黔東南國(guó)省干道公路邊坡自然恢復(fù)植物群落物種多樣性研究

祝小科　黃艷斌　禹丹云　劉健宇

摘 要：本文選擇黔東南S308和S311省道的3種不同邊坡類型，采用樣帶相鄰格子法進(jìn)行調(diào)查，分析自然恢復(fù)群落的種類組成、重要值、豐富度、多樣性指數(shù)和均勻度。結(jié)果表明：（1）國(guó)省干線公路建設(shè)中形成的裸露邊坡，在3～7年以后開始逐漸自然恢復(fù)植被，3種不同邊坡類型自然恢復(fù)植物種共有24科29屬30種;其中S308土夾石邊坡、S311石質(zhì)邊坡和S311土質(zhì)邊坡恢復(fù)的植物科、種分別為16科18種、17科22種和5科5種;（2）邊坡早期自然恢復(fù)的喬、灌、草優(yōu)勢(shì)植物種主要有馬尾松（ Pinus massoniana ）、光皮樺（ Betula lumunifera ）、鹽膚木（ Rhus chinensis ）、杉木（ Cunninghamia lanceolata ）、醉魚草（ Buddleja lindleyana ）、小果南燭（ Lyonia ovalifolia ）、杜鵑（ Rhododendron simsii ）、胡枝子（ Lespedeza bicolor ）及五節(jié)芒（ Miscanthus floridulus ）、鐵芒箕（ Dicranopteris linearis ）;（3）不同邊坡類型自然恢復(fù)植物群落的豐富度、物種多樣性指數(shù)、優(yōu)勢(shì)度指數(shù)和均勻度指數(shù)存在一定差異，其中豐富度指數(shù)大小依次為石質(zhì)邊坡>土夾石邊坡>土質(zhì)邊坡;物種多樣性指數(shù)、優(yōu)勢(shì)度指數(shù)和均勻度指數(shù)大小依次為土夾石邊坡>石質(zhì)邊坡>土質(zhì)邊坡。喬、灌、草植物的豐富度指數(shù)、多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)也存在差異。

關(guān)鍵詞：國(guó)省干道公路邊坡;自然恢復(fù)植物群落;物種多樣性

中圖分類號(hào)：Q145+.2

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1008-0457（2019）04-0029-06 國(guó)際DOI編碼：10.15958/j.cnki.sdnyswxb.2019.04.006

Study on Plant Species Diversity of Natural Restoration Community on Slopes of National and Provincial Trunk Road in Southeast of Guizhou Province

ZHU Xiao-ke1，HUANG Yan-bin1，YU Dan-yun1*，LIU Jian-yu2

（1.Forestry College of Guizhou University，Guiyang，Guizhou 550025，China; 2.Kaili Road Administration bureau of Guizhou Province，Kaili，Guizhou 550025，China）

Abstract：This paper choosed three different slopes of provincial trunk road Qiandongnan S308 and S311，using the sample strip adjacent lattice method to surveyed and analyzed the species composition，importance value，richness，diversity index and evenness of natural restoration communities. The results showed that the bare side slopes of trunk road restored the vegetation naturally and gradually after 3-7years. Those plants involved 24 families，29 genera，and 30 species. The plant families and species on soil and stone slope of S 308，stone slope of S311 and soil slope of S311 were 16 and 18，17 and 22，and 5 and 5，respectively. Advantageous plants during early natural recovery stage mainly included ?Pinus massoniana，Betula lumunifera，Rhus chinensis，Cunninghamia lanceolata，Buddleja lindleyana，Lyonia ovalifolia，Rhododendron simsii，Lespedeza bicolor，Miscanthus floridulus and Dicranoperis linearis. ?There were certain differences in the richness，species diversity，evenness of natural restoration plant community of different slope types，among which the ranking for richness was as follows： the stone slope>the soil and stone slope >the soil slope. The species diversity and the evenness followed a ranking： soil and stone slope >stone slope >soil slope. The vegetation of trees，bush and grass among different slope types had different richness，diversity and evenness.

