基于海綿城市建設的南京生態科技島生態護坡草本植物資源調查分析

葉海躍，梁海英，熊 星

(1．江蘇開放大學 環境生態學院，江蘇 南京 210017；2．南京農業大學，江蘇 南京 210095)

1 引言

生態護坡是一種以植物為核心，結合植物學、生態學、工程力學等多種學科，構建而成的綜合性護坡系統[1]。不僅具有防止水土流失，保證坡岸安全的功能，創造適宜生物生存、生長的生境，同時能夠協調人與自然的關系，形成體現區域特色的景觀帶[2]。不同植物其根系分布形態對邊坡表層穩定性影響不同[3]，多樣的形態特征則構成層次豐富的景觀效果。因此，生態護坡植物品種的選擇尤其重要，它決定了生態護坡系統安全性、穩定性以及景觀特征。健康的江岸生態系統能維持和恢復陸地生態系統與長江水域生態系統的和諧，提高江岸物種多樣性，在保持水土防澇抗洪等方面具有重要的功能[4]。本研究以江心洲南京生態科技島夾江側生態護坡工程為例，實地調查生態護坡中的草本植物資源及應用現狀，分析資源種群特征及演替方向，篩選出適宜的草本生態護坡植物，以期為長江南京段坡岸生態護坡的植物選擇和工程實施提供依據。

2 材料與方法

2.1 研究地自然概況

江心洲南京生態科技島是長江第四大沖擊洲島，洲島屬長江漫灘地貌單元，總面積15.21 km2，環島兩側江堤海報高程為10 m左右，總長24.38 km。島內地面高程在6.5～8.5 m之間。雨水充沛，年平均降雨117 d，降水量1106.5 mm。屬亞熱帶北緣季風濕潤氣候區，地帶性植被為落葉常綠闊葉混交林[5]。在水文方面，洲島河道水塘密布，水系總長度共計40 km左右，貫通性河道11條。水域總面積約1.35 km2，占總面積近10%。洲島夾江側(東)區域水塘密布，其余以河道水系為主。島內水系流動性較弱，易受內澇影響[6]。區域具有較好的水熱條件，為護坡植物生長提供了良好的生境。江心洲南京生態科技島作為南京市首批海綿城市建設三大示范區之一，是南京海綿城市建設推進最快的區域，在海綿城市建設上已經初建成效，江岸帶生態護坡植被緩沖帶是洲島海綿城市建設體系的重要組成部分，起到了較好的雨水調蓄和水土保持作用。

2.2 方法

2018～2019年，采取樣地調查方法，對江心洲南京生態科技島夾江側江堤路迎水面生態護坡進行實地調研，累計護坡長度12.85 km。夾江側護坡包括半人工的植草磚和全生態植草坡兩種類型，根據踏查的情況，沿江堤路段每隔200～300 m，選擇植物資源與植被發育較好的區域設置樣帶(共計10個)。在樣地內的護坡坡底線和坡中線設置調查樣線，調查樣線設置長度為10 m，記錄調查樣線兩側1 m范圍內出現的物種。同時在每個樣帶內設置1個5×5 m的樣方，按群落學調查方法采集與記錄相關數據。

調查中用數碼相機記錄所有出現的植物資源種類，拍攝并制作植物標本1200份。廣泛查閱江蘇植物研究所標本館(NAS)、南京林業大學標本館(NF)、南京農業大學植物標本館(NAU)、中國自然標本館(CFH)等，通過標本信息查閱，統計和分析護坡植物資源種類。

3 結果與分析

3.1 植物種類組成

調查統計得出：研究區域護坡內共有維管草本植物20科55屬64種(表1)，其中雙子葉植物有18科46屬53種，單子葉植物2科11屬11種。表2表明：從屬種結構來看，菊科(Asteraceae)、禾本科(Poaceaee)、蝶形花科(Fabacea)位居前三，分別含有16屬(18種)、10屬(10種)和7屬(10種)，為調查區的優勢科。僅有1屬1種的科共計10科，分別占所有科屬種分類單元的50%、18.2%和15.4%，所占比例逐級降低；僅有2種的共6個科，占所有科數的30%；單種科及兩種科的比重較大，一定程度上提升了分類單元的植物種類。

