基于近自然植被恢復(fù)的喬灌草種子混播研究

安偉莉，盧耀海，謝 威，高艷芳，殷祚云

(1.仲愷農(nóng)業(yè)工程學(xué)院 園藝園林學(xué)院，廣東 廣州 510225； 2.中國科學(xué)院 華南植物園，廣東 廣州 510650；3.廣州市花木公司，廣東 廣州 510030)

近年來，高速公路建設(shè)、礦石開采、房地產(chǎn)開發(fā)等致使大量邊坡裸露，既破壞生態(tài)系統(tǒng)，又對城市生態(tài)景觀產(chǎn)生較大影響[1]。同時，自然因素泥石流、地震、臺風(fēng)等，也會導(dǎo)致邊坡水土流失等[2]。隨著景觀植被的破壞，邊坡土壤變得更加貧瘠，為保護(hù)生物多樣性，保持生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，必須對邊坡進(jìn)行近自然植被恢復(fù)。

目前，國內(nèi)外對邊坡的生態(tài)恢復(fù)研究主要集中在恢復(fù)策略、工程措施、土壤改良和植物物種選擇等方面[3-4]。傳統(tǒng)的工程防護(hù)措施是加固坡面、噴射混凝土、掛網(wǎng)噴播等[5]。在國外，邊坡復(fù)綠的研究于19世紀(jì)80年代就已經(jīng)得到發(fā)展，目前日本已形成一整套成熟的邊坡復(fù)綠“從種子到樹林的再生技術(shù)”[6]。在國內(nèi)，目前退化林地的植被恢復(fù)一般采用育苗移栽技術(shù)，鮮見采用本土喬灌草種子混播方法，而育苗移栽方法容易傷及植物根莖。隨著我國對生態(tài)環(huán)境保護(hù)的越來越重視，基于近自然植被恢復(fù)技術(shù)的鄉(xiāng)土喬灌草種子混播方法因具有植被群落豐富穩(wěn)定、成本低、低維護(hù)、抵御外界干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)而受到越來越多的關(guān)注，但對于本土化的研究以及不同立地條件下不同混播模式的恢復(fù)對比試驗(yàn)較少。因此，本試驗(yàn)著重探討在裸地和草坡兩種立地類型下，不同播種組合的近自然植被恢復(fù)效果，以期為優(yōu)化邊坡復(fù)綠模式和今后要開展的近自然邊坡復(fù)綠項(xiàng)目提供可借鑒的經(jīng)驗(yàn)。

1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地位于廣東省廣州市仲愷農(nóng)業(yè)工程學(xué)院白云校區(qū)的后山山坡。該地屬于南亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，季風(fēng)環(huán)流盛行，夏季雨量充沛，冬季霜雪稀少，且夏秋之間多臺風(fēng)。試驗(yàn)地土壤貧瘠，是混合著石頭的沙質(zhì)土，滲水速度快，保水性能差。本次試驗(yàn)用地選擇裸地和草坡兩種類型，裸地原有植被的覆蓋度為0，草坡原有植被的覆蓋度為32%。

2 材料與方法

2.1 試驗(yàn)材料

本次試驗(yàn)選定喬木、灌木和草本共14種植物的種子，分為3種組合進(jìn)行混播，具體植物種類及播種用量見表1。

表1 試驗(yàn)所選擇的植物種類及用量

2.2 試驗(yàn)方法

在全面勘察學(xué)校后山森林資源分布的基礎(chǔ)上，根據(jù)海拔基本一致、植被類型均一、樣點(diǎn)分布均勻等原則，采用典型樣方法選取試驗(yàn)樣地，草坡和裸地各選3塊樣地，每塊樣地設(shè)置3個2 m×2 m的重復(fù)樣方。試驗(yàn)地基本信息見表2。

