渭河盆地黃土邊坡植物多樣性與植被修復(fù)工藝調(diào)查分析

宋鳳鳴，張小剛，蔣 凱，吳彩瓊，李金博

(深圳市鐵漢生態(tài)環(huán)境股份有限公司，廣東 深圳 518040)

渭河盆地黃土邊坡植物多樣性與植被修復(fù)工藝調(diào)查分析

宋鳳鳴，張小剛，蔣 凱，吳彩瓊，李金博

(深圳市鐵漢生態(tài)環(huán)境股份有限公司，廣東 深圳 518040)

黃土邊坡；植被恢復(fù)；植物多樣性；工藝措施；渭河盆地

陜西渭河盆地黃土邊坡分布較多，路塹邊坡的植被防護(hù)問(wèn)題是重點(diǎn)研究問(wèn)題之一。通過(guò)對(duì)多個(gè)邊坡樣地進(jìn)行群落植物多樣性調(diào)查，總結(jié)出渭河盆地黃土路塹邊坡植被防護(hù)較適宜的植物種為檉柳、榆樹(shù)、構(gòu)樹(shù)、扁擔(dān)桿、胡枝子、茅莓、枸杞、花椒、杠柳、鵝絨藤等鄉(xiāng)土植物。同時(shí)，對(duì)當(dāng)?shù)夭扇〉闹饕に嚧胧┘坝绊懡ㄖ踩郝涠鄻有缘母鞣N因素進(jìn)行了分析，探討了目前黃土路塹高邊坡植被恢復(fù)中存在的主要問(wèn)題，以期為黃土路塹高邊坡植被防護(hù)提供參考。

西北黃土區(qū)是我國(guó)地質(zhì)生態(tài)環(huán)境相對(duì)脆弱的區(qū)域之一，高速公路黃土邊坡防護(hù)和綠化一直是公路生態(tài)建設(shè)的重點(diǎn)。渭河盆地為陜西關(guān)中咽喉要道，人口稠密，其南緣處于沖積平原地貌與山前洪積扇堆積地貌結(jié)合部位[1]，黃土區(qū)域面積較大且大量工程緊臨黃土塬，黃土陡坡多。特殊的地形地貌、土體性質(zhì)，導(dǎo)致邊坡開(kāi)挖后黃土坡面剝落、沖刷嚴(yán)重，受自然條件及人工干擾引起的自然邊坡或工程開(kāi)挖邊坡失穩(wěn)時(shí)有發(fā)生[2]，甚至造成滑坡、崩塌破壞，嚴(yán)重危害區(qū)域生態(tài)環(huán)境安全，影響經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)穩(wěn)定[3]。為研究陜西渭河盆地黃土邊坡修復(fù)工藝與植被特點(diǎn)，我們對(duì)渭南和西安市路塹邊坡進(jìn)行了調(diào)查，旨在為后續(xù)黃土邊坡植被修復(fù)提供參考和借鑒。

1 研究區(qū)概況與研究方法

1.1 調(diào)查區(qū)域概況

調(diào)查區(qū)域?yàn)殛兾魑己优璧丶搓P(guān)中平原一帶，主要集中在渭南市和西安市。關(guān)中盆地[4]的年平均氣溫為12.0～13.6 ℃，屬四季分明的暖溫帶氣候，無(wú)霜期207 d，年降水量604 mm，降水量集中在7—9月。

1.2 調(diào)查邊坡樣方選擇

采樣點(diǎn)多集中在G5、G108國(guó)道沿線，特別是高速與國(guó)道、鐵路交會(huì)處，選擇有人為干擾痕跡的植被群落進(jìn)行調(diào)查。由于路塹邊坡修復(fù)工程往往連續(xù)十幾公里都是同一公司承包的，工藝與植物配置均相同，故只選取有代表性的典型樣方進(jìn)行調(diào)查。各調(diào)查邊坡樣地地理信息見(jiàn)表1。

