寶雞市城鎮(zhèn)(郊)陡坡及人工立面護(hù)坡植物及其多樣性研究

魏 冬，楊 陽，鄭玉瑩，王得祥，王 睿，師文俊

(西北農(nóng)林科技大學(xué) 林學(xué)院，陜西 楊陵 712100)

近年來，隨著滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害的不斷發(fā)生和人們生活對(duì)環(huán)境要求的提高，陡坡及人工立面的綠化與防護(hù)越來越受到重視[1]。道路建設(shè)過程中，由于人為開挖、工程填方所形成的裸露邊坡一直是道路沿線水土流失的主要源頭，也是路域景觀建設(shè)中亟需解決的問題。借助護(hù)坡植物的生態(tài)優(yōu)勢，在裸露邊坡上重建邊坡植被的生態(tài)護(hù)坡技術(shù)是改善路域景觀、減少水土流失的重要途徑[2]。護(hù)坡植物要求生長快，耐貧瘠，對(duì)土壤環(huán)境要求不高，是保護(hù)環(huán)境和維持生態(tài)平衡的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，不但能有效防止坡面裸露、風(fēng)化及斷裂變形，減緩徑流，降低雨水沖刷，保護(hù)坡腳和路基，還能減少汽車尾氣、噪音污染，凈化路域大氣[3-5]。研究自然群落植物種類及其配置結(jié)構(gòu)，可以為建立較高生態(tài)防護(hù)效果人工群落提供依據(jù)和參考[6]，因此，我們進(jìn)行了寶雞市城鎮(zhèn)(郊)不同坡度護(hù)坡植物群落組成及物種多樣性調(diào)查研究。

1 研究區(qū)域概況與研究方法

1.1 研究區(qū)域概況

研究區(qū)位于陜西省寶雞市蔡家坡鎮(zhèn)，該區(qū)地理位置為東經(jīng)107°33′48.3″～107°43′6.3″，北緯34°19′0.6″～34°20′38.7″，平均海拔為610 m，本調(diào)查區(qū)氣候?qū)倥瘻貛Т箨懶詺夂?，夏季炎熱多雨，冬季寒冷干燥，春暖秋涼。降水有明顯的季節(jié)性，降水主要集中在6-9月，最大年降水量935.2 mm，最小年降水量396.4 mm，年均降水量704.6 mm，多年平均蒸發(fā)量為805.5 mm。年平均氣溫13.0℃，最熱月份為7月，平均氣溫24.9℃，極端最高氣溫40.2℃，最冷月為1月，平均溫度-13.4℃，極端最低氣溫-20.5℃。年平均相對(duì)濕度68% ，年日照時(shí)間為2 051.1 h。主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)槠珫|風(fēng)，次導(dǎo)風(fēng)向?yàn)槠黠L(fēng)。年最大風(fēng)速為24·s-1。

1.2 研究方法

在陜西省寶雞市蔡家坡鎮(zhèn)，選擇坡度20°～30°、30°～40°、40°～50°、50°以上自然陡坡及人工立面各3塊(樣地)(每樣地面積不小于20 m×20 m),對(duì)每樣地內(nèi)喬木逐個(gè)進(jìn)行測定記錄，項(xiàng)目有種名、樹高、胸徑、冠幅；在每個(gè)樣地四周及中心各設(shè)置1個(gè)灌木樣方(樣方面積2 m×2 m)，調(diào)查記錄灌木種類、樹高、蓋度、鮮重、植株數(shù)量等；之后再在每個(gè)灌木樣方中心設(shè)置1個(gè)草本樣方(面積1 m×1 m)，調(diào)查記錄草本植物種類、植株數(shù)量、高度、蓋度、鮮重等；樣地植物調(diào)查的同時(shí)，測定記錄樣地環(huán)境條件，包括坡度、坡向、土壤類型、土層厚度、海拔等。

1.3 數(shù)據(jù)處理方法

1.3.1 重要值的計(jì)算 重要值能夠比較客觀地反映某種植物在整個(gè)群落中所處的地位及對(duì)整個(gè)群落所起到的影響作用[7-9]，計(jì)算公式為:

