先鋒種豐富度對邊坡植被群落特征及其護坡效益的影響

方 文, 潘聲旺, 何 平, 劉 楊, 馬立輝, 李 軍, 孫 益

1 西南大學生命科學學院, 三峽庫區(qū)生態(tài)環(huán)境教育部重點實驗室, 重慶 400715 2 成都大學城鄉(xiāng)建設學院, 成都 610106 3 重慶市林業(yè)科學研究院, 重慶 400036 4 四川大學生命科學學院, 成都 610064

先鋒種豐富度對邊坡植被群落特征及其護坡效益的影響

方 文1,3, 潘聲旺2,4,*, 何 平1, 劉 楊3, 馬立輝3, 李 軍4, 孫 益4

1 西南大學生命科學學院, 三峽庫區(qū)生態(tài)環(huán)境教育部重點實驗室, 重慶 400715 2 成都大學城鄉(xiāng)建設學院, 成都 610106 3 重慶市林業(yè)科學研究院, 重慶 400036 4 四川大學生命科學學院, 成都 610064

鄉(xiāng)土植物灌木化建植是高速公路邊坡防護的重要途徑。以成渝高速(G85)永川段為例，以西南地區(qū)兩種典型的邊坡綠化初始配置“慈竹(Neosinocalamusaffinis)+野牛草(Buchloedactyloides)”、“棉槐(Amorphafruticosa)+紫羊茅(Festucarubra)”為基礎，分別與馬棘(IndigoferapseudotinctoriaMats.)、黃荊(Vitexnegundo)、狗牙根(Cynodondactylon)、芒(Miscanthussinensis)等路域優(yōu)勢種以不同方式組合，研究一定立地條件下初始綠化植物(先驅植物)的豐富度對邊坡植被群落生長發(fā)育、早期演替行為及護坡性能的影響。結果表明：1)先驅植物豐富度可直接影響邊坡植被的成坪時間、生物量積累：相同建植條件(邊坡條件、播種密度等)下，先鋒種種類越多，成坪時間就越短，被積累的生物量也越多；2)先鋒種數量與群落的生物多樣性水平有關(R2>0.954)：相同演替階段內，先鋒種越多，群落的多樣性水平(如物種豐富度、Shannon-Wiener指數、Pielou指數)則越高；3)群落中物種多樣性水平與植被的護坡性能密切相關(R2>0.998)：多樣性水平越高，植被的蓄水、保土能力越強，邊坡內徑流系數、土壤侵蝕模數越小?？梢姡谶吰聴l件、播種密度等建植條件與建植措施一致的情形下，提高初始綠化植物的物種數可有效改善邊坡植被的護坡性能。

先驅植物; 植物多樣性; 水土保持; 生態(tài)護坡

在鐵路、公路工程建設過程中，因大量開挖、填方所形成的裸露邊坡一直是路域生態(tài)系統中產沙量最大、水土流失持續(xù)時間最長的部位[1- 2]，也是路域生態(tài)建設過程中亟需解決的重要問題。借助當地自然植物群落的結構和“先驅植物”的生態(tài)優(yōu)勢，在裸露邊坡上建立穩(wěn)定的植物群落、優(yōu)化群落結構，改善群落的多層次結構和多樣性水平，有利于形成較穩(wěn)定的植物群落，提高邊坡穩(wěn)定性、減少水土流失[3- 4]。