1.3 調(diào)查方法

將調(diào)查區(qū)域劃分為坡面和平臺(tái)兩種立地類型，采用樣帶法對(duì)平臺(tái)植物群落進(jìn)行調(diào)查，采用典型取樣法進(jìn)行坡面植被樣方調(diào)查[5-6]。喬木樣方面積為10 m×10 m，在每個(gè)喬木樣方的4個(gè)角和中心各設(shè)置1個(gè)2 m×2 m的灌草樣方。逐個(gè)樣方進(jìn)行調(diào)查，記錄喬、灌、草、藤本各層植物種類、個(gè)體數(shù)及蓋度等[7]。

表1 調(diào)查邊坡樣地地理信息

1.4 分析計(jì)算

利用野外調(diào)查數(shù)據(jù)計(jì)算物種重要值和物種多樣性。重要值公式為

喬灌層重要值=(相對(duì)密度+相對(duì)頻度+

相對(duì)蓋度)/3×100

(1)

草本層重要值=(相對(duì)頻度+

相對(duì)蓋度)/2×100

(2)

群落物種多樣性測(cè)定采用以下指標(biāo)：Shannon-Wiener指數(shù)(H)、Simpson指數(shù)(D)和Pielou均勻度指數(shù)(E)。公式分別為

H=-∑PilnPi

(3)

(4)

E=H/Hmax

(5)

式中：Pi為第i個(gè)植物種的個(gè)體數(shù)Ni占群落中總個(gè)體數(shù)N的比例，Pi=Ni/N；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)。

2 結(jié)果與分析

2.1 各邊坡樣方修復(fù)工藝和植被恢復(fù)情況

由表2可知，各邊坡樣方坡度均在45°以上，多為黃土土質(zhì)或半土半石質(zhì)邊坡。從各樣方的坡度、類型和所選工藝來(lái)看，所選植被恢復(fù)措施基本合理?？屯羾姴ゼ夹g(shù)修復(fù)的邊坡樣地坡度均為60°以下，75°的陡坡選擇種植藤本植物或穴植苗木等植被恢復(fù)措施。所調(diào)查樣方中，以樣方1、2、3、5、8、9、10植被恢復(fù)效果較好，覆蓋度基本達(dá)到100%。從覆蓋度和物種數(shù)來(lái)看，多種工藝配合的植被恢復(fù)方式效果較好。

表2 調(diào)查邊坡樣方立地條件、修復(fù)工藝和植被恢復(fù)情況

2.2 樣方邊坡群落植物分布特征

2.2.1 樣方邊坡群落植物優(yōu)勢(shì)種頻度及重要值

各樣方優(yōu)勢(shì)種及重要值見(jiàn)表3。其中， 頻度在0.3以上的物種主要有臭椿〔Ailanthusaltissima(Mill.)

表3 樣方植物優(yōu)勢(shì)種及重要值

Swingle〕(0.4)、側(cè)柏〔Platycladusorientalis(Linn.) Franco〕(0.4)、刺槐(RobiniapseudoacaciaLinn.)(0.3)、檸條錦雞兒(CaraganakorshinskiiKom.)(0.3)、小冠花〔Securigeravaria(L.) Lassen〕(0.3)、探春(JasminumfloridumBunge)(0.3)、杠柳(PeriplocasepiumBunge)(0.4)、鵝絨藤(CynanchumchinenseR. Br.)(0.5)、鐵桿蒿(ArtemisiasacrorumLedeb. ex Hook.f.)(0.4)、短尾鐵線蓮(ClematisbrevicaudataDC.)(0.3)、茜草(RubiacordifoliaLinn.)(0.3)等。此外，頻度為0.2的紫穗槐(AmorphafruticosaLinn.)、荊條(VitexnegundoLinn.)，頻度為0.1的火炬樹(shù)(RhustyphinaLinn.)、油松(PinustabuliformisCarrière)、構(gòu)樹(shù)〔Broussonetiapapyrifera(Linn.) Vent.〕、榆樹(shù)(UlmuspumilaL.)、連翹〔Forsythiasuspensa(Thunb.) Vahl〕、爬山虎〔Parthenocissustricuspidata(Sieb. et Zucc.) Planch.〕、扶芳藤〔Euonymusfortunei(Turcz.) Hand.-Mazz.〕等也是邊坡常用植物。不少頻度較高、群落重要值較大的物種均為種子量大、容易逸生的r對(duì)策型物種，如鐵桿蒿、鵝絨藤、短尾鐵線蓮、茜草等。

