浐灞河西安段河岸帶植物配置模式及土壤性質(zhì)分析

楊 濤

(中國電建集團西北勘測設計研究院有限公司水利與城鄉(xiāng)發(fā)展工程院，陜西 西安 710065)

城市生態(tài)系統(tǒng)中的植物配置研究是城市景觀生態(tài)相關(guān)研究的重點問題。其中植物物種組成及空間配置模式研究開展較多，物種選擇主要從景觀美學角度考慮，近年來則同時考慮生態(tài)及環(huán)境凈化功能[1，2]，以及優(yōu)先考慮本土物種的應用[3]；而空間配置則主要考慮實地空間特征及造景需求。而由于過于偏重景觀及功能利用，導致所建城市生態(tài)系統(tǒng)自然更替能力較差，維護成本較高[3，4]。對于城市近自然生態(tài)系統(tǒng)的研究和構(gòu)建則成為研究的熱點領(lǐng)域[4-6]。從生態(tài)學的角度去研究和構(gòu)建城市系統(tǒng)中的植物組成及配置，分析植物種的生長特征、植物群落的生活型搭配以及植物與土壤要素的互作機制[5，7-9]，以期形成可以自然更替且具備相應生態(tài)環(huán)境功能的生態(tài)系統(tǒng)。

城市河岸帶建設是城市生態(tài)文明建設的熱點。近年來，西安市致力于“八水繞長安”以及“三河一山”綠道建設，將山水景觀、道路與湖泊進行有機融合，實現(xiàn)山水共生，造福城市居民，其中浐灞河是西安市最重要的環(huán)境調(diào)控功能區(qū)之一[10，11]。近年來，由于各種不合理的開發(fā)建設，對河流河岸帶資源的過度使用，導致浐灞河西安段的河岸帶人工硬化和破碎化嚴重，人為干擾程度較大，使河岸帶自然植被大幅減少。因此，研究以浐灞河流域西安段為研究對象，分析河岸帶類型組成，植物生活型及空間配置特征，以及植物與土壤要素的關(guān)系，為該區(qū)域植被生態(tài)建設提供基礎數(shù)據(jù)。

1 研究方法

西安市位于黃河流域中部的關(guān)中盆地，屬于暖溫帶半濕潤大陸性季風氣候，四季分明，氣候適宜，降水量適中。自古以來，西安地區(qū)素有“八水繞長安”的美譽，地下水資源非常豐富。北部的渭河平原主要以黃褐土、褐土等為主，而南部的秦嶺山地則以黃棕壤、棕壤等為主。浐灞河流域位于西安市區(qū)東南角，N33°50′～34°27′，E109°00′～109°47′，南至秦嶺北麓，北接渭河平原，東與臨渭區(qū)、洛南縣、商州區(qū)相鄰，西與長安區(qū)、雁塔區(qū)、未央?yún)^(qū)接壤，北與高陵區(qū)、臨潼區(qū)相望，南與柞水縣相連。流域總面積2506km2，南北長約81km，東西寬50km。近年來，在以世園會為引領(lǐng)的生態(tài)環(huán)境工程建設的推動下，浐灞河流域尤其是灞河中下游地區(qū)的河流環(huán)境得到了一定改善。

研究針對浐灞河西安段河岸帶進行面上調(diào)查，記錄河岸帶類型、主要優(yōu)勢種、植物的生長狀況?？紤]上、中、下游不同河段不同河岸帶類型以及不同植物配置的特征下，進行樣地設點，選取物種組成相對均勻、群落特征有較大差異的植被帶分布區(qū)進行土壤樣品采集。在每一樣方地點，不同植被類型選取合適位置，除去表層枯枝爛葉，采適量樣地0～15cm的表層土壤，混勻，樣品采集用鐵鍬從各小樣方中采集土樣，裝在自封袋中帶回實驗室，部分在4℃冰箱中保存?zhèn)溆茫脕頊y定pH(電位測定法)、硝態(tài)氮(紫外分光光度法)、銨態(tài)氮(氯化鉀溶液浸提法)以及可溶性磷(鉬銻抗分光光度法)，另一部分土壤自然風干，用來測定有機質(zhì)(重鉻酸鉀容量法(稀釋熱法))。運用Excel軟件對對土壤數(shù)據(jù)進行預處理和圖表構(gòu)建，采用SPSS軟件的單因素方差分析LSD法，比較不同類型河岸帶間的植物多樣性以及不同配置模式下的土壤性質(zhì)的差異，顯著性水平p=0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 河岸帶類型組成

