8種鄉(xiāng)土植物在邊坡植被恢復工程中的應用

宋鳳鳴，劉建華，錢瑭璜，吳彩瓊，雷江麗，徐義炎?

(1.深圳市鐵漢生態(tài)環(huán)境股份有限公司，518008，深圳；2.深圳市中國科學院仙湖植物園，518004，深圳)

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8種鄉(xiāng)土植物在邊坡植被恢復工程中的應用

宋鳳鳴1，劉建華1，錢瑭璜1，吳彩瓊1，雷江麗2，徐義炎1?

(1.深圳市鐵漢生態(tài)環(huán)境股份有限公司，518008，深圳；2.深圳市中國科學院仙湖植物園，518004，深圳)

由于邊坡修復工程中植物配置單一，尤其是草種比例過高，導致后期景觀效果不佳，且物種退化現(xiàn)象嚴重，因而豐富邊坡噴播植物群落多樣性和提高其穩(wěn)定性，已成為解決此問題的重要途徑。針對華南地區(qū)首次選擇8種鄉(xiāng)土植物種子，通過設(shè)置不同的種子配比，進行邊坡客土噴播綠化試驗，持續(xù)觀測其株高、密度和冠幅的變化，以及樣方群落物種多樣性指標，以評價其適應性及護坡效果。結(jié)果表明：車前草、白背楓、牡荊、蓖麻和木芙蓉這5種多年生鄉(xiāng)土植物，其生長速度基本符合邊坡綠化工程驗收的需求，且具備綠化效果快、護坡效果顯著、種子易收集等優(yōu)點，為邊坡的穩(wěn)定和植物群落演替提供可行性途徑，比較適合應用于邊坡生態(tài)修復和其他水土保持工程，具有極高的推廣應用價值；但應注意植物種子配比量，保證灌木所需的生長空間，以保持后期邊坡植物群落的穩(wěn)定性和多樣性。

鄉(xiāng)土植物； 邊坡； 生態(tài)修復； 噴播綠化； 植物配置

國內(nèi)外路橋、隧道等道路基礎(chǔ)工程的大量建設(shè)，造成了越來越多的裸露坡面，影響了當?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境，加劇了水土流失[1]，因而也促進了邊坡植被恢復工程技術(shù)的快速發(fā)展。目前已有濕法噴播、網(wǎng)袋植草、植生帶、客土噴播、混播植草和仿原生態(tài)植被恢復等技術(shù)，而濕法噴播具有播撒均勻、節(jié)省勞力、省時和省種的特點，現(xiàn)已廣泛應用于高速公路、鐵路、采石場、礦山邊坡和城市水土保持等邊坡綠化防護工程中[2-3]。

由于對成本與覆綠速度的考慮，我國大部分工程在噴播中主要選用草種，噴播用喬灌木種類較少，因而造成邊坡易退化、穩(wěn)定性差和易滑坡等后果；加之我國各地氣候、土壤條件迥異，目前植物選擇與配置研究成果遠遠不能滿足實際工程的需要[4-6]。陳兵等[7-8]認為，利用本地植物可適地適樹，恢復植被，有利于水土保持和自然景觀重建；因此，鄉(xiāng)土植物資源應用于水土保持有著不可替代的優(yōu)勢，但目前鄉(xiāng)土植物在邊坡綠化中，較少以種子噴播的形式推廣。孫發(fā)政等[9]將類蘆應用于邊坡植被修復，謝云等[10]報道了1年生先鋒植物應用于噴播綠化的試驗，然而這些種類并未推廣。為篩選適宜的邊坡綠化噴播植物鄉(xiāng)土種，解決邊坡群落穩(wěn)定性差，增加邊坡景觀效果，利用在華南地區(qū)廣泛分布的地桃花(Urena lobate L.)等8種鄉(xiāng)土植物，于2014年采用客土噴播技術(shù)，取得了良好效果，為其用于邊坡噴播綠化提供了試驗基礎(chǔ)和理論依據(jù)。

