京滬高速公路典型路段巖石邊坡植被恢復(fù)特性分析

關(guān)鍵詞：植被恢復(fù)；植被特性；群落指數(shù)；巖石邊坡；京滬高速公路中圖分類號：U418.5;Q948.15 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.3969/j.issn.1000-0941.2025.06.019引用格式：，等.京滬高速公路典型路段巖石邊坡植被恢復(fù)特性分析[J].中國水土保持，2025（6） ：62-66.

山東省作為我國東部交通網(wǎng)絡(luò)的核心樞紐，截至2023年高速公路通車?yán)锍桃淹黄?8000km ，路網(wǎng)密度居全國前列。然而，大規(guī)模公路建設(shè)形成的巖石邊坡導(dǎo)致原生植被被破壞、水土流失加劇、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能退化等問題突出。巖石邊坡植被恢復(fù)不僅是生態(tài)修復(fù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，更是交通基礎(chǔ)設(shè)施安全防護(hù)的重要保障，其核心價(jià)值體現(xiàn)在多方面：生態(tài)層面，植被覆蓋可固土防蝕，減少邊坡地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)（如滑坡、崩塌），還可通過碳匯功能緩解區(qū)域氣候變化壓力；工程層面，植物根系與巖土相互作用可增強(qiáng)邊坡結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，降低后期維護(hù)成本；社會層面，綠色景觀廊道的構(gòu)建有助于提升行車安全性與區(qū)域生態(tài)形象，契合生態(tài)文明建設(shè)戰(zhàn)略。

在巖石邊坡植被恢復(fù)的研究中，邊坡分類和特性分析是研究的基礎(chǔ)。顧衛(wèi)等]依據(jù)坡度、坡面結(jié)構(gòu)、平整程度和風(fēng)化程度等指標(biāo)，將巖質(zhì)邊坡劃分為微風(fēng)化整體結(jié)構(gòu)平整坡面、弱風(fēng)化塊狀結(jié)構(gòu)凹凸坡面、強(qiáng)風(fēng)化碎裂結(jié)構(gòu)平整坡面、碎石覆蓋填方坡面，并詳細(xì)闡述了各類坡面的特點(diǎn)、整治模式及土壤 + 植被重建技術(shù)。

植物的選擇和配置是邊坡植被恢復(fù)的核心環(huán)節(jié)。徐洪雨通過對胡枝子和紫花苜蓿根系分布特征的研究，發(fā)現(xiàn)不同植物在不同坡度下根系分布和抗拔力存在差異，這為植物選擇提供了重要依據(jù)。范學(xué)忠等3通過構(gòu)建植被恢復(fù)指數(shù)，對魯中山區(qū)公路花崗巖邊坡植被自然恢復(fù)成效進(jìn)行了評價(jià)，結(jié)果表明巖縫與巖臺面積指數(shù)可作為預(yù)測邊坡裸巖植被自然恢復(fù)能力和植被自然恢復(fù)成效的重要參數(shù)。另外，眾多研究也表明應(yīng)注重喬灌草植被群落構(gòu)建，優(yōu)先選用鄉(xiāng)土種及野生巖生植物，并根據(jù)特定區(qū)域氣候特征和坡面特征進(jìn)行合理配置[4-5] 。

對修復(fù)結(jié)果進(jìn)行評價(jià)也是邊坡植被恢復(fù)的重要一環(huán)。在防治土壤退化的過程中，植被起到了舉足輕重的作用，特別是在已退化的地區(qū)，如在不穩(wěn)定邊坡，植被恢復(fù)已展現(xiàn)出顯著功效。植被不僅是高速公路邊坡生態(tài)修復(fù)的主體力量，其生長狀況更是衡量生態(tài)防護(hù)效果的關(guān)鍵指標(biāo)，因此深入探究植被恢復(fù)特征和群落演替規(guī)律，已成為恢復(fù)生態(tài)學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。鑒于我國當(dāng)前高速公路建設(shè)規(guī)模龐大，構(gòu)建一套關(guān)于植被恢復(fù)效果的跟蹤監(jiān)測與評估體系顯得尤為重要，不僅能為生態(tài)護(hù)坡技術(shù)的研發(fā)提供科學(xué)依據(jù)，還能為植被配置的合理性提供有力支撐[6。生態(tài)修復(fù)效果評價(jià)主要是通過單因素指標(biāo)或多因素指標(biāo)體系進(jìn)行的[7]。單因素指標(biāo)體系主要與植物相關(guān)，如植物綠度、覆蓋度、初級生產(chǎn)力等，通常用來判斷是否完成生態(tài)恢復(fù)；多因素指標(biāo)體系能夠綜合評價(jià)植被生態(tài)修復(fù)效果，但在實(shí)際的評價(jià)過程中較難實(shí)現(xiàn)，在實(shí)踐中常將物種多樣性[8]、植被結(jié)構(gòu)[9]等作為多因素指標(biāo)。

