裸露邊坡重建植物群落演替研究進(jìn)展

尹曉蛟 白琳 楊旭

摘要：指出了裸露邊坡植被重建已成為解決工程邊坡生態(tài)問題的一項(xiàng)重要技術(shù)，已在世界范圍內(nèi)廣泛推行。為科學(xué)地評(píng)價(jià)邊坡植被恢復(fù)效果，常需要對(duì)恢復(fù)時(shí)期植被群落的動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行長期跟蹤監(jiān)測(cè)，以調(diào)查邊坡植被群落演替規(guī)律。圍繞裸露邊坡植被群落演替的主題，綜合闡述了我國工程邊坡植被恢復(fù)技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀，國內(nèi)外關(guān)于裸露邊坡重建植被群落演替研究進(jìn)展，以期為植被護(hù)坡技術(shù)的改進(jìn)與創(chuàng)新提供參考，就群落演替研究在植被護(hù)坡領(lǐng)域的廣闊前景寄予了希望。

關(guān)鍵詞：裸露邊坡；植被恢復(fù)；群落演替

中圖分類號(hào)：S727.27

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：16749944（2016）08000903

1 我國工程邊坡植被恢復(fù)技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

1.1 邊坡治理項(xiàng)目的提出

我國自改革開放以來，特別是近20年間，大力發(fā)展高速公路、鐵路以及水電工程和采礦工程等，收獲了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。但在經(jīng)濟(jì)效益背后，隱藏的負(fù)面影響不可小覷。在施工過程中對(duì)邊坡的頻繁開挖，破壞了原有的植被，導(dǎo)致出現(xiàn)大量無植被覆蓋的裸露邊坡，即次生裸地。因坡體裸露造成的嚴(yán)重的水土流失和滑坡等問題，向世人敲響了警鐘。根據(jù)我國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的要求，治理裸露邊坡，恢復(fù)生態(tài)平衡已成為當(dāng)前生態(tài)科學(xué)必須重視的并有責(zé)任承擔(dān)的研究任務(wù)之一。開挖的坡面如何重新覆蓋自然植被，已成為水利、交通等行業(yè)領(lǐng)域重視的關(guān)鍵問題[1]。

1.2 常用邊坡植被恢復(fù)技術(shù)

自1996年我國于云南昆曲高速公路首次嘗試生態(tài)護(hù)坡以來，邊坡治理工程已興起近20年，在技術(shù)方法、設(shè)備材料和施工組織等方面均取得了顯著進(jìn)展。常用的邊坡植被修復(fù)技術(shù)主要包括：噴播技術(shù)、栽植技術(shù)、種子散播技術(shù)、植生袋技術(shù)、植被毯技術(shù)等。植被修復(fù)時(shí)，常選擇耐貧瘠、耐干早、耐堿的鄉(xiāng)土物種以及木本豆科植物作為先鋒植物。利用豆科植物共生的根瘤菌進(jìn)行生物固氮，積累養(yǎng)分供其生長，同時(shí)豆科植物的枯敗枝葉形成的腐殖質(zhì)可改良土壤成分，為周圍鄉(xiāng)土物種的進(jìn)一步生長提供適合的條件[2]。

1.3 裸露邊坡植被恢復(fù)效果評(píng)價(jià)

采用不同的植被修復(fù)技術(shù)，獲得的短期護(hù)坡效果皆十分顯著。邊坡綠化工程可以很大程度縮短植被重建的時(shí)間。植被修復(fù)工程實(shí)施一年后，邊坡植被覆蓋率較高，但多處邊坡從第二年起覆蓋率逐漸降低，最終導(dǎo)致邊坡二次裸露。因此僅僅通過統(tǒng)計(jì)施工后一段較短時(shí)期內(nèi)邊坡植被覆蓋率，并不能準(zhǔn)確評(píng)價(jià)恢復(fù)效果。特別是為達(dá)到快速綠化的目標(biāo)，常純粹種植一年生草本植物，植被群落物種單一，建立起的生態(tài)系統(tǒng)十分脆弱，極易遭到破壞或自行退化，生態(tài)恢復(fù)效果較差[3]。

