鄉(xiāng)土植物在道路邊坡修復(fù)工程中的應(yīng)用

唐 彪，薛海龍，裴福云，趙 亮

（1.中交一航局生態(tài)工程有限公司，廣東 深圳 518107；2.中節(jié)能鐵漢生態(tài)環(huán)境股份有限公司，廣東 深圳 518040）

0 引言

我國邊坡生態(tài)恢復(fù)工程建設(shè)之初，人們對植被演替規(guī)律的深層次規(guī)律認(rèn)識不足，由于草本對侵蝕地適應(yīng)性優(yōu)于喬灌木，而普遍采用單一或簡單的混合草種，且多注重引進(jìn)外國草種，而忽視地方草種，這類植物在護(hù)坡前期效果較好，但由此建立的生態(tài)系統(tǒng)相當(dāng)脆弱，長期效果不佳，工程質(zhì)量難以保障[1-2]。近年來，隨著社會對生態(tài)環(huán)保要求的提高，邊坡生態(tài)恢復(fù)工程作為改善路域生態(tài)環(huán)境的重要舉措得到大規(guī)模實(shí)施，由此也推動了業(yè)內(nèi)對邊坡生態(tài)恢復(fù)技術(shù)的深度研究和開發(fā)，并取得了較好的綠化效果、生態(tài)效益和社會效應(yīng)。

1 研究區(qū)概況

工程項(xiàng)目位于貴州省六盤水市大河經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)（北緯26°39′16″，東經(jīng)104°46′24″），該地區(qū)屬于亞熱帶高原型溫涼季風(fēng)氣候，年平均氣溫12.8℃，最熱月（7 月）平均氣溫19.9℃，最冷月（1 月）平均氣溫為3℃，極端最高氣溫31.6℃，極端最低氣溫-11.7℃，平均無霜期210d，年平均降水量1222.6mm，最大年降水量1551.8mm，最小年降水量884.8mm。年內(nèi)月降水量分布不均，降水多集中在5—10 月，占年降水總量的85%。

試驗(yàn)區(qū)位于天湖景觀大道左幅（k4+600—k4+710）第二級邊坡，面積81m2，坡向西北345°，海拔1900m，坡率1:1.5，基地層主要由強(qiáng)風(fēng)化砂巖、煤質(zhì)頁巖組成。整個(gè)邊坡采用臺階式開挖，8m一級，采用預(yù)應(yīng)力錨索井字梁進(jìn)行工程防護(hù)[3]。

2 材料與方法

2.1 試驗(yàn)材料

鄉(xiāng)土植物尖萼金絲桃（H. acmosepalum）、火棘（P. fortuneana）種子采自六盤水水城縣，其他植物種子均為市場采購，包括：雙莢決明（Cassia bicapsularis）、多花木藍(lán)（Indigofera amblyantha）、車桑子（Dodonaea viscosa）、鹽膚木（Rhus chinensis）、高羊茅（F. elata）、波斯菊（Cosmos bipinnata）、大花金雞菊（Coreopsis grandiflora）。

2.2 試驗(yàn)方法

2.2.1 種子萌發(fā)試驗(yàn)

對參試植物種子分別測定千粒重、凈度和培養(yǎng)皿濾紙萌發(fā)率。種子萌發(fā)率測定時(shí)先用自來水浸種12h，隨機(jī)選取種子50粒，3 次重復(fù)，在0.5%的高錳酸鉀溶液中消毒2.5h 后用蒸餾水處理干凈，在培養(yǎng)溫度25±1℃，光照12h/d（強(qiáng)度8000 lx）人工氣候箱（RXZ-430B）中進(jìn)行萌發(fā)實(shí)驗(yàn)。

2.2.2 植物配置和種子量配比

試驗(yàn)區(qū)植物配置主要考慮灌草植物結(jié)合、深根系灌木與淺根系草本和草花結(jié)合、常綠與落葉植物結(jié)合、豆科植物和適生鄉(xiāng)土植物的應(yīng)用，促使植物群落建植初期有草有花，中后期形成灌草植物群落，最終達(dá)到群落結(jié)構(gòu)趨于穩(wěn)定、近自然的效果。種子配比量主要根據(jù)工程施工經(jīng)驗(yàn)和參考相關(guān)研究報(bào)道。