根據(jù)人為干擾程度輕重共劃分自然河岸帶、近自然河岸帶、人工河岸帶3種河岸帶類型，見圖1，其中人工河岸帶可能存在人工硬化河岸和人工種植綠化。

圖1 河岸帶類型組成

通過對調(diào)查數(shù)據(jù)的整理匯總，見表1，浐河河段人工河岸帶占比較高，高達64.56%，其中人工硬化所占比例為16.57%，其次為近自然河岸帶，占比為31.11%，而自然河岸帶占比最少，僅為19.02%。灞河河段為人工河岸帶占比較高，高達59.42%，其中人工硬化所占比例為26.47%，自然河岸帶與近自然河岸帶占比相近，大約為17.54%和17.30%?？偤恿骱佣沃?，主要為人工河岸帶占比較高，高達59.42%，其中人工硬化所占比例為22.75%，自然河岸帶占比最少，大約為18.10%。

表1 河岸帶類型組成

人工河岸帶中存在人工硬化河岸段，分為3種類型，見圖2，分別為混凝土澆筑斜坡、石塊堆砌、混凝土澆筑臺階。硬化河岸多分布于灞河河道，浐河出現(xiàn)較少。

圖2 人工硬化河岸帶

河岸帶中人工河岸帶的距離最長，自然河岸帶占比較小，其中浐河河岸帶在橫向區(qū)域存在多種河岸帶類型，浐河上游河岸帶類型分為岸坡部分和河漫灘部分，岸坡部分多為人工種植綠化帶，河漫灘部分多為自然河岸帶或人工干預程度較小的近自然河岸帶。灞河部分在橫向區(qū)域的河岸帶類型較為單一，僅有極少部分存在近自然河岸帶和人工河岸帶的組合。

2.2 河岸帶植物生活型配置模式組成及分布

植被生活型配置模式共分為單一草本、單一灌木、單一喬木、喬草結(jié)合、喬灌結(jié)合、灌草結(jié)合、喬灌草結(jié)合7種組合方式，其中浐灞河流域共有6種生活型配置模式，見表2，分別為單一喬木、單一草本、單一灌木、喬草結(jié)合、灌草結(jié)合、喬灌草結(jié)合。

表2 生活型配置模式組成

由于同一樣點的生活型配置模式不單一，可能存在多種配置模式，所以5種配置模式的占比之和超過100%。具體而言，在總共21個樣點中，喬草結(jié)合的生活型配置模式出現(xiàn)頻率最高，達到14次，占比例高達66.67%。這種配置模式主要分布于人工種植喬木后，后續(xù)缺少維護的區(qū)域，見表3。其次是單一草本出現(xiàn)的頻率，為7次，占比約為33.33%。這種配置模式主要分布在人為干擾程度較少的自然河岸帶中。喬灌草結(jié)合和單一喬木的生活型配置模式出現(xiàn)頻率最低，都只有1次，占比率為4.76%。喬灌草結(jié)合主要分布在近自然河岸和人工河岸帶，而單一喬木主要分布在常年被河水淹沒的區(qū)域。單一灌木和灌草結(jié)合分別出現(xiàn)了5次和2次，占比例分別為23.81%和9.52%。這些配置模式主要分布于河流兩岸的人工綠化帶。

表3 生活型配置模式主要分布

2.3 河岸帶植物空間配置模式組成及分布

植被空間配置模式共分為孤植、列植、對植、片植、帶植、散植、自然分布。其中對植出現(xiàn)在道路兩旁，不在研究對象浐灞河流域西安段河岸帶之中，所以不予以考慮。群植一般應用于大范圍空間配置調(diào)查，較少應用于樣點配置模式中，而且出現(xiàn)次數(shù)幾乎沒有，所以予以忽略。

