基于石质边坡生态修复的植物调查

基于石质边坡生态修复的植物调查作者：陈龙雨，裴宗平时间：2011-12-27摘要：本论文在充分了解植物和立地的基础上,根据徐州地区岩石边坡植物修复的实际情况和要达到的目标，通过室内查阅资料分析和野外调查，以筛选出最佳适宜的植物材料。本次研究野外调查选取的六个典型山体分别为：拉犁山、韩山、九里山、王山、泉山、云龙山。按不的山体和山体的坡向，选择典型的群落设置样方。样方大小为20X20平方米。调查内容为:乔木，灌木等的种类和数量;其它如观察植物的生长状况，植物标本的采集，树高和盖度及照相等工作同时进行。其中灌丛未设置样方，只调查记载植物种类，估计其盖度。根据植物选择与配置的原则，通过调查结果分析，本文最终得出三种徐州地区岩石边坡生态修复的植物配置方案，分别为：第一：刺槐、构树、女贞+紫穗槐、海桐、荆条+狗牙根、早熟禾。第二：紫穗槐、海桐、火棘+白三叶、紫花苜蓿。第三：侧柏、构树、紫叶李+紫穗槐、海桐+葎草、爬山虎。关键词：生态修复；岩石边坡；物种多样性；植物选择0引言随着经济的发展，资源开发与环境建设的矛盾越来越受到人们的关注。如何让岩石边坡恢复植被，已成为我国生态环境建设中面临的一个重大难题。目前在技术方面存在引进、模仿的居多，进行科研开发、本地化的研究较少，造成在实施过程中某些项目失败。究其原因在项目具体实施前施工单位未对周边的立地、植被、土壤等进行调查，没有科学进行植物种类选配和建植方式的选择[1]。如何结合当地生态环境，大力开发乡土灌木甚至小乔木和草本植物进行岩石边坡的生态修复,与当地自然植被景观构成一体,并创造自然演替的植物群落条件,成为岩石边坡生态修复研究的关键点和难点。坡面植被恢复技术的成功实施，需要科学地进行植物品种的选配和建植方式的选择。生态演替理论、生物多样性理论、生态位理论、生态适应性理论、景观生态学理论等为生态修复奠定了理论基础[2]。本项研究在总结、借鉴国内外有关研究成果的基础上，对徐州地区的几个典型的山体边坡进行生态调查，重点研究植被恢复过程中的植物群落特征、生物多样性变化以及植物对干旱逆境的生态适应性等，探讨不同生态恢复技术措施的恢复效果，筛选适应性强的徐州地区岩石边坡生态修复的物种，以期恢复和重建稳定的生态系统。1研究方法1.1考查方法按不的山体和山体的坡向，选择典型的群落设置样方。样方大小为20X20平方米。调查内容为:乔木，灌木等的种类和数量;其它如观察植物的生长状况，植物标本的采集，树高和盖度及照相等工作同时进行。其中灌丛未设置样方，只调查记载植物种类，估计其盖度[3]。按考查的先后顺序对这几座典型的山体进行编号，分别为：A（拉犁山）、B（韩山）、C（九里山）、D（王山）、E（泉山）、F（云龙山）。1.2物种多样性分析方法物种多样性指数反映群落结构和功能的复杂性以及组织化水平，能比较系统和清晰地表现各群落的一些生态学习性，利用物种丰富度指数(S)、反映群落多样性高低的Shannon一Weiner指数(H)、度量群落优势度的Simpson指数(D)和反映群落中不同物种多度分布均匀程[4]度的Pielou均匀度指数(Jsw)作为样地物种多样性的测度指标采用如下测度公式(1)丰富度指数(S)S=出现在样地中的物种数(2)Shannon一Weiner指数(H)S2H=−∑PiLnPii=1。不同植物类型物种多样性式中:S为丰富度指数，即标准样地所有物种数;Pi=NiN，代表第i个物种的相对多度或相对显著度;N为所有物种的个体数之和，Ni为第i个物种的个体数。下面出现的多样性公式中同名变量的意义均是相同的，故仅在此次出现时加以说明。(3)Simpson指数(D)D=1−S∑Pii=1(4)Pielou均匀度指数(Jsw)Jsw=HLnS2考查结果分析及植物选择研究2.1群落结构、物种种类组成物种种类组成及结构是决定群落性质最重要的因素，也是鉴别不同群落类型的基本特征，群落的优势种与建群种对群落结构和环境的形成有明显的控制作用[5]。