基于近自然植被恢复的乔灌草种子混播研究

安伟莉，卢耀海，谢 威，高艳芳，殷祚云

(1.仲恺农业工程学院 园艺园林学院，广东 广州 510225； 2.中国科学院 华南植物园，广东 广州 510650；3.广州市花木公司，广东 广州 510030)

近年来，高速公路建设、矿石开采、房地产开发等致使大量边坡裸露，既破坏生态系统，又对城市生态景观产生较大影响[1]。同时，自然因素泥石流、地震、台风等，也会导致边坡水土流失等[2]。随着景观植被的破坏，边坡土壤变得更加贫瘠，为保护生物多样性，保持生态系统的稳定性，必须对边坡进行近自然植被恢复。

目前，国内外对边坡的生态恢复研究主要集中在恢复策略、工程措施、土壤改良和植物物种选择等方面[3-4]。传统的工程防护措施是加固坡面、喷射混凝土、挂网喷播等[5]。在国外，边坡复绿的研究于19世纪80年代就已经得到发展，目前日本已形成一整套成熟的边坡复绿“从种子到树林的再生技术”[6]。在国内，目前退化林地的植被恢复一般采用育苗移栽技术，鲜见采用本土乔灌草种子混播方法，而育苗移栽方法容易伤及植物根茎。随着我国对生态环境保护的越来越重视，基于近自然植被恢复技术的乡土乔灌草种子混播方法因具有植被群落丰富稳定、成本低、低维护、抵御外界干扰能力强等优点而受到越来越多的关注，但对于本土化的研究以及不同立地条件下不同混播模式的恢复对比试验较少。因此，本试验着重探讨在裸地和草坡两种立地类型下，不同播种组合的近自然植被恢复效果，以期为优化边坡复绿模式和今后要开展的近自然边坡复绿项目提供可借鉴的经验。

1 试验地概况

试验地位于广东省广州市仲恺农业工程学院白云校区的后山山坡。该地属于南亚热带季风气候区，季风环流盛行，夏季雨量充沛，冬季霜雪稀少，且夏秋之间多台风。试验地土壤贫瘠，是混合着石头的沙质土，渗水速度快，保水性能差。本次试验用地选择裸地和草坡两种类型，裸地原有植被的覆盖度为0，草坡原有植被的覆盖度为32%。

2 材料与方法

2.1 试验材料

本次试验选定乔木、灌木和草本共14种植物的种子，分为3种组合进行混播，具体植物种类及播种用量见表1。

表1 试验所选择的植物种类及用量

2.2 试验方法

在全面勘察学校后山森林资源分布的基础上，根据海拔基本一致、植被类型均一、样点分布均匀等原则，采用典型样方法选取试验样地，草坡和裸地各选3块样地，每块样地设置3个2 m×2 m的重复样方。试验地基本信息见表2。

表2 试验地基本信息

按照表1中3个组合的用量分别将种子混合好，然后在每个样方的四角各用长1 m的PVC管定边界，四周用麻绳围起，记录海拔、坡向、坡度等。在样方中间隔15～20 cm挖穴，穴深约为10 cm，将种子与沙子混合搅匀后，均匀点入穴中，并覆土。插上标牌，记录播种时间，之后不再进行人工管理，以更好地模拟自然界的条件。每隔一周观察一次，待种子发芽并长到一定高度时开始挂标牌，并记录发芽植物的种名、纵冠、横冠、地径、株高，根据实测结果统计出各品种平均地径、株高及冠幅生长量等。

2.3 数据分析

运用Excel软件进行数据的记录，并对物种多样性指数Shannon-Wiener指数、Simpson指数和Pielou均匀度指数[7-8]进行数据统计与计算。运用SPSS 21.0(IBM 2012)进行数据分析，再运用Excel(Microsoft 2007)进行绘图，图中数据均为平均值±标准差。

(1)

(2)

(3)

上三式中：DSW为Shannon-Wiener指数；DSim为Simpson指数；ESW为Pielou均匀度指数；S为样方中植物种数；Pi是指第i个物种多度(个体数)占所有物种总多度的比例。

3 结果与分析

3.1 不同样方物种多样性分析

3.1.1 裸地不同样方的物种多样性分析

通过对裸地条件下不同植被恢复模式的调查分析可知，DSW值为裸地乔灌草>裸地乔木>裸地乔灌，DSim值为裸地乔灌草>裸地乔木>裸地乔灌，ESW值为裸地乔木>裸地乔灌草>裸地乔灌(图1)。从物种多样性来看，对于裸地而言，乔灌草混播模式更有利于其植被恢复。

图1 裸地物种多样性指数

3.1.2 草坡不同样方的物种多样性分析

通过对草坡条件下不同植被恢复模式的调查分析可知，DSW值为草坡乔灌>草坡乔木>草坡乔灌草，DSim值为草坡乔灌>草坡乔木>草坡乔灌草，ESW值为草坡乔灌>草坡乔灌草>草坡乔木(图2)。