2.2.2 各樣方群落物種多樣性

物種多樣性指數(shù)反映群落結(jié)構(gòu)和功能復(fù)雜性及組織化水平，可比較系統(tǒng)和清晰地表現(xiàn)各群落的一些生態(tài)習(xí)性。本研究利用反映群落多樣性高低的Shannon-Wiener指數(shù)(H)、度量群落優(yōu)勢(shì)度的Simpson指數(shù)(D)評(píng)價(jià)樣地物種多樣性。各樣方群落、喬灌木、草本的Shannon-Wiener指數(shù)見(jiàn)圖1，Simpson指數(shù)見(jiàn)圖2。

樣方1、3、5、8的群落Shannon-Wiener指數(shù)均大于1.5，且喬灌木多樣性指數(shù)高于草本層。樣方6、7的群落、喬灌木Shannon-Wiener指數(shù)較低。樣方6草本多樣性指數(shù)為0，草本層物種僅為鐵桿蒿；樣方7喬灌木多樣性指數(shù)為0，喬灌木層物種僅有刺槐，多樣性偏低。黃土土坡上單一穴植苗木的修復(fù)方式僅改變局部種植區(qū)域土壤的理化性質(zhì)、保證種植苗木成活，種植穴間隔區(qū)域仍為板結(jié)土壤，只有少數(shù)r對(duì)策植物可定植。

圖1 各樣方群落Shannon-Wiener指數(shù)

圖2 各樣方群落Simpson指數(shù)

各樣方噴播施工建成的坡面往往僅有1～2種優(yōu)勢(shì)灌木，有可能是多年生長(zhǎng)后競(jìng)爭(zhēng)的結(jié)果，亦有可能是噴播配比中本身灌木種類較少。噴播前期草灌配比不合理易導(dǎo)致草本與灌木競(jìng)爭(zhēng)，形成單一草坪，而草坪在冬季極易枯黃凍死，導(dǎo)致邊坡再次裸露。樣方4也屬于這一類情況，噴播的檸條多半被覆蓋，噴播的草本基本不復(fù)存在，但附近的鄉(xiāng)土植物如鐵桿蒿、檉柳等侵入，故仍可保持一定的覆蓋度。合適的灌草配比有利于喬、灌木為優(yōu)勢(shì)種的群落建成，配合平臺(tái)穴植則可保證較穩(wěn)定的群落效果。如樣方1、3，樣方1配置了耐陰的扶芳藤，樣方3配合穴植了側(cè)柏，在坡面增加了冬季常綠植物，景觀效果和多樣性有所提高。

周邊環(huán)境和地形、植被恢復(fù)時(shí)間對(duì)邊坡植被多樣性影響較大?；謴?fù)時(shí)間最長(zhǎng)的樣方8群落多樣性指數(shù)高，恢復(fù)效果最佳。樣方8處在隴海鐵路與G310潼關(guān)交會(huì)處，為低凹山谷地形，濕度相對(duì)較大，故侵入的鄉(xiāng)土物種較多，多樣性較高，遠(yuǎn)看其恢復(fù)效果已與自然山林無(wú)異。樣方9為樓觀臺(tái)實(shí)驗(yàn)林場(chǎng)261鄉(xiāng)道邊坡，周邊山林以落葉栓皮櫟林為主，人工干預(yù)的植被恢復(fù)措施僅僅是撒播小冠花種子，穴植石楠、郁香忍冬等，但山林的土壤種子庫(kù)本身就較為豐富，小冠花成坪后減少了水土流失，周圍自然山林的種子會(huì)陸續(xù)傳播過(guò)來(lái)，預(yù)計(jì)后期可達(dá)到封山育林區(qū)自然恢復(fù)的效果。