表2 試驗(yàn)地基本信息

按照表1中3個組合的用量分別將種子混合好，然后在每個樣方的四角各用長1 m的PVC管定邊界，四周用麻繩圍起，記錄海拔、坡向、坡度等。在樣方中間隔15～20 cm挖穴，穴深約為10 cm，將種子與沙子混合攪勻后，均勻點(diǎn)入穴中，并覆土。插上標(biāo)牌，記錄播種時間，之后不再進(jìn)行人工管理，以更好地模擬自然界的條件。每隔一周觀察一次，待種子發(fā)芽并長到一定高度時開始掛標(biāo)牌，并記錄發(fā)芽植物的種名、縱冠、橫冠、地徑、株高，根據(jù)實(shí)測結(jié)果統(tǒng)計(jì)出各品種平均地徑、株高及冠幅生長量等。

2.3 數(shù)據(jù)分析

運(yùn)用Excel軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)的記錄，并對物種多樣性指數(shù)Shannon-Wiener指數(shù)、Simpson指數(shù)和Pielou均勻度指數(shù)[7-8]進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與計(jì)算。運(yùn)用SPSS 21.0(IBM 2012)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，再運(yùn)用Excel(Microsoft 2007)進(jìn)行繪圖，圖中數(shù)據(jù)均為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差。

(1)

(2)

(3)

上三式中：DSW為Shannon-Wiener指數(shù)；DSim為Simpson指數(shù)；ESW為Pielou均勻度指數(shù)；S為樣方中植物種數(shù)；Pi是指第i個物種多度(個體數(shù))占所有物種總多度的比例。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同樣方物種多樣性分析

3.1.1 裸地不同樣方的物種多樣性分析

通過對裸地條件下不同植被恢復(fù)模式的調(diào)查分析可知，DSW值為裸地喬灌草>裸地喬木>裸地喬灌，DSim值為裸地喬灌草>裸地喬木>裸地喬灌，ESW值為裸地喬木>裸地喬灌草>裸地喬灌(圖1)。從物種多樣性來看，對于裸地而言，喬灌草混播模式更有利于其植被恢復(fù)。

圖1 裸地物種多樣性指數(shù)

3.1.2 草坡不同樣方的物種多樣性分析

通過對草坡條件下不同植被恢復(fù)模式的調(diào)查分析可知，DSW值為草坡喬灌>草坡喬木>草坡喬灌草，DSim值為草坡喬灌>草坡喬木>草坡喬灌草，ESW值為草坡喬灌>草坡喬灌草>草坡喬木(圖2)。

圖2 草坡物種多樣性指數(shù)

3.2 秩-多度曲線分析

對裸地和草坡的物種個體數(shù)進(jìn)行分類和統(tǒng)計(jì)(圖3)可知，在裸地上最終成活的喬灌植物種類有10種，而在草坡上最終存活的喬灌植物種類有7種。在裸地上最終存活的喬灌植物種類為銀合歡、樸樹、山毛豆、火力楠、木荷、山杜英、廣寧紅花油茶、山烏桕、大葉樟、千年桐等，其中銀合歡、樸樹、山毛豆為優(yōu)勢物種，且銀合歡在裸地存活率達(dá)87.0%，為千年桐存活率3.3%的26.4倍。在草坡上最終存活的喬灌植物種類為樸樹、山杜英、火力楠、豬屎豆、山毛豆、銀合歡、木荷等，其中樸樹、山杜英、火力楠為優(yōu)勢物種。裸地中銀合歡的最高存活率87.0%，為草坡中樸樹最高存活率23.0%的3.8倍，說明在近自然植被恢復(fù)過程中，裸地與草坡相比較易恢復(fù)，且物種豐富度較高。

圖3 裸地和草坡樣方植物株數(shù)-物種的秩-多度曲線

3.3 植被覆蓋度分析

由表3和表4可以看出，與試驗(yàn)前相比，植被恢復(fù)后各樣地植被覆蓋度均有所提升。在裸地樣方內(nèi)，裸地喬木、裸地喬灌和裸地喬灌草的植被平均覆蓋度分別提高了37.2、78.1、89.4個百分點(diǎn)；在草坡樣方內(nèi)，草坡喬木、草坡喬灌和草坡喬灌草的植被平均覆蓋度分別提高了30.8、24.7、21.8個百分點(diǎn)?？梢钥闯?，植被恢復(fù)效果為裸地喬灌草>裸地喬灌>裸地喬木>草坡喬木>草坡喬灌>草坡喬灌草，說明裸地喬灌草的植被恢復(fù)能力最好。

