裸露边坡重建植物群落演替研究进展

尹晓蛟 白琳 杨旭

摘要：指出了裸露边坡植被重建已成为解决工程边坡生态问题的一项重要技术，已在世界范围内广泛推行。为科学地评价边坡植被恢复效果，常需要对恢复时期植被群落的动态变化进行长期跟踪监测，以调查边坡植被群落演替规律。围绕裸露边坡植被群落演替的主题，综合阐述了我国工程边坡植被恢复技术应用现状，国内外关于裸露边坡重建植被群落演替研究进展，以期为植被护坡技术的改进与创新提供参考，就群落演替研究在植被护坡领域的广阔前景寄予了希望。

关键词：裸露边坡；植被恢复；群落演替

中图分类号：S727.27

文献标识码：A 文章编号：16749944（2016）08000903

1 我国工程边坡植被恢复技术应用现状

1.1 边坡治理项目的提出

我国自改革开放以来，特别是近20年间，大力发展高速公路、铁路以及水电工程和采矿工程等，收获了巨大的经济效益。但在经济效益背后，隐藏的负面影响不可小觑。在施工过程中对边坡的频繁开挖，破坏了原有的植被，导致出现大量无植被覆盖的裸露边坡，即次生裸地。因坡体裸露造成的严重的水土流失和滑坡等问题，向世人敲响了警钟。根据我国可持续发展战略的要求，治理裸露边坡，恢复生态平衡已成为当前生态科学必须重视的并有责任承担的研究任务之一。开挖的坡面如何重新覆盖自然植被，已成为水利、交通等行业领域重视的关键问题[1]。

1.2 常用边坡植被恢复技术

自1996年我国于云南昆曲高速公路首次尝试生态护坡以来，边坡治理工程已兴起近20年，在技术方法、设备材料和施工组织等方面均取得了显著进展。常用的边坡植被修复技术主要包括：喷播技术、栽植技术、种子散播技术、植生袋技术、植被毯技术等。植被修复时，常选择耐贫瘠、耐干早、耐碱的乡土物种以及木本豆科植物作为先锋植物。利用豆科植物共生的根瘤菌进行生物固氮，积累养分供其生长，同时豆科植物的枯败枝叶形成的腐殖质可改良土壤成分，为周围乡土物种的进一步生长提供适合的条件[2]。

1.3 裸露边坡植被恢复效果评价

采用不同的植被修复技术，获得的短期护坡效果皆十分显著。边坡绿化工程可以很大程度缩短植被重建的时间。植被修复工程实施一年后，边坡植被覆盖率较高，但多处边坡从第二年起覆盖率逐渐降低，最终导致边坡二次裸露。因此仅仅通过统计施工后一段较短时期内边坡植被覆盖率，并不能准确评价恢复效果。特别是为达到快速绿化的目标，常纯粹种植一年生草本植物，植被群落物种单一，建立起的生态系统十分脆弱，极易遭到破坏或自行退化，生态恢复效果较差[3]。

1.4 群落演替研究在植被恢复效果评价中的意义

科学地评价边坡植被恢复效果须综合考虑防护效果、生态效果和景观效果。特别是生态效果應深入分析群落的稳定性、生态适宜性和生物多样性3个方面。因此对植被恢复效果的评估必定需要对植被群落演替情况进行长期的跟踪调查。我国对边坡恢复的生态学和群落演替动态方面的理论知识还很匮乏，对重建植被养护方面也缺乏应有的重视。现有必要综合总结国内外边坡植物重建群落演替的研究进展，在了解群落演替进程和规律特点后，可以为恢复设计、施工技术和管理措施等方面提供科学性的指导建议。

2 国内外关于裸露边坡重建植被群落演替研究进展

2.1 国外裸露边坡重建植被群落演替研究

国外较早的专门对裸露边坡植被恢复期群落演替规律进行叙述的文献可追溯到1990年，Titlyanova[4]在对废弃矿地植被调查中发现，重建植被的物种组成、群落结构和群落形成方式都和破坏前的自然植被大不相同。

Moreno-de las Heras[5]则对废弃矿山边坡重建的植被初期演替的轨迹进行了分析研究，确定了控制矿区边坡植被群落演替的主要动力。他认为初始条件（包括土壤特征和重建植被的措施）和环境特质（包括大陆性气候和周围存在的植被特点）是决定边坡重建植被群落演替方向的主要驱动力。群落演替最可能发生在初始土壤贫瘠且邻近开阔草地的样地。一旦土壤中的有效养分增加，人为干扰减少，群落演替速率将加快。

