渾善達(dá)克沙地公路取土場(chǎng)邊坡不同植被恢復(fù)模式效果評(píng)價(jià)

張琳琳 張艷 吳林川 高飛

摘要：以渾善達(dá)克沙地公路取上場(chǎng)邊坡為研究時(shí)象，研究了其已經(jīng)采取的不同植被恢復(fù)模式實(shí)施6 a后人工植被恢復(fù)效果及群落自然植被多樣性恢復(fù)效果，并對(duì)比分析了其與原狀坡面植被的差異。結(jié)果表明：取土場(chǎng)邊坡3種主要植被恢復(fù)模式下人工植被空間特征及群落自然恢復(fù)物種多樣性均存在明顯差異。

關(guān)鍵詞：渾善達(dá)克沙地;不同植被恢復(fù)模式;植被群落特征

中圖分類號(hào)：Q948.15 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-9944（2019）22-0013-05

1 引言

由于氣候和歷史的原因，內(nèi)蒙古干草原區(qū)分布有大面積的沙地[1]，干草原沙地區(qū)氣候干燥，草層郁閉性差，物種成分單一，土壤水肥能力低，因此在該區(qū)進(jìn)行人為活動(dòng)極易對(duì)生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生嚴(yán)重影響，引起草地沙漠化[2～4]。近年來，大規(guī)模的草原公路建設(shè)對(duì)干草原沙地區(qū)植被造成嚴(yán)重的破壞，植被破壞后表土裸露，形成風(fēng)蝕粒子，強(qiáng)風(fēng)作用下形成沙害，影響公路的正常運(yùn)行及區(qū)域的生態(tài)環(huán)境。如何科學(xué)合理地對(duì)植被破壞區(qū)域進(jìn)行植被恢復(fù)是干草原沙地區(qū)生態(tài)環(huán)境恢復(fù)建設(shè)的重要內(nèi)容。目前，國內(nèi)對(duì)于干草原沙地生態(tài)恢復(fù)的治理研究多集中于治沙措施、治沙效果[5，6]、治理當(dāng)時(shí)的植被成活狀況[7，8]等，針對(duì)破壞生境恢復(fù)若干年后的人工植被生長狀況及群落自然恢復(fù)植被的多樣性特征研究相對(duì)較少。人工植被生長狀況及群落自然恢復(fù)植被的多樣性特征是破壞生境綠化效果及適應(yīng)環(huán)境的重要體現(xiàn)，研究干草原沙地區(qū)域不同植物措施采取若干年后群落恢復(fù)效果對(duì)于恢復(fù)和保護(hù)沙地植被、指導(dǎo)干草原區(qū)沙地施工過程中裸露邊坡植被恢復(fù)技術(shù)設(shè)計(jì)、調(diào)控植被演替和預(yù)期植被恢復(fù)效果等具有重要意義。

本文選取的研究對(duì)象為207國道修建過程中位于渾善達(dá)克沙地腹地的不同取土場(chǎng)邊坡，公路施工期間取土形成坡高2～3m，坡度25～30°。的裸露坡面，其原有植被體及繁殖體統(tǒng)統(tǒng)被取走，原生植被生態(tài)系統(tǒng)被破壞，加大了沙地流動(dòng)性，為公路埋下風(fēng)沙隱患，施工結(jié)束后施工單位于 2006年對(duì)其進(jìn)行了治理，主要治理模式為：低立式蘆葦沙障+樟子松（Pinus sylvestris var.mongolicaLitv）造林（蘆葦沙障設(shè)為菱形，規(guī)格為1.0m×2.5m，障高20cm，孔隙度為50%，障內(nèi)栽植4a生樟子松土坨苗，株行距3.0m×3.0m）;活沙柳（Salixcheilophila）沙障+楊柴（Hedysarumfruticosum var.mongolicumTurcz）造林（活沙柳沙障為方格形，規(guī)格為1.0m×1.0m，障高50cm，孔隙度為70%，沙障內(nèi)種楊柴，每格一株）;活沙柳沙障十檸條（Caragana Korshin-skii Kom）造林（活沙柳沙障為方格形，規(guī)格為1.0m×1.0m，障高為50cm，孔隙度為70%，沙障內(nèi)種植檸條，每格一株）。本文就其已經(jīng)采取的主要植被恢復(fù)模式植被恢復(fù)效果進(jìn)行調(diào)查與評(píng)價(jià)，為進(jìn)一步開展公路生態(tài)修復(fù)技術(shù)的開發(fā)研究提供參考。