Key words：side slopes of national and provincial trunk road; natural restoration plant community; species diversity

根據(jù)貴州省交通運(yùn)輸發(fā)展形勢(shì)，目前已縣縣通高速，今后一段時(shí)期，貴州省交通基礎(chǔ)設(shè)施投資重點(diǎn)將由高速公路轉(zhuǎn)向國(guó)省干道公路。到2020年，適應(yīng)黔東南州經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的現(xiàn)代綜合交通運(yùn)輸體系基本形成，全州境內(nèi)高速公路網(wǎng)基本建成，現(xiàn)有國(guó)道、省道二級(jí)及以上公路的比重將分別達(dá)到100%、80%，由此可見黔東南州普通國(guó)省干道公路已迎來建設(shè)高峰時(shí)期。

但是，國(guó)省干道公路的大規(guī)模建設(shè)過程中形成了大量的公路邊坡，由于黔東南州區(qū)域內(nèi)地質(zhì)環(huán)境條件復(fù)雜，山高坡陡，在國(guó)省干道公路改造過程中形成的邊坡坡面組成物質(zhì)結(jié)構(gòu)松散，邊坡穩(wěn)定性差，常常因降雨造成滑坡、崩塌等地質(zhì)災(zāi)害，其中以小規(guī)模的滑坡地質(zhì)災(zāi)害較為頻繁。單一采取工程防護(hù)措施不僅投資巨大，且有時(shí)防護(hù)效果有限。采取人工植物生態(tài)護(hù)坡措施可一定程度上穩(wěn)固邊坡，符合工程投資實(shí)際，并具有綠化、美化的生態(tài)效果，而要采用植物護(hù)坡，植物選擇是關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。

植被恢復(fù)過程中的物種多樣性是描述其群落結(jié)構(gòu)和功能復(fù)雜性的度量指標(biāo)，物種多樣性不僅反映一個(gè)群落中物種的豐富度或均勻度，還反映了植物群落在組成、結(jié)構(gòu)、功能和動(dòng)態(tài)等方面的異質(zhì)性[1-2]。高速公路邊坡植被恢復(fù)效果表明，增加邊坡植物的多樣性可明顯提高邊坡植物群落覆蓋度、穩(wěn)定性和抗逆性，使邊坡形成的群落更穩(wěn)定[3-5]，還可提高公路沿線綠化美化效果[6]。目前，有許多學(xué)者對(duì)高速公路邊坡恢復(fù)的植物群落物種組成及多樣性進(jìn)行了研究，如嚴(yán)慧玲等[7]對(duì)河北邢汾高速邊坡沿線植物群落物種組成與重要值進(jìn)行了分析，陳敬賢[8]分析比較了延慶山區(qū)公路邊坡人工恢復(fù)和自然恢復(fù)植物群落不同層次物種多樣性特征，曹娓等[9]對(duì)高速公路邊坡植物群落狀態(tài)進(jìn)行評(píng)價(jià)。但對(duì)國(guó)省干線公路邊坡自然恢復(fù)群落物種多樣性研究較少，因此，研究黔東南國(guó)省干線公路邊坡自然恢復(fù)植物群落物種的組成及多樣性具有重要現(xiàn)實(shí)意義，可為黔東南國(guó)省干線公路邊坡采取人工措施恢復(fù)植被及植物種篩選提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)及研究邊坡概況

研究區(qū)位于貴州黔東南州東南部區(qū)域，地形地貌為低中山和低山，海拔500～1000 m，地形起伏較大，山高坡陡。巖石主要由碎屑巖組成，巖性主要有板巖、砂巖、頁巖、變余砂巖。土壤主要以黃壤為主。屬中亞熱帶季風(fēng)濕潤(rùn)氣候區(qū)，具有冬無嚴(yán)寒，夏無酷暑，雨熱同季的特點(diǎn)。年平均氣溫14～18℃，降雨量1000～1500 mm，相對(duì)濕度為78%～84%。

