恢復的先鋒物種進行生態(tài)恢復，選取搭配好比例的灌草物種，并適當加入喬木物種，提高群落多樣性和穩(wěn)定性，從而起到生態(tài)護坡和保持水土的效果。

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