裸露邊坡重建植物群落演替研究進展

尹曉蛟　白琳　楊旭

摘要：指出了裸露邊坡植被重建已成為解決工程邊坡生態問題的一項重要技術，已在世界范圍內廣泛推行。為科學地評價邊坡植被恢復效果，常需要對恢復時期植被群落的動態變化進行長期跟蹤監測，以調查邊坡植被群落演替規律。圍繞裸露邊坡植被群落演替的主題，綜合闡述了我國工程邊坡植被恢復技術應用現狀，國內外關于裸露邊坡重建植被群落演替研究進展，以期為植被護坡技術的改進與創新提供參考，就群落演替研究在植被護坡領域的廣闊前景寄予了希望。

關鍵詞：裸露邊坡；植被恢復；群落演替

中圖分類號：S727.27 文獻標識碼：A 文章編號：1674-9944（2016）08-0009-03

1.我國工程邊坡植被恢復技術應用現狀

1.1邊坡治理項目的提出

我國自改革開放以來，特別是近20年間，大力發展高速公路、鐵路以及水電工程和采礦工程等，收獲了巨大的經濟效益。但在經濟效益背后，隱藏的負面影響不可小覷。在施工過程中對邊坡的頻繁開挖，破壞了原有的植被，導致出現大量無植被覆蓋的裸露邊坡，即次生裸地。因坡體裸露造成的嚴重的水土流失和滑坡等問題，向世人敲響了警鐘。根據我國可持續發展戰略的要求，治理裸露邊坡，恢復生態平衡已成為當前生態科學必須重視的并有責任承擔的研究任務之一。開挖的坡面如何重新覆蓋自然植被，已成為水利、交通等行業領域重視的關鍵問題。

1.2常用邊坡植被，恢復技術

自1996年我國于云南昆曲高速公路首次嘗試生態護坡以來，邊坡治理工程已興起近20年，在技術方法、設備材料和施工組織等方面均取得了顯著進展。常用的邊坡植被修復技術主要包括：噴播技術、栽植技術、種子散播技術、植生袋技術、植被毯技術等。植被修復時，常選擇耐貧瘠、耐干早、耐堿的鄉土物種以及木本豆科植物作為先鋒植物。利用豆科植物共生的根瘤菌進行生物固氮，積累養分供其生長，同時豆科植物的枯敗枝葉形成的腐殖質可改良土壤成分，為周圍鄉土物種的進一步生長提供適合的條件。

1.3裸露邊坡植被恢復效果評價

采用不同的植被修復技術，獲得的短期護坡效果皆十分顯著。邊坡綠化工程可以很大程度縮短植被重建的時間。植被修復工程實施一年后，邊坡植被覆蓋率較高，但多處邊坡從第二年起覆蓋率逐漸降低，最終導致邊坡二次裸露。因此僅僅通過統計施工后一段較短時期內邊坡植被覆蓋率，并不能準確評價恢復效果。特別是為達到快速綠化的目標，常純粹種植一年生草本植物，植被群落物種單一，建立起的生態系統十分脆弱，極易遭到破壞或自行退化，生態恢復效果較差。

1.4群落演替研究在植被恢復效果評價中的意義

科學地評價邊坡植被恢復效果須綜合考慮防護效果、生態效果和景觀效果。特別是生態效果應深入分析群落的穩定性、生態適宜性和生物多樣性3個方面。因此對植被恢復效果的評估必定需要對植被群落演替情況進行長期的跟蹤調查。我國對邊坡恢復的生態學和群落演替動態方面的理論知識還很匱乏，對重建植被養護方面也缺乏應有的重視。現有必要綜合總結國內外邊坡植物重建群落演替的研究進展，在了解群落演替進程和規律特點后，可以為恢復設計、施工技術和管理措施等方面提供科學性的指導建議。

2.國內外關于裸露邊坡重建植被群落演替研究進展

2.1國外裸露邊坡重建植被群落演替研究

國外較早的專門對裸露邊坡植被恢復期群落演替規律進行敘述的文獻可追溯到1990年，Titlyanova在對廢棄礦地植被調查中發現，重建植被的物種組成、群落結構和群落形成方式都和破壞前的自然植被大不相同。

Moreno-de las Heras則對廢棄礦山邊坡重建的植被初期演替的軌跡進行了分析研究，確定了控制礦區邊坡植被群落演替的主要動力。他認為初始條件（包括土壤特征和重建植被的措施）和環境特質（包括大陸性氣候和周圍存在的植被特點）是決定邊坡重建植被群落演替方向的主要驅動力。群落演替最可能發生在初始土壤貧瘠且鄰近開闊草地的樣地。一旦土壤中的有效養分增加，人為干擾減少，群落演替速率將加快。

Jeffrey采用了最近4年濕地邊坡重建植被抽樣調查數據來描述群落演替趨勢和物種更新的速度。通過主分量分析和除趨勢對應分析方法處理調查數據，結果表明在調查的所有樣地問存在明顯的共性：濕地植被恢復初期種植的一年生植物逐漸被當地多年生植物代替，二年生植物隨時間流逝也逐漸被替代。而特質性表現在：各樣地之間因為環境背景各異，終致物種組成和演替速度之間也存在差異。

Alday的關于廢棄礦山植被恢復早期群落演替規律的研究發現，廢棄礦區邊坡重建植被群落的演替趨勢一致，都是向樣地附近選取的目標群落演替，但因樣地環境各異，不同樣地群落演替軌跡不一致，演替速率也不盡相同。這一結論與Jefferey的結果高度一致。