1　研究區(qū)概況

試驗地位于深圳鹽田區(qū)大水坑東信采石場邊坡(E 114°16′56.34″，N 22°35′41.20″)，該區(qū)域?qū)儆谀蟻啛釒ШＱ笮詺夂颍瑹o霜期為355 d，年平均氣溫22 ℃，極端高溫38.7 ℃，最低0.2 ℃。年平均降雨量948.8 mm，年平均臺風41次，多集中在4—9月。該邊坡大多為斷裂構(gòu)造花崗質(zhì)礫巖，并伴有褶皺，邊坡面朝鹽田港海岸，冬季北風大，坡上相對較冷。

試驗區(qū)域選取于東信采石場邊坡工程噴播區(qū)靠北邊DB2、DB3 2級石質(zhì)坡面，坡度在70°～90°之間，坡面長約30 m，高約10 m，DB2為樣方A，DB3為樣方B，樣方A、B約為15 m，面積共600 m2。

2　材料與方法

2.1試驗材料與器械

華南地區(qū)自采地桃花(Urena lobate L.)、車前草(Plantago asiatica L.)、黃花稔(Sida acuta Burm.F.)、千斤拔(Flemingia prostrata C.)、白背楓(Buddleja asiatica Lour.)、木芙蓉(Hibiscus mutabilis L.)、蓖麻(Ricinus communis L.)、牡荊(Vitex negundo L.)等植物種子；工程噴播區(qū)域選用植物種類為銀合歡(Leucaena leucocephala (Lam.) de Wit)、簕仔樹(Mimosa sepiaria Benth)、多花木藍(Indigofera amblyantha Craib)、木豆(Cajanus cajan L.)、山毛豆(Tephrosia candida DC.)、車桑子(Dodonaea viscosa (L.) Jacq.)、狗牙根(Cynodon dactylon (L.) Pers.)、百喜草(Paspalum notatum Alain ex Flüggé)、糖蜜草(Melinis minutiflora P.Beauv.)。其中，喬木類種子用量為3 g/m2，木豆為8 g/m2，其余灌木類種子用量均為5 g/m2，草本類種子用量為0.5 g/m2，種子總用量達30.5 g/m2。濕噴機等施工器械與基質(zhì)材料通用，根據(jù)一般工程施工準備。

2.2試驗方法

2.2.1鄉(xiāng)土植物采種和萌發(fā)試驗對參試植物進行物候觀測，采集獲得各種植物種子后，進行干燥后熟、種子剝離等處理，分別測千粒重和培養(yǎng)皿發(fā)芽率。對部分帶堅硬果殼的種子及硬實種子，采取60 ℃熱水處理30 min后，再置于培養(yǎng)皿萌發(fā)。

2.2.2種子配比原則樣方A、B的植物配置主要考慮灌草結(jié)合、深根系與淺根系草種結(jié)合，以此達到合理配制，各種植物充分生長的需求；另外，設(shè)置樣方A為全部常綠植物配置，B為常綠與落葉植物配置，后期比較入冬后的景觀效果。種子配比量主要參考相關(guān)研究報道[16]，具體配置見表1、表2。

2.2.3客土噴播施工噴播時間為2014年11月，采用客土噴播綠化技術(shù)，對巖質(zhì)坡面進行綠化，施工工藝流程為：坡面修整→掛鐵絲網(wǎng)→噴附客土→噴播種子→覆蓋無紡布→施工期養(yǎng)護。

表1　樣方A噴播植物配比

表2　樣方B噴播植物配比

2.2.4試驗數(shù)據(jù)采集噴播后每月定期觀測1次，進行隨機采樣測量，記錄樣方中各鄉(xiāng)土植物的株高(每個材料測量15個樣本)、冠幅生長量(植物南北和東西方向?qū)挾鹊钠骄?，每個材料測15個樣本)和密度(1 m2內(nèi)各植物的數(shù)量)、覆蓋度(1 m2內(nèi)覆綠的面積)等指標的變化情況。噴播施工結(jié)束1年后，采用樣方調(diào)研法[11]，在樣地內(nèi)4個角和中心設(shè)置5個2 m×2 m的調(diào)查區(qū)域，分別對試驗區(qū)和工程區(qū)進行植物類型、種類和數(shù)量的統(tǒng)計。

