黔东南国省干道公路边坡自然恢复植物群落物种多样性研究

2019-09-10祝小科黄艳斌禹丹云刘健宇

山地农业生物学报 2019年4期

祝小科　黄艳斌　禹丹云　刘健宇

摘要：本文選择黔东南S308和S311省道的3种不同边坡类型，采用样带相邻格子法进行调查，分析自然恢复群落的种类组成、重要值、丰富度、多样性指数和均匀度。结果表明：（1）国省干线公路建设中形成的裸露边坡，在3～7年以后开始逐渐自然恢复植被，3种不同边坡类型自然恢复植物种共有24科29属30种;其中S308土夹石边坡、S311石质边坡和S311土质边坡恢复的植物科、种分别为16科18种、17科22种和5科5种;（2）边坡早期自然恢复的乔、灌、草优势植物种主要有马尾松（ Pinus massoniana ）、光皮桦（ Betula lumunifera ）、盐肤木（ Rhus chinensis ）、杉木（ Cunninghamia lanceolata ）、醉鱼草（ Buddleja lindleyana ）、小果南烛（ Lyonia ovalifolia ）、杜鹃（ Rhododendron simsii ）、胡枝子（ Lespedeza bicolor ）及五节芒（ Miscanthus floridulus ）、铁芒箕（ Dicranopteris linearis ）;（3）不同边坡类型自然恢复植物群落的丰富度、物种多样性指数、优势度指数和均匀度指数存在一定差异，其中丰富度指数大小依次为石质边坡>土夹石边坡>土质边坡;物种多样性指数、优势度指数和均匀度指数大小依次为土夹石边坡>石质边坡>土质边坡。乔、灌、草植物的丰富度指数、多样性指数和均匀度指数也存在差异。

关键词：国省干道公路边坡;自然恢复植物群落;物种多样性

中图分类号：Q145+.2

文献标识码：A

文章编号：1008-0457（2019）04-0029-06 国际DOI编码：10.15958/j.cnki.sdnyswxb.2019.04.006

Study on Plant Species Diversity of Natural Restoration Community on Slopes of National and Provincial Trunk Road in Southeast of Guizhou Province

ZHU Xiao-ke1，HUANG Yan-bin1，YU Dan-yun1*，LIU Jian-yu2

（1.Forestry College of Guizhou University，Guiyang，Guizhou 550025，China; 2.Kaili Road Administration bureau of Guizhou Province，Kaili，Guizhou 550025，China）

Abstract：This paper choosed three different slopes of provincial trunk road Qiandongnan S308 and S311，using the sample strip adjacent lattice method to surveyed and analyzed the species composition，importance value，richness，diversity index and evenness of natural restoration communities. The results showed that the bare side slopes of trunk road restored the vegetation naturally and gradually after 3-7years. Those plants involved 24 families，29 genera，and 30 species. The plant families and species on soil and stone slope of S 308，stone slope of S311 and soil slope of S311 were 16 and 18，17 and 22，and 5 and 5，respectively. Advantageous plants during early natural recovery stage mainly included Pinus massoniana，Betula lumunifera，Rhus chinensis，Cunninghamia lanceolata，Buddleja lindleyana，Lyonia ovalifolia，Rhododendron simsii，Lespedeza bicolor，Miscanthus floridulus and Dicranoperis linearis. There were certain differences in the richness，species diversity，evenness of natural restoration plant community of different slope types，among which the ranking for richness was as follows： the stone slope>the soil and stone slope >the soil slope. The species diversity and the evenness followed a ranking： soil and stone slope >stone slope >soil slope. The vegetation of trees，bush and grass among different slope types had different richness，diversity and evenness.

Key words：side slopes of national and provincial trunk road; natural restoration plant community; species diversity

根据贵州省交通运输发展形势，目前已县县通高速，今后一段时期，贵州省交通基础设施投资重点将由高速公路转向国省干道公路。到2020年，适应黔东南州经济社会发展的现代综合交通运输体系基本形成，全州境内高速公路网基本建成，现有国道、省道二级及以上公路的比重将分别达到100%、80%，由此可见黔东南州普通国省干道公路已迎来建设高峰时期。

但是，国省干道公路的大规模建设过程中形成了大量的公路边坡，由于黔东南州区域内地质环境条件复杂，山高坡陡，在国省干道公路改造过程中形成的边坡坡面组成物质结构松散，边坡稳定性差，常常因降雨造成滑坡、崩塌等地质灾害，其中以小规模的滑坡地质灾害较为频繁。单一采取工程防护措施不仅投资巨大，且有时防护效果有限。采取人工植物生态护坡措施可一定程度上稳固边坡，符合工程投资实际，并具有绿化、美化的生态效果，而要采用植物护坡，植物选择是关键环节之一。

