高速公路坡面植物群落生态防护与季节生长变化

张成林，巫胜利

(河南省驻马店市南海公园，河南 驻马店 463000)



高速公路坡面植物群落生态防护与季节生长变化

张成林，巫胜利

(河南省驻马店市南海公园，河南 驻马店 463000)

选取高速公路坡面-亚粘土边坡的不同植物群落为研究对象，分析并探讨不同植物群落生态防护效果、地上生物量、覆盖度、灌木生长规律，为进一步巩固公路边坡植物群落结构和提高生态防护效应奠定基础。

公路；路堑边坡；植物群落；生长动态变化

公路建设在加剧水土流失的同时严重破坏了沿线原生植被，边坡是高速公路生态最脆弱部分，其防护和绿化是公路生态建设的重点之一[1]。当前，有关路堑边坡生态防护中植物群落研究多局限于减轻降雨侵蚀[2-4]、植被恢复[5-8]等方面，公路边坡中对于亚粘土路段人工植物群落生长变化研究较少。本研究选取亚粘土路堑边坡不同植物群落为研究对象，分析其生态防护效应及生长动态变化，以揭示不同植物群落生长变化规律，为类似立地条件下边坡生态防护奠定理论基础。

1 项目区概况

选择信南高速公路(沪陕高速公路G40的重要组成部分)亚粘土路堑边坡(河南省泌阳县陈庄，桩号K81+600)为研究对象，坡度33°，坡长15 m。亚粘土类边坡土壤黏粒含量高，弱-中等性膨胀土，塑性强，反复干湿条件会产生裂隙，通气透水性能差。

研究区位于河南省中南部(32°16′N、113°06′E)，年平均气温为14.7 ℃，年平均降水量为850 mm，年平均日照时数2 100 h。沿线主要植物有马唐\%(Digitaria sanguinalis)、稗草(Echinochloa crusgalli)、艾蒿(Artemisia indica)、火棘(Pyracantha fortuneana)、黄荆(Vites negundo)、紫穗槐(Amorpha fruticosa)、胡枝子(Lespedeza bicolor)、狗牙根(Cynodon dactylon)、苇状羊茅(Festuca arundinacea)等。

2 材料与方法

试验采用随机区组法，建立供试植物有紫穗槐、胡枝子、黄荆、扶芳藤、狗牙根、高羊茅、白三叶等7种。植物组合为B1、B2、B3、B4、B5、B6、B7、B8(不种植物)。共设7个处理和对照不同处理的试验设为随机区组法，重复3次。紫穗槐+狗牙根+高羊茅(B1)、胡枝子+狗牙根+高羊茅(B2)、黄荆+狗牙根+高羊茅(B3)、火棘+狗牙根+高羊茅(B4)、扶芳藤+狗牙根+高羊茅(B5)、狗牙根+高羊茅+白三叶(B6)、狗牙根+高羊茅(B7)及对照(B8)(不种植物)。3次重复；于每个小区建立径流场(长、宽各为\%5 m、2 m，间隔0.4 m)，坡底处修建集水槽和集水池(池长、宽、深各为1.0 、0.5 ，0.5 m)，试验施工时间为2012年4月26日，观测时间2012年5-9月。

播种方法采用挂网喷播法，胡枝子、紫穗槐、黄荆、火棘等种子需进行温汤浸种和催芽处理，苇状羊茅、狗牙根、白三叶等植物种子与催芽后的灌木种子混播，\%扶芳藤(Euonymus fortunei)采用河南省汝南县舍屯乡苗圃基地健壮小苗进行栽植。\%

土壤侵蚀量测定参考《土壤物理化学》[9]；植被覆盖度、地上生物量、植物高度等测量参考《植物群落学实验手册》[10]，生长速度按月平均每天生长的高度表示。

2 结果与分析

2.1 不同处理的植被覆盖度

表1 不同处理的植被覆盖度变化

从表1可以看出，观测期间8个处理的植被覆盖度随生长季延伸逐渐增加，于8月中下旬达最大值，随后逐渐降低。亚粘土路堑边坡植被覆盖度最大值从高到低依次为B1>B3> B2>B6>B4>B7>B5>B8。

2.2 不同处理地上生物量

植物群落地上生物量是反映生态系统重要指标，表现生产者物质生产能力。由表2可知，亚粘土路堑边坡不同植物群落地上生物量呈现“慢-快-慢”趋势，即前期生长缓慢，地上干物质积累少；中期生长逐渐加快，地上干物质积累迅速增加，8月份达最大值，后期生长速度逐渐降低，这主要是与降雨量与温度变化所致。B1-7处理地上生物量最大值从高到低依次为B3>B1>B2>B4=B7>B5>B6。

经拟合，植物群落地上生物量\%(Y)与时间\%(t)函数关系可用下式表达：

\%Y=eb0+b1/x(式中Y为地上生物量，x\%为生长天数，b0、b1为常数项)。

2.3 不同处理灌木生长速度

亚粘土路堑边坡不同处理灌木平均生长速度表现为“慢-快-慢”趋势，前期由于温度影响灌木生长速度较慢，随着温度升高，生长速度逐渐加快，7-8月份达最大值，以后生长速率逐渐降低。紫穗槐在所有灌木中生长速度最快，不同处理内灌木生长速率最大值由高到低顺序为B1>B3>B2>B4>B5。

