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

何蓉蓉 ，劉東明 ，王丙興 ，趙文忠 ，李作恒

（1.中國科學(xué)院華南植物園,廣東 廣州 510650；2.山東省天澤農(nóng)園科技院士工作站，山東 泰安 027100；3.邢汾高速公路管理處，河北 邢臺(tái) 054001）

鄉(xiāng)土植物又稱本土植物，廣義的鄉(xiāng)土植物可以理解為經(jīng)過長期的自然選擇及物種演替后，對(duì)某一特定地區(qū)有高度生態(tài)適應(yīng)性的自然植物區(qū)系成分的總稱[1]。在高速公路景觀綠化過程中科學(xué)合理地利用鄉(xiāng)土植物，受到世界各國重視[2]。高速公路綠化建設(shè)中，利用鄉(xiāng)土植物不僅具有一般植物的防護(hù)功能和保護(hù)功能，而且在節(jié)約性、穩(wěn)定性和特色性上均具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。使用鄉(xiāng)土樹種綠化高速公路邊坡成為目前公路建設(shè)的趨勢(shì)之一[3]。

大量研究表明：與外來植物相比，鄉(xiāng)土植物不僅在維護(hù)中需更少的外部支持并能更好地支持生物多樣性[4-5]，而且在突出景觀特色和維持生態(tài)系統(tǒng)等方面均具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。英國著名園藝學(xué)家William Robinson曾提到鄉(xiāng)土植物中包括不少較高觀賞價(jià)值的材料，它們生長繁茂，管理粗放，無需對(duì)土壤作特殊處理。鄉(xiāng)土樹種是經(jīng)過長期自然選擇的產(chǎn)物，具有適應(yīng)性好、抗病蟲害能力強(qiáng)、生長健壯等優(yōu)點(diǎn)。其對(duì)水、肥、修剪、農(nóng)藥等方面要求十分粗放，與外來樹種相比，養(yǎng)護(hù)費(fèi)用相對(duì)較低，而景觀效果更佳[6]。

國外利用鄉(xiāng)土植物進(jìn)行高速公路邊坡生態(tài)恢復(fù)做了大量的研究和實(shí)踐，取得了明顯的效果[7-8]。美國交通景觀及環(huán)境設(shè)計(jì)指南（A Guide for Transportation Landscape and Environmental Design）指出現(xiàn)有的樹木在中央分隔帶較寬、分離式路基或有安全防護(hù)欄的情況下可以保留；路側(cè)盡量保留優(yōu)良的現(xiàn)有植被，加上基本的功能性栽植和隨機(jī)種植鄉(xiāng)土樹木及野生花卉使之與周圍環(huán)境統(tǒng)一和協(xié)調(diào)，通過調(diào)查相似土壤和地形條件下的植物生長情況確定適宜的植物應(yīng)用種類，模仿自然植物群落進(jìn)行植物配置。

國內(nèi)高速公路建設(shè)起步較晚，但是發(fā)展迅速，應(yīng)用鄉(xiāng)土樹種進(jìn)行高速公路邊坡綠化和生態(tài)恢復(fù)日益受到重視[9-11]。

邢汾高速公路經(jīng)過太行山區(qū)，生態(tài)環(huán)境脆弱，開挖后以石質(zhì)邊坡為主，該地區(qū)氣候干旱少雨，且雨量不均衡，制約著邊坡的生態(tài)恢復(fù)，為了恢復(fù)高速公路修建過程中受破壞的生態(tài)環(huán)境，本文以邢汾高速公路為研究對(duì)象，在開展區(qū)域自然條件、植物全面調(diào)查的基礎(chǔ)上，綜合各因素篩選出適宜的鄉(xiāng)土植物，通過植物間的合理配置，并選擇典型的邊坡進(jìn)行生態(tài)恢復(fù)試驗(yàn)，通過試驗(yàn)，得出適合邢汾高速公路邊坡生態(tài)恢復(fù)的種類，力求其生態(tài)功能、景觀功能同周邊環(huán)境協(xié)調(diào)，以獲得最佳恢復(fù)效果。從而為高速公路邊坡恢復(fù)提供理論基礎(chǔ)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

1 材料與研究方法

1.1 研究地概況

邢（河北邢臺(tái)）汾（山西汾陽）高速公路起點(diǎn)位于京港澳高速公路邢臺(tái)南互通南側(cè)，途經(jīng)邢臺(tái)市開發(fā)區(qū)、沙河市、橋西區(qū)和邢臺(tái)縣，終止于冀晉省界，全長83.511km，路線從東向西分為平原區(qū)、丘陵區(qū)、山區(qū)，東西部高差1100m。路線經(jīng)過邢臺(tái)西部山區(qū)，橫穿太行山主峰，地形復(fù)雜，山勢(shì)陡峭，河流密集，谷地寬闊，海河水系自西向東流經(jīng)區(qū)內(nèi)，橫切山地，并在某些地帶形成水流湍急的峽谷。