植被恢复过程中的物种多样性是描述其群落结构和功能复杂性的度量指标，物种多样性不仅反映一个群落中物种的丰富度或均匀度，还反映了植物群落在组成、结构、功能和动态等方面的异质性[1-2]。高速公路边坡植被恢复效果表明，增加边坡植物的多样性可明显提高边坡植物群落覆盖度、稳定性和抗逆性，使边坡形成的群落更稳定[3-5]，还可提高公路沿线绿化美化效果[6]。目前，有许多学者对高速公路边坡恢复的植物群落物种组成及多样性进行了研究，如严慧玲等[7]对河北邢汾高速边坡沿线植物群落物种组成与重要值进行了分析，陈敬贤[8]分析比较了延庆山区公路边坡人工恢复和自然恢复植物群落不同层次物种多样性特征，曹娓等[9]对高速公路边坡植物群落状态进行评价。但对国省干线公路边坡自然恢复群落物种多样性研究较少，因此，研究黔东南国省干线公路边坡自然恢复植物群落物种的组成及多样性具有重要现实意义，可为黔东南国省干线公路边坡采取人工措施恢复植被及植物种筛选提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 研究区及研究边坡概况

研究区位于贵州黔东南州东南部区域，地形地貌为低中山和低山，海拔500～1000 m，地形起伏较大，山高坡陡。岩石主要由碎屑岩组成，岩性主要有板岩、砂岩、页岩、变余砂岩。土壤主要以黄壤为主。属中亚热带季风湿润气候区，具有冬无严寒，夏无酷暑，雨热同季的特点。年平均气温14～18℃，降雨量1000～1500 mm，相对湿度为78%～84%。

本研究选择黔东南S308和S311省道的茅贡村、天培村和新台村3个边坡自然恢复的植物群落作为研究对象。其中，S308茅贡边坡为土夹石边坡，坡度在45°至60°之间，主要由石块和碎石组成，土石疏松。S311天培边坡为石质边坡，S311新台边坡为土质边坡，坡度在50°至75°之间，石质边坡岩性主要是板岩，土质边坡的土壤为母质土，两者属于相对稳定型边坡。3个边坡基本情况见表1。

1.2 研究方法

在所选择的3个边坡坡面上，采用样带相邻格子法对边坡自然恢复的植物群落进行调查，按相邻格子法设置调查样方，样方面积为1 m×1 m，调查样方内自然恢复乔、灌木的种类、数量、地径、高度和盖度;草本植物调查种类、平均高和盖度。其中S308茅贡边坡样方数量40个，S311天培边坡和S311新台边坡样方数量各20个。根据样方调查数据，计算分析植物种的重要值、丰富度、多样性指数和均匀度等指标。

（1）重要值（IV）

重要值是表示某个种在群落中的地位和作用的综合数量指标，计算公式为：

乔灌木重要值=（相对密度+相对频度+相对优势度）/3

草本植物重要值=（相对盖度+相对高度）/2

上式中：相对密度=某个种的个体数/所有种的个体数之和×100%;

相对优势度=某个种的基面积之和/全部种的基面积之和×100%;

相对频度=某个种的频度/所有种的频度之和×100%;

相对显著度=某个种的地径断面积/所有种的地径断面积×100%;

相对高度=某个种的平均高度/所有种的平均高度之和×100%。

相对盖度=某个种的盖度/所有种的盖度之和×100%;

（2）多样性的计算方法与公式[10-12]

