湖南山區(qū)高速公路生態(tài)防護(hù)適宜的植物

胡晉茹，王 潔，伍玉容

（交通運(yùn)輸部科學(xué)研究院，北京 100013）

高速公路邊坡生態(tài)防護(hù)具有良好的生態(tài)、景觀和社會(huì)效益，是高速公路建設(shè)可持續(xù)發(fā)展的重要對(duì)策之一。但由于國(guó)內(nèi)對(duì)邊坡生態(tài)防護(hù)技術(shù)開(kāi)展研究起步較晚，同國(guó)外相比，總體上尚處于引進(jìn)、消化和吸收新技術(shù)的初級(jí)階段。因此目前我們所掌握的邊坡生態(tài)防護(hù)技術(shù)所營(yíng)造的植被群落主要是“純草本群落”或“少量灌木點(diǎn)綴的草灌群落”，其植物種類相對(duì)單一、植被層次也較貧乏。這種植被群落，不僅保護(hù)水土、涵養(yǎng)水源的效果差，且其景觀效果也差，很難與周圍自然的植物景觀相協(xié)調(diào)。我國(guó)大規(guī)模的公路路域植被生態(tài)恢復(fù)尚處于起步階段，恢復(fù)重建的理論體系和技術(shù)方法還不成熟，達(dá)成初步共識(shí)的是應(yīng)盡可能采用鄉(xiāng)土植物進(jìn)行公路綠化［1-2］。

本研究結(jié)合湖南邵陽(yáng)至懷化高速公路，通過(guò)對(duì)沿線植被的調(diào)查，以“本地物種為主，外來(lái)優(yōu)良物種為輔”的方針初步篩選出適合本地區(qū)邊坡防護(hù)的植物樹(shù)種，通過(guò)實(shí)驗(yàn)，運(yùn)用植物的物候期、適應(yīng)性、群落特征和水土侵蝕量等指標(biāo)作為篩選標(biāo)準(zhǔn)，篩選出適合高速公路邊坡的草本植物和木本植物，力求使該路段沿線的植被恢復(fù)獲得最佳效果，也希望能為其他高速公路的生態(tài)綠化、路域生態(tài)環(huán)境恢復(fù)的植被選擇提供有益參考。

1 試驗(yàn)地概況

邵陽(yáng)至懷化高速公路是國(guó)家重點(diǎn)建設(shè)的“五縱七橫”國(guó)道主干線上海至云南瑞麗高速公路中的一段，主線長(zhǎng)155.69km，連接線長(zhǎng)18.38km，總投資83.6億元，是湖南省首條全面進(jìn)入山區(qū)的高速公路。

試驗(yàn)邊坡位于湖南邵陽(yáng)至懷化高速公路K120+500～800左側(cè)上邊坡，坡比為1∶0.75、1∶0.5。全年降雨量平均大于1300mm，雨季集中于4～6 月份，約占全年降雨量的50%，降雨日數(shù)全年約有120d，降水日雨量小于25mm 的占90%左右，大于50mm以上的暴雨占2%～3%，在海拔大于500m 的地區(qū)，一般有冰雪天。年平均氣溫15.6℃～16.6℃，最高氣溫為39.3℃，最低氣溫為-7.6℃。筆者對(duì)該邊坡的土壤狀況作了詳細(xì)的測(cè)定，具體結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 實(shí)驗(yàn)邊坡的土壤養(yǎng)分值

2 材料與方法

2.1 適宜植物的初步篩選

在沿線植被調(diào)查的基礎(chǔ)上結(jié)合湖南邊坡植物的調(diào)查結(jié)果，筆者按照“本地物種為主，外來(lái)優(yōu)良物種為輔”原則進(jìn)行了邊坡生態(tài)防護(hù)工程適宜植物的初選。邊坡生態(tài)防護(hù)的植物需要滿足以下要求：適應(yīng)當(dāng)?shù)貧夂?，抗旱性?qiáng)；根系發(fā)達(dá)、擴(kuò)展性強(qiáng)；耐瘠薄、耐粗放管理；種子豐富，發(fā)芽力強(qiáng)，容易更新；苗木或種子易獲??；不會(huì)在當(dāng)?shù)貝盒陨L(zhǎng)，造成生態(tài)危害。