2.2.3 客土噴播施工

試驗(yàn)區(qū)噴播時(shí)間為2016 年6 月，采用（框架梁）生態(tài)袋+掛網(wǎng)客土噴播（單層網(wǎng)）綠化工藝，施工工序流程為：坡面修整—種植土及噴播基材配置—種植土裝袋—堆填生態(tài)袋—打設(shè)錨桿—掛網(wǎng)—噴射基材—撒播種子—鋪設(shè)無紡布—養(yǎng)護(hù)管理。其中堆疊生態(tài)袋厚度30～60cm，噴射基材厚度約10cm。噴播基材組分包括客土、生物有機(jī)肥、氮磷鉀復(fù)合肥、保水劑、黏合劑、殺蟲劑等，其中改良土壤體積比為（客土:生物有機(jī)肥）=（4:1）。

2.3 植物群落調(diào)研

本研究采用定位研究法進(jìn)行植物群落調(diào)研。種子噴播后每個(gè)季度觀測1 次，在試驗(yàn)區(qū)內(nèi)采用梅花五點(diǎn)法，噴播后的第1 年設(shè)置5 個(gè)1m×1m 的樣方作為定位研究點(diǎn)，進(jìn)行常規(guī)群落學(xué)調(diào)查，記錄樣方內(nèi)物種數(shù)、每種植物密度、高度、冠幅和蓋度，其中蓋度用目測法結(jié)合植物密度和冠幅進(jìn)行修正。噴播1 年后，在原有的5 個(gè)樣方基礎(chǔ)上將樣方面積擴(kuò)大為2m×2m 的樣方作為定位研究點(diǎn)，進(jìn)行常規(guī)群落學(xué)調(diào)查。調(diào)查時(shí)間為2016 年9 月—2019 年5月。

2.4 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS22.0 軟件對所記錄數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，用平均值和標(biāo)準(zhǔn)誤表示測定結(jié)果，采用LSD 法分別對植物群落中植物密度、株高和蓋度隨時(shí)間的變化進(jìn)行多重比較，并對不同時(shí)期的尖萼金絲桃和多花木藍(lán)重要值與植物多樣性指標(biāo)進(jìn)行基于Pearson 指數(shù)的相關(guān)分析；采用Excel 2007 制圖。

3 結(jié)果與分析

3.1 參試植物種子發(fā)芽率

參試植物種子發(fā)芽率及試驗(yàn)區(qū)噴播植物配置和種子量配比見表1。其中，雙莢決明、鹽膚木種子發(fā)芽率相對較低，判斷采購的雙莢決明種子有一定質(zhì)量問題，而鹽膚木為硬實(shí)種子其發(fā)芽率低可能與種子性質(zhì)相關(guān)，有研究表明，用80℃和沸水處理過的鹽膚木種子發(fā)芽率最高。

表1 試驗(yàn)區(qū)噴播植物配比

3.2 邊坡植物群落動態(tài)

3.2.1 群落物種組成及其密度動態(tài)變化

試驗(yàn)區(qū)噴播12 個(gè)季度內(nèi)群落物種組成及其密度的動態(tài)變化。整個(gè)群落的物種組成數(shù)從2016 年的9 種下降到了2019 年的6 種，其中參試植物淘汰了4 種，定居1 種外來植物。群落植物密度總體呈現(xiàn)下降趨勢，尖萼金絲桃、多花木藍(lán)和鹽膚木噴播半年左右后密度變化不顯著（P＞0.05），植物密度表現(xiàn)平穩(wěn)，尖萼金絲桃和多花木藍(lán)成為群落優(yōu)勢灌木種，鹽膚木為伴生種；火棘和雙莢決明噴播1 年后密度變化不顯著（P＞0.05），但火棘數(shù)量表現(xiàn)平穩(wěn)，雙莢決明逐漸消失；車桑子出苗率不高，并在噴播半年后消失；高羊茅密度（叢）由于受季節(jié)變化和灌木影響呈現(xiàn)一定波動，波斯菊和大花金雞菊分別在噴播后第一年和第二年其盛花期過后逐漸消失；魁蒿為外來入侵種，邊坡施工1 年后開始定居，數(shù)量變化較穩(wěn)定，集中分布。

