渾善達克沙地公路取土場邊坡不同植被恢復模式效果評價

張琳琳 張艷 吳林川 高飛

摘要：以渾善達克沙地公路取上場邊坡為研究時象，研究了其已經采取的不同植被恢復模式實施6 a后人工植被恢復效果及群落自然植被多樣性恢復效果，并對比分析了其與原狀坡面植被的差異。結果表明：取土場邊坡3種主要植被恢復模式下人工植被空間特征及群落自然恢復物種多樣性均存在明顯差異。

關鍵詞：渾善達克沙地;不同植被恢復模式;植被群落特征

中圖分類號：Q948.15 文獻標識碼：A 文章編號：1674-9944（2019）22-0013-05

1 引言

由于氣候和歷史的原因，內蒙古干草原區分布有大面積的沙地[1]，干草原沙地區氣候干燥，草層郁閉性差，物種成分單一，土壤水肥能力低，因此在該區進行人為活動極易對生態系統產生嚴重影響，引起草地沙漠化[2～4]。近年來，大規模的草原公路建設對干草原沙地區植被造成嚴重的破壞，植被破壞后表土裸露，形成風蝕粒子，強風作用下形成沙害，影響公路的正常運行及區域的生態環境。如何科學合理地對植被破壞區域進行植被恢復是干草原沙地區生態環境恢復建設的重要內容。目前，國內對于干草原沙地生態恢復的治理研究多集中于治沙措施、治沙效果[5，6]、治理當時的植被成活狀況[7，8]等，針對破壞生境恢復若干年后的人工植被生長狀況及群落自然恢復植被的多樣性特征研究相對較少。人工植被生長狀況及群落自然恢復植被的多樣性特征是破壞生境綠化效果及適應環境的重要體現，研究干草原沙地區域不同植物措施采取若干年后群落恢復效果對于恢復和保護沙地植被、指導干草原區沙地施工過程中裸露邊坡植被恢復技術設計、調控植被演替和預期植被恢復效果等具有重要意義。

本文選取的研究對象為207國道修建過程中位于渾善達克沙地腹地的不同取土場邊坡，公路施工期間取土形成坡高2～3m，坡度25～30°。的裸露坡面，其原有植被體及繁殖體統統被取走，原生植被生態系統被破壞，加大了沙地流動性，為公路埋下風沙隱患，施工結束后施工單位于 2006年對其進行了治理，主要治理模式為：低立式蘆葦沙障+樟子松（Pinus sylvestris var.mongolicaLitv）造林（蘆葦沙障設為菱形，規格為1.0m×2.5m，障高20cm，孔隙度為50%，障內栽植4a生樟子松土坨苗，株行距3.0m×3.0m）;活沙柳（Salixcheilophila）沙障+楊柴（Hedysarumfruticosum var.mongolicumTurcz）造林（活沙柳沙障為方格形，規格為1.0m×1.0m，障高50cm，孔隙度為70%，沙障內種楊柴，每格一株）;活沙柳沙障十檸條（Caragana Korshin-skii Kom）造林（活沙柳沙障為方格形，規格為1.0m×1.0m，障高為50cm，孔隙度為70%，沙障內種植檸條，每格一株）。本文就其已經采取的主要植被恢復模式植被恢復效果進行調查與評價，為進一步開展公路生態修復技術的開發研究提供參考。

2 研究區概況及實驗方法

2.1 研究區概況

研究區位于錫林郭勒草原南部，207國道沿線的渾善達克沙地腹地（41°46′～43°48′N，114°55′～116°38′E），海拔1349～1389m。屬溫帶半干旱大陸性氣候，年平均氣溫1.3℃，年均降水量為313.8mm，年均蒸發量1722.5mm，年均風速4～5m/s，主導風向為偏北風。土壤為栗鈣土。研究區植被屬于典型草原植被類型，具有特有的沙生植被，菊科、藜科及禾本科植物是本區的優勢物種，包括沙篙（Artemisia desterorumSpreng）、五星篙（Bassiadasy phylla）、細葉苔草（Carexrigescens）、狗尾草（Setairaviridis（L.）Beauv）等，同時分布有沙地榆、小葉錦雞兒等沙生植被。