根據(jù)JTJ 003-86《中華人民共和國公路自然區(qū)劃標(biāo)準(zhǔn)》，本區(qū)屬于海灤中凍區(qū)（Ⅱ4），屬暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候，四季分明，寒暑溫差懸殊，多年平均氣溫11.8℃，極端最低氣溫-24.8℃，極端最高氣溫42.7℃，無霜期180～200d。屬于河北省的一個(gè)多雨地帶，雨量相對(duì)較多，年平均降水量450～600mm。在該區(qū)域建設(shè)高速公路，不僅施工難度大，而且生態(tài)環(huán)境脆弱，如不進(jìn)行邊坡生態(tài)恢復(fù)，將導(dǎo)致嚴(yán)重的水土流失，甚至石漠化。

1.2 研究方法

1.2.1 沿線植物資源和土壤的調(diào)查

選取邢汾高速公路沿線兩側(cè)300m范圍內(nèi)進(jìn)行植被調(diào)查，利用植物分類學(xué)、植物生態(tài)學(xué)的野外調(diào)查方法，對(duì)邢汾高速公路沿線的植被特征、群落結(jié)構(gòu)和植物分布進(jìn)行全面的考察，拍攝照片、采集標(biāo)本、記錄及鑒定，獲得比較完整的沿線區(qū)域內(nèi)的植物名錄；記錄沿線省道、縣道邊坡土壤類型、生境條件、邊坡上生長的植物種類、數(shù)量、生長情況以及自然景觀特征。

1.2.2 試驗(yàn)坡的確定與邊坡生態(tài)恢復(fù)工藝的設(shè)計(jì)

選擇紅砂巖邊坡作為試驗(yàn)邊坡，邊坡位于114°14′32″E、37°03′19″N，海拔 338m，面積總共3293m2，該邊坡共有3級(jí)，1級(jí)坡強(qiáng)風(fēng)化、坡率1∶1，面積 1401m2；2 級(jí)坡為強(qiáng)風(fēng)化、坡率 1∶1，面積1259m2；3級(jí)坡為全風(fēng)化、坡率1∶1.25，面積633m2。

為營造適宜植物生長的環(huán)境，保障植物生長所需的養(yǎng)分、水分供給，1～3級(jí)坡均采用掛鐵絲網(wǎng)客土噴播技術(shù)，設(shè)計(jì)噴播客土基質(zhì)的最小厚度為10cm。將清表土、泥炭土、農(nóng)家肥、磷肥、復(fù)合肥、保水劑、黏合劑進(jìn)行混合攪拌做成噴播客土基質(zhì)，通過客土噴播機(jī)將基質(zhì)噴射至坡面上，接著將種子和噴播基質(zhì)混合后一起噴播至坡面，然后使用無紡布進(jìn)行覆蓋。于2012年11月上旬施工?？屯羾姴セ|(zhì)組合見表1。

表1 客土噴播材料配比 單位：kg·m-3

本試驗(yàn)坡選用黑麥草（Lolium perenne）、波斯菊（Cosmos bipinnata）、紫苜蓿（Medicago sativa）、紫穗槐（Amorpha fruticosa）、黃刺玫Rosa xanthina）、三裂繡線菊（Spiraea trilobata）、胡枝子（Lespedeza bicolor）、錦雞兒（Caragana sinica）、酸棗（Ziziphus jujuba var.spinosa）、荊條（Vitex negundo var.heterophylla）、刺槐（Robinia pseudoacacia）、臭椿（Ailanthus altissima）、榆樹（Ulmus pumila）等13種，其中波斯菊作為豐富邊坡景觀加入，紫苜蓿作為固氮、提高土壤有機(jī)質(zhì)的含量加入。于2012年11月11～15日施工。由于是在初冬施工，為避免種子發(fā)芽后受到凍害，在噴播前，所有種子未經(jīng)過處理。見表2、表3。