根據(jù)上述植物選擇依據(jù)及當(dāng)?shù)亓⒌貤l件，篩選出10 種草本、12 種灌木和6 種喬木樹(shù)種，共28 種植物作為供試植物。草本植物有：狗牙根（Cynodon dactylon）、百喜草（Paspalum notatum）、高羊茅（Festuca arundinacea）、結(jié)縷草（Zoysia japonica）、彎葉畫(huà)眉草（Eragrostiscurvula）、假儉草（Eremochloa ophiuroides）、黑麥草（Lolium perenne）、紫花苜蓿（Medicago sativa）、白三葉（Trifolium repens）、金雞菊（Coreopsis basalis）。灌木有：野薔薇（Rosa multiflora）、紫穗槐（Amorpha fruticosa L.）、黃荊（Vitex negundo）、胡枝子（Lespedeza bicolor）、枸杞（Lycium chi-nense）、馬棘（Indigofera pseudotinctoria）、火棘（Pyracantha fortuneana）、傘房決明（Casia tora）、小葉女貞（Ligustrum quihoui）、箬竹（Indocalamus tessellatus）、多花木藍(lán)（Indigofera amblyantha）、檵木（Loropetalum chinense）。喬木有：刺槐（Robinia pseudoacacia）、馬尾松（Pinus massoniana）、銀合歡（Leucaena leucocephala）、皂莢（Gleditsia sinensis）、柏木（Cupressus funebris）、山槐（Albizia kalkora）。

2.2 樣方設(shè)置

所有測(cè)定的樣方均是由系統(tǒng)抽樣選擇3 個(gè)2m2的固定樣方，觀察時(shí)間間隔為25～30d，測(cè)定指標(biāo)包括植物的生長(zhǎng)適應(yīng)性、群落結(jié)構(gòu)等方面。

植物適應(yīng)性試驗(yàn)的目的是在于選出綜合性狀較好、適宜當(dāng)?shù)馗咚俟愤吰路雷o(hù)的植物種類。本研究主要運(yùn)用植物的物候期、適應(yīng)性、群落特征和水土侵蝕量等指標(biāo)作為篩選標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)驗(yàn)采用完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，小區(qū)面積為2m2，設(shè)置3 次重復(fù)，28 種植物中，21種為人工撒播方式，播種量見(jiàn)表2，播種后人工施復(fù)合肥，覆蓋細(xì)砂和無(wú)紡布，澆水養(yǎng)護(hù)到出苗，期間采用相同的養(yǎng)護(hù)管理措施。7 種為人工栽植方式，苗木成活直接移植到輪胎固土中，觀察其成活率。

表2 植物適應(yīng)性試驗(yàn)播種量

2.3 播種量

播種量計(jì)算公式為:

式中：W為植物種的播種量（g/m2），指一定的設(shè)計(jì)厚度條件下，單位施工面積的播種量；A為期望形成的株數(shù)（株/m2），指實(shí)現(xiàn)目標(biāo)群落必要的設(shè)計(jì)形成株數(shù)，表示播種后期望的發(fā)芽成苗株數(shù)；C為立地條件校正率，坡面土質(zhì)、坡度、坡向等條件不同，影響植物的發(fā)芽、成苗株數(shù)；E為種子發(fā)芽率，以小數(shù)的形式表示；F為種子的千粒重（g）；P為種子的純凈度。