相對(duì)多度=(某一種植物的個(gè)體總數(shù)/同一生活型植物個(gè)體總數(shù))×100%

相對(duì)蓋度=(某個(gè)種的蓋度/所有種蓋度之和)×100 %

相對(duì)頻度=(一個(gè)種的頻度/所有種的頻度總和)×100%

·kg-1相對(duì)顯著度=(該種所有個(gè)體胸面積之和/所有種個(gè)體胸面積總和)×100%

重要值IV(喬)=(相對(duì)蓋度+相對(duì)頻度+相對(duì)顯著度)/3

重要值IV(灌、草)=(相對(duì)蓋度+相對(duì)頻度+相對(duì)多度)/3

1.3.2 物種多樣性的計(jì)算 本研究主要選取以下多樣性指數(shù)來測度和分析邊坡物種多樣性特征[10-16]。

(1) 物種豐富度

以樣地中物種的數(shù)目表示物種豐富度指數(shù)(S)。

(2)物種多樣性指數(shù)[17-19]

Simpson指數(shù)(D)又稱優(yōu)勢度指數(shù)，計(jì)算公式為:

Shannon-Wiener指數(shù)(H)計(jì)算公式:

Brillouin指數(shù)(H′)，公式為：

H′=-∑PilnPi

Mclntosh指數(shù)(Dmc)，其公式為：

(3) 均勻度指數(shù)

植物群落均勻度是指群落中各個(gè)種的多度均勻程度，計(jì)算公式為：

1.3.3 數(shù)據(jù)處理 數(shù)據(jù)采用DPS數(shù)據(jù)處理統(tǒng)計(jì)軟件和Excel進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同坡度坡面植物種類

2.1.1 不同坡度坡面的喬木種類 由表1可知，調(diào)查區(qū)域內(nèi)在坡度50°以下喬木樹種主要有：構(gòu)樹、刺槐、側(cè)柏、圓柏、火炬樹、五角楓、大葉女貞、油松、毛白楊、榆樹、臭椿、柿樹、君遷子及銳齒櫟等14種，分屬12科13屬；50°以上區(qū)域僅存在構(gòu)樹、刺槐、側(cè)柏及圓柏。

表1 不同坡度喬木物種組成

注：1表示有，0表示無。

2.1.2 不同坡度坡面的灌草植物種類 由表2看出，調(diào)查區(qū)不同坡度坡面灌木植物主要有5種，分屬5科5屬；草本植物9科17屬19種，種類較為豐富，其中菊科種類最多，占總種數(shù)的28.1%，菊科中蒿屬種數(shù)較多，這是由于菊科蒿屬的鐵桿蒿 (Artemisiagmelinii)、青蒿(A.carvifolia)、豬毛蒿(A.scoparia)等根系發(fā)達(dá)、分布較深，莖、枝萌蘗力強(qiáng)，耐干旱、耐貧瘠，可以適應(yīng)陡坡環(huán)境。

不同坡度坡面護(hù)坡植物群落各層次物種組成和優(yōu)勢種不同。坡度20°～30°、30°～40°坡面的灌木優(yōu)勢種均為酸棗和枸杞。坡度40°～50°坡面優(yōu)勢種為酸棗、枸杞、葛藤和扶芳藤，當(dāng)坡度在50°以上時(shí)優(yōu)勢種為為酸棗、葛藤和扶芳藤。不同坡度坡面的灌木層優(yōu)勢種均有酸棗，建議在護(hù)坡植物種植中可以選擇酸棗為骨干樹種。

表2 不同坡度坡面灌草的重要值

續(xù)表2

層次 科屬種名坡度20°～30°30°～40°40°～50°50°以上地膚屬地膚Kochiascoparia15.5211.1814.228.06禾本科早熟禾屬早熟禾Poaannua13.5014.449.463.92狗尾草屬狗尾草Setariaviridis4.264.7514.47.38馬鞭草科馬鞭草屬馬鞭草Verbenaofficinalis5.252.4811.1410.09白花丹科補(bǔ)血草屬二色補(bǔ)血草Limoniumbicolor3.922.554.094.61茜草科茜草屬茜草Rubiacordifolia2.3802.150傘形科峨?yún)俣雲(yún)nthriscussylvestris7.122.885.680?？迫劜輰偃劜軭umulusjaponicus1.1501.377.85酢漿草科酢漿草屬酢醬草Oxaliscorniculata18.169.1158.810