2.2.5指標值的計算方法根據(jù)實地調(diào)查結(jié)果，依照參考文獻的公式計算相關(guān)指標值[12]，利用Excel和SPSS軟件進行試驗數(shù)據(jù)處理和圖表制作。

群落物種多樣性測定公式[12-15]：

H =-∑(Pi)(lnPi)。

式中：H為實際觀察的物種多樣性指數(shù)；Pi為種的個體數(shù)占群落中總個體數(shù)的比例；Pielou均勻度指數(shù)是衡量植物分布均勻程度的指標，公式如下：E=H/Hmax。式中Hmax為最大的物種多樣性指數(shù)，Hmax=lnS，S為群落中的總物種數(shù)。

3　結(jié)果與分析

3.1鄉(xiāng)土植物種子發(fā)芽率

鄉(xiāng)土植物種子發(fā)芽率及樣方A、B噴播植物種子配比情況見表1和表2。其中，黃花稔、牡荊種子發(fā)芽率偏低，這可能是因為種子多在11月之前采集，且野外植株本身營養(yǎng)程度參差不齊，導致部分種子干癟、成熟程度不夠，從而發(fā)芽率偏低。

3.2鄉(xiāng)土植物噴播后的生長量

3.2.1鄉(xiāng)土植物植株密度變化圖1示出樣方A、B中各植物在噴播后12個月內(nèi)的密度變化?？傮w而言，2個樣方植株密度呈逐月下降趨勢，在噴播7月后，逐漸趨于穩(wěn)定。噴播施工完前期，種子萌芽后幼苗根系較淺，降雨甚至噴灌澆水均會造成一定程度的沖刷和水土流失，一些幼苗容易被泥土覆蓋甚至深埋；此外，由于客土層薄，土壤層所持養(yǎng)分和水分有限，部分發(fā)芽、生長較慢速的植株，由于競爭劣勢、得不到陽光而逐漸死亡。因此，在植株尚未生長茁壯之前，植株密度一直呈遞減趨勢。

圖1　鄉(xiāng)土植物植株密度變化情況Fig.1　Changes of planting density of indigenous plants

噴播后1～7個月內(nèi)，2個樣方的優(yōu)勢種均為車前草，8個月以后優(yōu)勢種變?yōu)榈靥一?，這是由于噴播后6～7個月為2015年4—5月，降水量大，溫度適宜，喬灌木開始迅速生長，車前草逐漸被灌叢遮蓋；而車前草為喜陽性植物，連續(xù)陰雨天氣更導致車前草出現(xiàn)白粉病病癥，此真菌病害僅在車前草有發(fā)病表現(xiàn)，雖不致死，但卻為害車前草葉片，影響植物生長。在噴播后8月，地桃花以較大的株高和冠幅成為樣方的優(yōu)勢種，覆蓋掉部分車前草植株，此時車前草由先鋒草種轉(zhuǎn)變?yōu)槿郝浒樯N，地桃花成為建群種。

3.2.2鄉(xiāng)土植物株高生長量變化由圖2表明，除車前草的株高在噴播后3～4個月達到最大值后趨于穩(wěn)定以外，地桃花、白背楓、千斤拔、黃花稔、牡荊、蓖麻的株高在噴播后4個月開始顯著增長。噴播后5～10個月為快速增長期，這與當年深圳主要集中在春夏季的汛期發(fā)生時間基本一致。

車前草的花序和果序未計入株高。The inflorescence and infructescence length of Plantago asiatica is not counted as height.圖2　鄉(xiāng)土植物株高變化情況Fig.2　Height changes of indigenous plants

樣方B中地桃花和車前草所用配比高于樣方A，但在株高這一指標上并無明顯差異，表明一定的配比差異并不會對株高生長量有較大影響；而其他喬灌木的株高均在1.5 m左右，接近或略高于灌木優(yōu)勢種地桃花的株高，這可能是因為樣方內(nèi)植物較為密集，而這些種類多為喜陽植物，爭相競爭陽光，故株高均不低于優(yōu)勢建群種。

3.2.3鄉(xiāng)土植物冠幅生長量變化由圖3表明，車前草的冠幅在噴播后3～4個月達到最大值后便趨于穩(wěn)定，其他植物的冠幅均呈每月顯著增長的趨勢。地桃花、白背楓等分支低矮、分支較多的植物冠幅增長速度相對較快，較易成為群落優(yōu)勢種。