由表4可知，自然分布的植被在21處樣點中均有出現(xiàn)，所占比例最高，多為自然生長的植被；其次為片植和散植，出現(xiàn)頻率為14次和13次，占總樣點比例為66.67%和61.90%；帶植和列植，出現(xiàn)頻率都為9次，所占樣點比例為42.86%；孤植僅在3處樣點出現(xiàn)，是空間配置模式中最少的配置模式，所占樣點比例為14.29%。

表4 空間配置模式組成

2.4 浐灞河河岸帶植物配置與土壤理化性質(zhì)的關(guān)系

對不同河岸帶類型與各土壤理化指標的方差分析表明，土壤銨態(tài)氮、土壤pH、土壤速效磷、土壤有機質(zhì)在不同河岸帶類型間均具有顯著差異(p<0.05)，土壤硝態(tài)氮與河岸帶類型之間無顯著差異(p>0.05)。人工河岸帶的土壤有機質(zhì)和pH含量高于自然、近自然河岸帶；自然河岸帶的銨態(tài)氮含量遠高于近自然、人工河岸帶；近自然河岸帶的硝態(tài)氮、速效磷含量高于人工河岸帶和自然河岸帶，見表5。

表5 不同河岸帶類型下土壤理化性質(zhì)

由圖3可知，浐灞河流域西安段河岸帶的銨態(tài)氮含量為6.31～18.99mg·kg-1，平均值為10.39mg·kg-1。銨態(tài)氮含量最大值的生活型配置為單一草本，為18.99mg·kg-1，最小值的生活型配置為單一灌木，為6.31mg·kg-1。單一草本對銨態(tài)氮富集效率較高，且單一草本與其他配置模式之間銨態(tài)氮濃度差異極顯著(p<0.01)，喬灌草結(jié)合、喬草結(jié)合、灌草結(jié)合、單一灌木之間銨態(tài)氮濃度差異不顯著(p>0.05)。

圖3 不同配置模式下的土壤銨態(tài)氮濃度

由圖4可知，浐灞河流域西安段河岸帶的硝態(tài)氮變幅3.34～9.12mg·kg-1，平均值為5.94mg·kg-1。生活型配置為單一灌木的硝態(tài)氮含量最大為9.12mg·kg-1，生活型配置為單一草本含量最小為3.34mg·kg-1。硝態(tài)氮中喬灌草結(jié)合和灌草結(jié)合對其富集效果明顯，而且單一草本相與其他配置模式之間硝態(tài)氮濃度差異極顯著(p<0.01)，喬草結(jié)合、單一灌木與喬灌草結(jié)合、灌草結(jié)合之間的硝態(tài)氮差異極顯著(p<0.01)。

圖4 不同配置模式下的土壤硝態(tài)氮濃度

土壤pH可以影響土壤的生物化學性質(zhì)以及營養(yǎng)物質(zhì)的有效性。由圖5可分析得出，浐灞河西安段河岸帶土壤pH變幅是8.48～8.82，平均值為8.57，根據(jù)我國酸堿度分級標準呈堿性。土壤pH最大值的生活型配置為灌草結(jié)合，為8.82；最小值的生活型配置為喬草結(jié)合，為8.48，各地段之間pH變化不大。這可能是因為城市化過程中堿性建筑材料進入土壤，還有可能是大量含碳酸鹽的灰塵沉降，水泥風化向土壤中釋放鈣，土壤中碳酸鹽與碳酸反應形成重碳酸鹽等因素[12]，導致土壤pH升高呈堿性。方差分析的結(jié)果表明，單一灌木與其他配置模式之間pH值差異極顯著(p<0.01)。

圖5 不同配置模式下的土壤pH值

由圖6可分析得出，浐灞河西安段河岸帶土壤速效磷變幅是4.09～14.4mg·kg-1，平均值為7.75mg·kg-1。速效磷最大值的生活型配置為喬灌草結(jié)合，為14.4mg·kg-1；最小值的生活型配置為單一草本，為4.09mg·kg-1。根據(jù)全國第二次土壤普查養(yǎng)分分級標準，速效磷的4級標準為5～10mg·kg-1，所以含量較為適中。喬灌草結(jié)合的生活型對富集磷元素有著更大的優(yōu)勢，遠高于其它生活型配置模式。且喬灌草結(jié)合與其他配置模式之間差異極顯著(p<0.01)，單一草本與喬灌草結(jié)合、喬草結(jié)合、單一灌木之間差異極顯著(p<0.01)，與灌草結(jié)合差異顯著(p<0.05)。