基于上述植被恢復(fù)評價(jià)的理論框架，以京滬高速公路典型路段巖石邊坡不同恢復(fù)年限植被為對象，選取立地條件一致、恢復(fù)年限差異顯著的邊坡樣地，通過樣方調(diào)查、群落指數(shù)計(jì)算，系統(tǒng)分析不同恢復(fù)階段植被群落的演替特征，為揭示巖石邊坡植被演替規(guī)律提供科學(xué)依據(jù)

1 研究區(qū)概況

選取京滬高速公路（G2）典型路段臨沂段、萊蕪段3處立地條件（坡度、海拔、氣候）與植被恢復(fù)條件（播種）基本一致、不同恢復(fù)年限的邊坡（K565、K472、K562）為研究區(qū)，其分布位置見圖1，基本情況見表1。K565為2019年京滬高速公路改擴(kuò)建時(shí)實(shí)施的高邊坡生態(tài)提升工程，植被恢復(fù)年限為3a;K472為2009年實(shí)施的青蘭（青島一蘭州）高速公路邊坡綠化提升工程，植被恢復(fù)年限為 13a ;K562為1999年化臨（泰安市化馬灣一臨沂市義堂鎮(zhèn)）公路建設(shè)時(shí)實(shí)施的邊坡綠化工程，植被恢復(fù)年限為 23a 。2017年，《公路路線標(biāo)識規(guī)則和國道編號》（GB/T917—2017）將臨沂段、萊蕪段高速公路編人京滬高速公路范圍。

2 研究方法

2.1 樣方調(diào)查

因邊坡坡度較大，覆土淺，植被均為低矮灌木，無高大喬木，故設(shè)定草本樣方為 1m×1m 、灌木樣方為2m×2m 。在每個(gè)邊坡選取 2m×2m 的灌木樣方9個(gè)，再在每個(gè)灌木樣方里劃出1個(gè) 1m×1m 的草本樣方。共進(jìn)行2次樣方調(diào)查，時(shí)間分別為2022年、2023年7—8月，調(diào)查邊坡樣地植物名稱，測量植被株高、冠幅及群落蓋度等。

2.2 群落指數(shù)

植物群落指數(shù)可通過Shannon-Wiener多樣性指數(shù)、Simpson多樣性指數(shù)、Pielou均勻度指數(shù)和Margalef豐富度指數(shù)來反映，計(jì)算公式分別為

式中： D 為Shannon-Wiener多樣性指數(shù)； i 為不同物種的序號； s 為物種數(shù)目； P_i 為物種 i 的個(gè)體數(shù)占所有物種個(gè)體總數(shù)的比例; H 為Simpson多樣性指數(shù)； J 為Pielou均勻度指數(shù); M 為Margalef豐富度指數(shù); N 為群落中所有物種個(gè)體總數(shù)。

3 結(jié)果與分析

3.1 群落物種組成變化特征

1）群落物種組成是群落最基本的特征之一，是群落形成的基礎(chǔ)，不同時(shí)期的群落物種組成還能反映群落的動態(tài)變化特征。經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查，3個(gè)邊坡27個(gè)樣地共識別出30種植物，分屬17科29屬。由表2可知，植被群落的總科數(shù)、灌木個(gè)體數(shù)、個(gè)體總數(shù)隨著植被恢復(fù)年限的增加呈先增后減的趨勢，而總屬數(shù)、總種數(shù)、草本個(gè)體數(shù)呈逐漸減少的趨勢;灌木層個(gè)體數(shù)占比隨著恢復(fù)年限的增加由 24% 增加到 64% ，草本層個(gè)體數(shù)占比由 76% 減少到 36% 。