2.2 研究方法

本研究對施工單位采取的3種主要植被恢復措施實施6a后植被恢復效果進行樣方調查，對比分析三種植被恢復措施實施后人工植被長勢及所形成群落內的自然恢復植被物種多樣性差異，探討不同植被配置模式下群落物種變化及群落穩定性變化。

根據研究區邊坡類型及植被治理方式選取坡向相同，坡度、高差相似，距離相近的樟子松林、楊柴林、檸條林3種典型群落及對照群落（類型相同，距離相近但未進行地表取土的自然群落）于2012年7～8月進行樣方調查，每種類型群落設置2個喬木樣方，4個灌木樣方、30個草本樣方，以典型抽樣的方法進行樣方布設。樣方規格為草本1m×1m、灌木5m×5m、喬木10m×10m。喬木調查主要內容包括：分布位置、高度、地莖、冠幅、閉郁度、生長量;灌木調查內容包括：分布位置、高度、蓋度、冠幅、地莖、生長量;草本調查包括植被種類、數量、分蓋度（種蓋度）、總蓋度（群落蓋度）。

群落類型以優勢種法進行劃分，優勢種根據植物的重要值大小確定，重要值之和超過群落所有物種重要值總和的50%時的前排物種為優勢種[9]。

2.3 數據處理

2.3.1 重要值

重要值（I.V.）=相對密度+相對頻度+相對優勢度（相對基蓋度）（1）

2.3.2 群落多樣性指數

植物群落豐富度Margalef' s指數（O）=（S-1）/lnN（2）

植物群落均勻度指數Pielou' s指數（J）J=H/lnS

（5）

式（2）～（5）中，S為植物種總數;N為全部植物種個體數總和，P_i為第i種植物的個體數占全部植物個體數的百分比[10]。

應用SPSS17.0和Eexcel軟件完成數據處理和統計分析。

3 結果與分析

3.1 人工植被綠化效果分析

植被恢復措施的目的是促進項目區坡面綠化，植被栽植后的綠化效果體現在植被生長狀況及植被覆蓋率上[11]。研究區域人工栽植樟子松、楊柴及檸條，人工植被經過6a的生長發生較大的變化。

（1）栽植樟子松的沙障內植物以樟子松為主，基本無灌木層，其最高植株2.84m，最低植株0.8m，平均高度1.5m，平均生長高度0.9m，冠幅最大值1.21m，冠幅均值0.42m，樣地內喬木林閉郁度35%，草本植被蓋度5%。喬木高低差別較大，草本長勢不良。

（2）栽植楊柴的活沙柳沙障內楊柴及活沙柳為建群種，無喬木層，楊柴最高植株為2.05m，最低植株0.2m，平均高度1.22m，平均生長高度0.83m，冠幅最大值0.11m，冠幅均值0.11m，活沙柳沙障有枝條萌發，枝條最高植株1.6m，最低植株0.23m，平均高度0.49m，平均生長高度0.2m，冠幅最大值0.15m，冠幅均值0.09m，樣地內灌木層投影蓋度57%，草本植被蓋度17%，灌木層生長茂盛，草本長勢較好。

（3）栽植檸條的活沙柳沙障內檸條及沙柳為建群種，其中檸條最高植株為1.9m，最低植株為0.45m，平均高度1.07m，平均生長高度0.58m，冠幅最大值1.3m，冠幅均值0.19m;活沙柳沙障萌發的枝條最高植株1.2m，最低植株0.25m，平均高度0.69m，平均生長高度0.4m，冠幅最大值0.11m，樣地內灌木層投影蓋度44%，草本植被蓋度26%，灌木層生長茂盛，草本長勢較好。

（4）自然恢復群落內植被以草本為主，草本植被最大高度0.8m，最低0.03m，平均高度0.3m，樣地內喬灌木投影蓋度6%，草本植被蓋度51%，喬灌木零星分布，草本層長勢較好（圖1）。

方差分析表明，不同植被恢復類型下的人工植被均成為群落建群種，不同生活型的人工植被空間結構不同，植被高度及冠幅存在顯著差異（P<0.05）。其中，樟子松均值高度是檸條均值高度的1.4倍，是沙柳均值高度的2.1倍，樟子松與楊柴均值高度不存在顯著性差異。樟子松均值冠幅是檸條及沙柳均值冠幅的3.7倍，是楊柴冠幅的2.2倍，樟子松冠幅顯著大于樣地內灌木冠幅（P<0.01），自然群落內植被高度顯著低于其他群落（P<0.05）。不同恢復模式植被均值蓋度為楊柴+沙柳群落>檸條+沙柳群落>自然群落>樟子松群落（表1）。