圖6 不同配置模式下的土壤速效磷值

由圖7可知，浐灞河西安段河岸帶土壤有機質(zhì)變幅是4.99～14.30g·kg-1，平均值為8.88g·kg-1。有機質(zhì)最大值的生活型配置為灌草結(jié)合，為14.30g·kg-1；最小值的生活型配置為喬草結(jié)合，為4.99g·kg-1。根據(jù)全國第二次土壤普查養(yǎng)分分級標準，5級標準為6～10g·kg-1，所以土壤中的有機質(zhì)含量略低，主要是人為對河岸帶周圍植被、土壤進行干擾，長期多次地侵入土體和頻繁的地下施工翻動土壤而形成，而且土壤中有機質(zhì)最主要來源是植被凋落物，土壤養(yǎng)分也得不到及時補償。所以配置模式應選擇能富集有機質(zhì)的灌草結(jié)合或單一灌木。其中，喬草結(jié)合、單一草本與喬灌草結(jié)合、灌草結(jié)合、單一灌木之間差異顯著(p<0.05)。

圖7 不同植被配置模式下的有機質(zhì)含量

3 結(jié)論與討論

浐灞河流域西安段，河岸帶可劃分為3個類型(自然河岸帶、近自然河岸帶、人工河岸帶)，植物生活型組成及空間配置模式豐富，生活型配置模式出現(xiàn)頻率最高的是喬草組合主要分布于人工種植喬木后，后續(xù)缺少維護的區(qū)域?？臻g型配置模式出現(xiàn)頻率最高的為自然分布的植被，因為自然生長的植被在每個樣點都有所涉及，其次為片植和散植。

河漫灘出現(xiàn)頻率最高的喬草配置，不僅有自然分布、散植等空間型分布，還有以“垂柳—蘆葦+白茅+香蒲”為組合的本土優(yōu)勢；岸坡出現(xiàn)頻率最高的單一灌木，不僅以帶植為主，而且多為本土色彩鮮艷的物種，組合方式經(jīng)常為紅葉石楠、火棘、迎春花等組合。這些搭配模式更有利于兼顧景觀效益、經(jīng)濟效益和生態(tài)效益，且可以最大程度發(fā)揮河岸帶景觀的作用，打造富有西安獨特風格和地域特點的景觀。

城市河岸帶有著多種生態(tài)功能，如保護岸坡不被侵蝕、加速養(yǎng)分循環(huán)、調(diào)節(jié)小氣候、補給水資源、凈化水質(zhì)、為野生動物提供庇護所、為植物繁殖體提供運動與傳輸?shù)睦鹊赖萚13]。這些功能與河岸植被的組成密切相關(guān)。因此，通過對河岸植被進行科學合理的配置和管理，可以有效地保護和改善河岸帶生態(tài)系統(tǒng)的功能，促進其生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。其中植物配置包括植被組成以及生活型和空間型搭配，不僅是生態(tài)景觀建設的重要組成部分，還是群落生態(tài)服務功能作用發(fā)揮的主要承擔者。

在未來的植物配置實施中，應結(jié)合當?shù)氐牡赜蛱厣?、歷史文化、植物品種資源以及科學的景觀設計和植物配置方法等因素。除了最大效率地利用有限空間外，還需要充分利用本土物種的優(yōu)勢性，提高其穩(wěn)定性，并遵循生態(tài)性、可持續(xù)性和整體協(xié)調(diào)性的原則。同時，減弱對河岸帶進行過多人為干擾也是非常必要的。由于河道硬化后，河岸帶內(nèi)的植被多數(shù)已經(jīng)消失，因此應適度改造。保護和恢復河岸帶內(nèi)的植物物種多樣性，共同維護河岸帶生態(tài)平衡，應是城市生態(tài)管理的最終目標。