2）在群落物種組成中禾本科6屬6種、豆科6屬7種、菊科3屬3種，這三科的物種數(shù)占邊坡植被群落總物種數(shù)的 53% 。在恢復(fù)3a的邊坡上，共生長著21種植物，其中草本植物占主導(dǎo)地位，達(dá)到17種，而灌木則僅有4種；21種植物分屬9科20屬，其中禾本科植物5種、豆科7種、菊科3種（見表3），這三科的物種數(shù)占該階段總物種數(shù)的 71% 。在恢復(fù) 13a 的邊坡上，共生長著17種植物，包括9種草本植物和8種灌木，分屬11科16屬，其中禾本科植物3種、豆科5種、菊科1種，這三科的物種數(shù)占該階段總物種數(shù)的 53% 。在恢復(fù)23a的邊坡上，共生長著16種植物，包括9種草本植物和7種灌木，分屬于10科15屬，其中禾本科植物3種、豆科5種、菊科1種，這三科的物種數(shù)占該階段總物種數(shù)的 56% 。由此可見，禾本科、豆科、菊科這三科的植物在植被恢復(fù)過程中扮演著舉足輕重的角色，對生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)和穩(wěn)定具有重要影響。

3）由表4可知，在恢復(fù)初期，草本物種數(shù)最多，其優(yōu)勢種主要是狗尾草、馬唐、鬼針草等禾本科植物；隨著年限的增加，恢復(fù)至 13a 左右，一年生草本群落逐漸向多年生草本群落演替，形成以苜蓿、高羊茅等為優(yōu)勢種的多年生草本植物群落；恢復(fù)至23a左右，草本植物呈逐漸減少的狀態(tài)，邊坡植物逐漸向灌木階段演替。由此可見，隨著恢復(fù)時(shí)間的延長，植物群落整體的趨勢為由一年生草本群落向著多年生草本群落演進(jìn)，且草本個(gè)體數(shù)逐漸減少，逐漸達(dá)到以灌木為優(yōu)勢物種的階段。

4）植被恢復(fù)初期，土壤養(yǎng)分匱乏，影響灌木的生長發(fā)育，因此灌木在群落演替的初期并不占據(jù)優(yōu)勢。然而，隨著草本植物的生長，土壤養(yǎng)分的補(bǔ)給，為灌木的生長發(fā)育創(chuàng)造了有利的條件，在群落演替 13a 左右時(shí)，灌木的種類相較于3a時(shí)有了很大的提升，出現(xiàn)了榆樹、法國梧桐等物種；演替23a左右，灌木物種數(shù)基本維持不變，但出現(xiàn)了本地優(yōu)勢物種酸棗，說明植被恢復(fù)向著正向演替的方向進(jìn)行，胡枝子、荊條、紫穗槐、臭椿、刺槐等成為灌木層的優(yōu)勢種（見表4）。

3.2 群落結(jié)構(gòu)變化特征

物種組成并不能嚴(yán)格地反映群落的演替過程，還需掌握植被群落的結(jié)構(gòu)特征。植被高度和蓋度是反映植被對地面保護(hù)功能的重要指標(biāo)，植被體積比用于描述樣方（正方形或矩形區(qū)域）植被在三維空間上的體積占比。在植被恢復(fù)過程中，群落植被蓋度一直處于較高水平，在植被恢復(fù)初期9個(gè)樣地的平均蓋度就高達(dá) 87% （見表5）；隨著恢復(fù)年限的增加，蓋度呈現(xiàn)出明顯的上升趨勢，特別是在恢復(fù)23a后，蓋度達(dá)到了92% ，這表明植被恢復(fù)效果一直表現(xiàn)良好。除蓋度外，群落植被株高也隨著恢復(fù)年限的增加而增加，隨著灌木植物逐漸增多，群落植被平均株高從 78.33cm 增長至 278.33cm 。然而，與蓋度和株高不同的是，群落植被平均體積比隨著恢復(fù)年限的增加表現(xiàn)出逐漸降低的趨勢，這一現(xiàn)象反映了植被恢復(fù)過程中群落結(jié)構(gòu)的動態(tài)變化，隨著植被的演替，鄉(xiāng)土植物逐漸入侵，灌木逐漸增多，群落植被體積比在一定程度上呈下降趨勢

3.3 群落物種多樣性變化特征

圖2為不同恢復(fù)年限群落指數(shù)的變化趨勢。在灌木層中，4個(gè)指數(shù)的變化趨勢一致，均呈先升后降的趨勢，且均在恢復(fù)至13a時(shí)達(dá)到峰值。對于草本層，除Pielou均勻度指數(shù)一直呈上升趨勢外，其余3個(gè)指數(shù)則呈先降后升的趨勢。對于整個(gè)群落植被層，除Mar-galef豐富度指數(shù)一直呈下降趨勢外，其余3個(gè)指數(shù)則呈先升后降的趨勢。整體而言，灌木層的多樣性指數(shù)低于草本層，可能是高速公路邊坡坡度較陡，不利于灌木的生長發(fā)育。研究表明，植被恢復(fù)的1＼～3a內(nèi)，物種的多樣性指數(shù)處于整體演替的最低水平，在隨后的5＼～10a內(nèi)，逐漸增大，在演替至13a左右時(shí)，達(dá)到演替序列的峰值。

