乡土植物资源在邢汾高速公路边坡生态恢复中的选择与应用

何蓉蓉 ，刘东明 ，王丙兴 ，赵文忠 ，李作恒

（1.中国科学院华南植物园,广东 广州 510650；2.山东省天泽农园科技院士工作站，山东 泰安 027100；3.邢汾高速公路管理处，河北 邢台 054001）

乡土植物又称本土植物，广义的乡土植物可以理解为经过长期的自然选择及物种演替后，对某一特定地区有高度生态适应性的自然植物区系成分的总称[1]。在高速公路景观绿化过程中科学合理地利用乡土植物，受到世界各国重视[2]。高速公路绿化建设中，利用乡土植物不仅具有一般植物的防护功能和保护功能，而且在节约性、稳定性和特色性上均具有独特的优势。使用乡土树种绿化高速公路边坡成为目前公路建设的趋势之一[3]。

大量研究表明：与外来植物相比，乡土植物不仅在维护中需更少的外部支持并能更好地支持生物多样性[4-5]，而且在突出景观特色和维持生态系统等方面均具有独特的优势。英国著名园艺学家William Robinson曾提到乡土植物中包括不少较高观赏价值的材料，它们生长繁茂，管理粗放，无需对土壤作特殊处理。乡土树种是经过长期自然选择的产物，具有适应性好、抗病虫害能力强、生长健壮等优点。其对水、肥、修剪、农药等方面要求十分粗放，与外来树种相比，养护费用相对较低，而景观效果更佳[6]。

国外利用乡土植物进行高速公路边坡生态恢复做了大量的研究和实践，取得了明显的效果[7-8]。美国交通景观及环境设计指南（A Guide for Transportation Landscape and Environmental Design）指出现有的树木在中央分隔带较宽、分离式路基或有安全防护栏的情况下可以保留；路侧尽量保留优良的现有植被，加上基本的功能性栽植和随机种植乡土树木及野生花卉使之与周围环境统一和协调，通过调查相似土壤和地形条件下的植物生长情况确定适宜的植物应用种类，模仿自然植物群落进行植物配置。

国内高速公路建设起步较晚，但是发展迅速，应用乡土树种进行高速公路边坡绿化和生态恢复日益受到重视[9-11]。

邢汾高速公路经过太行山区，生态环境脆弱，开挖后以石质边坡为主，该地区气候干旱少雨，且雨量不均衡，制约着边坡的生态恢复，为了恢复高速公路修建过程中受破坏的生态环境，本文以邢汾高速公路为研究对象，在开展区域自然条件、植物全面调查的基础上，综合各因素筛选出适宜的乡土植物，通过植物间的合理配置，并选择典型的边坡进行生态恢复试验，通过试验，得出适合邢汾高速公路边坡生态恢复的种类，力求其生态功能、景观功能同周边环境协调，以获得最佳恢复效果。从而为高速公路边坡恢复提供理论基础和实践经验。

1 材料与研究方法

1.1 研究地概况

邢（河北邢台）汾（山西汾阳）高速公路起点位于京港澳高速公路邢台南互通南侧，途经邢台市开发区、沙河市、桥西区和邢台县，终止于冀晋省界，全长83.511km，路线从东向西分为平原区、丘陵区、山区，东西部高差1100m。路线经过邢台西部山区，横穿太行山主峰，地形复杂，山势陡峭，河流密集，谷地宽阔，海河水系自西向东流经区内，横切山地，并在某些地带形成水流湍急的峡谷。

根据JTJ 003-86《中华人民共和国公路自然区划标准》，本区属于海滦中冻区（Ⅱ4），属暖温带大陆性季风气候，四季分明，寒暑温差悬殊，多年平均气温11.8℃，极端最低气温-24.8℃，极端最高气温42.7℃，无霜期180～200d。属于河北省的一个多雨地带，雨量相对较多，年平均降水量450～600mm。在该区域建设高速公路，不仅施工难度大，而且生态环境脆弱，如不进行边坡生态恢复，将导致严重的水土流失，甚至石漠化。

1.2 研究方法

1.2.1 沿线植物资源和土壤的调查

选取邢汾高速公路沿线两侧300m范围内进行植被调查，利用植物分类学、植物生态学的野外调查方法，对邢汾高速公路沿线的植被特征、群落结构和植物分布进行全面的考察，拍摄照片、采集标本、记录及鉴定，获得比较完整的沿线区域内的植物名录；记录沿线省道、县道边坡土壤类型、生境条件、边坡上生长的植物种类、数量、生长情况以及自然景观特征。

1.2.2 试验坡的确定与边坡生态恢复工艺的设计

选择红砂岩边坡作为试验边坡，边坡位于114°14′32″E、37°03′19″N，海拔 338m，面积总共3293m2，该边坡共有3级，1级坡强风化、坡率1∶1，面积 1401m2；2 级坡为强风化、坡率 1∶1，面积1259m2；3级坡为全风化、坡率1∶1.25，面积633m2。

