宋鳳鳴，張小剛，蔣 凱，吳彩瓊，李金博

(深圳市鐵漢生態(tài)環(huán)境股份有限公司，廣東 深圳 518040)

渭河盆地黃土邊坡植物多樣性與植被修復工藝調(diào)查分析

宋鳳鳴，張小剛，蔣 凱，吳彩瓊，李金博

(深圳市鐵漢生態(tài)環(huán)境股份有限公司，廣東 深圳 518040)

黃土邊坡；植被恢復；植物多樣性；工藝措施；渭河盆地

陜西渭河盆地黃土邊坡分布較多，路塹邊坡的植被防護問題是重點研究問題之一。通過對多個邊坡樣地進行群落植物多樣性調(diào)查，總結出渭河盆地黃土路塹邊坡植被防護較適宜的植物種為檉柳、榆樹、構樹、扁擔桿、胡枝子、茅莓、枸杞、花椒、杠柳、鵝絨藤等鄉(xiāng)土植物。同時，對當?shù)夭扇〉闹饕に嚧胧┘坝绊懡ㄖ踩郝涠鄻有缘母鞣N因素進行了分析，探討了目前黃土路塹高邊坡植被恢復中存在的主要問題，以期為黃土路塹高邊坡植被防護提供參考。

西北黃土區(qū)是我國地質(zhì)生態(tài)環(huán)境相對脆弱的區(qū)域之一，高速公路黃土邊坡防護和綠化一直是公路生態(tài)建設的重點。渭河盆地為陜西關中咽喉要道，人口稠密，其南緣處于沖積平原地貌與山前洪積扇堆積地貌結合部位[1]，黃土區(qū)域面積較大且大量工程緊臨黃土塬，黃土陡坡多。特殊的地形地貌、土體性質(zhì)，導致邊坡開挖后黃土坡面剝落、沖刷嚴重，受自然條件及人工干擾引起的自然邊坡或工程開挖邊坡失穩(wěn)時有發(fā)生[2]，甚至造成滑坡、崩塌破壞，嚴重危害區(qū)域生態(tài)環(huán)境安全，影響經(jīng)濟發(fā)展和社會穩(wěn)定[3]。為研究陜西渭河盆地黃土邊坡修復工藝與植被特點，我們對渭南和西安市路塹邊坡進行了調(diào)查，旨在為后續(xù)黃土邊坡植被修復提供參考和借鑒。

1 研究區(qū)概況與研究方法

1.1 調(diào)查區(qū)域概況

調(diào)查區(qū)域為陜西渭河盆地即關中平原一帶，主要集中在渭南市和西安市。關中盆地[4]的年平均氣溫為12.0～13.6 ℃，屬四季分明的暖溫帶氣候，無霜期207 d，年降水量604 mm，降水量集中在7—9月。

1.2 調(diào)查邊坡樣方選擇

采樣點多集中在G5、G108國道沿線，特別是高速與國道、鐵路交會處，選擇有人為干擾痕跡的植被群落進行調(diào)查。由于路塹邊坡修復工程往往連續(xù)十幾公里都是同一公司承包的，工藝與植物配置均相同，故只選取有代表性的典型樣方進行調(diào)查。各調(diào)查邊坡樣地地理信息見表1。

1.3 調(diào)查方法

將調(diào)查區(qū)域劃分為坡面和平臺兩種立地類型，采用樣帶法對平臺植物群落進行調(diào)查，采用典型取樣法進行坡面植被樣方調(diào)查[5-6]。喬木樣方面積為10 m×10 m，在每個喬木樣方的4個角和中心各設置1個2 m×2 m的灌草樣方。逐個樣方進行調(diào)查，記錄喬、灌、草、藤本各層植物種類、個體數(shù)及蓋度等[7]。

表1 調(diào)查邊坡樣地地理信息

1.4 分析計算

利用野外調(diào)查數(shù)據(jù)計算物種重要值和物種多樣性。重要值公式為

喬灌層重要值=(相對密度+相對頻度+

相對蓋度)/3×100

(1)

草本層重要值=(相對頻度+

相對蓋度)/2×100

(2)

群落物種多樣性測定采用以下指標：Shannon-Wiener指數(shù)(H)、Simpson指數(shù)(D)和Pielou均勻度指數(shù)(E)。公式分別為