表2 試驗(yàn)邊坡選用的植物種類

表3 試驗(yàn)邊坡選用的植物種類的播種量

1.2.3 試驗(yàn)坡植物種類及生長情況調(diào)查

從3月下旬開始，每隔30d對(duì)邊坡調(diào)查1次，主要觀察和記錄植物的發(fā)芽、生長情況。并于2013年10月27日，在每級(jí)邊坡上隨機(jī)設(shè)置10個(gè)1m×1m的樣方進(jìn)行調(diào)查，統(tǒng)計(jì)每種植物的株數(shù)和高度，結(jié)果取平均值。

2 結(jié)果與分析

2.1 高速公路沿線的植物資源

邢汾高速公路經(jīng)過地區(qū)的地帶性植被以暖溫帶落葉闊葉林為主。由于長期人為活動(dòng)的干擾，原生植被已被破壞殆盡，該區(qū)現(xiàn)有森林大都是其原始天然林破壞后出現(xiàn)的次生林或人工林。本區(qū)主要植被類型有落葉闊葉林、溫性針葉林、灌叢、灌草叢、山地草甸等，低海拔以灌草叢、櫟林、油松林占優(yōu)勢(shì)，稍高海拔（山頂）由于山頂氣候效應(yīng)，多為雜類草草甸或灌草叢[12-13]。

據(jù)多次調(diào)查和標(biāo)本鑒定的資料統(tǒng)計(jì)顯示，該高速公路所經(jīng)區(qū)域共有維管束植物411種，隸屬于94科289屬，其中蕨類植物1科1屬1種，裸子植物2科3屬4種、被子植物91科285屬421種；喬木73種、灌木103種、草本235種，其中藤本24種。

常見的有毛茛科15種，藜科10種，薔薇科33種，蝶形花科27種，菊科50種，百合科13種，禾本科32種。喬木層有栓皮櫟（Quercus variabilis）、蒙古櫟（Quercus mongolica）、槲櫟（Quercus aliena）、鵝耳櫪（Carpinus turczaninowii）、臭椿、刺槐、黑彈樹（Celtis bungeana）、榆樹等；灌木層有大花溲疏（Deutzia grandiflora）、酸棗、胡枝子、荊條、錦雞兒、銳齒鼠李（Rhamnus arguta）等；草本層有白羊草（Bothriochloa ischaemum）、中華隱子草（Cleistogenes chinensis）、披堿草（Elymus dahuricus）、黃背草（Themeda japonica）、甘菊（Dendranthema lavandulifolium）等；藤本植物主要有野葛（Pueraria lobata）、鵝絨藤（Cynanchum chinense）、太行鐵線蓮（Clematis kirilowii）、茜草Rubia cordifolia）等。由此看出，邢汾高速公路所經(jīng)區(qū)域雖然屬于干旱區(qū)，但是植物資源相對(duì)較豐富，可從中篩選出一些耐旱、耐瘠薄的鄉(xiāng)土植物資源進(jìn)行公路邊坡生態(tài)恢復(fù)。

2.2 鄉(xiāng)土植物的選擇與應(yīng)用

通過對(duì)區(qū)域自然植物群落組成、臨近公路邊坡植被現(xiàn)狀的調(diào)查，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)踏勘開挖邊坡的立地條件以及相關(guān)科研成果，在滿足高速公路生境條件的前提下，模擬自然生態(tài)系統(tǒng)的組成和結(jié)構(gòu)，在邊坡上以營造近自然群落為目標(biāo)，兼顧先鋒種、優(yōu)勢(shì)種、建群種與伴生種，合理配置喬、灌、草、藤的比例，最后篩選出52種鄉(xiāng)土植物和非鄉(xiāng)土植物用于景觀恢復(fù)（喬木7種、灌木21種、草本18種，其中藤本6種）（見表4）。其中，鄉(xiāng)土植物 47種，小冠花（Coronilla varia）、火炬樹（Rhus typhina）、刺槐、五葉地錦（Parthenocissus quinquefolia）、黑麥草是外來種。

表4 邊坡生態(tài)恢復(fù)推薦用鄉(xiāng)土植物和部分非鄉(xiāng)土植物

續(xù)表

從表4可以看出，本項(xiàng)目推薦選用的生態(tài)恢復(fù)植物中鄉(xiāng)土植物占90.4%，篩選出的鄉(xiāng)土植物，具有耐旱、耐瘠薄，景觀特色明顯，可用于不同生境的選擇應(yīng)用。所選的外來植物也是經(jīng)過了長期引種馴化并在本地城鄉(xiāng)綠化中被長期使用的種，已被證明無生態(tài)入侵的危險(xiǎn)。

