高速公路項目植被自然恢復研究

苗春玲，陳子平，王小軍，彭賢鋒

(廣東省水利水電科學研究院，廣東 廣州 510635)

生態(tài)環(huán)境因子的變化會使森林生態(tài)系統(tǒng)發(fā)生相應的演化[1]。隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，以高速公路為主的基礎(chǔ)建設(shè)項目不可避免地破壞了原有的植被和土壤，使地面形成再塑的、幾乎沒有種源的母質(zhì)層或巖石[2]。森林生態(tài)系統(tǒng)有著較強的自我修復能力，通過封禁、人工補種等措施可以實現(xiàn)退化的森林生態(tài)系統(tǒng)的恢復[3]。然而在開展水土保持監(jiān)理和監(jiān)測工作中發(fā)現(xiàn)，一是在廣東雨量充沛的地區(qū)，種源充足的情況下存在無需人工措施重建植被的植被自然恢復現(xiàn)象；二是在高速公路取土場、棄渣場存在很多裸露坡面長年植被難以自然恢復的現(xiàn)象。針對以上問題，我們結(jié)合包頭至茂名粵境段高速公路工程的監(jiān)測成果資料，粗淺分析監(jiān)測區(qū)植被自然恢復情況和影響植被自然恢復的因素，以期為同類項目提供借鑒。

1 項目及項目區(qū)概況

包頭至茂名粵境段高速公路工程起點位于茂名信宜市朱砂鎮(zhèn)粵桂交界處的陳金頂，途經(jīng)信宜市朱砂鎮(zhèn)、池洞鎮(zhèn)、懷鄉(xiāng)鎮(zhèn)、信宜市城區(qū)、丁堡鎮(zhèn)、水口鎮(zhèn)，高州市東岸鎮(zhèn)、高州市城區(qū)、泅水鎮(zhèn)、根子鎮(zhèn)、分界鎮(zhèn)，終點位于茂名市電白區(qū)林頭鎮(zhèn)，與沈海高速公路相接，全長122.3 km，工期29個月。其水土流失防治責任范圍為1 291.27 hm2，土石方移動量達554.62萬m3，擾動面積較大，是擾動地表較強的高速公路建設(shè)項目。

包頭至茂名粵境段高速公路地跨信宜、高州、茂名等市，屬亞熱帶季風氣候類型區(qū)。信宜市多年平均氣溫22.3 ℃，極端最高氣溫37.4 ℃，極端最低氣溫0.5 ℃，多年平均降水量1 941 mm；高州市多年平均氣溫22.8 ℃，極端最高氣溫37.6 ℃，極端最低氣溫-1.5 ℃，多年平均降水量1 892.7 mm；茂名市多年平均氣溫21.8 ℃，極端最高氣溫37.5 ℃，極端最低氣溫-1.3 ℃，多年平均降水量1 942 mm。

包頭至茂名粵境段高速公路位于低山丘陵區(qū)，項目占地面積比較大，由低山丘陵和濱海平原組成。土壤主要為花崗巖、砂頁巖母質(zhì)發(fā)育而成的赤紅壤。植被類型屬亞熱帶常綠闊葉林，植被覆蓋度在48%～80%之間，土壤平均侵蝕模數(shù)12 000 t/(km2·a)。

2 研究方法

2.1 植物監(jiān)測樣地的設(shè)置與植被調(diào)查

在未采取人工植被恢復措施的1#取土場、2#棄渣場、3#臨時堆土場和保留原地貌植被的1#對照樣地(取土場鄰近區(qū))、2#對照樣地(棄渣場鄰近區(qū))、3#對照樣地(臨時堆土場鄰近區(qū))分別設(shè)置固定的植物監(jiān)測樣地，各樣地內(nèi)設(shè)置5個2 m×2 m的樣方。2015—2017年每年于3、6、9、12月對樣地進行群落調(diào)查，調(diào)查內(nèi)容包括植物種類、株數(shù)、叢高、蓋度等，喬、灌、草分類記錄。

2.2 數(shù)值計算方法

優(yōu)勢度表示一個種在群落中的地位與作用，可用重要值(I)表示物種在群落中的優(yōu)勢程度，計算公式為

I=D+T+F

(1)

式中：D為相對多度，指群落中某種植物的個體數(shù)量占群落中所有植物總個體數(shù)量的百分比；T為相對蓋度，指群落中某種植物的蓋度占總蓋度的百分比；F為相對頻度，指群落中某種植物出現(xiàn)的頻度占群落植物出現(xiàn)頻度總和的百分比。

相似性指兩個樣地或群落之間的相似程度，可用Sorenson指數(shù)表示，計算公式[4]為

CS=2j/(a+b)

(2)

式中：CS為相似性系數(shù)；j為兩樣地或群落共有的物種數(shù)；a和b分別為比較的兩樣地或群落的物種數(shù)。

當CS為0.00～0.25時為極不相似，0.25～0.50時為中等不相似，0.50～0.75時為中等相似，0.75～1.00時為極相似。

2.3 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2013和SPSS 16.0進行數(shù)據(jù)分析。

3 結(jié)果與分析

3.1 取土場植被自然恢復情況

取土場植被自然恢復監(jiān)測結(jié)果見表1。取土場樣地經(jīng)3年的植被自然恢復，形成了由鷓鴣草、鋪地黍等組成的草本植物群落，其中鷓鴣草為群落優(yōu)勢種(重要值252.34%)，群落平均叢高為53 cm，平均蓋度為20.54%；對照樣地為桉樹、馬纓丹、鋪地黍、類蘆等組成的喬灌草植物群落，群落優(yōu)勢種為桉樹(重要值103.54%)，群落平均叢高574 cm，平均蓋度達86.34%。

