高速公路邊坡植被恢復(fù)措施比較

張國輝，楊漢忠，宋桂鋒，劉春霞，馮志秀，魏彥強(qiáng)，王慶龍

(1.云南公投集團(tuán)公路建設(shè)有限公司，云南 昆明 650000； 2.云南恒達(dá)市政園林工程有限公司，云南 昆明 650000； 3.小磨高速公路改擴(kuò)建建設(shè)指揮部，云南 西雙版納 666100)

高速公路邊坡植被生態(tài)系統(tǒng)對邊坡防護(hù)工程的結(jié)構(gòu)、功能和效果具有十分重要的作用。生物多樣性、物種豐富度、生長勢都與生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)、能量流動、生態(tài)穩(wěn)定性密切相關(guān)[1-3]。近年來學(xué)者不斷地對邊坡生態(tài)修復(fù)中物種組成、多樣性、豐富度和群落特征進(jìn)行研究，掌握植被生長恢復(fù)過程，提升生態(tài)功能。宋鳳鳴等[4]在2017年對渭河盆地黃土邊坡植物多樣性及植被修復(fù)進(jìn)行群落生態(tài)學(xué)調(diào)查，總結(jié)了優(yōu)勢植物；劉賽等[5]在2016年對北疆引水干渠邊坡生態(tài)中植被豐富度、多樣性進(jìn)行研究；潘聲旺等[6]在2013年對成渝高速永川段邊坡綠化植物群落豐富度及生長發(fā)育進(jìn)行檢測；潘樹林等[7]在2012年對深圳鹽田港高速公路巖質(zhì)邊坡植物群落多樣性進(jìn)行調(diào)查分析。近年來，高速公路裸露坡面植被恢復(fù)多年后，植物物種豐富度、多樣性及生長規(guī)律的研究開始出現(xiàn)，而針對邊坡生態(tài)修復(fù)工程早期即初始植物群落的植物豐富度、多樣性及生長規(guī)律的研究極少。然而，高速公路邊坡植被生態(tài)系統(tǒng)的初始群落發(fā)育影響著邊坡防護(hù)工程的成效，也決定了植被恢復(fù)措施實施的成敗。從邊坡植被的物種豐富度及生長規(guī)律可以直觀地表現(xiàn)和預(yù)測邊坡防護(hù)措施的發(fā)展及結(jié)果。因此，本研究選取云南西雙版納州景洪市、勐臘縣境內(nèi)小磨高速公路K42+248-K42+566路段，邊坡防護(hù)措施實施1 a的土石混合邊坡中段作為研究對象，調(diào)查分析植物物種豐富度及優(yōu)勢植物的生長規(guī)律，分析其變化，探討各邊坡防護(hù)措施實施效果的差異，旨在為篩選出合理優(yōu)異的邊坡防護(hù)措施提供參考。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于云南西雙版納州景洪市勐臘縣境內(nèi)小磨高速公路K42+248-K42+566路段，地處北緯21°09′—22°23′、東經(jīng)101°05′—101°50′，海拔630 m左右，平均氣溫21 ℃，年均降水量1700 mm，屬北熱帶濕潤季風(fēng)氣候區(qū)。試驗區(qū)位于小磨高速公路右幅路基邊坡，為原土原石就地回填土，土壤類型屬于紅壤形成的土石混合。

2 研究材料與方法

邊坡防護(hù)工程均采用種子綠化，種子配置均采用灌、草種子(相同比例)相結(jié)合的方式，以豬屎豆(豆科，草本)、黑麥草(禾本科，草本)、銀合歡(豆科，灌木)種子為主(共占比80%)，輔助種詳見表1。3種邊坡防護(hù)措施為：播種+覆土+椰絲毯(A)、竹篾柵+表土回填播種(B)、播種+竹篾柵+泥漿(C)。實施時間為2016年2月。

選取該路段具有典型代表性的樣地，每種防護(hù)措施下劃出5 m×5 m的試驗區(qū)作為研究樣地，見表1。于2017年3月、6月、10月，采用群落生態(tài)學(xué)調(diào)查方法，在每個標(biāo)準(zhǔn)樣地內(nèi)，調(diào)查記錄每一植物種名，對所有喬灌木和草本進(jìn)行量測，記錄物種高度、株數(shù)、所屬層次及生長狀況，利用網(wǎng)格估測法測量樣地的總蓋度[8]，計算各層植物豐富度和Simpson多樣性指數(shù)，物種豐富度采用物種數(shù)占總體植物數(shù)量[7]。

表1 樣地特征概況

3 結(jié)果與分析

3.1 不同邊坡防護(hù)措施下樣地的蓋度

從表2可以看出，A處理在第2年3月時蓋度與C處理相當(dāng)，均處于較低水平，經(jīng)過半年生長季后才達(dá)到100%蓋度；而B處理在第2年3月的蓋度已經(jīng)達(dá)100%，隨著生態(tài)修復(fù)的進(jìn)行，在經(jīng)歷了7—9月雨季后，蓋度只有90%。

3.2 不同邊坡防護(hù)措施下物種Simpson多樣性指數(shù)及豐富度比較

表2 不同邊坡防護(hù)措施下樣地的蓋度

多樣性指數(shù)反映的是一個群落或生境中全部物種個體數(shù)目的分配均勻程度。從表3可以看出，3種邊坡防護(hù)措施的總體多樣性指數(shù)均較高。從絕對值可以看出B措施在經(jīng)過6月短暫的下降外，在10月回到與3月一致的均勻度；A措施在整個生長季的均勻度水平保持恒定。C措施的多樣性指數(shù)有所升高。灌木多樣性指數(shù)可以看出，A措施在3個時間點的多樣性指數(shù)均處于較低水平；而B措施在3個時間點植物的均勻度均處于較高水平，B措施在經(jīng)歷1個生長季后灌木分布均勻程度有所下降；C措施的灌木分布均勻度較為恒定。草本多樣性指數(shù)可以看出，3種處理措施都有較高的分布均勻度，且隨著生長季的持續(xù)，分布均勻度有所提高。