2 研究區(qū)概況及實(shí)驗(yàn)方法

2.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于錫林郭勒草原南部，207國道沿線的渾善達(dá)克沙地腹地（41°46′～43°48′N，114°55′～116°38′E），海拔1349～1389m。屬溫帶半干旱大陸性氣候，年平均氣溫1.3℃，年均降水量為313.8mm，年均蒸發(fā)量1722.5mm，年均風(fēng)速4～5m/s，主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)槠憋L(fēng)。土壤為栗鈣土。研究區(qū)植被屬于典型草原植被類型，具有特有的沙生植被，菊科、藜科及禾本科植物是本區(qū)的優(yōu)勢(shì)物種，包括沙篙（Artemisia desterorumSpreng）、五星篙（Bassiadasy phylla）、細(xì)葉苔草（Carexrigescens）、狗尾草（Setairaviridis（L.）Beauv）等，同時(shí)分布有沙地榆、小葉錦雞兒等沙生植被。

2.2 研究方法

本研究對(duì)施工單位采取的3種主要植被恢復(fù)措施實(shí)施6a后植被恢復(fù)效果進(jìn)行樣方調(diào)查，對(duì)比分析三種植被恢復(fù)措施實(shí)施后人工植被長勢(shì)及所形成群落內(nèi)的自然恢復(fù)植被物種多樣性差異，探討不同植被配置模式下群落物種變化及群落穩(wěn)定性變化。

根據(jù)研究區(qū)邊坡類型及植被治理方式選取坡向相同，坡度、高差相似，距離相近的樟子松林、楊柴林、檸條林3種典型群落及對(duì)照群落（類型相同，距離相近但未進(jìn)行地表取土的自然群落）于2012年7～8月進(jìn)行樣方調(diào)查，每種類型群落設(shè)置2個(gè)喬木樣方，4個(gè)灌木樣方、30個(gè)草本樣方，以典型抽樣的方法進(jìn)行樣方布設(shè)。樣方規(guī)格為草本1m×1m、灌木5m×5m、喬木10m×10m。喬木調(diào)查主要內(nèi)容包括：分布位置、高度、地莖、冠幅、閉郁度、生長量;灌木調(diào)查內(nèi)容包括：分布位置、高度、蓋度、冠幅、地莖、生長量;草本調(diào)查包括植被種類、數(shù)量、分蓋度（種蓋度）、總蓋度（群落蓋度）。

群落類型以優(yōu)勢(shì)種法進(jìn)行劃分，優(yōu)勢(shì)種根據(jù)植物的重要值大小確定，重要值之和超過群落所有物種重要值總和的50%時(shí)的前排物種為優(yōu)勢(shì)種[9]。

2.3 數(shù)據(jù)處理

2.3.1 重要值

重要值（I.V.）=相對(duì)密度+相對(duì)頻度+相對(duì)優(yōu)勢(shì)度（相對(duì)基蓋度）（1）

2.3.2 群落多樣性指數(shù)

植物群落豐富度Margalef' s指數(shù)（O）=（S-1）/lnN（2）

植物群落均勻度指數(shù)Pielou' s指數(shù)（J）J=H/lnS

（5）

式（2）～（5）中，S為植物種總數(shù);N為全部植物種個(gè)體數(shù)總和，P_i為第i種植物的個(gè)體數(shù)占全部植物個(gè)體數(shù)的百分比[10]。

應(yīng)用SPSS17.0和Eexcel軟件完成數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計(jì)分析。

3 結(jié)果與分析

3.1 人工植被綠化效果分析

植被恢復(fù)措施的目的是促進(jìn)項(xiàng)目區(qū)坡面綠化，植被栽植后的綠化效果體現(xiàn)在植被生長狀況及植被覆蓋率上[11]。研究區(qū)域人工栽植樟子松、楊柴及檸條，人工植被經(jīng)過6a的生長發(fā)生較大的變化。