本研究選擇黔東南S308和S311省道的茅貢村、天培村和新臺(tái)村3個(gè)邊坡自然恢復(fù)的植物群落作為研究對(duì)象。其中，S308茅貢邊坡為土夾石邊坡，坡度在45°至60°之間，主要由石塊和碎石組成，土石疏松。S311天培邊坡為石質(zhì)邊坡，S311新臺(tái)邊坡為土質(zhì)邊坡，坡度在50°至75°之間，石質(zhì)邊坡巖性主要是板巖，土質(zhì)邊坡的土壤為母質(zhì)土，兩者屬于相對(duì)穩(wěn)定型邊坡。3個(gè)邊坡基本情況見表1。

1.2 研究方法

在所選擇的3個(gè)邊坡坡面上，采用樣帶相鄰格子法對(duì)邊坡自然恢復(fù)的植物群落進(jìn)行調(diào)查，按相鄰格子法設(shè)置調(diào)查樣方，樣方面積為1 m×1 m，調(diào)查樣方內(nèi)自然恢復(fù)喬、灌木的種類、數(shù)量、地徑、高度和蓋度;草本植物調(diào)查種類、平均高和蓋度。其中S308茅貢邊坡樣方數(shù)量40個(gè)，S311天培邊坡和S311新臺(tái)邊坡樣方數(shù)量各20個(gè)。根據(jù)樣方調(diào)查數(shù)據(jù)，計(jì)算分析植物種的重要值、豐富度、多樣性指數(shù)和均勻度等指標(biāo)。

（1）重要值（IV）

重要值是表示某個(gè)種在群落中的地位和作用的綜合數(shù)量指標(biāo)，計(jì)算公式為：

喬灌木重要值=（相對(duì)密度+相對(duì)頻度+相對(duì)優(yōu)勢(shì)度）/3

草本植物重要值=（相對(duì)蓋度+相對(duì)高度）/2

上式中：相對(duì)密度=某個(gè)種的個(gè)體數(shù)/所有種的個(gè)體數(shù)之和×100%;

相對(duì)優(yōu)勢(shì)度=某個(gè)種的基面積之和/全部種的基面積之和×100%;

相對(duì)頻度=某個(gè)種的頻度/所有種的頻度之和×100%;

相對(duì)顯著度=某個(gè)種的地徑斷面積/所有種的地徑斷面積×100%;

相對(duì)高度=某個(gè)種的平均高度/所有種的平均高度之和×100%。

相對(duì)蓋度=某個(gè)種的蓋度/所有種的蓋度之和×100%;

（2）多樣性的計(jì)算方法與公式[10-12]

本研究選取物種豐富度（S）、Simpson指數(shù)（D）、Shannon-weiner指數(shù)（H）和Pielou均勻度指數(shù)（J）表示自然恢復(fù)植物群落的多樣性指標(biāo)。

①物種豐富度

S= 出現(xiàn)在調(diào)查樣方中的物種數(shù)目

②Simpson指數(shù)（D）

D=1-∑si=1Pi2

③Shannon-wiener指數(shù)（H）

H=-∑si=1Pi2 ln Pi

④Pielou均勻度指數(shù)（J）

J=H/ ln S

以上公式中， Pi2 為樣地中各物種的重要值的比值，即 Pi2=ni/N，ni 的重要值， N 為總重要值， S 為物種豐富度，即出現(xiàn)在調(diào)查樣方中的物種數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 邊坡自然恢復(fù)群落植物種組成