近年來，借助生態(tài)工程技術，以工程建設地段的鄉(xiāng)土植物為基礎，以灌木為主體，喬木或草本為輔佐恢復邊坡植被的生態(tài)護坡技術已成為控制侵蝕和穩(wěn)定邊坡的重要措施[5- 6]。但迄今，相關研究多局限典型植被配置模式下護坡效益的比較[7- 9]，在邊坡植被的群落結構、多樣性水平及其生態(tài)性能等方面尚缺乏系統研究。事實上，植物群落多樣性水平是生態(tài)系統穩(wěn)定性和抗干擾能力的重要指標，而初始綠化植物(先驅植物)的種類、數量及其組合方式則可直接影響邊坡植被的群落結構、演替行為和多樣性水平，進而影響其生態(tài)性能[10- 12]。為此,本研究擬以西南地區(qū)兩種典型的邊坡綠化模式“慈竹(Neosinocalamusaffinis)+野牛草(Buchloedactyloides)”、“棉槐(Amorphafruticosa)+紫羊茅(Festucarubra)”為基礎，分別與馬棘(IndigoferapseudotinctoriaMats.)、黃荊(Vitexnegundo)、狗牙根(Cynodondactylon)、芒(Miscanthussinensis)等路域優(yōu)勢種以不同方式組合，探討先鋒種豐富度對邊坡植被的群落結構、早期演替行為、護坡性能的影響及其年際間差異,為邊坡防護提供參考。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于川東、渝西接壤處的丘陵地帶(105°38′—106°05′E、28°56′—29°34′N)。西起巴岳山、東至云霧山，面積約1.276×105km2；亞熱帶濕潤季風氣候，年均降雨量1165.2 mm，多集中在5—9月。區(qū)內丘陵廣布、溪溝縱橫，平均海拔250—350 m，丘谷高差50—100 m，地勢北高南低，南部多淺丘、北部多深丘(圖1)。土壤主要由白堊紀夾關組磚紅色長石、塊狀鈣質巖屑砂巖、鈣質粉砂巖等風化殘積物、沖積物發(fā)育而成，黃棕壤、黃壤為主要類型，土層厚度多在10—70 cm，多呈微酸性至酸性；區(qū)內植被具有典型的亞熱帶常綠闊葉林特征, 以松、柏、蕨類為主，包括杉科、松科、樺木科、殼斗科等49科150余種。植被稀疏、森林覆被率低(<7.5%)，丘坡較陡，雨季集中、易造成水土流失，是地質災害多發(fā)區(qū)。

2 研究方法

2.1 試驗設計

供試邊坡為成渝高速(G85)永川段中的路基邊坡(K309+145—K309+370)，路基全長225 m、路面高程305—307 m，坡高5—6 m(填方最大高程為14.7 m)，修整為二級邊坡，坡比1∶1.5，坡向NE25°(圖2)。域內年均氣溫16—18 ℃，1月均溫5—7.5 ℃，7月均溫25—27.5 ℃，10 ℃以上活動積溫5600—5800 ℃，無霜期310—340 d；年均降水量1100—1200 mm，干燥度1.0左右。邊坡為黃壤區(qū)沙泥巖互層高邊坡，表土(0—20 cm)微酸性(pH值：6.5—6.9)，有機質18.6 g/kg，陽離子交換量CEC=24.19 cmol/kg，速效N、P、K分別為114.6、24.7、94.8 mg/kg。粒級分布(濕篩法，回收率98.74%，n=3):>4.76 mm，45.81%；2—4.76 mm，29.78%；1—2 mm，5.18%；0.25—1 mm，4.64%；0.053—0.25 mm，7.96%；<0.053 mm，5.37%。透水性好，保水、保肥性能差，初滲速率為14.2—42.4 mm/min，穩(wěn)滲速率為0.8—5.7 mm/min，貯水力為681.4—1244.1 t/hm2。選擇邊坡比、坡向及其它立地條件基本一致地段，整理成62個矩形小區(qū)(長8 m、寬2 m)，試驗小區(qū)的長邊與公路邊坡的等高線垂直、短邊與等高線平行，四周用石棉瓦圍埂(埂高25 cm)、塑料薄膜密封(埋入地下30 cm)，小區(qū)上方及兩側開排水溝攔截小區(qū)外徑流，下方修截流溝、集水池。

圖1 研究區(qū)域地理位置示意圖

圖2 試驗邊坡剖面示意圖

實驗初期，及時遮陰、保濕以提高種子的出芽率、幼苗的成活率，及時記錄各配置模式發(fā)芽率、成坪時間；實時監(jiān)控坪情，確保無重大蟲害、鼠害、畜害及其它意外事故發(fā)生。