圖3　鄉(xiāng)土植物冠幅變化情況Fig.3　Crown changes of indigenous plants

樣方A、B中地桃花和車前草所用配比不同，相同時期，樣方B中這2種植物密度略高樣方A，但樣方B地桃花的冠幅較樣方A小，可見高配比量導致植株密度較大，植物生長空間相對較小，從而影響植株的株型和生長。冠幅、株高偏小的植株容易在群落競爭中處于劣勢，而逐漸被淘汰；因此，最終建植群落的植株密度既與植物種有關(guān)，也受配比量影響。

3.3樣方覆蓋度變化情況

圖4　樣方覆蓋度變化情況Fig.4　Coverage changes in plots

樣方A、B覆蓋度變化情況基本一致(見圖4)。在噴播后5個月，即2015年3月基本達到全部復綠，噴播后7個月和9個月，受臺風帶來的強降雨影響，邊坡頂部沖刷較嚴重，出現(xiàn)一定面積裸露區(qū)域。樣方B在復綠前期和臺風影響期間表現(xiàn)比樣方A略佳，較高的配比量可保證較穩(wěn)定的覆蓋度。樣方B配置了2種落葉灌木，但由于深圳氣候較適宜，其落葉時間遲，持續(xù)時間短，且這2種灌木都僅僅作為伴生種，秋冬季基本不影響整體覆蓋度。

樣方觀測持續(xù)1年時間，目前僅觀測出各物種競爭的初步結(jié)果，已初步呈現(xiàn)出灌草復合群落的效果。由于噴播后復綠較快，侵入的外來物種不多，僅為白花鬼針草(Bidens pilosa L.)、紅毛草(Rhynchelytrum repens (Willd.) C.E.Hubb.)、少花龍葵(Solanum photeinocarpum Nakam.& Odash.)等稀薄數(shù)株，群落物種主要以噴播種為主，后期演替情況仍有待觀察；但目前樣方內(nèi)，植物多為自我繁衍能力較強的鄉(xiāng)土物種，預測后期這些物種退化的可能性較小。

3.4樣方與工程噴播區(qū)域復綠前后對比

從植被建植的表觀情況看，工程噴播區(qū)域與試驗區(qū)復綠所需時間基本接近，但其植被恢復情況并不理想。由于坡面優(yōu)勢種主要為根系較淺的草本，5、6月份臺風頻發(fā)時，工程噴播區(qū)域有較大面積被嚴重沖刷，局部區(qū)域出現(xiàn)裸露；此外，與試驗樣方區(qū)域相比，夏秋高溫季節(jié)工程區(qū)域草地近看顯枯黃，景觀效果較差。

樣地調(diào)查的群落物種多樣性測度指標顯示(見表3)，樣方A、B的物種豐富度、香農(nóng)威納指數(shù)、Pielou均勻度指數(shù)均較為接近，與工程區(qū)則有較大差異。工程區(qū)群落及木本植物的香農(nóng)威納指數(shù)和均勻度指數(shù)均低于樣方A、B，草本多樣性卻高于樣方A、B。工程區(qū)域噴播的植物種類和種子量都顯著多于試驗區(qū)，但其建植群落的物種多樣性卻并不高。由于施工季節(jié)為冬季，且邊坡上有較大海風和鹽霧，山毛豆、車桑子發(fā)芽小苗幾乎全部在施工后1～2個月內(nèi)凍死。木豆、多花木藍耐寒性稍強，但多數(shù)與銀合歡、簕仔樹小苗一起被草本覆蓋。群落內(nèi)競爭1年后草本優(yōu)勢種為狗牙根，草層厚度達40～50 cm，灌木優(yōu)勢種為木豆。喬灌木僅生長在坡頂部和底部，喬灌木的整體密度顯著低于試驗區(qū)。

