豬屎豆、白灰毛豆在海南中線高速邊坡生態恢復中的應用

王　倜，陶雙成，薛　鑄，呂曉宇，王　風（.交通運輸部科學研究院，北京0009；.海南省交通運輸廳，海南 海口 57004）

豬屎豆、白灰毛豆在海南中線高速邊坡生態恢復中的應用

王倜1，陶雙成1，薛鑄1，呂曉宇2，王風2
（1.交通運輸部科學研究院，北京100029；2.海南省交通運輸廳，海南 海口 570204）

為了研究豬屎豆和白灰毛豆兩種灌木在公路邊坡生態恢復中的實際應用效果，2012年在海南省中線高速（S21）選擇骨架防護、三維網防護、普通噴播3種典型防護形式坡面進行了豬屎豆、白灰毛豆灌木種子不同配比方案恢復試驗。試驗結果表明，豬屎豆、白灰毛豆兩種灌木的株高、冠幅、胸徑、生長密度4個生長指標變化特征與前期種子配比情況有直接關系，其中冠幅和胸徑指標正相關，但是與株高和生長密度指標負相關。該結果說明這兩種灌木在海南省中線高速邊坡（包括普通土質邊坡和膨脹土劣質邊坡）生態恢復中具有可行性，但是應調整灌木種子用量，確保灌木適宜的生長空間，維持灌木健壯的生長勢，同時種子應合理搭配以維持后期邊坡物種的多樣性。這一研究結果可為海南省中線高速邊坡生態恢復提供一定的參考。

豬屎豆；白灰毛豆；海南?。恢芯€高速；生態恢復

第1卷 第1期|2015年2月

0　引言

公路的大規模建設在促進國民經濟發展的同時也產生了一系列環境影響和生態破壞問題[1-3]，一直以來成為社會輿論關注的焦點。其中公路建設所形成的大量邊坡則是路域生態系統中產流與產沙量較大、水土流失持續時間最長的部位之一[4-6]，如果不采取妥善的處置措施，將不利于邊坡的長期穩定性，嚴重的會造成工程隱患，縮短公路使用壽命[7]，影響行車安全。因此開展公路邊坡防護工作十分必要，目前相關防護技術也從單純的工程防護向植被防護方向轉變。通過在邊坡建立穩定的植物群落，不僅有利于穩固坡面以減少水土流失，還能營造和改善路域自然景觀[6-8]，減緩環境影響。目前邊坡植被防護同樣也從簡單綠化向改善生態轉變，從單純草本綠化向草灌/喬混合群落建植轉變[9-10]，這樣的立體植被結構固坡能力更顯著[11]，與自然環境更協調，不論對坡面的早期防護還是持續的自然恢復都是十分有利的[12]。

但是在實際綠化施工過程中，由于理論的局限和技術經驗的缺乏，公路植被護坡一直面臨著灌木建植困難的問題。灌木一般生長較為緩慢，需要配合草本植物進行早期坡面土壤侵蝕防護，但是由于草本植物在坡面建植初期生長過旺，導致草本-灌木種間競爭激烈，灌木生長常常受到很大抑制，尤其在群落建植初期階段常常受到草本植物強烈的資源利用性以及空間占據性競爭所影響，建植方式不科學可能直接導致灌木建植失敗[13]，并在群落中退化消失，該問題至今沒有很好的解決辦法[14]?？梢钥闯?，恢復前灌草之間密度與種類配比方案，對灌草的生長與群落持續演替之間有著相互制約的關系，種群密度太高或太低，都可能成為種群發展的限制因子[15]。雖然有研究人員對此展開了一定深度的研究，涉及了灌木播種量與其生物量[16]、高度[17]指標相關性的分析，但目前大量研究仍然較多關注草本快速恢復，對灌草結合的植被恢復種類配比研究相對不足，尤其缺乏灌木播種量與多個生長因子之間相關性的探索，對摸清密度配比與灌木建植成功之間的生態學原理還有一定距離，總結出的經驗仍有局限性，應用推廣的效果也難以保證。為此，在海南省高速公路建設大發展階段，根據區域環境特點開展邊坡灌木科學建植的生態學原理研究和探索有生產的現實意義。與此同時，海南省中線高速挖方邊坡土質多為膨脹土，這加劇了邊坡防護和灌木建植的難度。已有的研究表明開挖后膨脹土公路邊坡常常會出現淺層滑塌破壞[18-19]，這是邊坡工程常見災害[20]。因此本研究針對海南省中線高速邊坡不穩定的特點，在3種邊坡防護的基礎上，設計了兩種灌木種子配比量的試驗方案在邊坡進行生態恢復，重點調查豬屎豆和山毛豆兩種常用綠化灌木1a時間內生長指標的變化規律，考察其邊坡種植的可行性以及生長指標變化的影響因子，并找出科學的邊坡種子配比方案和優化措施以滿足當地特殊環境條件下灌木的健壯生長，為海南省中線高速公路邊坡成功建植草灌群落、維持灌木的持續生長提供切實有效的理論與技術依據。