2.4 生長(zhǎng)速率測(cè)定方法

植物的生長(zhǎng)速率表示植物在生長(zhǎng)期積累干物質(zhì)的能力，可以反應(yīng)其對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性和植物之間競(jìng)爭(zhēng)能力。通過(guò)定株每10d測(cè)定植株的生長(zhǎng)高度，可計(jì)算出植物的生長(zhǎng)速率（cm/d）。

3 結(jié)果與分析

3.1 物候期分析

物候期是指植物生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中，在形態(tài)上顯著變化的各個(gè)時(shí)期。通過(guò)觀測(cè)植物的物候期，可以了解植物的季節(jié)性變化，從而了解植物群落隨季節(jié)性而變化的整體外貌。通過(guò)對(duì)供試植物的物候期進(jìn)行系統(tǒng)的觀測(cè)和記錄，筆者繪制出這些植物的物候圖譜，如圖1。

圖1 各植物在湖南山區(qū)的物候圖譜

由圖1可知，草本植物中，豆科植物先于禾本科植物進(jìn)入苗期。豆科草本植物中，紫花苜蓿最早出苗，假儉草播種后半個(gè)月開(kāi)始出苗，而其它的草本植物均在10d 左右進(jìn)入苗期。禾本科草本植物中，狗牙根和彎葉畫(huà)眉草較早進(jìn)入分蘗期、拔節(jié)期，而枯黃期最短的是假儉草。木本植物中，豆科植物先于其它科植物進(jìn)入苗期，如多花木藍(lán)、紫穗槐、馬棘、傘房決明、刺槐和皂莢等的出苗均良好，生長(zhǎng)都較快，其綠化效果也較好，而其余木本植物均在播種后20～30天先后進(jìn)入苗期。記錄中還發(fā)現(xiàn)火棘等本地常綠植物生長(zhǎng)慢，且生長(zhǎng)勢(shì)差，不適宜邊坡木本群落的建植。

綜上，就物候期而言，本研究認(rèn)為較適合邊坡木本群落建植的植物如下：

①草本植物

彎葉畫(huà)眉草、假儉草、紫花苜蓿、百喜草、狗牙根、黑麥草、白三葉、結(jié)縷草等8種，其中假儉草、狗牙根、結(jié)縷草等3種為鄉(xiāng)土草種。

②木本植物

刺槐、銀合歡、多花木藍(lán)、火棘、胡枝子、紫穗槐、野薔薇、馬棘、枸杞、傘房決名等10 種，其中馬棘、多花木藍(lán)、火棘、胡枝子、野薔薇、枸杞等6種植物為鄉(xiāng)土植物。

3.2 植物生長(zhǎng)速率分析

草本植物在不同生育期生長(zhǎng)速率的規(guī)律為：植物進(jìn)入出苗期后，其生長(zhǎng)速率逐漸增大，并于7，8 月份達(dá)到最大值，以后則開(kāi)始逐漸下降。由圖2 可知，彎葉畫(huà)眉草的生長(zhǎng)最為迅速，其速率最高可達(dá)1.53cm/d（7 月中旬時(shí)），其植株高度在生長(zhǎng)期后可達(dá)120cm，而假儉草的生長(zhǎng)最為緩慢，其最高速率僅為0.24cm/d（7 月中旬時(shí)）。此外還可看出，狗牙根、結(jié)縷草、黑麥草等的生長(zhǎng)速率也較高，而白三葉雖出苗快但其生長(zhǎng)速率較慢。

圖2 草本植物生長(zhǎng)速率變化曲線

木本植物的總體生長(zhǎng)規(guī)律為：播種后一個(gè)半月，其生長(zhǎng)較為緩慢，生長(zhǎng)速率較低，6 月份起，其生長(zhǎng)逐漸加快。由于各木本植物的生物學(xué)特性和適應(yīng)性不同，其生長(zhǎng)速率達(dá)到最大值的時(shí)期也各不相同。由圖3 可以看出，馬棘于9 月中下旬生長(zhǎng)速率達(dá)到最大值，為1.45cm/d，其生長(zhǎng)速率明顯大于其它植物；多花木藍(lán)、刺槐、紫穗槐與銀合歡的生長(zhǎng)速率于8月初達(dá)到最大值，其中多花木藍(lán)、刺槐的生長(zhǎng)速率較高，分別為1.40cm/d，1.23cm/d；傘房決明、胡枝子在7 月份生長(zhǎng)速率達(dá)到最大，但與其它植物相比，其生長(zhǎng)速率明顯偏低。