2.2 測定項目與方法

(1) 群落結構

播種后，記錄各樣地內成坪時間(此處指建坪至邊坡植被總蓋度達70%所經歷的時間)。2010年8月下旬，分別在各個初始綠化配置模式(MA1—7、MB1—7)、次生裸地(CK1)所在坡面上(2 m處)、中(4.5 m處)、下(7 m處)位置各設置一組由規(guī)格為120 cm×120cm、50 cm×50 cm(測定植物生物量)的2個樣方構成的觀測區(qū)，所有配置模式(MA1—7、MB1—7)、CK1內各布設2小區(qū)，累計90組(14×6+6)。累計90組(14×6+6)。針刺法[13]調查樣方內植物種類、株高、株數、總蓋度及分蓋度后，收獲各采樣區(qū)地上生物量，烘干、稱重；用根鉆在各采樣區(qū)分別取0—10 cm、10—20 cm和20—30 cm土層內土壤(鉆頭內直徑80 mm、高100 mm)，隨即用Del2ta-T公司生產的RWC型(Root Washer Consolidated, RWC)洗根系統洗根，烘干、稱重，計算地下生物量[4]。

表1 邊坡植被的配置模式

2011、2012年8月下旬，按照上述方法重復2010年度的調查，確保同一小區(qū)內不同年份布設的樣方間隔大于50 cm，以排除上次采用的影響。

(2) 產流量、產沙量

在徑流小區(qū)旁邊安裝自動氣象站,定時監(jiān)測氣象資料,自動記錄每次的降雨量、雨強和降雨歷程。監(jiān)測期內,指定專人管理、操作,監(jiān)測產流產沙情況。每次降雨后及時觀測、登記各個徑流小區(qū)集水池的集流深度,計算各小區(qū)地表徑流量；根據某一時段內徑流總量及同時段內的降雨總量計算徑流系數：徑流系數=徑流量/降雨量。泥沙量觀測采用過濾、烘干法：將集水池中的泥水充分攪拌30 min,立即取中層徑流泥沙樣品500 mL,置于烘箱內105 ℃烘干后稱重，通過計算含沙量得出每次降雨各小區(qū)土壤流失量；將1a內各小區(qū)土壤侵蝕量相加，然后換算成每1 km2的噸數，即為侵蝕模數。

(3) 蓄水、保土能力

根據各試驗小區(qū)的徑流系數、土壤侵蝕模數值分別推算不同植被配置模式的蓄水能力、保土能力[4]：

蓄水能力=(裸坡區(qū)徑流系數-植被區(qū)徑流系數)×100%/裸坡區(qū)徑流系數

保土能力=(裸坡區(qū)侵蝕模數-植被區(qū)侵蝕模數)×100%/裸坡區(qū)侵蝕模數

降雨量、徑流量和泥沙量觀測時段為2009—2012年汛期(5—9月)；鋁盒法測定土壤初始含水量。

3 結果與分析

3.1 邊坡植被的生長狀況及其群落特征

表2為14種邊坡綠化配置模式(MA1—7、MB1—7)、次生裸地(CK1)試驗區(qū)內植被的生長狀況及其結構特征。

表2 2010—2012年間不同配置模式邊坡植被的生長狀況及所在群落的主要結構特征

3.1.1 邊坡植被的生長狀況分析

由表2可以看出:相同的播種密度、建植條件下，由馬棘、黃荊、狗牙根、芒等路域優(yōu)勢種與典型的邊坡綠化配置模式“慈竹+野牛草”、“棉槐+紫羊茅”所構成的組合MA系列(MA1—7)、MB系列(MB1—7)間的平均成坪時間(MA=63.3 d, MB=63.4 d)無明顯差異，但同一系列內不同配置小區(qū)間差異顯著(MA：58—68 d,P<0.05；MB：59—68 d,P<0.05)；初始綠化植物的種數(亦即先鋒種豐富度)越多，成坪時間越短。