不同邊坡類型自然恢復(fù)植物種調(diào)查結(jié)果見表2和表3。

調(diào)查結(jié)果表明：三種邊坡類型自然恢復(fù)的植物共有24科29屬30種植物。其中：S308土夾石邊坡植被恢復(fù)時(shí)間為7年，共有植物16科，18種植物;植物種數(shù)在2種（含2種）以上的有杜鵑花科和禾本科，其他16科只含有一種植物。恢復(fù)植物以喬木種類居多，所占比例為38.89%;灌木次之，比例為33.33%;草本植物最少，比例為27.78%。出現(xiàn)頻率較高的喬木種類有馬尾松（ Pinus massoniana ）、光皮樺（ Betula lumunifera ）和鹽膚木（ Rhus chinensis ）;灌木有醉魚草（ Buddleja lindleyana ）和杜鵑（ Rhododendron simsii ）;草本植物有鐵芒箕（ Dicranopteris linearis ）、五節(jié)芒（ Miscanthus floridulus ）和白茅（ Imperata cylindrica ）。

S311石質(zhì)邊坡植被恢復(fù)時(shí)間為7年，共有植物17科，22種植物;植物種數(shù)在2種（含2種）以上的有金縷梅科、豆科、禾本科和菊科，其他13科只含有一種植物?；謴?fù)植物種類以喬木種類和草本植物最多，所占比例均為45.45%;灌木種類最少，所占比例為9.09%。出現(xiàn)頻率較高的喬木種類有光皮樺（ B.lumunifera ）和杉木（ Cunninghamia lanceolata ），灌木類有胡枝子（ Lespedeza bicolor ），草本植物有五節(jié)芒（ M.floridulus ）、艾草（ Artemisia argyi ）和青蒿（ Artemisia carvifolia ）。

S311土質(zhì)邊坡植被恢復(fù)時(shí)間較短為3年，共有植物5科5種，該邊坡土壤為酸性黃壤，邊坡周圍有馬尾松（ P.massoniana ）母樹，適宜馬尾松天然下種更新，優(yōu)勢(shì)種和建群種為馬尾松，無灌木植物，草本植物也較少。

以上調(diào)查結(jié)果表明黔東南國(guó)省干線公路建設(shè)中形成的裸露邊坡，在3～7年以后植被開始逐漸自然恢復(fù)，早期自然恢復(fù)的鄉(xiāng)土植物種類主要有馬尾松（ P.massoniana ）、光皮樺（ B.lumunifera ）、鹽膚木（ R.chinensis ）、杉木（ C.lanceolata ）、醉魚草（ B.lindleyana ）、小果南燭（ Lyonia ovalifolia ）、杜鵑（ R.simsii ）和胡枝子（ L.bicolor ）等喬灌木樹種。不同邊坡類型和不同恢復(fù)時(shí)間，自然恢復(fù)植物種類存在一定差異。

2.2 邊坡自然恢復(fù)植物種重要值

重要值是用來表示植物種在群落中的地位和作用的綜合數(shù)量指標(biāo)，能夠確定群落中優(yōu)勢(shì)種。不同邊坡類型喬木類、灌木類和草本植物重要值計(jì)算結(jié)果見表4、表5和表6。

由表4看出：?jiǎn)棠痉N平均重要值大小順序依次為：馬尾松>光皮樺>鹽膚木>杉木>毛桐>木姜子>楓香>麻櫟>樸樹>檵木>楓楊>青桐。其中馬尾松、光皮樺和杉木在三種邊坡類型中都存在，且重要值大。三種邊坡類型中，土夾石邊坡喬木種重要值排在前五位分別是馬尾松>光皮樺>鹽膚木>杉木>毛桐;石質(zhì)邊坡喬木種重要值排在前五位分別是光皮樺>馬尾松>杉木>鹽膚木>毛桐;土質(zhì)邊坡中恢復(fù)的喬木種類較少，僅有3種，以馬尾松占明顯優(yōu)勢(shì)。這一結(jié)果表明，這些植物種能夠適應(yīng)石礫含量高、干旱及土壤瘠薄的邊坡生境，是邊坡自然恢復(fù)群落的先鋒種和優(yōu)勢(shì)種。因此，在對(duì)公路邊坡采取人工恢復(fù)植被時(shí)，可優(yōu)先選擇這些鄉(xiāng)土喬木樹種。