H=-∑PilnPi

(3)

(4)

E=H/Hmax

(5)

式中：Pi為第i個植物種的個體數(shù)Ni占群落中總個體數(shù)N的比例，Pi=Ni/N；Hmax為最大的物種多樣性指數(shù)，Hmax=lnS，S為群落中的總物種數(shù)。

2 結果與分析

2.1 各邊坡樣方修復工藝和植被恢復情況

由表2可知，各邊坡樣方坡度均在45°以上，多為黃土土質(zhì)或半土半石質(zhì)邊坡。從各樣方的坡度、類型和所選工藝來看，所選植被恢復措施基本合理。客土噴播技術修復的邊坡樣地坡度均為60°以下，75°的陡坡選擇種植藤本植物或穴植苗木等植被恢復措施。所調(diào)查樣方中，以樣方1、2、3、5、8、9、10植被恢復效果較好，覆蓋度基本達到100%。從覆蓋度和物種數(shù)來看，多種工藝配合的植被恢復方式效果較好。

表2 調(diào)查邊坡樣方立地條件、修復工藝和植被恢復情況

2.2 樣方邊坡群落植物分布特征

2.2.1 樣方邊坡群落植物優(yōu)勢種頻度及重要值

各樣方優(yōu)勢種及重要值見表3。其中， 頻度在0.3以上的物種主要有臭椿〔Ailanthusaltissima(Mill.)

表3 樣方植物優(yōu)勢種及重要值

Swingle〕(0.4)、側(cè)柏〔Platycladusorientalis(Linn.) Franco〕(0.4)、刺槐(RobiniapseudoacaciaLinn.)(0.3)、檸條錦雞兒(CaraganakorshinskiiKom.)(0.3)、小冠花〔Securigeravaria(L.) Lassen〕(0.3)、探春(JasminumfloridumBunge)(0.3)、杠柳(PeriplocasepiumBunge)(0.4)、鵝絨藤(CynanchumchinenseR. Br.)(0.5)、鐵桿蒿(ArtemisiasacrorumLedeb. ex Hook.f.)(0.4)、短尾鐵線蓮(ClematisbrevicaudataDC.)(0.3)、茜草(RubiacordifoliaLinn.)(0.3)等。此外，頻度為0.2的紫穗槐(AmorphafruticosaLinn.)、荊條(VitexnegundoLinn.)，頻度為0.1的火炬樹(RhustyphinaLinn.)、油松(PinustabuliformisCarrière)、構樹〔Broussonetiapapyrifera(Linn.) Vent.〕、榆樹(UlmuspumilaL.)、連翹〔Forsythiasuspensa(Thunb.) Vahl〕、爬山虎〔Parthenocissustricuspidata(Sieb. et Zucc.) Planch.〕、扶芳藤〔Euonymusfortunei(Turcz.) Hand.-Mazz.〕等也是邊坡常用植物。不少頻度較高、群落重要值較大的物種均為種子量大、容易逸生的r對策型物種，如鐵桿蒿、鵝絨藤、短尾鐵線蓮、茜草等。

2.2.2 各樣方群落物種多樣性

物種多樣性指數(shù)反映群落結構和功能復雜性及組織化水平，可比較系統(tǒng)和清晰地表現(xiàn)各群落的一些生態(tài)習性。本研究利用反映群落多樣性高低的Shannon-Wiener指數(shù)(H)、度量群落優(yōu)勢度的Simpson指數(shù)(D)評價樣地物種多樣性。各樣方群落、喬灌木、草本的Shannon-Wiener指數(shù)見圖1，Simpson指數(shù)見圖2。

樣方1、3、5、8的群落Shannon-Wiener指數(shù)均大于1.5，且喬灌木多樣性指數(shù)高于草本層。樣方6、7的群落、喬灌木Shannon-Wiener指數(shù)較低。樣方6草本多樣性指數(shù)為0，草本層物種僅為鐵桿蒿；樣方7喬灌木多樣性指數(shù)為0，喬灌木層物種僅有刺槐，多樣性偏低。黃土土坡上單一穴植苗木的修復方式僅改變局部種植區(qū)域土壤的理化性質(zhì)、保證種植苗木成活，種植穴間隔區(qū)域仍為板結土壤，只有少數(shù)r對策植物可定植。