不同配置小區(qū)內的植物種類、數目的變化幅度也不一樣：初始綠化植物的種類越多，小區(qū)內植物種類、數目的增長幅度就越大，入侵種在群落內的優(yōu)勢度也越顯著。綜合各個試驗區(qū)(MA1—7、MB1—7、CK1)內物種組成變化情況，結果顯示，試驗期間,試驗區(qū)內入侵植物共涉及26種，隸屬于9科11屬。其中灌木4科5屬8種，占總種數的30.77%；草本6科9屬18種，占總種數的69.23%。菊科、禾本科、豆科、薔薇科是種類最多的4科，占種數的56.4%，表明這4科植物在西南地區(qū)道路植被的自然恢復演替過程中所起的作用最大，在該地區(qū)的植物區(qū)系中占據著重要地位。灌木種類較多的科為：豆科、薔薇科、?？?；草本種類較多的科為：菊科、禾本科、薔薇科、豆科；種數較多的屬為懸鉤子屬(Rubus)、蒲公英屬(Taraxacums)。其中，艾蒿(Artemisiaargyi)、白茅(Imperatacylindrica)、三葉鬼針草(Bidenspilosa)、野菊花(Dendranthemainsicum)、酢漿草(Oxaliscorniculata)、飛蓬(Erigeronacer)、苦荬菜(Ixerispolycephala)、牡蒿(Artemisiajaponica)、地果(Ficustikoua)、構樹(Broussonetiapapyrifera)、馬桑(Broussonetiapapyrifera)、鐵仔(Myrsineafricana)調查的樣方中出現頻率較高的入侵者，也是西南地區(qū)邊坡植被自然恢復過程中主要的建群種或共建種，對邊坡自然恢復和生態(tài)修復有重要參考價值：生態(tài)修復過程中，這些建群種或共建種的存在能最大程度上恢復本地植被多樣性。

盡管試驗區(qū)內邊坡植被的生物量與先鋒種豐富度顯著正相關(表3)，但表2卻顯示，不同生長季節(jié)內因先鋒種豐富度不同所引起的生物量變化幅度卻存在很大差異：同一系列內，先鋒種數量相近小區(qū)間的生物量差異在第1個生長季節(jié)內(2010年)并不明顯(P>0.05)，在2011、2012年間卻達到顯著水平(P<0.05)。

表3 不同配置模式試驗小區(qū)中植物生物量(y)與先鋒種豐富度(x)的關系

3.1.2 邊坡植被的群落特征分析

對于特定區(qū)域的次生裸地(如裸露邊坡)而言，所在生境間種子庫或種子雨的時空異質相對較小，先驅植物所營造的局域環(huán)境是決定其他物種入侵潛力和能否成功定居的主導因素；先驅植物的配置模式不同，接納入侵種的種類、數量也不一樣(表2)；相同生長季節(jié)內，初始綠化植物的種類越多，接納新物種的潛力則愈強，群落內物種豐度也就越大，二者呈顯著正相關(表4)；建坪年限越長，入侵種的優(yōu)勢度越明顯。

表2顯示,不同綠化配置模式試驗區(qū)內群落蓋度的變化幅度也不一樣。2010年間，除CK1外，所有植被的群落蓋度均達到72%以上；同一系列內，群落蓋度隨先鋒種數目的增多而增大，以MA7(78%)、MB7(81.5%)最高，但先鋒種數相近的群落間無明顯差異(P>0.05)；2011、2012年間，同一系列內不同配置小區(qū)內的群落蓋度也表現出與2010年類似的變化趨勢。建坪年限越長，群落蓋度越高，且與初始綠化植物的物種數目密切相關(決定系數R2=0.954—0.989，表4)。

Shannon-wiener指數是綜合反映群落中物種豐富度和均勻度信息的重要參數，它與反映物種分布均勻程度的Pielou指數一起，表征著群落的物種多樣性：多樣性水平越高，系統的結構越穩(wěn)定，對外界干擾的抵抗和緩沖能力則越強[11]。表2顯示，試驗區(qū)內初始綠化植物的物種數目、配置模式不同，所在小區(qū)植物群落的Shannon-wiener指數、Pielou指數也不一樣，初始綠化時的先鋒種越多，所在群落的多樣性水平就越高，所對應的Shannon-wiener指數、Pielou指數也越大，二者呈顯著正相關(R2=0.949—0.988，表4)。

表4 邊坡植被的主要群落特征(yi)與先鋒種數量(x)的關系

3.2 護坡效益分析

3.2.1 裸地產流、產沙特征

2010—2012年汛期，試驗區(qū)內自然降雨量及裸地邊坡的產流、產沙特征如表5?？梢钥闯?，試驗區(qū)汛期雨季集中(占年降雨量71.36%)、產流量大(年均降雨量829.2 mm；年均產流量149.8 mm)，水土流失嚴重(裸地年均產沙量1223.5 g/m2)、生態(tài)環(huán)境脆弱，是典型的地質災害多發(fā)區(qū)。