表1 包頭至茂名粵境段高速公路工程取土場植被自然恢復監(jiān)測結(jié)果

經(jīng)比較，取土場樣地群落平均叢高和平均蓋度均低于對照樣地。從物種組成來看，前者為草本群落，物種的數(shù)量少于后者，兩樣地為中等不相似(CS值為0.33)。說明相比于未擾動地貌，擾動后的地貌再塑過程中部分原有植物種源丟失，自然恢復植被以草本植物為主，植被自然恢復面積達到可綠化面積的20.54%。

3.2 棄渣場植被自然恢復情況

棄渣場區(qū)植被自然恢復監(jiān)測結(jié)果見表2。棄渣場樣地經(jīng)3年的植被自然恢復，只出現(xiàn)了鷓鴣草，鷓鴣草為群落優(yōu)勢種(重要值300%)，群落平均叢高為48 cm，平均蓋度為18.12%；對照樣地為夾竹桃、鷓鴣草、鋪地黍、馬纓丹等組成的灌草植物群落，群落優(yōu)勢種為夾竹桃(重要值121.17%)，群落平均叢高68 cm，平均蓋度達85.66%。

表2 包頭至茂名粵境段高速公路工程棄渣場植被自然恢復監(jiān)測結(jié)果

經(jīng)比較，棄渣場樣地群落平均高度低于對照樣地，平均蓋度遠低于對照樣地。從物種組成來看，2#棄渣場樣地為單一草本群落，物種的數(shù)量少于對照樣地，兩樣地為中等不相似(CS值為0.40)。棄渣場堆渣后，原有植被遭到嚴重的破壞，種源流失嚴重，自然恢復植被植株較矮，植被自然恢復面積只占可綠化面積的18.12%。

3.3 臨時堆土場植被自然恢復的情況

臨時堆土場植被自然恢復監(jiān)測結(jié)果見表3。臨時堆土場清運后，跡地自然恢復形成了鋪地黍、狗牙根、鷓鴣草等組成的草本群落，其中鷓鴣草為群落優(yōu)勢種(重要值186.33%)，群落平均叢高為51 cm，平均蓋度達80.54%。對照樣地為鷓鴣草、鋪地黍、狗牙根、馬纓丹等組成的灌草植物群落，群落優(yōu)勢種為鷓鴣草(重要值110.53%)，群落平均叢高72 cm，平均蓋度達85.32%。

表3 包頭至茂名粵境段高速公路工程臨時堆土場植被自然恢復監(jiān)測結(jié)果

經(jīng)比較，臨時堆土場植株平均高度和平均蓋度基本接近對照樣地。從物種組成來看，臨時堆土場物種數(shù)量較多，植物種類較豐富，兩樣地為極相似(CS值為0.85)，群落優(yōu)勢種相同。表土堆放在臨時堆土場，大量的種源在表土清運后保留了下來，且臨時堆土場對原地表的破壞是暫時的，地貌恢復力強，植被生長茂盛，植被自然恢復面積達到可綠化面積的80.54%。

3.4 監(jiān)測區(qū)植被自然恢復中的先鋒物種

根據(jù)2015—2017年對包頭至茂名粵境段高速公路工程擾動區(qū)域樣地自然植被恢復的監(jiān)測結(jié)果，擾動區(qū)監(jiān)測到的植物種有：禾本科的鷓鴣草、鋪地黍、狗牙根等。上述3種植物中，鷓鴣草所占比例較大，為監(jiān)測區(qū)的先鋒草種。

3.5 土壤母質(zhì)對植被自然恢復的影響

監(jiān)測區(qū)坡面物質(zhì)組成為含礫紅壤土，下部有含土礫石層分布，人工挖土主要在礫石層的上部進行。根據(jù)2015—2017年的植被監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，一定量的礫石能夠促進植被的自然恢復。在水力侵蝕作用下，比較細的土粒隨著流水搬運到了監(jiān)測區(qū)外，而較大的礫石保存了一部分種源，同時減少了其下部土壤的水分蒸發(fā)，使礫石下部較濕潤，有利于植物生長。取土場植被相比較棄渣場自然恢復蓋度較高的原因與地表含有大量的礫石有關(guān)。

4 討 論

(1)在廣東省雨量充沛的地區(qū)，高速公路等開發(fā)建設(shè)項目若重視表土的保留并覆蓋地表，可使植被得到很大程度的自然恢復，如3年監(jiān)測期內(nèi)臨時堆土場自然恢復的面積達可綠化面積的80.54%。

(2)3年的監(jiān)測期內(nèi)，取土場、棄渣場等在自然恢復初期植被生長較差，若要完全覆蓋裸露區(qū)域需要更長的時間，因此在高速公路人為擾動的前3年內(nèi)，如取土場、棄渣場水土流失十分嚴重，僅靠植被的自然恢復來減輕水土流失是不可行的。

(3)草本植物作為先鋒種，在植被自然恢復中占有十分重要的位置，因此因地制宜地選擇鄉(xiāng)土草本植物對人工植被重建有著重要的意義。

(4)礫石覆蓋能夠保存種源，降低土壤水分蒸發(fā)，有利于植物生長。