圖1 各樣方群落Shannon-Wiener指數(shù)

圖2 各樣方群落Simpson指數(shù)

各樣方噴播施工建成的坡面往往僅有1～2種優(yōu)勢灌木，有可能是多年生長后競爭的結果，亦有可能是噴播配比中本身灌木種類較少。噴播前期草灌配比不合理易導致草本與灌木競爭，形成單一草坪，而草坪在冬季極易枯黃凍死，導致邊坡再次裸露。樣方4也屬于這一類情況，噴播的檸條多半被覆蓋，噴播的草本基本不復存在，但附近的鄉(xiāng)土植物如鐵桿蒿、檉柳等侵入，故仍可保持一定的覆蓋度。合適的灌草配比有利于喬、灌木為優(yōu)勢種的群落建成，配合平臺穴植則可保證較穩(wěn)定的群落效果。如樣方1、3，樣方1配置了耐陰的扶芳藤，樣方3配合穴植了側(cè)柏，在坡面增加了冬季常綠植物，景觀效果和多樣性有所提高。

周邊環(huán)境和地形、植被恢復時間對邊坡植被多樣性影響較大?；謴蜁r間最長的樣方8群落多樣性指數(shù)高，恢復效果最佳。樣方8處在隴海鐵路與G310潼關交會處，為低凹山谷地形，濕度相對較大，故侵入的鄉(xiāng)土物種較多，多樣性較高，遠看其恢復效果已與自然山林無異。樣方9為樓觀臺實驗林場261鄉(xiāng)道邊坡，周邊山林以落葉栓皮櫟林為主，人工干預的植被恢復措施僅僅是撒播小冠花種子，穴植石楠、郁香忍冬等，但山林的土壤種子庫本身就較為豐富，小冠花成坪后減少了水土流失，周圍自然山林的種子會陸續(xù)傳播過來，預計后期可達到封山育林區(qū)自然恢復的效果。

樣方1、2、3、5、8、10群落Simpson指數(shù)較高，樣方2、10物種數(shù)目均為6，Shannon-Wiener指數(shù)不高，但Simpson指數(shù)均大于0.7。群落Simpson指數(shù)接近的樣方，喬灌木層和草本層Simpson指數(shù)卻有較大差異，反映出群落的結構特點不同。樣方4為以鐵桿蒿為優(yōu)勢種的噴播退化群落，草本層群落優(yōu)勢度低，喬灌木數(shù)目少但種數(shù)為4，種群個體分配較均勻，故群落優(yōu)勢度高。樣方9同理，樣方優(yōu)勢種為小冠花，喬灌木層群落優(yōu)勢度高而草本層優(yōu)勢度低。

2.2.3 各樣方群落物種均勻度

Pielou均勻度指數(shù)(E)可反映群落中不同物種多度分布均勻程度。各樣方的群落、喬灌木、草本的均勻度指數(shù)見圖3。

圖3 各樣方群落均勻度指數(shù)

樣方1、2、3、5、8、10的群落、喬灌木層、草本層均勻度指數(shù)均較高，與Simpson指數(shù)規(guī)律一致。樣方10采取的是穴植紫穗槐等苗木結合播種白三葉、黑麥草的人工干預植被恢復手段，通過種植生長周期長、深根系的灌木苗木，播種生長迅速、淺根系的草本，短期內(nèi)即可達到復綠效果，建成的群落Shannon-Wiener指數(shù)不高，但植物保存率高、多度分布均勻，Simpson指數(shù)和均勻度指數(shù)較高，且覆蓋度高，景觀效果較好。

3 小結與討論

3.1 邊坡植物種類選擇

陜西邊坡植被恢復工程應用較多的植物主要有臭椿、側(cè)柏、刺槐、檸條錦雞兒、小冠花、探春、紫穗槐、荊條、火炬樹、油松、連翹、爬山虎、扶芳藤等，與已有研究結果基本一致[6-8]。檉柳、榆樹、構樹、扁擔桿、胡枝子、茅莓、枸杞、花椒、杠柳、鵝絨藤等為較適用于邊坡植被修復的鄉(xiāng)土植物。檉柳、扁擔桿和杠柳為次生林常見種，具一定的觀賞和開發(fā)價值。