表5 2010—2012年汛期降雨情況及裸地產流、產沙特征

3.2.2 不同護坡植被試驗區(qū)的產流、產沙特征

產流次數、徑流系數、土壤侵蝕模數是衡量植被涵養(yǎng)水源、防沙護坡性能的主要指標，也是表征邊坡生態(tài)系統抗干擾性能的重要尺度。試驗期間，不同試驗區(qū)內的產流次數以及產沙、產流特征如圖3所示。可以看出，相同環(huán)境條件下，不同初始綠化配置邊坡植被的護坡性能也不一樣，年際間差異明顯。

圖3 不同配置模式產流、產沙特征的動態(tài)變化

(1)產流次數

圖3顯示，邊坡產流次數與初始綠化植物的配置模式有關：先鋒種數目越多，產流次數越少；建坪年齡越長，產流次數減少的趨勢越明顯。2010年，CK、MA1—6、MB1—6內先鋒種相對較少(0—5種)，Shannon-wiener指數較低(分別為0.27，0.44—0.65和0.46—0.71)，邊坡植被的抗干擾(雨水沖蝕)能力弱，汛期產流次數與裸地相同(6次)；MA7、MB7內先鋒植物較多(6種)，Shannon-wiener指數較高(0.77，0.78)，抗干擾能力增強，產流次數(5次)減少。2011年，MA1—4、MB1—4內先鋒種相對較少(2—4種)，其Shannon-wiener指數(0.52—0.65，0.54—0.71)與CK1(0.36)無明顯差異，汛期產流次數均為5次；MA5—6、MB5—6和MA7、MB7的先鋒種較多，Shannon-wiener指數較高，抗雨水沖蝕能力增強，產流次數(3—4次)相應減少。2012年汛期，群落演化程度較高，邊坡植被的涵水截流效應更加顯著：與CK1相比，植被覆蓋區(qū)內的汛期產流次數明顯減少，產流次數與先鋒種豐度呈顯著負相關(R2=1.000)；先鋒種越多，產流次數越少。

(2)徑流系數、侵蝕模數

試驗期間，邊坡觀測區(qū)內的徑流系數、土壤侵蝕模數與初始綠化植物種數密切相關。2010年汛期，先鋒種所在小區(qū)(MA1—7、MB1—7)的護坡性能均明顯優(yōu)于自然恢復狀態(tài)的裸露邊坡CK1(蓄水能力:14.13%;保土能力：25.53%；產流量：128.60 mm;產沙量：186.67 g/m2)，其中，MA7、MB7的護坡性能較強：蓄水、保土能力分別達到61.67%、65.59%和93.46%、93.29%，產流量(57.40、51.53 mm)、產沙量(86.76、89.05 g/m2)也明顯低于其它小區(qū)(n=4,P<0.05)；MA1、MB1的保水(50.97%、48.25%)、保土(90.05%、89.85%)性能相對較差，產流量(73.42、77.44 mm)、產沙量(110.56、134.62 g/m2)較高(n=4,P<0.05)。整個汛期內，觀測區(qū)內的徑流系數、侵蝕模數呈現一致的變化趨勢，即MA7

3.3 先鋒物種數、群落特征與護坡性能的相關性

相同環(huán)境條件下，邊坡植被的群落結構、組成特征和發(fā)育水平是影響地表徑流量、水土流失量的主要因素：地上莖葉對雨滴分層攔截，有利于減少地表徑流、阻延土壤濺蝕；地下根系對土壤的加筋、錨固作用，有利于延緩坡面侵蝕、增強其穩(wěn)定性[14- 15]。

3.3.1 先鋒種豐富度與護坡性能的相關性

表6為2010—2012年間MA1—7、MB1—7所在群落中先鋒種豐富度(x)與邊坡植被蓄水能力(y)、保土能力(y′)關系式?？梢钥闯?，護坡植被的蓄水、保土能力與所在群落的先鋒種豐富度顯著正相關(R2>0.971)：2010年汛期，群落中初始綠化植物的物種數量與所在邊坡的護坡性能呈冪函數關系；2011年汛期，呈線性變量關系；2012年汛期，呈對數函數關系。先鋒種越多，所在邊坡的蓄水、保土能力則越強。