3.2.2 群落物種株高的動態(tài)變化

植物群落中灌木株和草本株變化情況分別如圖1、圖2 所示。圖1 顯示，尖萼金絲桃和鹽膚木在2017 年4 月后進(jìn)入第一個(gè)顯著增長期（P＜0.05），尖萼金絲桃在2018 年7 月后進(jìn)入第二個(gè)顯著增長期（P＜0.05），至2019 年5 月其平均株高為120cm，鹽膚木從2018 年1 月后每個(gè)季度基本都在顯著增長（P＜0.05），至2019 年5 月，其平均高度達(dá)190cm；多花木藍(lán)從2017 年6 月開始進(jìn)入第一個(gè)顯著增長期（P＜0.05），與此同時(shí)，雙莢決明已進(jìn)入他的第二個(gè)顯著增長期（P＜0.05），不過之后其在群落中的物種數(shù)量逐漸減少至消失，多花木藍(lán)在2018 年4 月后進(jìn)入第二個(gè)顯著增長期（P＜0.05），之后其株高生長量變化不顯著（P＞0.05），表現(xiàn)平穩(wěn)增長，至2019 年5 月其平均株高為193.3cm，同時(shí)火棘開始了他的第一次顯著增長（P＜0.05），之后平穩(wěn)增長，至2019 年5 月火棘平均株高60cm。圖2 顯示，高羊茅株高在2017 年6 月和2018 年7 月出現(xiàn)顯著性差異（P＜0.05），主要是由于高羊茅處于抽穗期引起；大花金雞菊株高在2017 年6 月出現(xiàn)顯著性差異（P＜0.05），同樣是因?yàn)槠湔幱谑⒒ㄆ冢瑢⒒ㄍじ哂?jì)算在內(nèi)引起?？餅槎嗄晟叽蟛荼?，但每年具有枯黃期，導(dǎo)致株高程序差異性變化。綜合圖1 和圖2，試驗(yàn)區(qū)植物群落在2017 年6 月多花木藍(lán)進(jìn)入第一個(gè)顯著增長期后，即施工1 年后，出現(xiàn)了較為明顯的分層，灌木層以多花木藍(lán)和尖萼金絲桃為優(yōu)勢種，草本層以高羊茅為優(yōu)勢種。

圖1 植物群落中灌木株高變化情況

圖2 植物群落中草本株高變化情況

3.2.3 群落物種蓋度的動態(tài)變化

試驗(yàn)區(qū)噴播3 個(gè)月后，樣方覆蓋度達(dá)90%，其中波斯菊、高羊茅和雙莢決明貢獻(xiàn)率最大，均在20%以上（圖3、圖4）。雙莢決明在2016 年11 月—2017 年1 月獻(xiàn)出覆蓋度最大貢獻(xiàn)率，之后逐漸降低；高羊茅蓋度除在2018 年4 月表現(xiàn)顯著差異外（P＜0.05），其他相鄰季節(jié)變化不顯著，蓋度表現(xiàn)出平穩(wěn)增長態(tài)勢。多花木藍(lán)在2017 年1 月和2018 年1 月雖然蓋度都有一定程度的降低，但與上一季度相比變化不顯著（P＞0.05），主要是因?yàn)槠溆g期苗木葉片在冬季沒有全部掉落，而在2019 年1 月，多花木藍(lán)處于落葉期，覆蓋度顯著降低（P＜0.05），至2019 年5 月，發(fā)現(xiàn)多花木藍(lán)成苗有整株枯死現(xiàn)象，但變化不顯著（P＞0.05）。鹽膚木由于冬季落葉，覆蓋度波動較大。尖萼金絲桃為半常綠灌木，其蓋度變化至2019 年1 月均表現(xiàn)不顯著（P＞0.05），較少受冬季影響，呈現(xiàn)平穩(wěn)增長態(tài)勢，2019 年5 月尖萼金絲桃蓋度與2017 年4 月之前的蓋度相比表現(xiàn)出顯著差異（P＜0.05），蓋度達(dá)到50%。