Jeffrey[6]采用了最近4年湿地边坡重建植被抽样调查数据来描述群落演替趋势和物种更新的速度。通过主分量分析和除趋势对应分析方法处理调查数据，结果表明在调查的所有样地间存在明显的共性：湿地植被恢复初期种植的一年生植物逐渐被当地多年生植物代替，二年生植物随时间流逝也逐渐被替代。而特质性表现在：各样地之间因为环境背景各异，终致物种组成和演替速度之间也存在差异。

Alday[7]的关于废弃矿山植被恢复早期群落演替规律的研究发现，废弃矿区边坡重建植被群落的演替趋势一致，都是向样地附近选取的目标群落演替，但因样地环境各异，不同样地群落演替轨迹不一致，演替速率也不尽相同。这一结论与Jefferey的结果高度一致。

虽然国外对于公路边坡实施植被恢复工程兴起较早，但对于公路边坡重建植被群落演替的研究不多，更多的研究侧重于演替初期最佳先锋物种的选择。曾经为达到边坡快速绿化的效果，广泛选用非本土的一年生草种或豆科植物作为先锋物种，其耐贫瘠、耐干旱、快速生长覆盖边坡的特性可使其在短期内固着土壤，防止土壤流失。但在对护坡效果评价时发现它们顽强生命力又对毗邻植物的生长造成危害，反而减慢群落演替速度，阻碍了植被的构建。因此现在人们普遍认为选用本土植物作为植被构建初期的先锋植物，更具长久稳定性，表现出更快的群落建成速率。边坡植被恢复时期先锋植物的选择一直是生态恢复领域的研究热点，究竟哪一物种或哪些物种组合最适合作为边坡先锋物种，目前尚无定论。

2.2 国内次生裸地重建植被群落演替研究

我国对边坡实施植被修复兴起于20世纪90年代，20多年来，相关的理论研究和技术研究主要集中于边坡生态恢复技术的应用方面，对于恢复后的植物群落演替的研究较少，直到近几年，为了提高边坡植被恢复工程质量，增强边坡生态稳定性，人们渐渐将目光投向重建植被群落演替的研究。

冯俊德[8]对岩石边坡重建植被进行了持续一年的跟踪监测，另对四个工点进行了为期4～6年的间断监测。在这项研究里，他发现在短期内（1年内）设计用于护坡的草种覆盖度高，但随时间推进，6年后坡面人工植被几乎完全被乡土物种取代。苏东凯[13]对锦阜高速公路边坡植被重建后2年、5年、7年植物群落特征进行调查，总结出在群落演替初期，物种丰富度、群落多样性均显著增加，乡土植物逐渐占据优势地位，群落向进展演替方向发展。还有多位学者就各种不同形式的边坡、植被恢复的不同时期的群落动态进行分析，发现群落演替的趋势或方向一致，皆为向周围自然植被演替。但因受立地环境的影响，表现出不同的演替轨迹和演替速率。

无论是矿山边坡还是高速路边坡亦或是湿地边坡，由于周边环境恶劣，不适合植物的生长，此时必须通过人工干预，加速群落演替。先锋物种的设计则是甚为关键的一个方面。在边坡绿化工程初期选择的先锋树种多样性越丰富，群落稳定性就越高，后期植物群落演替程度就越高，因此可通过改善先锋种丰度达到更佳的植被护坡效果。另外，王加真[3]提出观点，先锋植物在边坡植被恢复初期必须适应贫瘠的土壤，同时需具备保持水土，改良土壤的能力。就先锋植物的选择，学界一致认为当遵循乡土植物优先的原则，本土植物成活率高，能使群落更快达到稳定状态。史玲[9]在对高速公路边坡植被恢复技术应用效果进行评价时提出，为景观效果需要，应当适当引入外来种，但引入种必须在当地有10年以上的引种栽培历史，外来物种因具有侵入性，能快速覆盖坡面，借助这一特点，在植被恢复初期可有效防止水土流失。然而，如果外来物种具有强侵入性，则反而因其与乡土物种强烈竞争生存资源，而造成当地植被群落稳定性被破坏。先锋植物经过长时期的群落演替，最终被乡土物种所取代，在植被恢复的初期，先锋植物通过本身根系与土壤相互作用，以及土壤微生物对枯枝落叶的分解，使土壤成分发生改良，特别是土壤有机质、氮和磷的含量显著提高，更适合植被的生长，为乡土物种的入侵提供了便利，极大促进了植物群落的发展演替。在边坡植被恢复工程初期，为了迅速提高植被覆盖率，常大量种植草本植物，甚至仅播种草本植物，虽然短期内边坡的植被覆盖率较高，但由于草本植物寿命短，易衰退，极可能致使植被演替停滞，直到另一些植被物种入侵。因此在植物配置上，应以灌草结合为主，根据群落演替的一般规律，坡面上的灌草型植被在经过10年或更久以后，将逐渐演替为以乡土植物为优势种的灌草型或乔灌草型植物群落，乔木型群落几乎不出现。朱凯华[10]在其研究中同样证实了这一群落演替规律，他通过对岩质边坡重建植被群落演替阶段的物种数量统计，观察出植被随着恢复年限的增加，群落物种数量发生显著变化，表现为草、灌、乔木物种总数均显著增加，且群落优势种由初始的以草本为主逐渐过渡到乔灌木为主。在形成了乔灌草类型植被后，还可能出现草本层植被退化的现象，笔者推测草本层的退化是由于乔灌木植物的生长争夺了草本的光能以及养料，使草本植物光合作用受阻而引起，但此时的群落生长已进入稳定期，草本层的退化不会造成群落的再次演替。