1　研究區概況

海南自然條件優越，生物資源豐富，生態系統多樣，氣候潮濕多雨，四季常綠，極利于植物生長，為海南公路生態恢復奠定了較好的環境條件[21]。截至2011年，海南省公路總里程達22 916km，形成了覆蓋全島的公路網。海南省中線高速公路是海南島內一條重要的主干道，包括已通車的?？谥镣筒巍⒄诮ㄔO的屯昌至瓊中段和設計中的瓊中至樂東段。本研究的試驗依托工程海南省中線高速（S21）?？谥镣筒挝挥诤Ｄ鲜≈斜辈?，主線起于?？谑虚L流鎮，途經澄邁縣、安定縣，終點位于屯昌縣城西北，路線全長74.918km，于2012年12月竣工通車（見圖1）。

圖1　海南省中線高速S21?？谥镣筒挝恢檬疽鈭D

2　試驗材料及研究方法

2.1試驗材料

試驗選擇白灰毛豆（Tephrosia Candida）和豬屎豆（Crotalaria Pallida）為目標灌木建植物種，這也是本次試驗關注的目標種。同時選擇糖蜜草（Melinis Minutiflora）、百喜草（Paspalum Natatu）、狗牙根（Cynodon Dactylon）為目標草本建植物種。草種混播的目的首先是增加物種多樣性，其次是利用不同草本植物的綠期來保證邊坡前期最長草本覆蓋時間，減少坡面水蝕。

2.2試驗方法

在中線高速海屯段采取的3種主要防護類型的邊坡上進行2種灌草種子配比（1∶4、1∶2）的恢復試驗，每種類型各選擇3處試驗邊坡，共計6處，且在每處選定2個試驗坡面，共12個試驗坡面。本次研究只考慮灌木種子的配比用量對比，至于草本種子的使用量對比在本次試驗中暫不考慮。為減少試驗誤差，所選“骨架防護+噴播植草”、“三維網+噴播植草”兩種防護類型的邊坡坡率均為1∶1；普通噴播的邊坡坡率均為1∶1.5（陡邊坡不適宜普通噴播恢復）。“骨架防護+噴播植草”的4個試驗坡面為膨脹土坡面，“三維網+噴播植草”和普通噴播坡面為土質邊坡。恢復試驗采用的復合肥等其他材料規格和用量均一致，恢復時間為2012年5月，詳細的試驗方案見表1。

表1　試驗方案設計

2.3調查分析方法

2013年5月對每個試驗坡面采取樣線法進行植物樣方調查，植被生長期為1a。樣線布設于試驗坡面中部位置并垂直于公路路線走向，樣線上的坡頂、坡中和坡底分別設置3個2m×2m調查樣方，并于每個樣方的兩側垂直于樣線的位置設置2個重復樣方，每個試驗小區共設置9個調查樣方，所有邊坡共計108個調查樣方。在樣方內調查植被種類、灌木的株高（cm）、冠幅（cm）、胸徑（cm）和密度（棵/m2）。

使用SPSS軟件分析邊坡目標建植灌木在不同防護類型和種子配比多種因素影響下，植被生長情況指標的差異性，包括單因素方差分析和多重比較，以及指標之間的相關性分析。

3　豬屎豆、白灰毛豆生長指標分析

經過1a的生長，試驗坡面植被生長良好，坡面基本被植被覆蓋，調查的所有樣方內（2m×2m）灌木基本都能夠將樣地完全覆蓋。使用SPSS軟件對12個坡面的灌木株高、冠幅、胸徑、密度（棵/m2）4個生長指標分別進行數據統計、作圖，并對每個指標進行單因素方差分析。

3.1株高指標統計結果與分析

試驗坡面灌木高度的統計分析結果如圖2所示；基于Duncan法的灌木株高多重比較結果如表2所示。

圖2　試驗坡面灌木高度統計分析

表2　Duncan法灌木株高多重比較結果

從圖2和表2的統計分析結果可以看出，灌木株高生長指標具有以下特點：

（1）每種坡面防護措施中，同一種子配比條件下的試驗坡面，豬屎豆的生長高度均高于白灰毛豆；

（2）1∶4配比下的灌木高度低于1∶2配比的，且大多數試驗坡面數據都存在顯著差異；

（3）3種坡面防護中，低密度（1∶4）白灰毛豆種子配比條件下，白灰毛豆生長高度1>5>9（數字為表2的坡面編號，下同）且無顯著差異，總體骨架防護/1和三維網防護/5之間存在差異，但小于其與普通噴播/9之間的差異；