圖3 木本植物生長(zhǎng)速率變化曲線

通過(guò)比較可以看出，木本植物的平均生長(zhǎng)速率要高于草本植物，說(shuō)明木本植物對(duì)邊坡上不利生長(zhǎng)環(huán)境的適應(yīng)性比草本植物要好。

3.3 植被覆蓋度分析

通過(guò)觀察記錄筆者發(fā)現(xiàn)，禾本科草本的初始覆蓋度明顯高于豆科草本，其均值可達(dá)80%以上，進(jìn)入7、8 月后豆科植物的覆蓋度也迅速提升。具體來(lái)說(shuō)，彎葉畫(huà)眉草、百喜草前期覆蓋度高，最高達(dá)到100%，但由于植株分蘗能力強(qiáng)，致使植株過(guò)于密集，在高溫干旱時(shí)期，部分植株干枯萎蔫，其覆蓋度有所下降；狗牙根、白三葉的覆蓋度變化最為平穩(wěn)，最能耐高溫干旱，其中狗牙根的平均覆蓋度達(dá)84.4%，白三葉的覆蓋度于6 月中旬達(dá)到最大，為91%；黑麥草前期覆蓋度較高，經(jīng)歷高溫干旱后，其覆蓋度下降，但進(jìn)入10 月份，覆蓋度又開(kāi)始增加，其綠期較長(zhǎng)。

木本植物中，馬棘覆蓋度表現(xiàn)最好，從播種開(kāi)始到11 月中旬其覆蓋度始終處于增長(zhǎng)趨勢(shì)，且會(huì)達(dá)100%。其他木本植物均于9月初至中旬，覆蓋度達(dá)到最大值，其中黃荊為65%，多花木藍(lán)和刺槐為70%左右，銀合歡為75%?？偟膩?lái)說(shuō)，相對(duì)草本植物而言，木本植物前期生長(zhǎng)較慢，覆蓋度較低，但是其生長(zhǎng)期長(zhǎng)，后期覆蓋度較高。

3.4 植物密度分析

草本植物的初期密度值大小與最初的播種量有一定關(guān)系，但其后期卻與演替、競(jìng)爭(zhēng)及適應(yīng)性密切相關(guān)。供試草本植物的密度(除假儉草外)均于6 月中下旬達(dá)到最大，之后隨著雜草的入侵和高溫干旱，其密度開(kāi)始下降，具體見(jiàn)圖4。

由圖4還可以看出：禾本科草本密度高于豆科草本的密度，其中百喜草、彎葉畫(huà)眉草、狗牙根的密度均較高（最高達(dá)4789 株/m2）。狗牙根由于是當(dāng)?shù)匾吧莘N，適應(yīng)性相對(duì)較強(qiáng)，其密度變化相對(duì)比較平穩(wěn)。假儉草由于種子硬實(shí)率高、發(fā)芽率低、生長(zhǎng)緩慢，前期密度值低于豆科草本，于7月中旬密度達(dá)到最高，其值與白三葉的密度值相差不大。豆科草本中，紫花苜蓿密度最高，為3644 株/畝，其次是白三葉。但在經(jīng)歷7月底高溫干旱后，白三葉有部分萎蔫死亡，其密度迅速下降，至11 月全部死亡。

圖4 草本植物密度月動(dòng)態(tài)