3 裸露边坡重建植物群落演替研究的前景与展望

自裸露边坡植被恢复工程实施以来，越来越多的人逐渐意识到植被护坡的效果评价需要立足于长期效益，从长计议。群落演替的研究需要对边坡重建植被群落动态进行持续的监测和对大量监测数据进行统计学分析，工程复杂，更受时间限制。尤其在我国护坡技术发展历史不长的境况下，最早一批边坡重建植被的恢复时间至今尚不足30年，刚进入自然演替阶段，更多的边坡重建植被则尚处于先锋植物阶段或群落演替初级阶段，研究者们还要在未来相当长一段时间内对这批植被群落动态跟踪调查方可获得具有影响力的研究成果。但不可否认，群落演替的研究具有巨大的发展潜力和广阔的发展空间，吸引着人们踊跃投身探索。期待不久的將来，我国裸露边坡重建植被群落演替研究技术日趋成熟，成果愈加丰硕，植被护坡技术愈加完善。

参考文献：

[1]张 瑜. 四川地区高速铁路路基边坡植物防护研究[D].重庆： 西南大学，2011.

[2]陈海兵.武汉市凤凰山破损山体植被修复效果研究[D].武汉： 华中农业大学，2012.

[3]王加真.关于边坡植被恢复的思考[J]. 安徽农业科学， 2005，33（5）： 935～936.

[4]Tinseley，Simmons M T.The establishment success of native versus non-native herbaceous seed mixes on a revegetated roadside in Central Texas[J]. Ecological Engineering，2006，26（3）： 231～240.

[5]Heras，Nicolavjm，Esplgares T. Vegetation succession in reclaimed coal-mining slopes in a Mediterranean-dry environment[J]. Ecological Engineering，2008，34（2）： 168-178.

[6]Matthews，Endress J W，Endress A G. Rate of succession in restored wetlands and the role of site context[J]. Applied Vegetation Science，2010，13： 346～355.

[7]Alday J G. Vegetation convergence during early succession on coal wastes： a 6-year permanent plot study[J]. Journal of Vegetation Science，2011（22）：1072～1083.

[8]馮俊德.岩石边坡工程植被演替规律研究[J]. 铁道勘察，2007（3）：5～7.

[9]史 玲，王昌贤.保龙高速公路植被护坡技术应用效果评价[J]. 重庆交通大学学报，2010，29（3）： 430～432.

[10]朱凯华，潘树林，尹金珠.舟山本岛岩质边坡植被恢复植物多样性及群落演替[J]. 北方园艺，2012（5）：108～112.

Abstract： Revegetation on bare slopes has been an extensively-adopted solution worldwide to maintain the ecological niche of engineering slopes. Long-term researches are conducted to monitor the dynamics of restored flora on slopes， as a way to identify the evolution of the plant community on slopes and evaluate plant restoration practices in a scientific way. With the focus on the evolution of plant community on bare slopes， the paper comprehensively states Chinas present technical application to vegetation restoration on slopes， elaborates on the research progress on the evolving plant community on bare slopes， so as to make references to the upgrading and innovation on the vegetation revetment technology. In the end， the paper concludes with the great prosperity of the plant community evolution research on vegetation revetment.

Key words：bare slope； revegetation； community succession