通过对5种灌木生长速度进行曲线拟合，发现拟合效果最好的是Cubic曲线，曲线方程可用\%Z=Y' \%=bl+2b2\%x\%+3b3\%x2\%(Z 为灌木生长速度，\%Y为灌木生长高度，x\%为生长天数，b1、b2、b3为常数项)表示。

表2 不同处理的地上生物量 kg·m-2

表3 不同处理的灌木平均生长速度 (cm·d-1)

2.4 不同处理保水固土效应比较

由表4可以看出，在试验季不同降水量和降水强度下，相对于对照(B8),不同处理的土壤侵蚀减少比例为94.4%～99.2%，减少比例从高到低依次为B3>B1>B2>B7>B4>B6>B5, 并随着季节延伸，不同处理的土壤侵蚀减少比例逐渐增加，表明7种植物组合都有较好的护坡保持水土效果，且黄荆+狗牙根+高羊茅组合防护效果最好，其次为紫穗槐+狗牙根+高羊茅组合。

表4 不同处理土壤侵蚀比较

3 讨论

(1)供试植物组合以紫穗槐+狗牙根+高羊茅、黄荆+狗牙根+高羊茅、胡枝子+狗牙根+高羊茅等植被覆盖度较大，火棘+狗牙根+高羊茅、狗牙根+高羊茅+白三叶、狗牙根+高羊茅、扶芳藤+狗牙根+高羊茅及对照区等植被覆盖度较低。在植被建植初期，植被覆盖度较低，雨后冲刷相对较重；随着植物生长，植被覆盖度逐渐增加，降雨侵蚀作用逐渐降低，各植被组合生态防护效应明显，这与刘秉正[11]等植被覆盖度越大，植被保土作用越强的观点一致，因为植被覆盖度可以有效地减弱降雨引起土壤侵蚀能力。

(2)亚粘土路堑边坡不同植物群落地上生物量和灌木生长速度均呈现“慢-快-慢”变化趋势。不同处理地上生物量与时间关系可表示为\%Y=e\%b0+b1/\%x (Y为不同处理地上生物量，x\%为生长天数，b0、b1为常数项)；供试灌木中以紫穗槐、黄荆生长速度较快，其生长速率方程可表示为\%Z =Y' \%=bl+2b2\%x\%+3b3\%x2\% (\%Z 为灌木生长速率，Y为灌木生长高度，x\%为生长天数，b1、b2、b3为常数项)。通过对植物群落地上生物量、灌木生长速度、土壤降雨侵蚀量三者之间进行进一步相关分析，发现降雨侵蚀量与灌木生长速度相关性较强(相关系数为0.797)，降雨侵蚀量与地上生物量相关性不是太强(相关系数为0.259)。在降雨侵蚀过程中，灌木生长速度对雨滴击溅能力可以起到很好的阻碍作用，从而消减降雨对土壤的侵蚀能力。

(3)对亚粘土路堑坡面而言，供试植物中以黄荆+狗牙根+高羊茅组合与紫穗槐+狗牙根组合+高羊茅组合护坡效果较好，可作为类似立地下坡面植被绿化的参考依据。本研究仅对植被生长部分指标作季节性观测分析，缺乏连续几年观测试验，对于不同处理内植物地下生物量研究尚未涉及，今后应围绕植被生态护坡对其相关指标作进一步探讨。

[1] 刘春霞,韩烈保.高速公路边坡植被恢复研究进展[J].生态学报,2007,27(5):2090-2098.

[2] 钟立昌,檀军,单保良,等.黄土地区公路边坡降雨侵蚀及防治对策[J].华东公路,2014(2):37-39.

[3] 沈宇鹏,匡星,王连俊.铁路工程边坡次降雨侵蚀产流模拟及影响规律[J].岩土工程学报,2011(S1):498-502.

[4] 张莹莹,田国行,杨晓明.高速公路边坡降雨侵蚀特征分析[J].中外公路,2010(1):78-81.

[5] 何蓉蓉,刘东明,王丙兴,等.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[J].河北林业科技,2015(2):54-60.

[6] 周景阳.山区高速公路边坡植被恢复问题与对策研究[J].湖南交通科技,2010(1):62-64,69.

[7] 黄灏峰,王礼旺,南海龙.多阶梯边坡植被恢复技术在公路建设中的应用[J].中国水土保持科学,2013(4):60-62.

[8] 杨东,万福绪.我国高速公路边坡生态恢复技术研究进展[J].世界林业研究,2011(6):34-38.

[9] 李法虎.土壤物理化学[M].北京:化学工业出版社,2006.

[10] 王伯荪.植物群落学实验手册[M].广东:广东高等教育出版社,1996.

[11] 刘秉正,李世海,郑随定.作物植被的保土作用及保土作用系数[J].水土保持研究,1999,6(2):32-35.

The Ecological Protection and Growth Change of Protective Plants on Highway Slopes

ZHANG Cheng-lin,WU Sheng-li

(1.ZhumadianoftheSowthSeaPark,Zhumadian,Henan463000)

Different plant communities on the clay slopes in the middle of highway were studied in terms of its ecological protection ,above ground biomass,vegetation coverage and shrub growth. Information obtained is the foundation for the afforestation along the highways.

Highway; slope; plant communities; growth dynamic change

2016-05-18

张成林(1970-),男,河南驻马店人,工程师,主要从事园林绿化方面的研究工作。

S731.8

A

1001-2117(2016)05-0036-03