本研究选取物种丰富度（S）、Simpson指数（D）、Shannon-weiner指数（H）和Pielou均匀度指数（J）表示自然恢复植物群落的多样性指标。

①物种丰富度

S= 出现在调查样方中的物种数目

②Simpson指數（D）

D=1-∑si=1Pi2

③Shannon-wiener指数（H）

H=-∑si=1Pi2 ln Pi

④Pielou均匀度指数（J）

J=H/ ln S

以上公式中， Pi2 为样地中各物种的重要值的比值，即 Pi2=ni/N，ni 的重要值， N 为总重要值， S 为物种丰富度，即出现在调查样方中的物种数。

2 结果与分析

2.1 边坡自然恢复群落植物种组成

不同边坡类型自然恢复植物种调查结果见表2和表3。

调查结果表明：三种边坡类型自然恢复的植物共有24科29属30种植物。其中：S308土夹石边坡植被恢复时间为7年，共有植物16科，18种植物;植物种数在2种（含2种）以上的有杜鹃花科和禾本科，其他16科只含有一种植物。恢复植物以乔木种类居多，所占比例为38.89%;灌木次之，比例为33.33%;草本植物最少，比例为27.78%。出现频率较高的乔木种类有马尾松（ Pinus massoniana ）、光皮桦（ Betula lumunifera ）和盐肤木（ Rhus chinensis ）;灌木有醉鱼草（ Buddleja lindleyana ）和杜鹃（ Rhododendron simsii ）;草本植物有铁芒箕（ Dicranopteris linearis ）、五节芒（ Miscanthus floridulus ）和白茅（ Imperata cylindrica ）。

S311石质边坡植被恢复时间为7年，共有植物17科，22种植物;植物种数在2种（含2种）以上的有金缕梅科、豆科、禾本科和菊科，其他13科只含有一种植物。恢复植物种类以乔木种类和草本植物最多，所占比例均为45.45%;灌木种类最少，所占比例为9.09%。出现频率较高的乔木种类有光皮桦（ B.lumunifera ）和杉木（ Cunninghamia lanceolata ），灌木类有胡枝子（ Lespedeza bicolor ），草本植物有五节芒（ M.floridulus ）、艾草（ Artemisia argyi ）和青蒿（ Artemisia carvifolia ）。

S311土质边坡植被恢复时间较短为3年，共有植物5科5种，该边坡土壤为酸性黄壤，边坡周围有马尾松（ P.massoniana ）母树，适宜马尾松天然下种更新，优势种和建群种为马尾松，无灌木植物，草本植物也较少。

以上调查结果表明黔东南国省干线公路建设中形成的裸露边坡，在3～7年以后植被开始逐渐自然恢复，早期自然恢复的乡土植物种类主要有马尾松（ P.massoniana ）、光皮桦（ B.lumunifera ）、盐肤木（ R.chinensis ）、杉木（ C.lanceolata ）、醉鱼草（ B.lindleyana ）、小果南烛（ Lyonia ovalifolia ）、杜鹃（ R.simsii ）和胡枝子（ L.bicolor ）等乔灌木树种。不同边坡类型和不同恢复时间，自然恢复植物种类存在一定差异。

2.2 边坡自然恢复植物种重要值

重要值是用来表示植物种在群落中的地位和作用的综合数量指标，能够确定群落中优势种。不同边坡类型乔木类、灌木类和草本植物重要值计算结果见表4、表5和表6。

由表4看出：乔木种平均重要值大小顺序依次为：马尾松>光皮桦>盐肤木>杉木>毛桐>木姜子>枫香>麻栎>朴树>檵木>枫杨>青桐。其中马尾松、光皮桦和杉木在三种边坡类型中都存在，且重要值大。三种边坡类型中，土夹石边坡乔木种重要值排在前五位分别是马尾松>光皮桦>盐肤木>杉木>毛桐;石质边坡乔木种重要值排在前五位分别是光皮桦>马尾松>杉木>盐肤木>毛桐;土质边坡中恢复的乔木种类较少，仅有3种，以马尾松占明显优势。这一结果表明，这些植物种能够适应石砾含量高、干旱及土壤瘠薄的边坡生境，是边坡自然恢复群落的先锋种和优势种。因此，在对公路边坡采取人工恢复植被时，可优先选择这些乡土乔木树种。

表5结果显示，边坡自然恢复的灌木种类受边坡类型影响较大。土夹石边坡自然恢复的灌木种类最多，重要值大小顺序依次为醉鱼草>小果南烛>油茶>杜鹃>黄毛楤木>迎春花;石质边坡自然恢复的灌木仅有两种植物，即胡枝子和山蚂蝗，其中以胡枝子生长为最佳;而土质边坡是新开挖边坡，且边坡周围马尾松天然下种能力强，更新的马尾松幼苗占据了大部分坡面，不利于灌木类生长，无灌木种出现。由于黔东南国省干线边坡类型主要为土夹石边坡和石质边坡，因此，在对公路边坡采取人工恢复植被时，可选择醉鱼草、小果南烛、油茶、杜鹃和胡枝子等灌木种类植物。