（1）栽植樟子松的沙障內(nèi)植物以樟子松為主，基本無灌木層，其最高植株2.84m，最低植株0.8m，平均高度1.5m，平均生長高度0.9m，冠幅最大值1.21m，冠幅均值0.42m，樣地內(nèi)喬木林閉郁度35%，草本植被蓋度5%。喬木高低差別較大，草本長勢(shì)不良。

（2）栽植楊柴的活沙柳沙障內(nèi)楊柴及活沙柳為建群種，無喬木層，楊柴最高植株為2.05m，最低植株0.2m，平均高度1.22m，平均生長高度0.83m，冠幅最大值0.11m，冠幅均值0.11m，活沙柳沙障有枝條萌發(fā)，枝條最高植株1.6m，最低植株0.23m，平均高度0.49m，平均生長高度0.2m，冠幅最大值0.15m，冠幅均值0.09m，樣地內(nèi)灌木層投影蓋度57%，草本植被蓋度17%，灌木層生長茂盛，草本長勢(shì)較好。

（3）栽植檸條的活沙柳沙障內(nèi)檸條及沙柳為建群種，其中檸條最高植株為1.9m，最低植株為0.45m，平均高度1.07m，平均生長高度0.58m，冠幅最大值1.3m，冠幅均值0.19m;活沙柳沙障萌發(fā)的枝條最高植株1.2m，最低植株0.25m，平均高度0.69m，平均生長高度0.4m，冠幅最大值0.11m，樣地內(nèi)灌木層投影蓋度44%，草本植被蓋度26%，灌木層生長茂盛，草本長勢(shì)較好。

（4）自然恢復(fù)群落內(nèi)植被以草本為主，草本植被最大高度0.8m，最低0.03m，平均高度0.3m，樣地內(nèi)喬灌木投影蓋度6%，草本植被蓋度51%，喬灌木零星分布，草本層長勢(shì)較好（圖1）。

方差分析表明，不同植被恢復(fù)類型下的人工植被均成為群落建群種，不同生活型的人工植被空間結(jié)構(gòu)不同，植被高度及冠幅存在顯著差異（P<0.05）。其中，樟子松均值高度是檸條均值高度的1.4倍，是沙柳均值高度的2.1倍，樟子松與楊柴均值高度不存在顯著性差異。樟子松均值冠幅是檸條及沙柳均值冠幅的3.7倍，是楊柴冠幅的2.2倍，樟子松冠幅顯著大于樣地內(nèi)灌木冠幅（P<0.01），自然群落內(nèi)植被高度顯著低于其他群落（P<0.05）。不同恢復(fù)模式植被均值蓋度為楊柴+沙柳群落>檸條+沙柳群落>自然群落>樟子松群落（表1）。

3.2 群落自然恢復(fù)植被物種組成分析

經(jīng)調(diào)查統(tǒng)計(jì)，研究區(qū)域4種不同生境類型中共出現(xiàn)植物84種，分屬于30科71屬。其中喬木2種，分別為樟子松和山杏;灌木和半灌木11種，主要為沙柳、檸條、楊柴、沙地榆、沙篙（Artemisia desterorumSpreng）等;草本植物71種，以藜科、禾本科、豆科和菊科為主，分別占總數(shù)的17.9%，14.3%，13.1%，9.5%，主要物種有豬毛菜（Salsolacollina Pall）、五星篙（Bassiadasyphyl-la（Fisch·Mey）（）·Kuntze）、刺藜（Chenopodiumaristatum L）、細(xì)葉苔草（Carexrigescen s）、狗尾草（Se-tairaviridis（L.）Beauv）、胡枝子（Lespedexa bicolorTurcz）、蒙古篙（Artemisiamongolica Fisch.etBess）及叉分蓼（Polygonum divaricatum Linn.）等。