1.4 群落演替研究在植被恢復(fù)效果評(píng)價(jià)中的意義

科學(xué)地評(píng)價(jià)邊坡植被恢復(fù)效果須綜合考慮防護(hù)效果、生態(tài)效果和景觀效果。特別是生態(tài)效果應(yīng)深入分析群落的穩(wěn)定性、生態(tài)適宜性和生物多樣性3個(gè)方面。因此對(duì)植被恢復(fù)效果的評(píng)估必定需要對(duì)植被群落演替情況進(jìn)行長期的跟蹤調(diào)查。我國對(duì)邊坡恢復(fù)的生態(tài)學(xué)和群落演替動(dòng)態(tài)方面的理論知識(shí)還很匱乏，對(duì)重建植被養(yǎng)護(hù)方面也缺乏應(yīng)有的重視?，F(xiàn)有必要綜合總結(jié)國內(nèi)外邊坡植物重建群落演替的研究進(jìn)展，在了解群落演替進(jìn)程和規(guī)律特點(diǎn)后，可以為恢復(fù)設(shè)計(jì)、施工技術(shù)和管理措施等方面提供科學(xué)性的指導(dǎo)建議。

2 國內(nèi)外關(guān)于裸露邊坡重建植被群落演替研究進(jìn)展

2.1 國外裸露邊坡重建植被群落演替研究

國外較早的專門對(duì)裸露邊坡植被恢復(fù)期群落演替規(guī)律進(jìn)行敘述的文獻(xiàn)可追溯到1990年，Titlyanova[4]在對(duì)廢棄礦地植被調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，重建植被的物種組成、群落結(jié)構(gòu)和群落形成方式都和破壞前的自然植被大不相同。

Moreno-de las Heras[5]則對(duì)廢棄礦山邊坡重建的植被初期演替的軌跡進(jìn)行了分析研究，確定了控制礦區(qū)邊坡植被群落演替的主要?jiǎng)恿?。他認(rèn)為初始條件（包括土壤特征和重建植被的措施）和環(huán)境特質(zhì)（包括大陸性氣候和周圍存在的植被特點(diǎn)）是決定邊坡重建植被群落演替方向的主要驅(qū)動(dòng)力。群落演替最可能發(fā)生在初始土壤貧瘠且鄰近開闊草地的樣地。一旦土壤中的有效養(yǎng)分增加，人為干擾減少，群落演替速率將加快。

Jeffrey[6]采用了最近4年濕地邊坡重建植被抽樣調(diào)查數(shù)據(jù)來描述群落演替趨勢(shì)和物種更新的速度。通過主分量分析和除趨勢(shì)對(duì)應(yīng)分析方法處理調(diào)查數(shù)據(jù)，結(jié)果表明在調(diào)查的所有樣地間存在明顯的共性：濕地植被恢復(fù)初期種植的一年生植物逐漸被當(dāng)?shù)囟嗄晟参锎妫晟参镫S時(shí)間流逝也逐漸被替代。而特質(zhì)性表現(xiàn)在：各樣地之間因?yàn)榄h(huán)境背景各異，終致物種組成和演替速度之間也存在差異。

Alday[7]的關(guān)于廢棄礦山植被恢復(fù)早期群落演替規(guī)律的研究發(fā)現(xiàn)，廢棄礦區(qū)邊坡重建植被群落的演替趨勢(shì)一致，都是向樣地附近選取的目標(biāo)群落演替，但因樣地環(huán)境各異，不同樣地群落演替軌跡不一致，演替速率也不盡相同。這一結(jié)論與Jefferey的結(jié)果高度一致。

雖然國外對(duì)于公路邊坡實(shí)施植被恢復(fù)工程興起較早，但對(duì)于公路邊坡重建植被群落演替的研究不多，更多的研究側(cè)重于演替初期最佳先鋒物種的選擇。曾經(jīng)為達(dá)到邊坡快速綠化的效果，廣泛選用非本土的一年生草種或豆科植物作為先鋒物種，其耐貧瘠、耐干旱、快速生長覆蓋邊坡的特性可使其在短期內(nèi)固著土壤，防止土壤流失。但在對(duì)護(hù)坡效果評(píng)價(jià)時(shí)發(fā)現(xiàn)它們頑強(qiáng)生命力又對(duì)毗鄰植物的生長造成危害，反而減慢群落演替速度，阻礙了植被的構(gòu)建。因此現(xiàn)在人們普遍認(rèn)為選用本土植物作為植被構(gòu)建初期的先鋒植物，更具長久穩(wěn)定性，表現(xiàn)出更快的群落建成速率。邊坡植被恢復(fù)時(shí)期先鋒植物的選擇一直是生態(tài)恢復(fù)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，究竟哪一物種或哪些物種組合最適合作為邊坡先鋒物種，目前尚無定論。