木本植物的密度值要小于草本植物，這是因?yàn)槟颈局参锉旧眢w量大、出苗期晚、生長(zhǎng)較慢。由圖5 可以看出，豆科植物的密度高于其它科植物的密度。在灌木中，馬棘、多花木藍(lán)、紫穗槐和胡枝子的密度值較大，這可能是由于它們是當(dāng)?shù)刂参锓N，其適應(yīng)性較強(qiáng)。在喬木中，刺槐的密度值最高，其密度值明顯大于銀合歡的密度值。

圖5 木本植物密度月動(dòng)態(tài)

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)邵懷高速公路沿線植被的系統(tǒng)調(diào)查，通過(guò)相應(yīng)的初選指標(biāo)我們初步選擇了10 種草本、12 種灌木和6 種喬木樹(shù)種為供試植物，草本植物有：狗牙根（Cynodon dactylon）、百喜草（Paspalum notatum）、高羊茅（Festuca arundinacea）、結(jié) 縷 草（Zoysia japonica）、彎 葉 畫(huà) 眉 草（Eragrostiscurvula）、假儉草（Eremochloa ophiuroides）、黑麥草（Lolium perenne）、紫花苜蓿（Medicago sativa）、白三葉（Trifolium repens）、金雞菊（Coreopsis basalis）。灌木有：野薔薇（Rosa multiflora）、紫穗 槐（Amorpha fruticosa L）、黃荊（Vitex negundo）、胡枝子（Lespedeza bicolor）、枸杞（Lycium chinense）、馬棘（Indigofera pseudotinctoria）、火棘（Pyracantha fortuneana）、傘房決明（Casia tora）、小葉女貞（Ligustrum quihoui）、箬 竹（Indocalamus tessellatus）、多花木藍(lán)（Indigofera amblyantha）、檵木（Loropetalum chinense）。喬木有：刺槐（Robinia pseudoacacia）、馬尾松（Pinus massoniana）、銀合歡（Leucaena leucocephala）、皂莢（Gleditsia sinensis）、柏木（Cupressus funebris）、山槐（Albizia kalkora）。并通過(guò)進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)和分析，成功篩選出適合邵懷高速公路邊坡的8 種草本植物和10種木本植物。

在本研究中，綜合表現(xiàn)最為優(yōu)良的草本植物為狗牙根，其次為結(jié)縷草，這兩種植物可作為草本混播的優(yōu)勢(shì)物種；而紫花苜蓿、白三葉等植物由于其出苗率高前期生長(zhǎng)迅速等特點(diǎn)，可以作為草本混播的先鋒植物。木本植物中，綜合表現(xiàn)最為優(yōu)良的是刺槐、多花木藍(lán)、馬棘。在湖南西部山區(qū)，冬季氣溫較低的氣候條件下，熱帶、亞熱帶速生豆科木本植物不能正常越冬，如傘房決明等在南亞熱帶區(qū)域表現(xiàn)較為優(yōu)秀的護(hù)坡植物均被淘汰。

此外，在植物選擇時(shí)主要傾向于速生型植物、鄉(xiāng)土植物。在本次研究中，刺槐、銀合歡、紫穗槐等是速生植物；馬棘、多花木藍(lán)、胡枝子、野薔薇、狗牙根、結(jié)縷草等是鄉(xiāng)土植物，其適應(yīng)性和綜合均表現(xiàn)優(yōu)秀。

本文僅對(duì)適合本地區(qū)邊坡防護(hù)工程適宜的植物種類做初步篩選，為下一步混播實(shí)驗(yàn)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，能為其他高速公路的生態(tài)綠化、路域生態(tài)環(huán)境的恢復(fù)的植被選擇提供有益參考。

［1］石東楊，熊忠臣，金代鈞，等.高速公路邊坡綠化的研究［J］.中國(guó)園林，2002（3）：10-12.

［2］李長(zhǎng)平.高速公路綠化樹(shù)種的選擇和利用［J］.山西交通科技，2004，168（增刊1）：68-69.