表3 植物群落灌木和草本Simpson多樣性指數(shù)

物種豐富度即物種的數(shù)目，是生態(tài)學(xué)中常見的反應(yīng)植物多樣性的指標(biāo)。通過表4可以看出，3種邊坡防護(hù)措施中，B措施只有1種灌木，A、C 2種措施有2種灌木，且A措施中灌木數(shù)量比B、C措施多；B措施草本植物的數(shù)量大于C措施，A措施中草本數(shù)量最少。從總體上看，3月B措施的植物數(shù)量最大，6月達(dá)到高峰，7—9月雨季過后，植物數(shù)量下降嚴(yán)重，結(jié)合現(xiàn)場勘查來看，邊坡穩(wěn)固性較差，護(hù)坡土壤和植物流失較大；A、C 2種措施的植被穩(wěn)定性較好，并沒有明顯的增減。

表4 植物群落灌木、草本豐富度指數(shù)

3.3 不同邊坡防護(hù)措施下優(yōu)勢植物生長狀況

圖1 3種優(yōu)勢植物苗高情況

通過基礎(chǔ)數(shù)據(jù)可以得出3種防護(hù)措施的優(yōu)勢植物為豬屎豆、黑麥草、銀合歡。

通過圖1可以看出，A措施的豬屎豆具有很強(qiáng)的生長勢，3—6月之間生長較為緩和，6—10月之間經(jīng)歷雨季后苗高實現(xiàn)較大的增長幅度。B措施苗高在整個生長季的增長較為均勻。對整個生長季苗高增長量做方差分析和多重比較，可以看出，豬屎豆在3種邊坡防護(hù)措施下生長勢不一致，表現(xiàn)為A>B>C，說明豬屎豆在播種+覆土+椰絲毯防護(hù)措施下，生長勢更好，適應(yīng)性優(yōu)于其它2種防護(hù)措施。

從黑麥草的苗高增長情況可以看出，B措施的增長量最大，其次為C措施。A措施的黑麥草在3月高于其它措施，而整個生長季的苗高增長量卻是最低的，B措施則正好相反。說明黑麥草在各邊坡防護(hù)措施的生長適應(yīng)性順序為：B>C>A。

從銀合歡的苗高增長情況來看，整個生長季，3種防護(hù)措施均有大幅增長。結(jié)合表5多重比較的結(jié)果可以看出，銀合歡生長量對比為A>B、C，即銀合歡在各邊坡防護(hù)措施的生長適應(yīng)性順序為：A>B、C。

表5 優(yōu)勢植物苗高的增長量多重比較結(jié)果

*：α=0.05，3種措施均只做單因素方差分析及多重比較。

整體來看，3種邊坡防護(hù)措施中，豬屎豆和黑麥草在3月份的生長勢相差不大，整個生長季中，豬屎豆的苗高增長量均大于黑麥草。銀合歡相比較其它2種草本植物來說生長勢較為平穩(wěn)。

4 結(jié)論與討論

3種邊坡防護(hù)措施的植物總體多樣性指數(shù)均較高。A措施的灌木多樣性指數(shù)在整個生長季處于較低水平；而B措施具有較高水平的多樣性指數(shù)；C措施的灌木多樣性較為恒定。3種措施的草本多樣性指數(shù)都較高，且隨著生長季的持續(xù)，分布均勻度有所提高。3種邊坡防護(hù)措施中，灌木豐富度和數(shù)量的順序依次為A>C>B。結(jié)合現(xiàn)場勘查來看，B措施在整個雨季的土壤和植被流失較大，因此B處理邊坡穩(wěn)固性較差；A、C 2種措施的植被穩(wěn)定性較好，數(shù)量較為穩(wěn)定。這說明，在邊坡防護(hù)措施實施后的自然恢復(fù)初期，灌木的豐富度和數(shù)量決定了邊坡防護(hù)措施的穩(wěn)定性和持久性。

通過基礎(chǔ)數(shù)據(jù)可以得出3種防護(hù)措施的優(yōu)勢植物為豬屎豆、黑麥草、銀合歡。豬屎豆在3種邊坡防護(hù)措施下生長勢不一致，表現(xiàn)為A>B>C，說明豬屎豆在A措施中適應(yīng)性優(yōu)于其它2種防護(hù)措施。黑麥草在各邊坡防護(hù)措施的生長適應(yīng)性順序為：B>C>A。銀合歡在各邊坡防護(hù)措施的生長適應(yīng)性順序為：A>B、C。整個生長季中，豬屎豆的苗高增長量均大于黑麥草。銀合歡相比較其它2種草本植物來說生長勢較為平穩(wěn)。從整個生長季蓋度來看，3種邊坡防護(hù)措施在實際應(yīng)用中均可以達(dá)到較好地防護(hù)裸露坡面的效果，從各植物群落經(jīng)歷雨季的表現(xiàn)來看，A、C措施更好地防止了水土流失，具有較好的邊坡穩(wěn)固性能。

通過分析3種生態(tài)修復(fù)措施的灌木豐富度和數(shù)量，同時結(jié)合蓋度及優(yōu)勢植物生長勢，結(jié)果顯示，A生態(tài)修復(fù)措施是最佳方式。