樣方1、2、3、5、8、10群落Simpson指數(shù)較高，樣方2、10物種數(shù)目均為6，Shannon-Wiener指數(shù)不高，但Simpson指數(shù)均大于0.7。群落Simpson指數(shù)接近的樣方，喬灌木層和草本層Simpson指數(shù)卻有較大差異，反映出群落的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)不同。樣方4為以鐵桿蒿為優(yōu)勢(shì)種的噴播退化群落，草本層群落優(yōu)勢(shì)度低，喬灌木數(shù)目少但種數(shù)為4，種群個(gè)體分配較均勻，故群落優(yōu)勢(shì)度高。樣方9同理，樣方優(yōu)勢(shì)種為小冠花，喬灌木層群落優(yōu)勢(shì)度高而草本層優(yōu)勢(shì)度低。

2.2.3 各樣方群落物種均勻度

Pielou均勻度指數(shù)(E)可反映群落中不同物種多度分布均勻程度。各樣方的群落、喬灌木、草本的均勻度指數(shù)見(jiàn)圖3。

圖3 各樣方群落均勻度指數(shù)

樣方1、2、3、5、8、10的群落、喬灌木層、草本層均勻度指數(shù)均較高，與Simpson指數(shù)規(guī)律一致。樣方10采取的是穴植紫穗槐等苗木結(jié)合播種白三葉、黑麥草的人工干預(yù)植被恢復(fù)手段，通過(guò)種植生長(zhǎng)周期長(zhǎng)、深根系的灌木苗木，播種生長(zhǎng)迅速、淺根系的草本，短期內(nèi)即可達(dá)到復(fù)綠效果，建成的群落Shannon-Wiener指數(shù)不高，但植物保存率高、多度分布均勻，Simpson指數(shù)和均勻度指數(shù)較高，且覆蓋度高，景觀效果較好。

3 小結(jié)與討論

3.1 邊坡植物種類選擇

陜西邊坡植被恢復(fù)工程應(yīng)用較多的植物主要有臭椿、側(cè)柏、刺槐、檸條錦雞兒、小冠花、探春、紫穗槐、荊條、火炬樹(shù)、油松、連翹、爬山虎、扶芳藤等，與已有研究結(jié)果基本一致[6-8]。檉柳、榆樹(shù)、構(gòu)樹(shù)、扁擔(dān)桿、胡枝子、茅莓、枸杞、花椒、杠柳、鵝絨藤等為較適用于邊坡植被修復(fù)的鄉(xiāng)土植物。檉柳、扁擔(dān)桿和杠柳為次生林常見(jiàn)種，具一定的觀賞和開(kāi)發(fā)價(jià)值。

同種邊坡植物在不同區(qū)域的耐寒表現(xiàn)不同，如：小冠花在樓觀臺(tái)實(shí)驗(yàn)林場(chǎng)附近邊坡表現(xiàn)為常綠，在渭南韓城則表現(xiàn)為地上部分枯黃凍死、地下部分存活，植株底部有嫩芽；火棘、花椒在西安可越冬，但在韓城則會(huì)表現(xiàn)出凍害。植物所處地域、地形不同，導(dǎo)致小氣候有差異，從而有不同的越冬表現(xiàn)。因此，在植物選擇上應(yīng)遵循適地適樹(shù)原則，考慮該區(qū)域氣候條件和植物的耐寒程度，選擇露地可安全越冬、耐粗放管理的植物種。