目前的邊坡綠化往往傾向于早期依賴草本先鋒種，為了使工程較快復綠，施工時往往噴播過量草種、施過量氮素肥料，草本很容易覆蓋喬灌木小苗或與其競爭養(yǎng)分，而絞殺喬灌木，且草本根系較淺，單一品種的草地容易退化，不利于建植穩(wěn)定群落和坡面的水土保持。另外，邊坡常用噴播植物主要以外來種為主，這些外來種在不同氣候的地區(qū)適應性表現(xiàn)不一，如車桑子、銀合歡等也有報道在局部地區(qū)有不耐寒、易凍死的問題[17]，外來種構(gòu)成的群落往往不夠穩(wěn)定，容易出現(xiàn)退化，導致邊坡水土流失和再次裸露；同時，這些外來種結(jié)種量巨大，容易逸生，嚴重者更是容易造成生態(tài)入侵，如最早作為水土保持植物引進的銀合歡[18]、簕仔樹等：因此，不同區(qū)域選擇配置何種植物種子，以及灌草種子配比等問題，值得進一步深入研究。

表3　樣地邊坡恢復群落物種多樣性測度指標

4　結(jié)論與討論

1)車前草作為多年生常綠草本，經(jīng)觀測發(fā)現(xiàn)：生長迅速，在3個月內(nèi)達到成苗冠幅，使坡面達到較好的覆蓋度；須根根長平均可達40～50 cm，耐旱、固土能力強[19]；車前草葉片為蓮座狀，斜展或直立，較干旱時平臥地面生長，與匍匐或分蘗生長的禾本科草種相比，其草叢較淺，植株間空隙較多，基本不會絞殺灌木小苗；喜陽不耐蔭，在灌木生長旺盛以后其密度會減少，避免與灌木競爭養(yǎng)分和空間；結(jié)種量大，結(jié)種周期短，群落覆蓋效果欠佳時，車前可持續(xù)自播繁殖，加速復綠。這些特點都表明車前草較適合作為邊坡綠化的先鋒種。

2)白背楓、蓖麻、木芙蓉和牡荊根系發(fā)達，適應能力強[20-21]。土壤肥沃時，可在1、2年內(nèi)生長成小喬木，土層較薄、土壤較貧瘠時，又可保持灌木株高。地桃花、黃花稔是華南地區(qū)野生灌叢常見種類，且已有報道其耐旱能力強[19]。一般石質(zhì)邊坡噴播綠化，由于客土層薄，較少用到喬灌木種子，但本次噴播驗證了這些植物用于坡面綠化的可能性。研究[20]表明，通過種子噴播，喬灌木根系也可通過延伸進入巖縫、巖石節(jié)理等深處，形成不易退化的穩(wěn)定群落。經(jīng)過1年跟蹤觀測，參試植物的分布都僅限于噴播區(qū)域，沒有向周圍逸生擴散的趨勢，且這些植物均為鄉(xiāng)土種，不存在入侵風險。

3)根據(jù)前期采種經(jīng)驗，車前草、蓖麻為已推廣種植的藥用植物，木芙蓉為園林觀賞苗木，這些種子作為經(jīng)濟作物或苗木種子均已商品化，較適合推廣應用到噴播綠化中。車前草、白背楓和牡荊均可采其果序，且結(jié)種量巨大，單位面積用量較小，苗圃采收或施工單位自行采集，均可滿足工程需要。地桃花、黃花稔和千斤拔這3種植物僅在南方地區(qū)的野外有零星分布，種子采集困難，需大量勞動力，也不適合扦插等擴繁方式；同時，這些植物并不具備觀賞苗木或經(jīng)濟作物的屬性，苗圃集約化種植生產(chǎn)種子的可能性也較?。汗蔬@些植物種子推廣應用時，均會有一定難度，暫時不建議大量使用。

4)高密度配比噴播不影響灌木株高，但會導致灌木冠幅偏小，這與王倜等[23]的研究結(jié)論一致。應調(diào)整灌木種子配比量，保證其生長空間，以保持其生長勢；同時，應合理配置植物，以維持后期邊坡群落的多樣性。如白背楓和蓖麻自播能力較強，噴播中用少量種子即可，配比量過多，則可能導致單優(yōu)勢種群落的出現(xiàn)。以往的報道和工程實踐與本次研究結(jié)果均表明，植物種子在坡面土壤中的發(fā)芽和出苗情況，遠比實驗條件復雜[24]，生境對不同植物種的影響和植物種間競爭較復雜[25-26]，導致建成植被呈現(xiàn)的效果和特征有一定隨機性，與最初預測的情況有所差異。合適的種子配比量不但受立地條件、施工季節(jié)等因素影響，可能也因具體的植物種和植物配置而異，尚有待深入研究。