为营造适宜植物生长的环境，保障植物生长所需的养分、水分供给，1～3级坡均采用挂铁丝网客土喷播技术，设计喷播客土基质的最小厚度为10cm。将清表土、泥炭土、农家肥、磷肥、复合肥、保水剂、黏合剂进行混合搅拌做成喷播客土基质，通过客土喷播机将基质喷射至坡面上，接着将种子和喷播基质混合后一起喷播至坡面，然后使用无纺布进行覆盖。于2012年11月上旬施工。客土喷播基质组合见表1。

表1 客土喷播材料配比 单位：kg·m-3

本试验坡选用黑麦草（Lolium perenne）、波斯菊（Cosmos bipinnata）、紫苜蓿（Medicago sativa）、紫穗槐（Amorpha fruticosa）、黄刺玫Rosa xanthina）、三裂绣线菊（Spiraea trilobata）、胡枝子（Lespedeza bicolor）、锦鸡儿（Caragana sinica）、酸枣（Ziziphus jujuba var.spinosa）、荆条（Vitex negundo var.heterophylla）、刺槐（Robinia pseudoacacia）、臭椿（Ailanthus altissima）、榆树（Ulmus pumila）等13种，其中波斯菊作为丰富边坡景观加入，紫苜蓿作为固氮、提高土壤有机质的含量加入。于2012年11月11～15日施工。由于是在初冬施工，为避免种子发芽后受到冻害，在喷播前，所有种子未经过处理。见表2、表3。

表2 试验边坡选用的植物种类

表3 试验边坡选用的植物种类的播种量

1.2.3 试验坡植物种类及生长情况调查

从3月下旬开始，每隔30d对边坡调查1次，主要观察和记录植物的发芽、生长情况。并于2013年10月27日，在每级边坡上随机设置10个1m×1m的样方进行调查，统计每种植物的株数和高度，结果取平均值。

2 结果与分析

2.1 高速公路沿线的植物资源

邢汾高速公路经过地区的地带性植被以暖温带落叶阔叶林为主。由于长期人为活动的干扰，原生植被已被破坏殆尽，该区现有森林大都是其原始天然林破坏后出现的次生林或人工林。本区主要植被类型有落叶阔叶林、温性针叶林、灌丛、灌草丛、山地草甸等，低海拔以灌草丛、栎林、油松林占优势，稍高海拔（山顶）由于山顶气候效应，多为杂类草草甸或灌草丛[12-13]。

据多次调查和标本鉴定的资料统计显示，该高速公路所经区域共有维管束植物411种，隶属于94科289属，其中蕨类植物1科1属1种，裸子植物2科3属4种、被子植物91科285属421种；乔木73种、灌木103种、草本235种，其中藤本24种。

常见的有毛茛科15种，藜科10种，蔷薇科33种，蝶形花科27种，菊科50种，百合科13种，禾本科32种。乔木层有栓皮栎（Quercus variabilis）、蒙古栎（Quercus mongolica）、槲栎（Quercus aliena）、鹅耳枥（Carpinus turczaninowii）、臭椿、刺槐、黑弹树（Celtis bungeana）、榆树等；灌木层有大花溲疏（Deutzia grandiflora）、酸枣、胡枝子、荆条、锦鸡儿、锐齿鼠李（Rhamnus arguta）等；草本层有白羊草（Bothriochloa ischaemum）、中华隐子草（Cleistogenes chinensis）、披碱草（Elymus dahuricus）、黄背草（Themeda japonica）、甘菊（Dendranthema lavandulifolium）等；藤本植物主要有野葛（Pueraria lobata）、鹅绒藤（Cynanchum chinense）、太行铁线莲（Clematis kirilowii）、茜草Rubia cordifolia）等。由此看出，邢汾高速公路所经区域虽然属于干旱区，但是植物资源相对较丰富，可从中筛选出一些耐旱、耐瘠薄的乡土植物资源进行公路边坡生态恢复。

2.2 乡土植物的选择与应用

通过对区域自然植物群落组成、临近公路边坡植被现状的调查，结合现场踏勘开挖边坡的立地条件以及相关科研成果，在满足高速公路生境条件的前提下，模拟自然生态系统的组成和结构，在边坡上以营造近自然群落为目标，兼顾先锋种、优势种、建群种与伴生种，合理配置乔、灌、草、藤的比例，最后筛选出52种乡土植物和非乡土植物用于景观恢复（乔木7种、灌木21种、草本18种，其中藤本6种）（见表4）。其中，乡土植物 47种，小冠花（Coronilla varia）、火炬树（Rhus typhina）、刺槐、五叶地锦（Parthenocissus quinquefolia）、黑麦草是外来种。

表4 边坡生态恢复推荐用乡土植物和部分非乡土植物

续表

从表4可以看出，本项目推荐选用的生态恢复植物中乡土植物占90.4%，筛选出的乡土植物，具有耐旱、耐瘠薄，景观特色明显，可用于不同生境的选择应用。所选的外来植物也是经过了长期引种驯化并在本地城乡绿化中被长期使用的种，已被证明无生态入侵的危险。