雖然國外對于公路邊坡實施植被恢復工程興起較早，但對于公路邊坡重建植被群落演替的研究不多，更多的研究側重于演替初期最佳先鋒物種的選擇。曾經為達到邊坡快速綠化的效果，廣泛選用非本土的一年生草種或豆科植物作為先鋒物種，其耐貧瘠、耐干旱、快速生長覆蓋邊坡的特性可使其在短期內固著土壤，防止土壤流失。但在對護坡效果評價時發現它們頑強生命力又對毗鄰植物的生長造成危害，反而減慢群落演替速度，阻礙了植被的構建。因此現在人們普遍認為選用本土植物作為植被構建初期的先鋒植物，更具長久穩定性，表現出更快的群落建成速率。邊坡植被恢復時期先鋒植物的選擇一直是生態恢復領域的研究熱點，究竟哪一物種或哪些物種組合最適合作為邊坡先鋒物種，目前尚無定論。

2.2國內次生裸地重建植被群落演替研究

我國對邊坡實施植被修復興起于20世紀90年代，20多年來，相關的理論研究和技術研究主要集中于邊坡生態恢復技術的應用方面，對于恢復后的植物群落演替的研究較少，直到近幾年，為了提高邊坡植被恢復工程質量，增強邊坡生態穩定性，人們漸漸將目光投向重建植被群落演替的研究。

馮俊德對巖石邊坡重建植被進行了持續一年的跟蹤監測，另對四個工點進行了為期4～6年的間斷監測。在這項研究里，他發現在短期內（1年內）設計用于護坡的草種覆蓋度高，但隨時間推進，6年后坡面人工植被幾乎完全被鄉土物種取代。蘇東凱對錦阜高速公路邊坡植被重建后2年、5年、7年植物群落特征進行調查，總結出在群落演替初期，物種豐富度、群落多樣性均顯著增加，鄉土植物逐漸占據優勢地位，群落向進展演替方向發展。還有多位學者就各種不同形式的邊坡、植被恢復的不同時期的群落動態進行分析，發現群落演替的趨勢或方向一致，皆為向周圍自然植被演替。但因受立地環境的影響，表現出不同的演替軌跡和演替速率。

無論是礦山邊坡還是高速路邊坡亦或是濕地邊坡，由于周邊環境惡劣，不適合植物的生長，此時必須通過人工干預，加速群落演替。先鋒物種的設計則是甚為關鍵的一個方面。在邊坡綠化工程初期選擇的先鋒樹種多樣性越豐富，群落穩定性就越高，后期植物群落演替程度就越高，因此可通過改善先鋒種豐度達到更佳的植被護坡效果。另外，王加真提出觀點，先鋒植物在邊坡植被恢復初期必須適應貧瘠的土壤，同時需具備保持水土，改良土壤的能力。就先鋒植物的選擇，學界一致認為當遵循鄉土植物優先的原則，本土植物成活率高，能使群落更快達到穩定狀態。史玲在對高速公路邊坡植被恢復技術應用效果進行評價時提出，為景觀效果需要，應當適當引入外來種，但引人種必須在當地有10年以上的引種栽培歷史，外來物種因。具有侵人性，能快速覆蓋坡面，借助這一特點，在植被恢復初期可有效防止水土流失。然而，如果外來物種具有強侵入性，則反而因其與鄉土物種強烈競爭生存資源，而造成當地植被群落穩定性被破壞。先鋒植物經過長時期的群落演替，最終被鄉土物種所取代，在植被恢復的初期，先鋒植物通過本身根系與土壤相互作用，以及土壤微生物對枯枝落葉的分解，使土壤成分發生改良，特別是土壤有機質、氮和磷的含量顯著提高，更適合植被的生長，為鄉土物種的入侵提供了便利，極大促進了植物群落的發展演替。在邊坡植被恢復工程初期，為了迅速提高植被覆蓋率，常大量種植草本植物，甚至僅播種草本植物，雖然短期內邊坡的植被覆蓋率較高，但由于草本植物壽命短，易衰退，極可能致使植被演替停滯，直到另一些植被物種入侵。因此在植物配置上，應以灌草結合為主，根據群落演替的一般規律，坡面上的灌草型植被在經過10年或更久以后，將逐漸演替為以鄉土植物為優勢種的灌草型或喬灌草型植物群落，喬木型群落幾乎不出現。朱凱華在其研究中同樣證實了這一群落演替規律，他通過對巖質邊坡重建植被群落演替階段的物種數量統計，觀察出植被隨著恢復年限的增加，群落物種數量發生顯著變化，表現為草、灌、喬木物種總數均顯著增加，且群落優勢種由初始的以草本為主逐漸過渡到喬灌木為主。在形成了喬灌草類型植被后，還可能出現草本層植被退化的現象，筆者推測草本層的退化是由于喬灌木植物的生長爭奪了草本的光能以及養料，使草本植物光合作用受阻而引起，但此時的群落生長已進入穩定期，草本層的退化不會造成群落的再次演替。

3.裸露邊坡重建植物群落演替研究的前景與展望

自裸露邊坡植被恢復工程實施以來，越來越多的人逐漸意識到植被護坡的效果評價需要立足于長期效益，從長計議。群落演替的研究需要對邊坡重建植被群落動態進行持續的監測和對大量監測數據進行統計學分析，工程復雜，更受時間限制。尤其在我國護坡技術發展歷史不長的境況下，最早一批邊坡重建植被的恢復時間至今尚不足30年，剛進入自然演替階段，更多的邊坡重建植被則尚處于先鋒植物階段或群落演替初級階段，研究者們還要在未來相當長一段時間內對這批植被群落動態跟蹤調查方可獲得具有影響力的研究成果。但不可否認，群落演替的研究具有巨大的發展潛力和廣闊的發展空間，吸引著人們踴躍投身探索。期待不久的將來，我國裸露邊坡重建植被群落演替研究技術日趨成熟，成果愈加豐碩，植被護坡技術愈加完善。