同種邊坡植物在不同區(qū)域的耐寒表現(xiàn)不同，如：小冠花在樓觀臺實驗林場附近邊坡表現(xiàn)為常綠，在渭南韓城則表現(xiàn)為地上部分枯黃凍死、地下部分存活，植株底部有嫩芽；火棘、花椒在西安可越冬，但在韓城則會表現(xiàn)出凍害。植物所處地域、地形不同，導致小氣候有差異，從而有不同的越冬表現(xiàn)。因此，在植物選擇上應遵循適地適樹原則，考慮該區(qū)域氣候條件和植物的耐寒程度，選擇露地可安全越冬、耐粗放管理的植物種。

3.2 邊坡綠化工藝選擇

本次調(diào)查涉及的邊坡以黃土質(zhì)邊坡為主，治理措施包括客土噴播、種植藤本、穴植苗木等，結果表明不同的邊坡治理措施、立地條件和周邊環(huán)境對植物群落多樣性均有顯著影響。陜西邊坡植被修復工藝以穴植苗木為主，近幾年較流行的有打穴植苗法[9]、種植孔綠化技術[10]、保育基盤植苗法[11]。尤其在陜西中部以北區(qū)域，坡面或平臺穴植刺槐、臭椿、火炬樹、榆樹或油松、側(cè)柏等松柏類為應用最廣泛的護坡方式[12-13]。這種方式的優(yōu)點是成活率、保存率較高，但由于坡面黃土板結，林下幾乎沒有灌草植物或僅有部分蒿類雜草侵入，因此單一穴植的方式景觀效果并不理想。同時，由于雨季黃土坡面地表徑流大，仍會造成坡面水土流失。

客土噴播適用于坡度平緩的土質(zhì)或土石混合邊坡，合適的噴播種子配比量既要考慮植物種配置和灌草比例，又需考慮施工季節(jié)、場地等多種因素影響[14]。種子從噴播到生長成灌木周期較長，在北方地區(qū)，植物生長期間低溫、水分脅迫、雜草競爭、種間競爭、土壤鹽堿化等因素均會影響其成苗，其中低溫是難以改變或預防的。直接種植成苗既快速達到綠化效果，又可避免噴播長出的小苗遭受脅迫致死，保證苗木存活率，因此穴植、噴播等多種工藝配合的植被恢復效果普遍比單一的邊坡工藝效果好。

單一撒播草種的人工治理措施最早是在陜西地區(qū)應用的[15-16]。本次調(diào)查研究認為，這種單一的植被恢復措施更適用于土壤種子庫本身較為豐富或有豐富植物種子來源的區(qū)域。這些區(qū)域周邊環(huán)境植物資源豐富、多樣性高，過多引入侵占性較強的外來種反而可能會影響土壤種子庫中鄉(xiāng)土植物的萌發(fā)和生長[17]。若周邊環(huán)境無植物種源，則應配合其他工藝措施，使邊坡植物配置兼具先鋒性、可演替性及持續(xù)穩(wěn)定性，避免后期群落退化。種植藤本植物較適用于風化程度較低的硬質(zhì)坡面。因此，裸露邊坡生態(tài)修復應根據(jù)坡面立地條件、周圍環(huán)境條件和擋土墻、錨桿框架梁等邊坡支護方式來綜合考慮，確定植被恢復目標群落的類型，根據(jù)植被恢復目標群落來確定具體的工藝和植物種[18]。

本次調(diào)查研究僅從邊坡立地條件和植物群落多樣性方面進行了分析，而陜西省土壤類型多，渭河盆地各地土壤肥力特征、鹽漬化程度差異性較大，且局部地區(qū)石油、礦產(chǎn)等資源豐富，本研究未考慮土壤因素對邊坡植物群落多樣性的影響，今后尚需進行進一步研究。

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S157.2

A

1000-0941(2017)12-0054-04

廣東省生態(tài)修復技術工程實驗室建設項目(粵發(fā)改高技術〔2015〕162號)；深圳立體綠化輕型基質(zhì)研究工程實驗室建設項目(深發(fā)改〔2016〕1023號)

宋鳳鳴(1988—)，女，湖南寧鄉(xiāng)市人，碩士，主要從事環(huán)境生態(tài)研究；通信作者李金博(1985—)，男，河南宜陽縣人，工程師，博士，主要從事生態(tài)環(huán)境修復研究。

2017-04-16

(責任編輯 徐素霞)