表5結(jié)果顯示，邊坡自然恢復(fù)的灌木種類受邊坡類型影響較大。土夾石邊坡自然恢復(fù)的灌木種類最多，重要值大小順序依次為醉魚草>小果南燭>油茶>杜鵑>黃毛楤木>迎春花;石質(zhì)邊坡自然恢復(fù)的灌木僅有兩種植物，即胡枝子和山螞蝗，其中以胡枝子生長(zhǎng)為最佳;而土質(zhì)邊坡是新開挖邊坡，且邊坡周圍馬尾松天然下種能力強(qiáng)，更新的馬尾松幼苗占據(jù)了大部分坡面，不利于灌木類生長(zhǎng)，無灌木種出現(xiàn)。由于黔東南國(guó)省干線邊坡類型主要為土夾石邊坡和石質(zhì)邊坡，因此，在對(duì)公路邊坡采取人工恢復(fù)植被時(shí)，可選擇醉魚草、小果南燭、油茶、杜鵑和胡枝子等灌木種類植物。

由表6看出：草本植物平均重要值大小順序依次為：五節(jié)芒>茅草>鐵芒箕>烏蕨>飛蓬草>仙茅>天名精>仙人草>蜈蚣蕨>青蒿。其中五節(jié)芒、鐵芒箕在三種邊坡類型中都存在，且重要值大，說明這兩種草本植物受邊坡類型影響最少，生長(zhǎng)最佳，為優(yōu)勢(shì)草本植物。石質(zhì)邊坡和土夾石邊坡自然恢復(fù)草本植物多，且石質(zhì)邊坡較土夾石邊坡多，這是因?yàn)樵谕翃A石邊坡上自然恢復(fù)的灌木較石質(zhì)邊坡多，占據(jù)多數(shù)空間環(huán)境，搶占了草本植物的生存空間，故恢復(fù)的草本植物相對(duì)較少。而在土質(zhì)邊坡上，喬木類馬尾松占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，覆蓋度大，影響了灌草植物的生長(zhǎng)，只有五節(jié)芒和鐵芒箕兩種草本植物出現(xiàn)。

2.3 邊坡自然恢復(fù)群落物種多樣性

根據(jù)3種邊坡類型調(diào)查數(shù)據(jù)，計(jì)算自然恢復(fù)群落及其喬、灌、草的豐富度、多樣性指數(shù)、優(yōu)勢(shì)度指數(shù)和均勻度指數(shù)（見表7），調(diào)查結(jié)果表明：

（1）不同邊坡類型自然恢復(fù)植物群落及其喬、灌、草物種的豐富度均存在差異。群落豐富度指數(shù)大小依次為石質(zhì)邊坡>土夾石邊坡>土質(zhì)邊坡;喬木豐富度為石質(zhì)邊坡>土夾石邊坡>土質(zhì)邊坡;灌木豐富度為土夾石邊坡>石質(zhì)邊坡;草本豐富度為石質(zhì)邊坡>土夾石邊坡>土質(zhì)邊坡。總體看石質(zhì)邊坡和土夾石邊坡自然恢復(fù)群落的喬、灌、草豐富度較高，土質(zhì)邊坡由于恢復(fù)時(shí)間較短（3年），且恢復(fù)的優(yōu)勢(shì)種主要為馬尾松，導(dǎo)致豐富度較低。

（2）不同邊坡類型自然恢復(fù)植物群落的Shannon-weiner指數(shù)、Simpson指數(shù)和Pielou均勻度指數(shù)變化趨勢(shì)一致，為土夾石邊坡>石質(zhì)邊坡>土質(zhì)邊坡。