2.3 配置模式

研究表明，灌草結(jié)合、加快人工植物群落向自然群落演替是實(shí)現(xiàn)裸露邊坡生態(tài)穩(wěn)定的必然趨勢(shì)[14]。草本植物早期生長快，綠化效果明顯，可防止初期土壤侵蝕，有利于初期表土層的穩(wěn)定，但草本植物根系較淺且群落易發(fā)生衰退，而喬灌木根系發(fā)達(dá)，固土護(hù)坡能力強(qiáng)，對(duì)邊坡的長期穩(wěn)定和生態(tài)恢復(fù)有重要作用。此外，藤本植物可應(yīng)用于堅(jiān)硬巖石邊坡或土石混合邊坡的垂直綠化[15]。在配置模式上應(yīng)根據(jù)邊坡的立地條件選擇合適的植物種類。如全風(fēng)化紅砂巖邊坡，可選擇喬木刺槐、臭椿、榆樹，灌木選擇紫穗槐、黃刺玫、三裂繡線菊、錦雞兒等，草本選擇黑麥草、冰草等進(jìn)行配置，營造成灌草型邊坡群落。根據(jù)本項(xiàng)目中邊坡的立地條件和植物生長習(xí)性，推薦的植物配置模式見表5。

表5 邢汾高速公路邊坡生態(tài)恢復(fù)推薦的植物配置模式

2.4 試驗(yàn)邊坡生態(tài)恢復(fù)調(diào)查結(jié)果

邊坡上黑麥草于2013年3月底開始發(fā)芽，紫苜蓿、紫穗槐、刺槐、臭椿、榆樹、胡枝子于4月中旬開始發(fā)芽，黃刺玫、三裂繡線菊、荊條于5月上旬開始發(fā)芽。6月28日調(diào)查時(shí)，邊坡上草本植物已覆蓋坡面達(dá)到約87%，對(duì)防止初期土壤侵蝕起到了重要作用。至2013年10月27日調(diào)查，邊坡上的植物均生長良好。調(diào)查結(jié)果顯示，黑麥草、波斯菊、紫苜蓿、紫穗槐、刺槐、臭椿發(fā)芽率高，在邊坡上生長較快，適合邢汾高速公路邊坡的生態(tài)恢復(fù)。而荊條、酸棗、黃刺玫、三裂繡線菊發(fā)芽率較低，在以后的應(yīng)用中需要預(yù)先對(duì)種子進(jìn)行處理，提高發(fā)芽率。邊坡上調(diào)查到的種類、數(shù)量、株高見表6。試驗(yàn)效果見圖1、圖2。

表6 邊坡植物種類及生長情況

圖1 2012年11月試驗(yàn)邊坡施工

圖2 2013年7月試驗(yàn)邊坡效果坡施工

3 討論

鄉(xiāng)土植物以其自身的優(yōu)勢(shì)，在高速公路景觀恢復(fù)中發(fā)揮著重要作用。在利用鄉(xiāng)土植物進(jìn)行高速公路生態(tài)恢復(fù)要注意以下幾點(diǎn)：

（1）高速公路生態(tài)恢復(fù)是一個(gè)恢復(fù)植被的過程，在綠化設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量利用耐旱、耐瘠薄的鄉(xiāng)土植物進(jìn)行生態(tài)恢復(fù)，同時(shí)應(yīng)清楚地認(rèn)識(shí)到植物有其自身的生長規(guī)律，不斷地進(jìn)行探索和試驗(yàn)，切不可急功近利，只追求短期的綠化效果。邊坡上生長的植物需要數(shù)年的觀察才能最終確定其是否適合邊坡的惡劣環(huán)境，因此，需要持續(xù)對(duì)邊坡上的植物進(jìn)行觀察分析。

（2）不同植物種類具有不同的生態(tài)適應(yīng)能力和觀賞性，在高速公路綠化設(shè)計(jì)中應(yīng)根據(jù)不同的生境選用不同生物學(xué)特性的鄉(xiāng)土植物種類，并根據(jù)生態(tài)學(xué)原理，對(duì)備選植物種類進(jìn)行科學(xué)合理的配置，同時(shí)考慮群落外貌與周邊環(huán)境協(xié)調(diào)。

（3）在大力提倡高速公路景觀綠化應(yīng)用鄉(xiāng)土植物資源的同時(shí)，可根據(jù)需要選擇部分外來種進(jìn)行搭配，改善高速公路沿線生態(tài)環(huán)境、豐富沿線景觀。大量的鄉(xiāng)土植物和少量的外來種通過合理搭配，建植結(jié)構(gòu)合理、功能完善的人工群落。這種以鄉(xiāng)土植物為優(yōu)勢(shì)種的景觀群落，經(jīng)過一段時(shí)間的群落演替，形成具有地帶性植被特點(diǎn)的群落類型。這對(duì)高速公路景觀恢復(fù)而言，將具有最豐富的物種多樣性和穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)。