3.2 邊坡綠化工藝選擇

本次調(diào)查涉及的邊坡以黃土質(zhì)邊坡為主，治理措施包括客土噴播、種植藤本、穴植苗木等，結(jié)果表明不同的邊坡治理措施、立地條件和周邊環(huán)境對(duì)植物群落多樣性均有顯著影響。陜西邊坡植被修復(fù)工藝以穴植苗木為主，近幾年較流行的有打穴植苗法[9]、種植孔綠化技術(shù)[10]、保育基盤植苗法[11]。尤其在陜西中部以北區(qū)域，坡面或平臺(tái)穴植刺槐、臭椿、火炬樹(shù)、榆樹(shù)或油松、側(cè)柏等松柏類為應(yīng)用最廣泛的護(hù)坡方式[12-13]。這種方式的優(yōu)點(diǎn)是成活率、保存率較高，但由于坡面黃土板結(jié)，林下幾乎沒(méi)有灌草植物或僅有部分蒿類雜草侵入，因此單一穴植的方式景觀效果并不理想。同時(shí)，由于雨季黃土坡面地表徑流大，仍會(huì)造成坡面水土流失。

客土噴播適用于坡度平緩的土質(zhì)或土石混合邊坡，合適的噴播種子配比量既要考慮植物種配置和灌草比例，又需考慮施工季節(jié)、場(chǎng)地等多種因素影響[14]。種子從噴播到生長(zhǎng)成灌木周期較長(zhǎng)，在北方地區(qū)，植物生長(zhǎng)期間低溫、水分脅迫、雜草競(jìng)爭(zhēng)、種間競(jìng)爭(zhēng)、土壤鹽堿化等因素均會(huì)影響其成苗，其中低溫是難以改變或預(yù)防的。直接種植成苗既快速達(dá)到綠化效果，又可避免噴播長(zhǎng)出的小苗遭受脅迫致死，保證苗木存活率，因此穴植、噴播等多種工藝配合的植被恢復(fù)效果普遍比單一的邊坡工藝效果好。

單一撒播草種的人工治理措施最早是在陜西地區(qū)應(yīng)用的[15-16]。本次調(diào)查研究認(rèn)為，這種單一的植被恢復(fù)措施更適用于土壤種子庫(kù)本身較為豐富或有豐富植物種子來(lái)源的區(qū)域。這些區(qū)域周邊環(huán)境植物資源豐富、多樣性高，過(guò)多引入侵占性較強(qiáng)的外來(lái)種反而可能會(huì)影響土壤種子庫(kù)中鄉(xiāng)土植物的萌發(fā)和生長(zhǎng)[17]。若周邊環(huán)境無(wú)植物種源，則應(yīng)配合其他工藝措施，使邊坡植物配置兼具先鋒性、可演替性及持續(xù)穩(wěn)定性，避免后期群落退化。種植藤本植物較適用于風(fēng)化程度較低的硬質(zhì)坡面。因此，裸露邊坡生態(tài)修復(fù)應(yīng)根據(jù)坡面立地條件、周圍環(huán)境條件和擋土墻、錨桿框架梁等邊坡支護(hù)方式來(lái)綜合考慮，確定植被恢復(fù)目標(biāo)群落的類型，根據(jù)植被恢復(fù)目標(biāo)群落來(lái)確定具體的工藝和植物種[18]。

本次調(diào)查研究?jī)H從邊坡立地條件和植物群落多樣性方面進(jìn)行了分析，而陜西省土壤類型多，渭河盆地各地土壤肥力特征、鹽漬化程度差異性較大，且局部地區(qū)石油、礦產(chǎn)等資源豐富，本研究未考慮土壤因素對(duì)邊坡植物群落多樣性的影響，今后尚需進(jìn)行進(jìn)一步研究。

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S157.2

A

1000-0941(2017)12-0054-04

廣東省生態(tài)修復(fù)技術(shù)工程實(shí)驗(yàn)室建設(shè)項(xiàng)目(粵發(fā)改高技術(shù)〔2015〕162號(hào))；深圳立體綠化輕型基質(zhì)研究工程實(shí)驗(yàn)室建設(shè)項(xiàng)目(深發(fā)改〔2016〕1023號(hào))

宋鳳鳴(1988—)，女，湖南寧鄉(xiāng)市人，碩士，主要從事環(huán)境生態(tài)研究；通信作者李金博(1985—)，男，河南宜陽(yáng)縣人，工程師，博士，主要從事生態(tài)環(huán)境修復(fù)研究。

2017-04-16

(責(zé)任編輯 徐素霞)