（4）3種坡面防護，高密度（1∶2）白灰毛豆種子配比條件下，白灰毛豆生長高度2>6>10，之間無顯著差異；

（5）3種坡面防護，低密度（1∶4）豬屎豆種子配比條件下，豬屎豆生長高度7>3>11，無顯著差異，但三維網防護/5和骨架防護/1之間的差異更??；

（6）3種坡面防護，高密度（1∶2）豬屎豆種子配比條件下，豬屎豆生長高度12>8>4，之間無明顯差異。

通過分析以上灌木高度生長的特點，可知：（1）相同條件下豬屎豆的生長速度優于山毛豆；

（2）其他條件同等的情況下，高密度灌木配比下的灌木生長高度要顯著高于低密度配比下的灌木高度；

（3）同一種子配比條件下，3種坡面防護下的灌木高度無顯著差異，但是三維網防護/5和骨架防護/1的灌木高度要略高于普通噴播坡面。

3.2冠幅指標統計結果與分析

試驗坡面灌木冠幅統計分析如圖3所示，基于Duncan法的灌木冠幅多重比較結果如表3所示。

圖3　試驗坡面灌木冠幅統計分析

表3　Duncan法灌木冠幅多重比較結果

從圖3和表3的統計分析結果可以看出，灌木冠幅生長指標具有以下特點：

（1）低密度配比條件下灌木的冠幅生長顯著高于高密度配比條件下灌木的冠幅；

（2）同種坡面防護措施條件下，豬屎豆的冠幅均略高于白灰毛豆，但沒有明顯差異；

（3）3種坡面防護措施條件下，白灰毛豆冠幅的普通噴播/9>三維網防護/5>骨架防護/1，后兩者間沒有明顯區別，但其均與普通噴播有顯著區別；

（4）3種坡面防護措施條件下，豬屎豆冠幅的普通噴播/11>三維網防護/7>骨架防護/3，三維網防護和骨架防護沒有明顯區別，但是與普通噴播有顯著區別；

（5）3種坡面防護措施的高密度種子配比條件下，灌木之間的冠幅不存在顯著差異。

通過分析以上灌木冠幅的生長特點，可知：

（1）低密度配比（1∶4）條件更有利于灌木的冠幅生長，即灌木生長更加健壯；

（2） 豬屎豆的冠幅生長速度略優于山毛豆，但沒有顯著差異；

（3）普通噴播條件下，灌木的冠幅生長優于其他邊坡防護對比，但是在高密度配比條件下，這種優勢不明顯。

3.3胸徑指標統計結果與分析

試驗坡面灌木胸徑統計分析如圖4所示，基于Duncan法的灌木胸徑多重比較結果如表4所示。

圖4　試驗坡面灌木胸徑統計分析

表4　Duncan法灌木胸徑多重比較結果

從圖4和表4的統計分析結果可以看出，灌木胸徑生長指標具有以下特點：

（1）同等條件下，低密度配比的灌木胸徑顯著高于高密度配比的灌木；

（2）同等條件下，白灰毛豆的胸徑高于豬屎豆，但無統計顯著性；

（3）普通噴播條件下，白灰毛豆（1.767cm，1.0cm）和豬屎豆（1.467cm，0.867cm）的胸徑高于其他防護措施下的灌木胸徑。

通過分析以上灌木胸徑生長的生長特點，可知：

（1）同等條件下，低密度灌木種子配比條件下生長的灌木胸徑高于高密度配比，其生長更健壯；

（2）同等條件下，白灰毛豆的胸徑指標生長優于豬屎豆。

3.4密度指標統計結果與分析

試驗坡面灌木密度統計分析如圖5所示，基于Duncan法的灌木密度多重比較結果如表5所示。

圖5　試驗坡面灌木密度統計分析

表5　Duncan法灌木密度多重比較結果

從圖5和表5的統計分析結果可以看出，灌木的密度指標具有以下特點：

（1）高密度灌木種子配比導致生長密度較高，且顯著高于低密度的灌木種子配比；

（2）骨架防護措施下，其灌木生長密度（6.33 棵/m2，13.67棵/m2）要高于其他兩種防護措施下灌木的生長密度；

（3）普通噴播防護條件下灌木的生長密度最低（3.3棵/m2，8棵/m2）；