3.2 群落自然恢復植被物種組成分析

經調查統計，研究區域4種不同生境類型中共出現植物84種，分屬于30科71屬。其中喬木2種，分別為樟子松和山杏;灌木和半灌木11種，主要為沙柳、檸條、楊柴、沙地榆、沙篙（Artemisia desterorumSpreng）等;草本植物71種，以藜科、禾本科、豆科和菊科為主，分別占總數的17.9%，14.3%，13.1%，9.5%，主要物種有豬毛菜（Salsolacollina Pall）、五星篙（Bassiadasyphyl-la（Fisch·Mey）（）·Kuntze）、刺藜（Chenopodiumaristatum L）、細葉苔草（Carexrigescen s）、狗尾草（Se-tairaviridis（L.）Beauv）、胡枝子（Lespedexa bicolorTurcz）、蒙古篙（Artemisiamongolica Fisch.etBess）及叉分蓼（Polygonum divaricatum Linn.）等。

不同恢復措施中，樟子松群落中出現物種總數30種，其中喬木僅樟子松1種，無灌木，自然恢復植被以細葉苔草、胡枝子、叉分蓼為主，重要值分0.25、0.05、0.04;楊柴+沙柳群落中出現物種總數17種，無喬木，灌木2種;自然恢復植被以沙篙、狗尾草、刺藜為主，重要值分0.10、0.09、0.08，檸條+沙柳群落中出現物種總數21種，無喬木，灌木2種，自然恢復植物以沙篙、刺藜為主，重要值分別為0.11、0.10，其他零星分布有唐松草（Thalictrum aquilegi folium L.var.sibiricum Re-gel）、灰綠藜（Chenopodium glaucum Linn）等;自然群落中出現物種總數42種，喬木僅山杏1種，零星分布，灌木及半灌木10種，包括沙柳、檸條、楊柴、沙地榆、小葉錦雞兒、沙篙等，均為零星分布，優勢種體現不明顯，草本植物包括細葉苔草、狗尾草、沙篙、豬毛菜等，重要值分別為0.11、0.09、0.08、0.07.各群落中重要值>0.01的物種見表2。

由表2可以看出，自然群落中，無明顯優勢種，各物種分布較為均勻，植物群落生活型以草本為主，類別較多。人工恢復群落中，各人工栽植樹種成長為主要樹種，灌木及草本植物有入侵，但數量及類別遠小于自然群落。其中，栽植樟子松的沙障內樟子松成為群落建群種，活沙柳沙障萌發的沙柳成活率極低，栽植檸條及楊柴的沙障中活沙柳沙障萌發的沙柳長勢良好，與楊柴及檸條共同組成為群落的建群種。

3.3 群落自然恢復植被多樣性分析

不同群落自然恢復植被物種豐富度指數、多樣性指數和均勻度指數如圖2。由圖2可以看出，不同群落物種豐富度指數的大小排序為自然群落>樟子松群落>檸條+沙柳群落>楊柴+沙柳群落，其中自然恢復群落植被以草本為主，其多樣性指數最大，達6.99;楊柴+沙柳群落最小，僅2.61，群落間差異顯著（P<0.05）;Simpson多樣性指數為自然群落>檸條+沙柳群落>樟子松群落>楊柴+沙柳群落，其中自然恢復群落最大，為0.44，與其他群落差異極顯著（P<0.01），楊柴+沙柳群落最小，為0.30，與檸條+沙柳群落及樟子松群落差異均不顯著;Shannon指數變化規律與Simpson多樣性指數變化規律一致，自然恢復群落最大，為1.79，楊柴+沙柳群落最小，為1.2;均勻度指數的變化規律為自然群落>檸條+沙柳群落>楊柴+沙柳群落>樟子松群落，自然恢復群落最大，為0.48，楊柴+沙柳群落最小，為0.38。