2.2 國內(nèi)次生裸地重建植被群落演替研究

我國對(duì)邊坡實(shí)施植被修復(fù)興起于20世紀(jì)90年代，20多年來，相關(guān)的理論研究和技術(shù)研究主要集中于邊坡生態(tài)恢復(fù)技術(shù)的應(yīng)用方面，對(duì)于恢復(fù)后的植物群落演替的研究較少，直到近幾年，為了提高邊坡植被恢復(fù)工程質(zhì)量，增強(qiáng)邊坡生態(tài)穩(wěn)定性，人們漸漸將目光投向重建植被群落演替的研究。

馮俊德[8]對(duì)巖石邊坡重建植被進(jìn)行了持續(xù)一年的跟蹤監(jiān)測(cè)，另對(duì)四個(gè)工點(diǎn)進(jìn)行了為期4～6年的間斷監(jiān)測(cè)。在這項(xiàng)研究里，他發(fā)現(xiàn)在短期內(nèi)（1年內(nèi)）設(shè)計(jì)用于護(hù)坡的草種覆蓋度高，但隨時(shí)間推進(jìn)，6年后坡面人工植被幾乎完全被鄉(xiāng)土物種取代。蘇東凱[13]對(duì)錦阜高速公路邊坡植被重建后2年、5年、7年植物群落特征進(jìn)行調(diào)查，總結(jié)出在群落演替初期，物種豐富度、群落多樣性均顯著增加，鄉(xiāng)土植物逐漸占據(jù)優(yōu)勢(shì)地位，群落向進(jìn)展演替方向發(fā)展。還有多位學(xué)者就各種不同形式的邊坡、植被恢復(fù)的不同時(shí)期的群落動(dòng)態(tài)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)群落演替的趨勢(shì)或方向一致，皆為向周圍自然植被演替。但因受立地環(huán)境的影響，表現(xiàn)出不同的演替軌跡和演替速率。