（4） 白灰毛豆與豬屎豆的后期生長密度無明顯區別，只與前期的種子配比密度有關。

通過分析以上灌木密度指標生長的特點，可知：

（1）同等條件下，低密度和高密度灌木種子配比條件導致灌木生長密度偏低或偏高，且差異明顯；

（2）同等條件下，骨架防護的灌木生長密度更高，普通噴播防護最低。

3.5指標相關性分析

對以上4個指標：株高、冠幅、胸徑和密度，進行相關性分析，結果如表6所示。

表6　指標相關性分析結果

由表6可以看出，指標之間存在顯著的相關性。其中株高與冠幅和胸徑指標呈顯著的負相關，與生長密度正相關，這表明灌木生長密度越大，生長高度就越高，冠幅和胸徑卻越小。冠幅與胸徑指標正相關，與其他指標負相關，說明灌木的冠幅和胸徑指標變化趨勢基本一致。4個指標反映了灌木生長的基本情況，其中冠幅和胸徑指標是反映灌木健壯性的重要指標，在評價邊坡植被生態恢復效果時需要重點考察。

4　結論

4.1兩種灌木邊坡生態恢復的可行性

從目前恢復階段（1a）灌木生長指標的調查情況來看，豬屎豆和白灰毛豆兩種灌木在海南省中線高速土質邊坡以及膨脹土劣質邊坡進行生態恢復中初步取得了成功，灌木生長狀況良好，完全覆蓋坡面，能夠起到很好的水土保持和環境改善的作用，達到了維護公路安全功能、改善路域生態的目的。鄧輔唐等（2006）使用了這兩種灌木在多條高速生態恢復中進行了應用，其結果也證明這兩種灌木構成的植物群落較穩定，綠化護坡效果好，特別適用于熱帶、亞熱帶公路等[22]。這說明這兩種灌木在海南省中線高速劣質邊坡的應用具有可行性，尤其是在采取工程防護后的膨脹土邊坡同樣取得了較好的生態恢復效果，與土質邊坡恢復情況基本無顯著差異。至于其大規模推廣應用、應用的位置和具體方法等，還取決于長期的生長指標和生態防護效果的深入觀測和科學評價，因此本研究的持續跟蹤觀測很有必要性。

4.2影響灌木生長指標的主要因素

本研究在3種邊坡防護類型條件下，進行了2種灌木配比密度的試驗。根據調查結果及統計分析，發現影響灌木株高生長的主要因素是前期的種子配比設計，高密度灌木種子配比反而會刺激灌木的高生長，且生長優勢明顯。究其原因在于高密度的生長環境導致了激烈的種間競爭，灌木為爭奪有限的光照和生長空間加速了自身的高度生長，但是由于坡面的養分和水肥供應有限，灌木只能以犧牲其他生長指標為代價滿足高生長，以達到在坡面存活的首要目的。李敏倩等（2010）研究了4種灌木與草本的不同配比混播試驗，試驗結果指出灌木播種量主要對灌木自身（例如高度生長指標）產生較大影響，較低的灌木種子用量能保證灌木相對較高的株高[17]。該試驗設計為多種灌木組合試驗，各物種之間影響較為復雜，故并未針對單個物種進行試驗研究，且調查時間不足半年，也沒有考察灌木的其他自身生長因子，因此試驗結果與本研究相左，但其最終的研究結果指出，較低的灌草播種量條件下灌木生長情況及建植效果最好，與本研究最后的結論具有一致性。

對于灌木的冠幅，根據試驗結果可知影響其大小的是種子配比，即低密度的配比條件下灌木冠幅越大，長勢越健壯，這與高度的生長情況正好相反，低密度的生長環境下灌木更傾向于枝葉的生長，增大葉面積，以充分利用生長空間獲取光照。而本次觀測發現不同邊坡防護類型下灌木冠幅生長雖然沒有顯著區別，但是普通噴播條件下灌木的冠幅平均長勢仍是最高的，說明低緩的坡面環境更適宜灌木生長。

對于灌木的胸徑，根據試驗結果，其影響因子和生長趨勢與冠幅相似，說明低密度生長環境有利于灌木的冠幅和胸徑生長，灌木植株生長更健壯，高密度雖然促進了灌木高度的生長，但是灌木長勢更弱，不利于后期生態效益的有效發揮。