由表6看出：草本植物平均重要值大小顺序依次为：五节芒>茅草>铁芒箕>乌蕨>飞蓬草>仙茅>天名精>仙人草>蜈蚣蕨>青蒿。其中五节芒、铁芒箕在三种边坡类型中都存在，且重要值大，说明这兩种草本植物受边坡类型影响最少，生长最佳，为优势草本植物。石质边坡和土夹石边坡自然恢复草本植物多，且石质边坡较土夹石边坡多，这是因为在土夹石边坡上自然恢复的灌木较石质边坡多，占据多数空间环境，抢占了草本植物的生存空间，故恢复的草本植物相对较少。而在土质边坡上，乔木类马尾松占绝对优势，覆盖度大，影响了灌草植物的生长，只有五节芒和铁芒箕两种草本植物出现。

2.3 边坡自然恢复群落物种多样性

根据3种边坡类型调查数据，计算自然恢复群落及其乔、灌、草的丰富度、多样性指数、优势度指数和均匀度指数（见表7），调查结果表明：

（1）不同边坡类型自然恢复植物群落及其乔、灌、草物种的丰富度均存在差异。群落丰富度指数大小依次为石质边坡>土夹石边坡>土质边坡;乔木丰富度为石质边坡>土夹石边坡>土质边坡;灌木丰富度为土夹石边坡>石质边坡;草本丰富度为石质边坡>土夹石边坡>土质边坡。总体看石质边坡和土夹石边坡自然恢复群落的乔、灌、草丰富度较高，土质边坡由于恢复时间较短（3年），且恢复的优势种主要为马尾松，导致丰富度较低。

（2）不同边坡类型自然恢复植物群落的Shannon-weiner指数、Simpson指数和Pielou均匀度指数变化趋势一致，为土夹石边坡>石质边坡>土质边坡。

（3）不同边坡类型中乔木和草本植物的Shannon-weiner指数、Simpson指数和Pielou均匀度指数均是石质边坡>土夹石边坡>土质边坡;灌木则是土夹石边坡>石质边坡，土质边坡无灌木出现。

以上结果说明，尽管土夹石边坡和石质边坡生境条件差，但由于该区域水热条件较好，且边坡周围存在植物种源，随着时间推移及自然演替进程，一些适应性强的乡土植物种侵入，自然恢复的物种丰富度和物种多样性仍较高，植株分布均匀，垂直结构合理，乔灌草的生长效果较好。

3 结论与讨论

黔东南国省干道公路建设中形成的不同类型裸露边坡，随着时间推移及自然演替进程，各种边坡类型能自然恢复形成具有一定种类组成、结构和外貌特征的植物群落，在一定程度上可起到生态护坡的效果。因此，在对黔东南国省干道公路边坡进行生态修复时，可采用人工恢复与自然恢复相结合的方法恢复边坡植被，若自然恢复植被的植物种类单一，可采用人工种植乔灌木苗木或人工撒播、点播乔灌种子增加恢复植被的种类组成，加快植被恢复。

不同边坡类型在3～7年以后开始逐渐自然恢复植被，3种不同边坡类型自然恢复植物种共有24科29属30种。出现频率较高的植物种有马尾松、光皮桦、盐肤木、杉木、醉鱼草、小果南烛、杜鹃、胡枝子、油茶、五节芒和铁芒萁等，其在群落中形成一定的优势，表明这些乡土植物具有较强的适应性。由此提示出在对公路边坡采取人工措施恢复边坡植被，进行植物生态护坡选择植物时，应选择适应当地区域环境条件、耐干旱瘠薄的植物，以本土植物为主，可以形成稳定的植物群落，达到植被恢复、固土护坡目的。

不同边坡类型自然恢复植物群落的丰富度、物种多样性指数、优势度指数和均匀度指数存在差异，其中丰富度指数大小依次为石质边坡>土夹石边坡>土质边坡，物种多样性指数、优势度指数和均匀度指数大小依次为土夹石边坡>石质边坡>土质边坡;乔、灌、草植物的丰富度指数、多样性指数和均匀度指数也存在差异;这是由于各种边坡类型植物生长环境及恢复时间不同所致，也反映出不同边坡类型自然恢复群落的植物组成、结构和功能的异质性。由此揭示出在对边坡进行植物生态防护，要根据不同边坡类型特点，合理配置植物，以灌木为主，乔、灌、草、藤、花结合，构建乔、灌、草组成的复层结构植物群落，提高植物群落的物种多样性及稳定性，才能更好发挥植物生态护坡和景观美化的作用。

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