3.3.2 群落特征與護坡性能的相關性

表7為2010—2012年間不同配置邊坡植被所在群落的Shannon-wiener指數(x)與觀測區(qū)內徑流系數(y)、土壤侵蝕模數(y′)間擬合關系式。可以看出，群落的Shannon-wiener指數與植被的護坡性能(徑流系數、侵蝕模數)密切相關：2010年汛期，Shannon-wiener指數與護坡性能間呈冪函數關系，其擬合方程的R2=0.998—0.999；2011年汛期，Shannon-wiener指數與護坡性能更趨近線性變量關系，擬合方程的R2=0.998—0.999；2012年汛期，Shannon-wiener指數與護坡性能則更趨近對數函數關系，擬合方程的R2>0.999。說明群落的多樣性水平(Shannon-wiener指數)越高，其系統穩(wěn)定性則越高、抗干擾(雨水沖蝕)能力也越強。

表6 邊坡植被的蓄水能力(y)、保土能力(y′)與先鋒種豐富度(x)的關系

表7 觀測區(qū)內的產流系數(y)、土壤侵蝕模數(y′)與所在群落Shannon-wiener指數(x)的關系

進一步分析各觀測區(qū)內植被生物量變化(表2)與其護坡性能(產流系數、土壤侵蝕模數)的相關性時則發(fā)現：2010年汛期，植被的護坡性能與其地上生物量間呈線性關系(R2=0.996—0.999)；2012年汛期，其護坡性能與根系生物量間呈線性關系(R2>0.999)；2011年汛期，植被的護坡能性趨向模糊，并隨群落地上、地下結構的變化而波動?？赡艿脑蚴牵航ㄆ鲁跗?2010年汛期)，植物根系尚不發(fā)達，根冠比小(表2)，植被的護坡性能主要取決于莖葉層對雨滴的分層攔截作用；2012年汛期，群落演化程度較高，邊坡植被的群落蓋度較建坪初期普遍提高，部分小區(qū)甚至接近飽和水平，其護坡能性主要取決于植物根系的結構特征：根冠比越大，對土壤加筋、錨固作用越強，防沙護坡性能則越優(yōu)。該結論與李妮[6]、方文[16]等人的研究結果一致。生態(tài)護坡過程中，邊坡植被莖葉片層對雨滴的截流、緩蝕效應以及地下根系對土壤加筋、錨固效應的年際間差異在陳波[17]、王青杵[18]等人的研究中也得到證實。

可見，在邊坡條件、播種密度等建植條件與建植措施一致的條件下，提高先鋒種豐富度(如MA7、MB7)是改善邊坡植被的護坡性能的有效手段。

4 結論

(1) 建坪初期，初始綠化植物的物種數量(先鋒種豐富度)可直接影響護坡植被的成坪時間、生物量積累。先鋒種越多(如MA7、MB7)，成坪時間越短，被積累的生物量則越多，二者呈顯著正相關(R2>0.990，P<0.05)；隨后的生長季節(jié)(2011、2012年)，觀測區(qū)內的植物生物量也遵守類似的積累規(guī)律。

(2) 先鋒種豐富度與群落的結構特征中物種多樣性水平密切相關。相同生長季節(jié)內，先鋒種越多，所在生境接納新物種的潛力愈強，群落中物種數目越多，群落蓋度也越大；先鋒植物種類越多，所在群落的植物多樣性水平(Shannon-wiener指數、Pielou指數等)也越高，二者呈顯著正相關(R2>0.954，P<0.05)。

(3) 邊坡植被所在群落中物種多樣性水平與植被的護坡性能密切相關(R2>0.998，P<0.05)：建坪初期的先鋒種越多，所在群落中植物多樣性水平越高(如MA7、MB7)，抗干擾(雨水沖蝕)能力、蓄水保土能力也越強，觀測區(qū)內的產流次數、產流系數、土壤侵蝕模數則越小。建坪時間越久，趨勢越明顯。