不同恢復(fù)措施中，樟子松群落中出現(xiàn)物種總數(shù)30種，其中喬木僅樟子松1種，無灌木，自然恢復(fù)植被以細(xì)葉苔草、胡枝子、叉分蓼為主，重要值分0.25、0.05、0.04;楊柴+沙柳群落中出現(xiàn)物種總數(shù)17種，無喬木，灌木2種;自然恢復(fù)植被以沙篙、狗尾草、刺藜為主，重要值分0.10、0.09、0.08，檸條+沙柳群落中出現(xiàn)物種總數(shù)21種，無喬木，灌木2種，自然恢復(fù)植物以沙篙、刺藜為主，重要值分別為0.11、0.10，其他零星分布有唐松草（Thalictrum aquilegi folium L.var.sibiricum Re-gel）、灰綠藜（Chenopodium glaucum Linn）等;自然群落中出現(xiàn)物種總數(shù)42種，喬木僅山杏1種，零星分布，灌木及半灌木10種，包括沙柳、檸條、楊柴、沙地榆、小葉錦雞兒、沙篙等，均為零星分布，優(yōu)勢(shì)種體現(xiàn)不明顯，草本植物包括細(xì)葉苔草、狗尾草、沙篙、豬毛菜等，重要值分別為0.11、0.09、0.08、0.07.各群落中重要值>0.01的物種見表2。

由表2可以看出，自然群落中，無明顯優(yōu)勢(shì)種，各物種分布較為均勻，植物群落生活型以草本為主，類別較多。人工恢復(fù)群落中，各人工栽植樹種成長為主要樹種，灌木及草本植物有入侵，但數(shù)量及類別遠(yuǎn)小于自然群落。其中，栽植樟子松的沙障內(nèi)樟子松成為群落建群種，活沙柳沙障萌發(fā)的沙柳成活率極低，栽植檸條及楊柴的沙障中活沙柳沙障萌發(fā)的沙柳長勢(shì)良好，與楊柴及檸條共同組成為群落的建群種。

3.3 群落自然恢復(fù)植被多樣性分析

不同群落自然恢復(fù)植被物種豐富度指數(shù)、多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)如圖2。由圖2可以看出，不同群落物種豐富度指數(shù)的大小排序?yàn)樽匀蝗郝?樟子松群落>檸條+沙柳群落>楊柴+沙柳群落，其中自然恢復(fù)群落植被以草本為主，其多樣性指數(shù)最大，達(dá)6.99;楊柴+沙柳群落最小，僅2.61，群落間差異顯著（P<0.05）;Simpson多樣性指數(shù)為自然群落>檸條+沙柳群落>樟子松群落>楊柴+沙柳群落，其中自然恢復(fù)群落最大，為0.44，與其他群落差異極顯著（P<0.01），楊柴+沙柳群落最小，為0.30，與檸條+沙柳群落及樟子松群落差異均不顯著;Shannon指數(shù)變化規(guī)律與Simpson多樣性指數(shù)變化規(guī)律一致，自然恢復(fù)群落最大，為1.79，楊柴+沙柳群落最小，為1.2;均勻度指數(shù)的變化規(guī)律為自然群落>檸條+沙柳群落>楊柴+沙柳群落>樟子松群落，自然恢復(fù)群落最大，為0.48，楊柴+沙柳群落最小，為0.38。

總體上，多樣性指數(shù)的分異規(guī)律反應(yīng)出不同植被恢復(fù)措施的群落結(jié)構(gòu)特征，自然恢復(fù)群落物種豐富度大，包含的物種數(shù)多，分布比較均勻，優(yōu)勢(shì)種不明顯，群落結(jié)構(gòu)穩(wěn)定;楊柴+沙柳群落及檸條+沙柳群落，物種豐富度不高，多樣性指數(shù)偏低，但群落物種分布較為均勻，群落結(jié)構(gòu)相對(duì)穩(wěn)定;樟子松群落物種豐富較高，但分布不均，單種優(yōu)勢(shì)度更高，群落結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定。

4 討論

本研究中的3種沙地區(qū)取土場(chǎng)邊坡人工栽植植被經(jīng)過6a的恢復(fù)，均取得了一定的綠化效果，不同生活型植被空間差異較大。其中樟子松群落空間變化最大，個(gè)體植株高的均值標(biāo)準(zhǔn)差達(dá)0.91，其冠幅顯著高于其他群落，對(duì)上層空間及光照利用率較高，導(dǎo)致其下層草本植被蓋度不高，生長狀況不良;楊柴+沙柳群落低層植被密度極高，楊柴長勢(shì)良好，坡面綠化率顯著高于其他群落;檸條+沙柳群落植被高度顯著低于楊柴及樟子松群落，但綠化率較高，植被蓋度較高。3種不同植被栽植群落植被高度均大于自然群落，楊柴十沙柳群落及檸條+沙柳群落植被蓋度大于自然群落，說明人工修復(fù)促進(jìn)了邊坡植被景觀層次的構(gòu)建，一定程度上促進(jìn)了優(yōu)化了綠化效果。