總體上，多樣性指數的分異規律反應出不同植被恢復措施的群落結構特征，自然恢復群落物種豐富度大，包含的物種數多，分布比較均勻，優勢種不明顯，群落結構穩定;楊柴+沙柳群落及檸條+沙柳群落，物種豐富度不高，多樣性指數偏低，但群落物種分布較為均勻，群落結構相對穩定;樟子松群落物種豐富較高，但分布不均，單種優勢度更高，群落結構不穩定。

4 討論

本研究中的3種沙地區取土場邊坡人工栽植植被經過6a的恢復，均取得了一定的綠化效果，不同生活型植被空間差異較大。其中樟子松群落空間變化最大，個體植株高的均值標準差達0.91，其冠幅顯著高于其他群落，對上層空間及光照利用率較高，導致其下層草本植被蓋度不高，生長狀況不良;楊柴+沙柳群落低層植被密度極高，楊柴長勢良好，坡面綠化率顯著高于其他群落;檸條+沙柳群落植被高度顯著低于楊柴及樟子松群落，但綠化率較高，植被蓋度較高。3種不同植被栽植群落植被高度均大于自然群落，楊柴十沙柳群落及檸條+沙柳群落植被蓋度大于自然群落，說明人工修復促進了邊坡植被景觀層次的構建，一定程度上促進了優化了綠化效果。

不同植被恢復模式植被自然演替以草本為主，喬木未出現自然演替物種，灌木自然演替中出現沙地榆、胡枝子等，這與秦偉等[12～14]的研究結果一致。群落組成中樟子松群落植被物種總數偏多，但總量不多，主要是因為樟子松林下空間較大，草本入侵的類別偏多，但受水分及光照等因素的影響[15]，草本層長勢不均勻，以細葉苔草為主，基本無灌木層;檸條+沙柳群落及楊柴+沙柳群落物種總數微低，偶見種較少，地面草本以沙蒿為主，是因為檸條及楊柴地面枝干密度較高，不利于草本植物入侵，故其種類數偏低。3種不同植被栽植措施治理后的邊坡植被群落物種總數均低于自然群落，說明短期內人工修復邊坡很難達到原有的自然狀態。

樟子松群落植物類別較多，故其豐富度指數較高，但植物數量偏少，分布不均，一定程度上降低了其多樣性指數及均勻度指數;楊柴+沙柳群落及檸條+沙柳群落地面空間較低，草本類型相對較少，植物多樣性指數較低，但入侵植物以沙篙等抗沙埋、耐干旱植物[161為主，入侵后大量蔓延，相對頻數偏高，故其多樣性指數及均勻度指數較高。3種恢復模式多樣性指數相對自然群落均偏低，說明人工栽植喬灌木造林在促進干草原沙地區綠化速度及景觀構建的同時減緩了群落結構及穩定性的恢復，建議后續工程可根據項目區水肥條件，適當考慮補植草本類植物，促進綠化的同時增加群落多樣性的恢復，提高群落穩定性，優化群落生態功能。5結論

（1）不同治理方式下人工植被生長高度均大于自然群落，樟子松均值高度是檸條均值高度的1.4倍，是沙柳均值高度的2.1倍;樟子松均值冠幅是檸條及沙柳均值冠幅的3.7倍，是楊柴冠幅的2.2倍，不同恢復模式植被均值蓋度為楊柴+沙柳群落>檸條+沙柳群落>自然群落>樟子松群落。

（2）不同恢復措施中，樟子松群落中出現物種總數30種;楊柴+沙柳群落中出現物種總數17種;檸條+沙柳群落中出現物種總數21種;自然群落中出現物種總數42種。群落組成物種及生活型出現較大差異。

（3）不同恢復措施群落物種多樣性指數各不相同。豐富度指數表現為自然群落>樟子松群落>檸條+沙柳群落>楊柴+沙柳群落，Simpson多樣性指數及Shannon指數表現為自然群落>檸條+沙柳群落>樟子松群落>楊柴+沙柳群落，均勻度指數表現為自然群落>檸條+沙柳群落>楊柴+沙柳群落>樟子松群落。

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收稿日期：2019-11-01

基金項目：交通運輸建設科技項目（編號;201103180772830）

作者簡介：張琳琳（1987-），女，工程師，碩士，主要從事水土保持與荒漠化防治研究。

通訊作者：張艷（1984-），女，工程師，碩士，主要從事水土保持與荒漠化防治研究。