2.3 配置模式

研究表明，灌草结合、加快人工植物群落向自然群落演替是实现裸露边坡生态稳定的必然趋势[14]。草本植物早期生长快，绿化效果明显，可防止初期土壤侵蚀，有利于初期表土层的稳定，但草本植物根系较浅且群落易发生衰退，而乔灌木根系发达，固土护坡能力强，对边坡的长期稳定和生态恢复有重要作用。此外，藤本植物可应用于坚硬岩石边坡或土石混合边坡的垂直绿化[15]。在配置模式上应根据边坡的立地条件选择合适的植物种类。如全风化红砂岩边坡，可选择乔木刺槐、臭椿、榆树，灌木选择紫穗槐、黄刺玫、三裂绣线菊、锦鸡儿等，草本选择黑麦草、冰草等进行配置，营造成灌草型边坡群落。根据本项目中边坡的立地条件和植物生长习性，推荐的植物配置模式见表5。

表5 邢汾高速公路边坡生态恢复推荐的植物配置模式

2.4 试验边坡生态恢复调查结果

边坡上黑麦草于2013年3月底开始发芽，紫苜蓿、紫穗槐、刺槐、臭椿、榆树、胡枝子于4月中旬开始发芽，黄刺玫、三裂绣线菊、荆条于5月上旬开始发芽。6月28日调查时，边坡上草本植物已覆盖坡面达到约87%，对防止初期土壤侵蚀起到了重要作用。至2013年10月27日调查，边坡上的植物均生长良好。调查结果显示，黑麦草、波斯菊、紫苜蓿、紫穗槐、刺槐、臭椿发芽率高，在边坡上生长较快，适合邢汾高速公路边坡的生态恢复。而荆条、酸枣、黄刺玫、三裂绣线菊发芽率较低，在以后的应用中需要预先对种子进行处理，提高发芽率。边坡上调查到的种类、数量、株高见表6。试验效果见图1、图2。

表6 边坡植物种类及生长情况

图1 2012年11月试验边坡施工

图2 2013年7月试验边坡效果坡施工

3 讨论

乡土植物以其自身的优势，在高速公路景观恢复中发挥着重要作用。在利用乡土植物进行高速公路生态恢复要注意以下几点：

（1）高速公路生态恢复是一个恢复植被的过程，在绿化设计中应尽量利用耐旱、耐瘠薄的乡土植物进行生态恢复，同时应清楚地认识到植物有其自身的生长规律，不断地进行探索和试验，切不可急功近利，只追求短期的绿化效果。边坡上生长的植物需要数年的观察才能最终确定其是否适合边坡的恶劣环境，因此，需要持续对边坡上的植物进行观察分析。

（2）不同植物种类具有不同的生态适应能力和观赏性，在高速公路绿化设计中应根据不同的生境选用不同生物学特性的乡土植物种类，并根据生态学原理，对备选植物种类进行科学合理的配置，同时考虑群落外貌与周边环境协调。

（3）在大力提倡高速公路景观绿化应用乡土植物资源的同时，可根据需要选择部分外来种进行搭配，改善高速公路沿线生态环境、丰富沿线景观。大量的乡土植物和少量的外来种通过合理搭配，建植结构合理、功能完善的人工群落。这种以乡土植物为优势种的景观群落，经过一段时间的群落演替，形成具有地带性植被特点的群落类型。这对高速公路景观恢复而言，将具有最丰富的物种多样性和稳定的生态系统。

4 结论

（1）经多次野外调查结果表明，该路域范围内植物种类丰富，调查统计共有维管束植物411种，隶属于94科289属。乔木73种、灌木103种、草本235种，其中藤本24种。这些植物资源为该高速公路的植被恢复和重建提供了丰富的选择材料。

（2）综合考虑该高速公路的自然条件、土壤状况和植物种类组成，共筛选出耐旱、耐瘠薄、景观特色明显的52种乡土植物和非乡土植物用于边坡绿化，其中乔木7种，灌木21种，草本18种，藤本6种。在瘠薄的土壤环境下，乔木类由于生长缓慢，但其根系发达，固土护坡效果较好，可以作为边坡生态恢复的优势种加以应用，如构树、刺槐、臭椿等。

（3）在筛选的基础上，根据项目中边坡的立地条件和植物生长习性，提出相应植物配置模式，并进行边坡生态恢复试验，从试验结果看植被恢复和景观效果良好。配置模式主要有灌草型群落、乔灌型群落、草本型群落、藤本型群落。经试验，黑麦草、紫苜蓿、波斯菊、紫穗槐、刺槐、臭椿、榆树等发芽率高，在边坡上生长较快，适合边坡生态恢复。

致谢：对在植物鉴定工作中给予指导和帮助的中国科学院华南植物园邢福武研究员、北京师范大学刘全儒教授表示感谢！

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