(4) 總體上看，群落中植物多樣性水平越高，所在生態(tài)系統越穩(wěn)定、抗干擾能力就越強?？梢?，在邊坡條件、播種密度及相關建植措施一致的條件下，提高先鋒種豐富度可有效改善邊坡植被的護坡性能。

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Effects of pioneer plants richness on community characteristics of vegetation and their soil and water conservation benefit for highway side slope

FANG Wen1,3, PAN Shengwang2,4,*, HE Ping1, LIU Yang3, MA Lihui3, LI Jun4, SUN Yi4

1KeyLaboratoryofEco-environmentsinThreeGorgesReservoirRegion(MinistryofEducation),FacultyofLifeSciences,SouthwestUniversity,Chongqing400715,China2FacultyofUrbanandRuralConstruction,ChengduUniversity,Chengdu610106,China3ChongqingAcademyofForestry,Chongqing400036,China4FacultyofLifeSciences,SichuanUniversity,Chongqing610064,China

It is an important ecological principle and a representative mode of bioengineering techniques for side slope protection in superhighway those using localization shrubs to reconstruct plant communities. These native plant species have higher ecological adaptations, and their foliage can cover the whole slope in a rather transitory growth period. Although vegetation interception, power reduction, controlling of slope runoff, root anchorage and reinforcement are fundamental pathway to control effectively the development of soil erosion for bioengineering techniques, the species of pioneer plants, richness and their community characteristics are closely related to the benefit of soil and water conservation of artificial vegetations. In this case, taking Chengyu expressway (G85) in Yongchuan region and two typical vegetation modes, i.e.Neosinocalamusaffinis+BuchloedactyloidesandAmorphafruticosa+Festucarubra, which always used to be a feasibility of the establishment for slope protection in hilly areas in southwest China as the example and foundation, two localization shrubs, i.e.IndigoferapseudotinctoriaMats. andVitexnegundo, and two herbs, i.e.CynodondactylonandMiscanthussinensis, were chose to plant in given modes and growth proportion in the beginning of reconstructing slope vegetation, their characteristics of slope runoff and erosion sediment in rainy seasons during years ranging from 2010 to 2012 were investigated in the slope plot experiments, and the difference among the slope rainfall-induced processes of infiltration, runoff generation, erosion and sedimentation was analyzed. Results that showed: 1) the pioneer plants richness could affect accumulation of vegetation biomass and period of the turf-establishment evidently, and the more abundant the pioneer plant species are in the beginning of reconstructing plant communities, the shorter their period of the turf-establishment would be And the more the vegetation biomass accumulated in the slope plot would be; 2) the richness of pioneer plants closely related to the diversity of plant species in communities with determination coefficient in excess of 0.954. Under the same succession level, the more abundant pioneer species is, the higher the diversity of plant species including the plant species richness, Shannon-wiener index and Pielou index in communities would be; 3) there was a positive correlation between the capacity of soil and water conservation of vegetations and the diversity of plant species in communities with determination coefficient in excess of 0.995(P<0.05), and the higher the diversity of plant species is, the stronger the capacity of soil and water conservation would be, then the smaller their runoff coefficient occurred in slope plots, and the lower the soil erosion modulus originated from the given slopes, too. These results suggested a feasible way for the establishment of high efficiency for ecological slope protection by means of increasing the pioneer plant species richness in the beginning of reconstructing slope vegetation; especially when there were the same side slope conditions, seed quantity and planting measures.

pioneer plant; plant species diversity; soil and water conservation; ecological slope protection

國家林業(yè)局公益性行業(yè)科研專項課題(201004064)

2013- 08- 10;

2014- 06- 12

10.5846/stxb201308102055

*通訊作者Corresponding author.E-mail: panwang@swu.edu.cn

方文, 潘聲旺, 何平, 劉楊, 馬立輝, 李軍, 孫益.先鋒種豐富度對邊坡植被群落特征及其護坡效益的影響.生態(tài)學報,2015,35(11):3653- 3662.

Fang W, Pan S W, He P, Liu Y, Ma L H, Li J, Sun Y.Effects of pioneer plants richness on community characteristics of vegetation and their soil and water conservation benefit for highway side slope.Acta Ecologica Sinica,2015,35(11):3653- 3662.