2.2 護(hù)坡植被物種多樣性

由表3可看出，5種植物多樣性指標(biāo)值隨坡度變化的趨勢一致，即坡度在50°以下，5種植物多樣性指標(biāo)都隨著坡度增加而升高，超過50°以上又下降。Simpson(J)指數(shù)在20°～50°之間從0.924 2上升到0.947 2，到50°以上降為0.917 5。Shannon(H)指數(shù)在20°～50°之間從4.136 2上升到4.453 3，到50°以上降為3.864 2。均勻度指數(shù)在20°～50°之間從0.860 4上升到0.907 6，到50°以上降為0.894 1。Brillouin指數(shù)在20°～50°之間從3.900 5上升到4.1794，到50°以上降為3.643 7。Mclntosh(Dmc)指數(shù)在20°～50°之間從0.764 1上升到0.812 4，到50°以上降為0.756。坡度50°以下，隨著坡度增大，坡面的水肥條件、土壤穩(wěn)定性等條件變差，水土流失加大，植物生長環(huán)境變差，灌木種類降低，草本植物種類增多，而草本植物種類在影響物種多樣性方面的作用較大，物種多樣性指數(shù)增大；50°以上，植物生長所需的土壤養(yǎng)分、水分及根系分布空間條件更差，只有少數(shù)抗性極強(qiáng)的草本和灌木植物以及串根、萌蘗能力強(qiáng)的樹種如刺槐、構(gòu)樹等可以生存，因此，物種多樣性指數(shù)顯著下降。

表3 不同坡度植物多樣性指數(shù)

3 結(jié)論與討論

經(jīng)調(diào)查，寶雞市城鎮(zhèn)(郊)陡坡及人工立面護(hù)坡主要植物有38種，隸屬于26科35屬，草本植物種類較為豐富，灌木層物種組成比較單一，草本層對(duì)物種多樣性的貢獻(xiàn)最大。不同坡度下護(hù)坡植物群落各層次物種組成和優(yōu)勢種不同。優(yōu)勢種喬木層是構(gòu)樹，灌木層優(yōu)勢種在坡度20°～30°、30°～40°時(shí)為酸棗、枸杞和迎春花，40°～50°為葛藤和扶芳藤，坡度在50°以上時(shí)為迎春花。不同坡度邊坡植被植物優(yōu)勢種不同，應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)厍闆r，以鄉(xiāng)土樹種為主，合理選擇配置護(hù)坡植物，使邊坡植被趨于穩(wěn)定性。在20°～40°之間建議物種植酸棗和枸杞，40°～50°栽種葛藤和扶芳藤等藤本作為護(hù)坡植物。草本層根據(jù)坡度選擇適宜種類，20°～30°種植酢醬草，30°～40°種植早熟禾，地膚可以在40°～50°坡度上栽種，50°以上最好選擇蒿屬的鐵桿蒿作為護(hù)坡植物。

不同坡度的邊坡植被多樣性指數(shù)發(fā)生規(guī)律性變化，可以說明群落的穩(wěn)定性[20-22]。不同坡度邊坡植物物種組成不同，各多樣性指數(shù)值出現(xiàn)變化：50°以下，隨著坡度的增加，植物物種多樣性增大；50°以上，植物物種多樣性明顯下降。邊坡水土流失治理中，還應(yīng)根據(jù)不同坡度植物生長立地條件的變化，注意植物種類的搭配，采取喬灌草結(jié)合，充分發(fā)揮藤本植物作用，調(diào)節(jié)植物組成結(jié)構(gòu)，營造物種多樣性水平高、群落結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、整體功能發(fā)揮良好的群落環(huán)境，使護(hù)坡植物群落發(fā)揮最優(yōu)護(hù)坡效果，體現(xiàn)其生態(tài)功能[23-27]。

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