1）Simpson多樣性指數(shù)。對于草本層，在植被恢復(fù)期3＼～23a內(nèi)，其值變化不大，集中在0.85左右，這說明草本層的Simpson多樣性指數(shù)在不同恢復(fù)年限的邊坡中變化不大，在較早期的恢復(fù)階段就能達(dá)到一定的穩(wěn)定狀態(tài)。對于灌木層而言，在植被恢復(fù)期3＼～23a內(nèi)，其值由0.70升至0.85后降至0.76，這可能是隨著鄉(xiāng)土植物的入侵，物種多樣性也隨之增加，并逐漸達(dá)到巔峰狀態(tài)，而后可能是荊條和紫穗槐的生存競爭能力較強(qiáng)，從而逐漸降低了其他個(gè)體或種群在灌木層中的競爭優(yōu)勢度。對于整個(gè)群落植被層，其值由0.78升至0.85后降至0.81，變化趨勢雖與灌木層一樣，但受草本層影響，變化趨勢更平緩。

2）Shannon-Wiener多樣性指數(shù)更強(qiáng)調(diào)物種豐富度和均勻度的整體信息熵，更側(cè)重于物種的均勻分布。對于草本層，在植被恢復(fù)期3＼～23a內(nèi)，其值由2.21降至1.95，而后升至2.05，這表明在較短的恢復(fù)期內(nèi)，草本植物就能發(fā)展出較高的物種多樣性，且物種分布相對均勻，而后可能是優(yōu)勢物種由原本一年生的黑麥草、結(jié)縷草等逐漸被多年生的野艾蒿、卷柏等替代，導(dǎo)致物種均勻度有所降低，隨著恢復(fù)年限的增加，一些草本物種重新達(dá)到平衡，一些稀有物種如紫花地丁、牽?；ǖ戎匦抡紦?jù)了生態(tài)位，導(dǎo)致草本植物多樣性又有所回升。對于灌木層而言，在植被恢復(fù)期3＼～23a內(nèi)，其值由1.28升至1.98后降至1.64。這表明在植被恢復(fù)初期，灌木種類較少，以初播物種（如胡枝子、刺槐）為主，個(gè)體數(shù)量有限且分布不均，土壤貧瘠限制了其生長；隨著恢復(fù)年限的增加，土壤養(yǎng)分的積累改善了土壤微環(huán)境，鄉(xiāng)土灌木（如荊條、榆樹）入侵并生長，物種豐富度和均勻度顯著提升，達(dá)到多樣性峰值；長時(shí)間恢復(fù)后，優(yōu)勢灌木（如酸棗、荊條）通過競爭占據(jù)主導(dǎo)地位，排斥其他灌木（如法國梧桐、楊樹），導(dǎo)致物種豐富度、均勻度降低。對于整個(gè)群落植被層，其變化趨勢與灌木層一樣，但受草本層影響，變化趨勢平緩很多，由1.75升至1.97后降至1.85，群落結(jié)構(gòu)漸趨于穩(wěn)定。

3）Pielou均勻度指數(shù)作為評估群落內(nèi)部物種分布均勻性的重要指標(biāo)，其核心理念在于量化群落內(nèi)物種數(shù)量的均衡程度。由圖2（c）可知：草本層的均勻度指數(shù)呈逐漸升高的趨勢，而灌木層則呈先升后降的趨勢。主要原因是：在植被恢復(fù)初期以草本為主，灌木植物種類較少且數(shù)量不多，均勻度最低；隨著時(shí)間的推移，鄉(xiāng)土物種的入侵逐漸擠占初播物種的生長空間，灌木生長旺盛，均勻度有所上升；而后隨著生態(tài)系統(tǒng)漸趨穩(wěn)定，灌木均勻度指數(shù)略有降低后也趨于穩(wěn)定。整體而言，隨著植被恢復(fù)時(shí)間的延長，草本層的物種分布均勻性逐漸提升，而灌木層在經(jīng)歷了初期的均勻性提升后，在長期恢復(fù)階段出現(xiàn)了一定程度的物種優(yōu)勢分化，而后整個(gè)群落均勻度趨于穩(wěn)定。