圖3 植物群落中主要灌木蓋度變化情況

圖4 植物群落中主要草本植物蓋度變化情況

圖1 到圖4 中同一圖例不同小寫字母表示差異顯著（P＜0.05）。

3.3 群落物種重要值變化

在植被建植3 年內(nèi)，隨著植被的生長和環(huán)境的季節(jié)性變化，群落中各物種的重要值也隨之變化。尖萼金絲桃作為優(yōu)勢種，從一開始就占據(jù)著10 以上的重要值，2017 年10 月以后其重要值均在20 以上，并受季節(jié)性變化影響不大。多花木藍(lán)后來同樣作為群落優(yōu)勢種，其重要值變化與尖萼金絲桃不盡相同，在植被建植1 年內(nèi)其重要值大多處于10 以下，2017 年6 月多花木藍(lán)進(jìn)入第一個(gè)顯著增長期后（P＜0.05）（圖1），其重要值大多保持在20以上，2018 年4 月多花木藍(lán)進(jìn)入第二個(gè)顯著增長期（P＜0.05）（圖1），其重要值大多保持在30 以上。雙莢決明在植被建植1 年內(nèi)重要值波動較大，在群落建植初期對整體群落覆蓋度和重要值貢獻(xiàn)較大，2016 年11 月—2017 年1 月，其重要值一度達(dá)到40左右，成為那一時(shí)期的優(yōu)勢種，但后期由于植物競爭和冬季嚴(yán)寒的原因，逐漸被淘汰。火棘由于其生長較慢，在群落中重要值長期處于1 以下，但受季節(jié)性變化影響不大，成為群落中一直保留的伴生種。鹽膚木在群落中密度較低，到后期屬于零星分布型，但由于其生長速度快，除在冬季落葉期外，保持著一定重要值，成為群落伴生種。高羊茅作為草本層優(yōu)勢種，2016 年11 月后其重要值大多保持在30 以上，由于受生長期和灌木層的影響會有所波動。波斯菊和大花金雞菊作為草花植物，均具有一定時(shí)效性，盛花期時(shí)重要值達(dá)到頂點(diǎn)，隨后消失。同時(shí)樣地中出現(xiàn)了魁蒿等生物入侵，但其分布不均勻，存在枯黃期，重要值百分比不高。在人工植被恢復(fù)3 年內(nèi)，周邊工程恢復(fù)區(qū)域還發(fā)現(xiàn)有少量亮葉樺（Betula luminifera）定居，但原始噴播物種占據(jù)絕對的優(yōu)勢地位[4]。

3.4 群落物種多樣性動態(tài)

物種多樣性作為植被群落的重要特征，標(biāo)示群落系統(tǒng)內(nèi)部及其與周圍環(huán)境關(guān)系的變化。本研究發(fā)現(xiàn)試驗(yàn)區(qū)群落豐富度指數(shù)（Dma）表現(xiàn)較為平穩(wěn)，總體所有下降，ShannonˉWiener 指數(shù)（SW）和Pielou 均勻度指數(shù)（J）總體來說隨時(shí)間推移均有下降趨勢，這是因?yàn)樵谌郝浣ǔ沙跗?，選配的建群種陸續(xù)發(fā)芽并生長，表現(xiàn)出較高的物種多樣性，但隨著群落演替，少有鄉(xiāng)土植物入侵，原來選配的建群種有一部分逐漸被淘汰，其α 多樣性指標(biāo)均出現(xiàn)緩慢下降。

4 結(jié)語

鄉(xiāng)土植物又稱本土植物，廣義的鄉(xiāng)土植物可理解為：經(jīng)過長期的自然選擇及物種演替后，對某一特定地區(qū)有高度生態(tài)適應(yīng)性的自然植物區(qū)系成分的總稱。本文所述的野生鄉(xiāng)土植物，僅指在當(dāng)?shù)刈匀恢脖恢校^賞性狀突出且具有邊坡綠化功能的高等植物，它們是最能適應(yīng)當(dāng)?shù)卮髿夂蛏鷳B(tài)環(huán)境的植物群體，尖萼金絲桃就是其中的代表樹種。金絲桃屬植物適應(yīng)性強(qiáng)，繁殖栽培容易，病蟲害少，生長健壯，具有廣泛的園林應(yīng)用前景。尖萼金絲桃除具備以上優(yōu)良特性外，還具備綠化效果快、護(hù)坡效果好、種子結(jié)實(shí)量大易采收等特點(diǎn)，適合工程噴播，具有極高的推廣應(yīng)用價(jià)值。