图2 草坡物种多样性指数

3.2 秩-多度曲线分析

对裸地和草坡的物种个体数进行分类和统计(图3)可知，在裸地上最终成活的乔灌植物种类有10种，而在草坡上最终存活的乔灌植物种类有7种。在裸地上最终存活的乔灌植物种类为银合欢、朴树、山毛豆、火力楠、木荷、山杜英、广宁红花油茶、山乌桕、大叶樟、千年桐等，其中银合欢、朴树、山毛豆为优势物种，且银合欢在裸地存活率达87.0%，为千年桐存活率3.3%的26.4倍。在草坡上最终存活的乔灌植物种类为朴树、山杜英、火力楠、猪屎豆、山毛豆、银合欢、木荷等，其中朴树、山杜英、火力楠为优势物种。裸地中银合欢的最高存活率87.0%，为草坡中朴树最高存活率23.0%的3.8倍，说明在近自然植被恢复过程中，裸地与草坡相比较易恢复，且物种丰富度较高。

图3 裸地和草坡样方植物株数-物种的秩-多度曲线

3.3 植被覆盖度分析

由表3和表4可以看出，与试验前相比，植被恢复后各样地植被覆盖度均有所提升。在裸地样方内，裸地乔木、裸地乔灌和裸地乔灌草的植被平均覆盖度分别提高了37.2、78.1、89.4个百分点；在草坡样方内，草坡乔木、草坡乔灌和草坡乔灌草的植被平均覆盖度分别提高了30.8、24.7、21.8个百分点。可以看出，植被恢复效果为裸地乔灌草>裸地乔灌>裸地乔木>草坡乔木>草坡乔灌>草坡乔灌草，说明裸地乔灌草的植被恢复能力最好。

表3 裸地植被覆盖度对比

表4 草坡植被覆盖度对比

4 讨论与结论

4.1 讨 论

乔灌草混播更有利于裸地近自然植被恢复。近自然植被恢复的最高原则是道法自然，而促进植被向演替后期群落恢复是近自然植被恢复的重要目标[9]。生境是植物群落形成的要素，不同的生境选择与其相适应的植被恢复模式，将会使物种多样性和群落稳定性得到更好的效果，这与宋永昌[10]的结论一致。同时，不同生境所适合种植的植物种类也有所差异，即要做到适地适树。选择合适的植被有利于减少水土流失及土地的沙漠化，实现可持续发展[11]。

在草坡上进行近自然植被恢复时，乔灌结合的方式最佳。草坡乔灌组合的物种多样性高于草坡乔木和草坡乔灌草组合，其均匀度也高于草坡乔木和草坡乔灌草。因为草坡原有的原生草的生长虽然在最初可给予种子一定的有利生长条件，但在后期的生长中，乔灌植株会竞争一定的养分、水分及光照，再加上原生草的竞争，更加剧了对新生草的不利影响，进而会对新生草苗的生长产生一定的抑制作用[12]。虽然在草坡样方内，草坡乔木的植被平均覆盖度高于其他两种植被组合的植被平均覆盖度，但研究表明，植物群落物种组成的改变及物种多样性的增加，更有利于快速形成不同高度植物搭配的复杂群落结构，这将更为有效地增强植被的护坡效果[13]。同时，后期环境因子等的影响也会对其造成破坏，从而使草本的存活率降低，后续试验或将对环境影响因子进行一定探究。

近自然恢复植被的选择受坡度影响较大。草坡原有立地条件给予种子发芽一定的优势，但试验中其物种多样性及复绿效果却不如裸地，究其原因为坡度的影响。按照坡度划分，边坡可分为缓坡(<25°)、陡坡(25°～35°)、急坡(35°～45°)、险坡(45°～55°)、崖坡(55°～75°)、崖壁(75°～90°)[14]。试验中草坡样地的平均坡度为46°，为险坡，这种坡度下，一方面种子更易受风力或地表径流、土壤侵蚀等外界因素的干扰；另一方面即使种子发芽，成活并长大的概率也较小，从而导致其物种多样性降低，复绿效果不佳。同时，草坡原有的植被会与新播种子进行养分、水分及光照竞争，从而不利于其发芽生长。

4.2 结 论

研究表明，不同立地类型植被恢复模式中，裸地的物种多样性整体较草坡的物种多样性高，且在裸地上进行乔灌草混播植被恢复效果最佳，而对草坡进行近自然恢复时，乔灌混播的恢复方式最佳。

由秩-多度曲线得知，裸地植被恢复以银合欢效果最佳，而草坡植被恢复以朴树和山杜英效果较好。

裸地乔灌、乔灌草混播组合平均植被覆盖度分别提高了78.1、89.4个百分点，表明采用以本土乔灌草为主的多样化植物配置，能很快提高裸地的物种多样性。因此，在林地植被退化地区可使用乔灌草结合的模式加以治理，有利于快速稳定地恢复当地植被。