因此，调查不同生态恢复技术类型的植物群落优势物种种类组成及结构配置，对了解群落特性、分析群落生物多样性具有重要意义[6]。生态学上的优势种对整个群落具有控制性影响，对生态系统的稳定起着举足轻重的作用，若把群落中的优势种去除，必然导致群落性质和环境的变化。群落的不同层次可有各自的优势种[7]。表1不同样地类型群落优势物种种类组成样地群落号群落优势种群落总盖度样地A样地B样地C样地D样地E样地F侧柏,构树,紫穗槐,狗牙根侧柏,榔榆,构树,爬山虎,狗尾巴草紫穗槐,刺槐,构树,紫花苜蓿,海桐湿地松,刺槐,紫花苜蓿,紫穗槐,早熟禾侧柏,构树,高羊茅,爬山虎,海桐侧柏,构树,紫穗槐,白三叶,狗牙根75%70%90%85%80%95%从表1可看出，各类型样地的群落优势种均较丰富，群落总盖度以样地F(云龙山)最高，为95%，其次是样地C(九里山),样地D(王山)。样地A(拉犁山)的草本层优势种为狗牙根，灌木层优势种为紫穗槐，乔木层优势种为侧柏；样地B（韩山）的草本层优势种为狗尾巴草，无灌木层优势种，乔木层有侧柏，构树，但覆盖度较低且长势一般，尚不能成为整个群落的建群种，表明群落演替还处于初期阶段；样地E（泉山）的群落组成主要有海桐、火棘两种种常绿灌木，受到上层树种影响的草本层植物—草草，其长势依然旺盛，表明野生的牧草生态恢复中是一种重要的群落物种。综合来看，样地F（云龙山）的群落物种种类最为丰富，群落结构也最完善，表明在人工生态恢复过程中，人为进行科学、合理的植物选择可以加快形成良好的植物群落，加速岩石边坡的生态恢复进程。2.2植物物种多样性分析物种多样性在群落学研究中得到广泛的应用，是通过度量群落中植物种的数目、个体总数以及各种多度的均匀程度来表征群落的组织水平，而物种多样性指数是表征群落特性的重要指标，在反映群落的生境差异、群落的结构类型、演替阶段和稳定程度等方面均有一定的意义[8]。本文采用较为普遍的4个植物多样性指数衡量不同修复措施群落植物物种多样性，即物种丰富度指数(S)、Shannon一wiener指数(H)、Simpson指数(D)和Pielou均匀度指数(J)。指标类表2不同样地类型植物物种丰富度与多样性指数型样地类型ABCDEF物种丰富度指数172017182130Shannon-weiner指数1.15441.02120.98761.23201.37201.544Simpson指数1.34201.25861.20241.40321.52341.789Pielou均匀度指数1.10121.08761.02301.19861.30241.520-3-中国科技论文在线可知，不同样地按物种丰富度排序为FEBDC=A,不同样地按Shannon-weiner指数排序为FEDABC,按Simpson指数排序为FEDABC,按Pielou均匀度指数排序为FEDABC。由上述排序可以看出，A、B、C三地的物种丰富度和生物多样性指数均较小，这主要是因为这些样地的植物层次不够丰富。而D、E、F三地的物种丰富度和生物多样性都比较大，这说明从人工生态恢复到自然恢复形成的植物群落，植物物种多样性有增大的趋势，表明在岩质边坡人工实施不同生态恢复技术措施，可重建人工森林生态系统并促进植物群落不同程度地朝向更高阶段演替。群落的物种组成及结构对生态恢复的效果影响较大，人为采取生态恢复技术措施后，群落层次明显增加，林下植物生长的水肥热等条件变好，植物种类逐渐增多，植物生长与分布趋向稳定，群落朝演替的高级阶段发展，稳定性增强，抗干扰能力变强，对立地的适应能力也加强，植物多样性和均匀度变化幅度相对减小，群落生态系统趋于稳定。3植物的选择与配置为了尽快恢复生态系统，首先应选择速生的先锋植物，为后续生长的植物创造条件，然后选择耐热、耐寒、耐旱、耐湿等生性粗放的优良植物组合，以确保在极端不利条件下仍能保持良好的坡面植被覆盖。