4）Margalef豐富度指數(shù)反映群落中物種數(shù)目的多少，數(shù)值越大說明生態(tài)系統(tǒng)中物種豐富度越高。在植被恢復(fù)的初期，草本層展現(xiàn)出相對較高的物種豐富度（2.83），可能是草本快速生長和繁殖，在短時(shí)間內(nèi)占據(jù)了恢復(fù)區(qū)域；而后降至1.55，表明在較長時(shí)間的自然恢復(fù)間，草本層物種經(jīng)競爭排斥后，一年生植被物種數(shù)減少；而隨著多年生草本物種的增加，豐富度指數(shù)值稍回升至1.67。相較于草本層，灌木層的物種豐富度偏低。整個(gè)群落植被層豐富度指數(shù)呈下降趨勢，可能是在植物早期的恢復(fù)中，草本植物增長迅速，導(dǎo)致物種豐富度指數(shù)較高，而隨著時(shí)間的推移，生態(tài)系統(tǒng)經(jīng)過篩選，物種組成逐漸趨向穩(wěn)定，繼而導(dǎo)致豐富度指數(shù)逐漸降低。

4結(jié)束語

植被群落物種組成和多樣性對于維持生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性具有重要意義。對巖石邊坡，隨著生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)和發(fā)展，不同物種的競爭和適應(yīng)會導(dǎo)致邊坡植被群落物種組成的變化，物種多樣性呈現(xiàn)出不同的特征。在植被演替的3＼～13a里，在群落內(nèi)部競爭驅(qū)動下，群落植物組成向復(fù)雜的方向發(fā)展。禾本科的雜草植物如狗尾草和馬唐，初期展現(xiàn)出出色的生存能力，它們能在嚴(yán)峻的環(huán)境條件下，通過產(chǎn)生大量的種子來確保繁衍，并在群落演替的早期階段迅速形成群落；然而隨著群落演替過程的深入，植物對稀缺資源的競爭變得日益激烈，黑麥草、結(jié)縷草、高羊茅會因資源限制而數(shù)量逐漸減少，最終被苜蓿、卷柏、紫花地丁等具有競爭優(yōu)勢的物種取代，退出演替的序列；至23a后，榆科、懸鈴木科、楊柳科植物從演替開始占據(jù)優(yōu)勢到逐漸退出了演替序列，堇菜科、桑科植物逐漸恢復(fù)競爭優(yōu)勢，占比增大，而群落結(jié)構(gòu)向更穩(wěn)定的方向發(fā)展。此外，不同恢復(fù)年限的植被群落物種組成存在相似性，且這些物種的演變顯示出一定的連續(xù)性和遞進(jìn)性，表明在生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)過程中，物種的替代和群落的演替是一個(gè)連續(xù)且逐步發(fā)展的過程。研究還表明，植被恢復(fù)第13年為物種多樣性的拐點(diǎn)年份，草本一灌木演替與土壤養(yǎng)分改良呈顯著正相關(guān)，建議針對不同恢復(fù)階段優(yōu)化物種配置，以提升巖石邊坡生態(tài)修復(fù)成效。

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（責(zé)任編輯 張緒蘭）

《黃河流域水土保持公報(bào)（2024年）》發(fā)布

2025年5月19日，黃河水利委員會正式發(fā)布《黃河流域水土保持公報(bào)（2024年）》（以下簡稱《公報(bào)》），反映黃河流域水土流失現(xiàn)狀、水土保持成效，科學(xué)指導(dǎo)流域水土資源保護(hù)和合理開發(fā)利用，增強(qiáng)全社會的水土保持意識，支撐流域生態(tài)保護(hù)和水土保持高質(zhì)量發(fā)展。

《公報(bào)》主要包括水土流失狀況、水土流失治理、水土流失動態(tài)變化、國家水土保持重點(diǎn)工程、生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持監(jiān)督管理和重要水土保持事件等六部分。

《公報(bào)》顯示，截至2024年底，黃河流域水土流失面積24.58萬 km² ，植被面積54.13萬 km² ，水土保持率 69.07% ，淤地壩5.83萬座

自2019年9月18日黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展座談會召開5年來，黃河流域水土流失面積減少1.84萬 km² ，減幅 6.96% ，其中水力侵蝕面積減少1.30萬 km² 、風(fēng)力侵蝕面積減少0.54萬 km² ，水土保持率增加2.32個(gè)百分點(diǎn)，流域水土流失狀況得到有效改善，持續(xù)呈現(xiàn)水土流失面積與強(qiáng)度“雙下降”、水蝕與風(fēng)蝕“雙減少”、生態(tài)環(huán)境穩(wěn)中向好、水土保持率進(jìn)一步提升的良好態(tài)勢，生態(tài)文明建設(shè)取得顯著成效。

（來源：水土保持生態(tài)環(huán)境建設(shè)網(wǎng)）