不同植被恢復(fù)模式植被自然演替以草本為主，喬木未出現(xiàn)自然演替物種，灌木自然演替中出現(xiàn)沙地榆、胡枝子等，這與秦偉等[12～14]的研究結(jié)果一致。群落組成中樟子松群落植被物種總數(shù)偏多，但總量不多，主要是因?yàn)檎磷铀闪窒驴臻g較大，草本入侵的類別偏多，但受水分及光照等因素的影響[15]，草本層長勢(shì)不均勻，以細(xì)葉苔草為主，基本無灌木層;檸條+沙柳群落及楊柴+沙柳群落物種總數(shù)微低，偶見種較少，地面草本以沙蒿為主，是因?yàn)闄帡l及楊柴地面枝干密度較高，不利于草本植物入侵，故其種類數(shù)偏低。3種不同植被栽植措施治理后的邊坡植被群落物種總數(shù)均低于自然群落，說明短期內(nèi)人工修復(fù)邊坡很難達(dá)到原有的自然狀態(tài)。

樟子松群落植物類別較多，故其豐富度指數(shù)較高，但植物數(shù)量偏少，分布不均，一定程度上降低了其多樣性指數(shù)及均勻度指數(shù);楊柴+沙柳群落及檸條+沙柳群落地面空間較低，草本類型相對(duì)較少，植物多樣性指數(shù)較低，但入侵植物以沙篙等抗沙埋、耐干旱植物[161為主，入侵后大量蔓延，相對(duì)頻數(shù)偏高，故其多樣性指數(shù)及均勻度指數(shù)較高。3種恢復(fù)模式多樣性指數(shù)相對(duì)自然群落均偏低，說明人工栽植喬灌木造林在促進(jìn)干草原沙地區(qū)綠化速度及景觀構(gòu)建的同時(shí)減緩了群落結(jié)構(gòu)及穩(wěn)定性的恢復(fù)，建議后續(xù)工程可根據(jù)項(xiàng)目區(qū)水肥條件，適當(dāng)考慮補(bǔ)植草本類植物，促進(jìn)綠化的同時(shí)增加群落多樣性的恢復(fù)，提高群落穩(wěn)定性，優(yōu)化群落生態(tài)功能。5結(jié)論

（1）不同治理方式下人工植被生長高度均大于自然群落，樟子松均值高度是檸條均值高度的1.4倍，是沙柳均值高度的2.1倍;樟子松均值冠幅是檸條及沙柳均值冠幅的3.7倍，是楊柴冠幅的2.2倍，不同恢復(fù)模式植被均值蓋度為楊柴+沙柳群落>檸條+沙柳群落>自然群落>樟子松群落。

（2）不同恢復(fù)措施中，樟子松群落中出現(xiàn)物種總數(shù)30種;楊柴+沙柳群落中出現(xiàn)物種總數(shù)17種;檸條+沙柳群落中出現(xiàn)物種總數(shù)21種;自然群落中出現(xiàn)物種總數(shù)42種。群落組成物種及生活型出現(xiàn)較大差異。

（3）不同恢復(fù)措施群落物種多樣性指數(shù)各不相同。豐富度指數(shù)表現(xiàn)為自然群落>樟子松群落>檸條+沙柳群落>楊柴+沙柳群落，Simpson多樣性指數(shù)及Shannon指數(shù)表現(xiàn)為自然群落>檸條+沙柳群落>樟子松群落>楊柴+沙柳群落，均勻度指數(shù)表現(xiàn)為自然群落>檸條+沙柳群落>楊柴+沙柳群落>樟子松群落。

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收稿日期：2019-11-01

基金項(xiàng)目：交通運(yùn)輸建設(shè)科技項(xiàng)目（編號(hào);201103180772830）

作者簡介：張琳琳（1987-），女，工程師，碩士，主要從事水土保持與荒漠化防治研究。

通訊作者：張艷（1984-），女，工程師，碩士，主要從事水土保持與荒漠化防治研究。