研究發現，灌木的生長密度由前期的配比密度直接決定，且與其他指標密切相關。本次調查發現，灌木生長最健壯的試驗坡面，其密度大概在4棵/m2以內，而密度最大的試驗坡面（15棵/m2）已出現植株的枯死現象，且以豬屎豆為主要枯死對象，說明高密度的生長已經超過了邊坡養分和水分供應的極限，亟需采取應對措施。由于試驗條件的限制，本研究只設計了兩種灌木密度，不能得出更具體的灌木種子配比方案，而且研究結果還需要長期的觀測驗證。不過本研究的結果說明在海南中線開展灌木建植，可適當降低灌木配比種子用量，以保證其后期健壯的長勢。如果后期灌木密度過大，可適當采取間伐的撫育措施，以保證坡面合理的種植密度。

可見，在本次試驗條件下影響灌木生長指標的主要因素是前期的種子用量配比，種子用量高，能顯著提高植株高度和密度指標，表面效果顯著，灌木冠幅和胸徑等植株健壯性指標卻相應降低；相反，適當降低灌木種子用量能保證灌木在邊坡持續健壯生長。

4.3坡面防護措施對生長指標的影響

本次研究中，3種不同的坡面防護措施（骨架防護、三維網防護、普通噴播）未發現對灌木生長指標產生顯著的影響，說明這兩種灌木在普通土質坡面和膨脹土劣質坡面均能正常生長并發揮生態效益。根據現場觀測結果，坡面生長條件較好的普通噴播坡面，灌木的冠幅和胸徑生長目前有一定的優勢，此后是否對灌木有顯著影響還有待于進一步觀測。但是高陡劣質邊坡，尤其是膨脹土邊坡在保水、保肥和土質穩定性方面都有一定的劣勢，這是客觀存在的前提，因此采取工程防護穩固邊坡也是為植被生長創造生長環境的先決條件。

4.4不同灌木種類生長指標的差異

從試驗結果也可以看出，白灰毛豆和豬屎豆各自的生長特性存在一定的差異，其中豬屎豆的高生長和冠幅生長相對較快，但是白灰毛豆的胸徑生長具有一定優勢。綜合考慮兩種灌木的特性，可以在種子配比上進行混播，充分利用豬屎豆的生長速度和白灰毛豆的穩定性狀，保證邊坡在灌木迅速復綠的同時能長時間持續生長，發揮灌木的生態效益。可見，灌木的品種差異對后期生長指標的體現也有一定的影響，在公路邊坡特定條件下，對于綠化植被的生長速度、生長性狀等指標均要統籌兼顧。

綜上所述，白灰毛豆和豬屎豆在海南中線高速邊坡（土質邊坡和膨脹土劣質邊坡）生態恢復中的應用具有可行性，但應保證科學的配比，適當降低灌木種子的用量，并進行多種灌草種子的混播，以保證后期適宜的生長密度和物種多樣性，或者在后期采取間伐的撫育措施，促使灌木生長更健壯。本研究取得了初步的成果，對中線高速邊坡生態恢復具有一定的參考價值，但是在種子的配比設計方案、灌草之間的影響、坡面生態恢復效果的觀測等方面還有大量的后續工作待做。

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Application of Crotalaria Pallida and Tephrosia Candida in Slope Ecological Rehabilitation Project of Middle Route Expressway in Hainan Province

WANG Ti1，TAO Shuang-cheng1，XUE Zhu1，LU?Xiao-yu2，WANG Feng2
(1.China Academy of Transportation Sciences，Beijing 100029,China；2.Department of Transport of Hainan Province，Haikou 570204,China)

In order to study the ecological rehabilitation effect in practical application by using the seed of crotalaria pallida and tephrosia candida in the expressway side slope,some typical expressway slopes which are protected by framework,three-dimensional network and sowing by duster measures were selected to undertake slope recovery pilot projects,which includes two seed ratio programs by using the seed of crotalaria pallida and tephrosia candida in 2012 in Hainan.The results show that the four growth indicators which include height,crown width,diameter and density of crotalaria pallida and teph?rosia candida are directly related to the ratio of programs,among them the crown and diameter indicators are related,but negatively related to the height and density index.Research results indicate that these two shrubs can be used to slope ecological restoration in ordinary soil slopes and expansive soil slopes with poor quality for middle route expressway in Hainan,but it should be appropriate to reduce theamount of shrub seeds to ensure these two shrubs have suitable space for growing,and this can maintain robust growth trend for shrubs.At the same time the seed should be reasonably collocated in order to maintain slope species diversity.The findings can be referenced as slope ecological restoration measures for middle route expressway in Hainan Province.

crotalaria pallida;tephrosia candida;hainan province;middle route expressway;ecologi?cal restoration

U418.9

B

2095-9931（2015）01-0072-08

10.16503/j.cnki.2095-9931.2015.01.013

2014-12-02