無論是礦山邊坡還是高速路邊坡亦或是濕地邊坡，由于周邊環(huán)境惡劣，不適合植物的生長，此時(shí)必須通過人工干預(yù)，加速群落演替。先鋒物種的設(shè)計(jì)則是甚為關(guān)鍵的一個(gè)方面。在邊坡綠化工程初期選擇的先鋒樹種多樣性越豐富，群落穩(wěn)定性就越高，后期植物群落演替程度就越高，因此可通過改善先鋒種豐度達(dá)到更佳的植被護(hù)坡效果。另外，王加真[3]提出觀點(diǎn)，先鋒植物在邊坡植被恢復(fù)初期必須適應(yīng)貧瘠的土壤，同時(shí)需具備保持水土，改良土壤的能力。就先鋒植物的選擇，學(xué)界一致認(rèn)為當(dāng)遵循鄉(xiāng)土植物優(yōu)先的原則，本土植物成活率高，能使群落更快達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。史玲[9]在對(duì)高速公路邊坡植被恢復(fù)技術(shù)應(yīng)用效果進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)提出，為景觀效果需要，應(yīng)當(dāng)適當(dāng)引入外來種，但引入種必須在當(dāng)?shù)赜?0年以上的引種栽培歷史，外來物種因具有侵入性，能快速覆蓋坡面，借助這一特點(diǎn)，在植被恢復(fù)初期可有效防止水土流失。然而，如果外來物種具有強(qiáng)侵入性，則反而因其與鄉(xiāng)土物種強(qiáng)烈競(jìng)爭(zhēng)生存資源，而造成當(dāng)?shù)刂脖蝗郝浞€(wěn)定性被破壞。先鋒植物經(jīng)過長時(shí)期的群落演替，最終被鄉(xiāng)土物種所取代，在植被恢復(fù)的初期，先鋒植物通過本身根系與土壤相互作用，以及土壤微生物對(duì)枯枝落葉的分解，使土壤成分發(fā)生改良，特別是土壤有機(jī)質(zhì)、氮和磷的含量顯著提高，更適合植被的生長，為鄉(xiāng)土物種的入侵提供了便利，極大促進(jìn)了植物群落的發(fā)展演替。在邊坡植被恢復(fù)工程初期，為了迅速提高植被覆蓋率，常大量種植草本植物，甚至僅播種草本植物，雖然短期內(nèi)邊坡的植被覆蓋率較高，但由于草本植物壽命短，易衰退，極可能致使植被演替停滯，直到另一些植被物種入侵。因此在植物配置上，應(yīng)以灌草結(jié)合為主，根據(jù)群落演替的一般規(guī)律，坡面上的灌草型植被在經(jīng)過10年或更久以后，將逐漸演替為以鄉(xiāng)土植物為優(yōu)勢(shì)種的灌草型或喬灌草型植物群落，喬木型群落幾乎不出現(xiàn)。朱凱華[10]在其研究中同樣證實(shí)了這一群落演替規(guī)律，他通過對(duì)巖質(zhì)邊坡重建植被群落演替階段的物種數(shù)量統(tǒng)計(jì)，觀察出植被隨著恢復(fù)年限的增加，群落物種數(shù)量發(fā)生顯著變化，表現(xiàn)為草、灌、喬木物種總數(shù)均顯著增加，且群落優(yōu)勢(shì)種由初始的以草本為主逐漸過渡到喬灌木為主。在形成了喬灌草類型植被后，還可能出現(xiàn)草本層植被退化的現(xiàn)象，筆者推測(cè)草本層的退化是由于喬灌木植物的生長爭(zhēng)奪了草本的光能以及養(yǎng)料，使草本植物光合作用受阻而引起，但此時(shí)的群落生長已進(jìn)入穩(wěn)定期，草本層的退化不會(huì)造成群落的再次演替。

3 裸露邊坡重建植物群落演替研究的前景與展望

自裸露邊坡植被恢復(fù)工程實(shí)施以來，越來越多的人逐漸意識(shí)到植被護(hù)坡的效果評(píng)價(jià)需要立足于長期效益，從長計(jì)議。群落演替的研究需要對(duì)邊坡重建植被群落動(dòng)態(tài)進(jìn)行持續(xù)的監(jiān)測(cè)和對(duì)大量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，工程復(fù)雜，更受時(shí)間限制。尤其在我國護(hù)坡技術(shù)發(fā)展歷史不長的境況下，最早一批邊坡重建植被的恢復(fù)時(shí)間至今尚不足30年，剛進(jìn)入自然演替階段，更多的邊坡重建植被則尚處于先鋒植物階段或群落演替初級(jí)階段，研究者們還要在未來相當(dāng)長一段時(shí)間內(nèi)對(duì)這批植被群落動(dòng)態(tài)跟蹤調(diào)查方可獲得具有影響力的研究成果。但不可否認(rèn)，群落演替的研究具有巨大的發(fā)展?jié)摿蛷V闊的發(fā)展空間，吸引著人們踴躍投身探索。期待不久的將來，我國裸露邊坡重建植被群落演替研究技術(shù)日趨成熟，成果愈加豐碩，植被護(hù)坡技術(shù)愈加完善。

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Abstract： Revegetation on bare slopes has been an extensively-adopted solution worldwide to maintain the ecological niche of engineering slopes. Long-term researches are conducted to monitor the dynamics of restored flora on slopes， as a way to identify the evolution of the plant community on slopes and evaluate plant restoration practices in a scientific way. With the focus on the evolution of plant community on bare slopes， the paper comprehensively states Chinas present technical application to vegetation restoration on slopes， elaborates on the research progress on the evolving plant community on bare slopes， so as to make references to the upgrading and innovation on the vegetation revetment technology. In the end， the paper concludes with the great prosperity of the plant community evolution research on vegetation revetment.

Key words：bare slope； revegetation； community succession