（3）不同邊坡類型中喬木和草本植物的Shannon-weiner指數(shù)、Simpson指數(shù)和Pielou均勻度指數(shù)均是石質(zhì)邊坡>土夾石邊坡>土質(zhì)邊坡;灌木則是土夾石邊坡>石質(zhì)邊坡，土質(zhì)邊坡無灌木出現(xiàn)。

以上結(jié)果說明，盡管土夾石邊坡和石質(zhì)邊坡生境條件差，但由于該區(qū)域水熱條件較好，且邊坡周圍存在植物種源，隨著時(shí)間推移及自然演替進(jìn)程，一些適應(yīng)性強(qiáng)的鄉(xiāng)土植物種侵入，自然恢復(fù)的物種豐富度和物種多樣性仍較高，植株分布均勻，垂直結(jié)構(gòu)合理，喬灌草的生長(zhǎng)效果較好。

3 結(jié)論與討論

黔東南國(guó)省干道公路建設(shè)中形成的不同類型裸露邊坡，隨著時(shí)間推移及自然演替進(jìn)程，各種邊坡類型能自然恢復(fù)形成具有一定種類組成、結(jié)構(gòu)和外貌特征的植物群落，在一定程度上可起到生態(tài)護(hù)坡的效果。因此，在對(duì)黔東南國(guó)省干道公路邊坡進(jìn)行生態(tài)修復(fù)時(shí)，可采用人工恢復(fù)與自然恢復(fù)相結(jié)合的方法恢復(fù)邊坡植被，若自然恢復(fù)植被的植物種類單一，可采用人工種植喬灌木苗木或人工撒播、點(diǎn)播喬灌種子增加恢復(fù)植被的種類組成，加快植被恢復(fù)。

不同邊坡類型在3～7年以后開始逐漸自然恢復(fù)植被，3種不同邊坡類型自然恢復(fù)植物種共有24科29屬30種。出現(xiàn)頻率較高的植物種有馬尾松、光皮樺、鹽膚木、杉木、醉魚草、小果南燭、杜鵑、胡枝子、油茶、五節(jié)芒和鐵芒萁等，其在群落中形成一定的優(yōu)勢(shì)，表明這些鄉(xiāng)土植物具有較強(qiáng)的適應(yīng)性。由此提示出在對(duì)公路邊坡采取人工措施恢復(fù)邊坡植被，進(jìn)行植物生態(tài)護(hù)坡選擇植物時(shí)，應(yīng)選擇適應(yīng)當(dāng)?shù)貐^(qū)域環(huán)境條件、耐干旱瘠薄的植物，以本土植物為主，可以形成穩(wěn)定的植物群落，達(dá)到植被恢復(fù)、固土護(hù)坡目的。

不同邊坡類型自然恢復(fù)植物群落的豐富度、物種多樣性指數(shù)、優(yōu)勢(shì)度指數(shù)和均勻度指數(shù)存在差異，其中豐富度指數(shù)大小依次為石質(zhì)邊坡>土夾石邊坡>土質(zhì)邊坡，物種多樣性指數(shù)、優(yōu)勢(shì)度指數(shù)和均勻度指數(shù)大小依次為土夾石邊坡>石質(zhì)邊坡>土質(zhì)邊坡;喬、灌、草植物的豐富度指數(shù)、多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)也存在差異;這是由于各種邊坡類型植物生長(zhǎng)環(huán)境及恢復(fù)時(shí)間不同所致，也反映出不同邊坡類型自然恢復(fù)群落的植物組成、結(jié)構(gòu)和功能的異質(zhì)性。由此揭示出在對(duì)邊坡進(jìn)行植物生態(tài)防護(hù)，要根據(jù)不同邊坡類型特點(diǎn)，合理配置植物，以灌木為主，喬、灌、草、藤、花結(jié)合，構(gòu)建喬、灌、草組成的復(fù)層結(jié)構(gòu)植物群落，提高植物群落的物種多樣性及穩(wěn)定性，才能更好發(fā)揮植物生態(tài)護(hù)坡和景觀美化的作用。

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