綜上所述，車前草、白背楓、牡荊、蓖麻和木芙蓉分布較為廣泛，本身采集難度小，且有些種類的種子已有銷售，可考慮大面積推廣噴播應用于邊坡。本研究驗證了這些種類應用于華南地區(qū)邊坡噴播的可行性，但這些植物在其他地區(qū)的適應性以及如何調(diào)節(jié)植物配比配置，保證群落后期演替效果和優(yōu)化景觀效果等方面，則有待進一步研究。

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Application of 8 indigenous plants in slope revegetation engineering

Song Fengming1,Liu Jianhua1,Qian Tanghuang1,Wu Caiqiong1,Lei Jiangli2,Xu Yiyan1

(1.Shenzhen Techand Ecology & Environment Company Limited in Guangdong Province,518000,Shenzhen,China;2.Fairylake Botanical Garden,Shenzhen & Chinese Academy of Sciences,518004,Shenzhen,China)

[Background] In recent years,due to the single plant configuration in slope revegetation engineering,especially the high proportion of grasses causing poor late landscape and serious species degradation,enriching the diversity of spraying plant community species,and improving the community stability has become an important strategy to solve the problem.[Methods] Based on data collection and field investigations,8 kinds of indigenous plants with wide distribution,large seed amount,rapid growth,and long green period were selected for hyproseeding experiment for the first time.Taking slope on Dongxing quarry as the study object,these 8 plants was applied through external-soil spray seeding.Then a year-long investigation was conducted,indicators such as plant height,density and plots species diversity were continuously observed and recorded to assess adaptability and slope protection effects of these plants.To compare the vegetation restoration effect of experimental plots with that of project area,through the quadrat investigation method,type of plant,species and quantity of each area were counted a year after the completion of construction.Main plant community species diversity was studied by using species richness index,Shannon-Wiener index,and Pielou evenness index.[Results] Results showed that Plantago asiatica,Buddleja asiatica Lour.,Vitex negundo var.cannabifolia (Sieb.et Zucc.) Hand.-Mazz.,Ricinus communis,and Hibiscus mutabilis,these indigenous plants were suitable for ecological restoration and soil and water conservation on the slope.After hyproseeding,these 5 kinds of seeds germinated and developed seedling gradually in a month.The plant height and crown width of these plants increased month by month,showing strong ability to adapt the slope environment.As the communities competed and developed,the plant density decreased,but a number of plants still survived in the competition.The developed root system resisted a certain degree erosion,having strong soil reinforcement ability.The experiment plot achieved fine vegetation coverage effect in 3～6 months,and the growth rate of these plants reached the demands of the acceptance of slope greening engineering.In addition,those tested plants were located in the seeding area,so it was not easy for the seeds to spread and cause ecological invasion.Having the characteristics of higher construction efficiency,optimal ecological recovery effect,significant slope-protection,easy to harvest or purchase and other advantages,these plants may provide conditions for slope stability and plant community succession.[Conclusions] The results showed that the application of these plants in slope revegetation engineering was feasible and having high promotional value.However,the ratio of the amount of seeds should be adjusted to ensure the growth space of shrubs to maintain the stability and diversity of the late plant community on the slope.

indigenous plants; slope; ecological restoration; hyproseeding; plant disposition

2015-11-27

2016-06-07

項目名稱：鐵漢生態(tài)研究院建設(shè)(2014B090903015)；鐵漢生態(tài)院士工作站建設(shè)(2015B090904008)

宋鳳鳴(1988—)，女，碩士研究生。主要研究方向：邊坡修復。E-mail:sharp6066@163.com

簡介：徐義炎(1936—)，男，研究員。主要研究方向：邊坡修復和抗逆植物選育。E-mail:xuyiyan@126.com

X171.4

A

1672-3007(2016)04-0134-08

10.16843/j.sswc.2016.04.017