4 結(jié)論

（1）經(jīng)多次野外調(diào)查結(jié)果表明，該路域范圍內(nèi)植物種類豐富，調(diào)查統(tǒng)計(jì)共有維管束植物411種，隸屬于94科289屬。喬木73種、灌木103種、草本235種，其中藤本24種。這些植物資源為該高速公路的植被恢復(fù)和重建提供了豐富的選擇材料。

（2）綜合考慮該高速公路的自然條件、土壤狀況和植物種類組成，共篩選出耐旱、耐瘠薄、景觀特色明顯的52種鄉(xiāng)土植物和非鄉(xiāng)土植物用于邊坡綠化，其中喬木7種，灌木21種，草本18種，藤本6種。在瘠薄的土壤環(huán)境下，喬木類由于生長緩慢，但其根系發(fā)達(dá)，固土護(hù)坡效果較好，可以作為邊坡生態(tài)恢復(fù)的優(yōu)勢(shì)種加以應(yīng)用，如構(gòu)樹、刺槐、臭椿等。

（3）在篩選的基礎(chǔ)上，根據(jù)項(xiàng)目中邊坡的立地條件和植物生長習(xí)性，提出相應(yīng)植物配置模式，并進(jìn)行邊坡生態(tài)恢復(fù)試驗(yàn)，從試驗(yàn)結(jié)果看植被恢復(fù)和景觀效果良好。配置模式主要有灌草型群落、喬灌型群落、草本型群落、藤本型群落。經(jīng)試驗(yàn)，黑麥草、紫苜蓿、波斯菊、紫穗槐、刺槐、臭椿、榆樹等發(fā)芽率高，在邊坡上生長較快，適合邊坡生態(tài)恢復(fù)。

致謝：對(duì)在植物鑒定工作中給予指導(dǎo)和幫助的中國科學(xué)院華南植物園邢福武研究員、北京師范大學(xué)劉全儒教授表示感謝！

［1］孫衛(wèi)邦.鄉(xiāng)土植物與現(xiàn)代城市園林景觀建設(shè)［J］.中國園林，2003，（7）：63-65.

［2］汪偉剛，馬建榮，王丹，等.鄉(xiāng)土植物在高速公路景觀綠化中的應(yīng)用探討［J］.公路交通科技應(yīng)用技術(shù)版，2010，（2）：175-177.

［3］劉東明，林才奎，等.高速公路邊坡綠化理論與實(shí)踐［M］.武漢：華中科技大學(xué)出版社，2010：16.

［4］Northeastern Illinois Planning Commission.Naturnal landscapeing toolkit ［M］.Chicago：Us Environmental Proctection Agency，1998.

［5］Bormann FH，BalmoriD，Geballe GT.Redesigning.the Americanlawn：A searchforenviormentalharmony［M］.New haven：Yale University Press，1993.

［6］William Robinson.The Wild Garden ［M］.Oxford city：Cambridge University Press，2011：1-250.

［7］Froment，Jose，Domon，Gerald.Viewer appreciation of highway landscape：The contribution ofecologically managedembankmentsinQuebec，Canada［J］.Landscape and Urban Planning，2006，78（1-2）：14-32.

［8］國外道路標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范編譯組.國外公路景觀與環(huán)境設(shè)計(jì)指南［M］.北京：人民交通出版社，2006：73.

［9］范玉潔，李綸，楊碧聰.保龍高速公路景觀生態(tài)建設(shè)體系中鄉(xiāng)土植物的選擇和應(yīng)用［J］.中國水土保持，2008，（4）：45-47.

［10］潘樹林，王麗，辜彬.論邊坡的生態(tài)恢復(fù)［J］.生態(tài)學(xué)雜志，2005，24（2）：217-221.

［11］王振杰，趙建成.河北山地高等植物區(qū)系與珍稀瀕危植物資源［M］.北京：科學(xué)出版社，2010：12-57.

［12］張曉麗.河北南部山區(qū)植物群落的調(diào)查研究［J］.河北師范大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2007，31（1）：99-103.

［13］孫書存，包維楷.恢復(fù)生態(tài)學(xué)［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005：128-170.

［14］孫乃芹，宋萬才.北方寒冷地區(qū)公路邊坡生態(tài)防護(hù)的植物選擇［J］.公路交通科技（應(yīng)用技術(shù)版），2007，（7）：21-24.