表3 裸地植被覆蓋度對比

表4 草坡植被覆蓋度對比

4 討論與結(jié)論

4.1 討 論

喬灌草混播更有利于裸地近自然植被恢復(fù)。近自然植被恢復(fù)的最高原則是道法自然，而促進(jìn)植被向演替后期群落恢復(fù)是近自然植被恢復(fù)的重要目標(biāo)[9]。生境是植物群落形成的要素，不同的生境選擇與其相適應(yīng)的植被恢復(fù)模式，將會使物種多樣性和群落穩(wěn)定性得到更好的效果，這與宋永昌[10]的結(jié)論一致。同時，不同生境所適合種植的植物種類也有所差異，即要做到適地適樹。選擇合適的植被有利于減少水土流失及土地的沙漠化，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展[11]。

在草坡上進(jìn)行近自然植被恢復(fù)時，喬灌結(jié)合的方式最佳。草坡喬灌組合的物種多樣性高于草坡喬木和草坡喬灌草組合，其均勻度也高于草坡喬木和草坡喬灌草。因?yàn)椴萜略械脑莸纳L雖然在最初可給予種子一定的有利生長條件，但在后期的生長中，喬灌植株會競爭一定的養(yǎng)分、水分及光照，再加上原生草的競爭，更加劇了對新生草的不利影響，進(jìn)而會對新生草苗的生長產(chǎn)生一定的抑制作用[12]。雖然在草坡樣方內(nèi)，草坡喬木的植被平均覆蓋度高于其他兩種植被組合的植被平均覆蓋度，但研究表明，植物群落物種組成的改變及物種多樣性的增加，更有利于快速形成不同高度植物搭配的復(fù)雜群落結(jié)構(gòu)，這將更為有效地增強(qiáng)植被的護(hù)坡效果[13]。同時，后期環(huán)境因子等的影響也會對其造成破壞，從而使草本的存活率降低，后續(xù)試驗(yàn)或?qū)Νh(huán)境影響因子進(jìn)行一定探究。

近自然恢復(fù)植被的選擇受坡度影響較大。草坡原有立地條件給予種子發(fā)芽一定的優(yōu)勢，但試驗(yàn)中其物種多樣性及復(fù)綠效果卻不如裸地，究其原因?yàn)槠露鹊挠绊?。按照坡度劃分，邊坡可分為緩?<25°)、陡坡(25°～35°)、急坡(35°～45°)、險坡(45°～55°)、崖坡(55°～75°)、崖壁(75°～90°)[14]。試驗(yàn)中草坡樣地的平均坡度為46°，為險坡，這種坡度下，一方面種子更易受風(fēng)力或地表徑流、土壤侵蝕等外界因素的干擾；另一方面即使種子發(fā)芽，成活并長大的概率也較小，從而導(dǎo)致其物種多樣性降低，復(fù)綠效果不佳。同時，草坡原有的植被會與新播種子進(jìn)行養(yǎng)分、水分及光照競爭，從而不利于其發(fā)芽生長。

4.2 結(jié) 論

研究表明，不同立地類型植被恢復(fù)模式中，裸地的物種多樣性整體較草坡的物種多樣性高，且在裸地上進(jìn)行喬灌草混播植被恢復(fù)效果最佳，而對草坡進(jìn)行近自然恢復(fù)時，喬灌混播的恢復(fù)方式最佳。

由秩-多度曲線得知，裸地植被恢復(fù)以銀合歡效果最佳，而草坡植被恢復(fù)以樸樹和山杜英效果較好。

裸地喬灌、喬灌草混播組合平均植被覆蓋度分別提高了78.1、89.4個百分點(diǎn)，表明采用以本土喬灌草為主的多樣化植物配置，能很快提高裸地的物種多樣性。因此，在林地植被退化地區(qū)可使用喬灌草結(jié)合的模式加以治理，有利于快速穩(wěn)定地恢復(fù)當(dāng)?shù)刂脖弧?/p>