在边坡生态恢复的植被中，草本植物具有生长速度快、覆盖率高的优点;而灌木具有生长周期长、根系发达的优点。草本护坡在初期因有较高的覆盖率，能减缓雨水对坡面造成的面蚀及沟蚀[9]。然而单纯草本护坡，养护成本较高，且难于维持四季常绿的景观效果，且生态群落单一，层次结构简单，对于恶劣气候抵抗能力差，容易引起大面积退化，不适合边坡生物防护的可持续发展。灌木护坡，植株充分发育后，冠幅扩张，能达到有效的坡面覆盖，根系深入坡面土层或岩石缝隙中，起到生物锚杆的作用，且用豆科灌木护坡，其根瘤菌具有固氮作用，能逐步增加坡面土壤肥力，从而逐步改善坡面土壤结构，有利于其他植物的生长[10]。但单纯的灌木护坡存在绿化初期植被覆盖率较低、植物层次单一等问题。灌草结合的护坡形式，充分利用草本植物速生、覆盖率高及灌木植株较高、灌幅大、根系深的优点，形成灌草结合的混合植物护坡结构，发挥植物间的互补、依存关系，逐渐改善坡面微环境，实现植物护坡的可持续发展。根据徐州地区的气候特征和边坡特征，通过本次生态考查和查阅有关资料，本着因地制宜的原则，选择以下物种作为徐州地区岩石边坡生态修复的候选植物。表3徐州地区岩石边坡生态修复的候选植物类别名称乔木侧柏，刺槐，构树，女贞，紫叶李，青枫灌木紫穗槐，海桐，迎春，火棘，杜鹃，荆条藤本葎草，爬山虎，常春藤草本狗牙根，早熟禾，狗尾巴草，白三叶，紫花苜蓿关于植物的搭配问题，应该尊重植被群落生态演替的自然规律，遵循生物多样性原则和生态系统稳定性原则、适应性原则和物种共生原则，进行科学配置，形成最佳植物群落，构建一种自养型生态系统。前期用生长迅速的禾本科或豆科植物作为先锋草，并引入较原始的、能耐受恶劣环境条件的生物，后期逐步引种灌木、乔木，形成在恶劣条件下稳定的植物群落。用生物手段人为加快坡面植物群落的演替速度，利用较低成本在陡峭的岩石坡面构建具有自生长能力的生态系统，最终使坡面与当地生态环境融为一体。过对六个典型的样地进行调查，发现岩石边坡植物群落结构可以归纳为三种类型：第一种是:灌木(常绿、落叶)+草本(一年生、多年生)的结构类型，如样地C（九里山）;第二种是:乔木(常绿)+灌木(落叶)+藤本(常绿)的结构类型，如样地D（王山）;第三种是:乔木（落叶）+灌木(常绿)十草本(一年生、多年生)的结构类型，如样地F（云龙山）。4结论与建议根据植物选择与配置的原则，通过调查结果分析，本文最终得出三种徐州地区岩石边坡生态修复的植物配置方案，分别为：第一：刺槐、构树、女贞+紫穗槐、海桐、荆条+狗牙根、早熟禾第二：紫穗槐、海桐、火棘+白三叶、紫花苜蓿第三：侧柏、构树、紫叶李+紫穗槐、海桐+葎草、爬山虎本论文仅是半年内的研究成果，时间很短，由于野外条件和干扰因素的限制，未能对植物、土壤中其它一些重要的生态指标进行全面的观测，所以试验结论有待于在实践中进一步检验。针对本研究的不足之处，还需做到以下研究工作:(1)对生态恢复过程中的土壤侵蚀状况和植物生物量的变化情况进行调查研究，以便更全面、准确地进行景观评价和研究生态恢复效果；(2)不同恢复技术措施土壤性状的差异在较长的演替序列中如何引起群落植被的变化，还需要进一步研究；(3)建立生态修复景观评价的模型，将定性和定量的方法相结合，量化计算部分生态学指标，并将之应用于建立的生态修复模型中。[参考文献](References)[1]张俊云，李绍才，周德培.岩石边坡护坡技术[J].路基工程，2000,24（5）：1-3[2]赖世桂.漳龙高速公路砂溪石质边坡的生态治理技术[J].草业科学，2002,14（7）：58-60[3]许文年，王铁桥，叶建军.岩石边坡护坡绿化技术应用研究[J].水利水电技术，2002,16（7）：35-40[4]包维楷，陈庆恒.退化山地生态系统恢复和重建问题探讨[J].山地学报，1999,22（1）:22-27[5]高强，汪在芹，李珍.岩土坡面植被恢复及护坡技术研究[J].长江科学院院报，2005,24（2）：25-28[6