表1 夾江側生態護坡草本植物名錄

續表1

表2 夾江側生態護坡草本植物種類組成

3.2 植物類群生活型譜分析

根據Raunkiaer生活型分類系統，對調查區域64種維管束植物的生活型進行統計分析，結果表明：1a生植物(th)最多，有32種，占總種數的50%；地面芽植物(hk)次之，有28種，占總種數的43.8%；高位芽植物(ph)2種，占總種數的3.2%；隱芽植物(k)2種，占總種數的3.2%；邊坡植草磚區域未見地上芽植物(ch)。雙子葉植物植物共有18科43屬53種，其中1a生植物(th)28種、地面芽植物(hk)22種、高位芽植物(ph)2種及隱芽植物(k)1種；單子葉植物2科11屬11種，其中地面芽植物(hk)6種、1a生植物(th)5種、及隱芽植物(k)1種(表3)。可見洲島夾江側岸護坡植物生活型譜的主要特征是：以1 a生植物為主，這與長江水文節律性變化相符合，其次為地面芽植物，與長江南京段溫暖濕潤的氣候相適應，部分植物越冬季節呈現蓮座狀或者半蓮座狀，形成獨特的冬季地表景觀效果；高位芽和隱芽植物分布相對最少。生活型的多樣性，為護坡植物的生物多樣性提供了路徑。

調查發現，濕地型邊坡植物對于夾江測岸帶護坡生態系統雨水沖刷、洪水短期浸泡等等脅迫因子具有很強的適應性，個別物種同時通過生理及生活史形態結構等方面的調節來實現增強其適應性[7]。夾江側長江水位隨著周期性發生變化，每年6～8月份為洪水期，該段期間部分坡底線區域浸泡在江水中，同時雨量增大江堤路面雨水匯集沖刷對坡頂和坡中線區域植物的沖刷力加大。蘆葦(Phragmitesaustralis)、狄(Triarrhenasacchariflora)等多年生草本植物主要通過體內形成通氣組織以及無性繁殖等策略適應坡底江岸濕地生境，而部分一年生植物如水蓼(Polygonumhydropiper)，受到外部濕地生境的長期影響，部分植株出現地下不定芽繁殖，生活型發生了轉變。

表3 夾江側生態護坡草本植物類型及生活型譜

3.3 植物來源及演替趨勢分析

調查區域內生態護坡在施工初期主要為人工栽植，經過自然演替，目前64種草本護坡植物呈現為人工栽植、鄉土野生、外來入侵三大種群(表4)，其中人工栽培品種僅有8種，占12.5%，其余均為外來野生品種，可見野生植物有較大的種群優勢。

表4 夾江側生態護坡區域草本植物來源

目前調查區域內人工栽植物種分布在菊科、蝶形花科、美人蕉科、禾本科4個科，具體種為：大花金雞菊(Coreopsisgrandiflora)、白車軸草(Trifoliumrepens)、紫花苜蓿(Medicagosativa)、美人蕉(Cannaindica)、高羊茅(Festucaelata)、狗牙根(Cynodondactylon)、黑麥草(Loliumperenne)、蘆葦。群落表現上，整體衰退明顯，被野生植物侵占較為嚴重的有美人蕉、大花金雞菊、黑麥草等種群。另外部分物種雖然屬于人工栽培，但是被環保部和中國科學院列入入侵物種名單，適應性較強，如紫花苜蓿、白車軸草，在群落內處于優勢種群，雖然數量呈增長趨勢，但是由于其侵占性較強，導致群落內物種多樣性較低。

調查區域內共有鄉土草本植物資源17科37屬43種，占67.2%，資源最為豐富。以益母草(Leonurusjaponicus)、廣布野豌豆(Viciacracca)、荔枝草(Salviaplebeia)、黃鵪菜(Youngiajaponica)、抱莖小苦荬(Ixeridiumsonchifolium)、刺兒菜Cirsiumsegetum)、金爪兒(Lysimachiagrammica)等物種生長良好，具有較高的觀賞和生態價值；其他植物如救荒野豌豆(Viciasativa)、小巢菜(Viciahirsuta)、朝天委陵菜(Potentillasupina)、通泉草(Mazuspumilus)、多苞斑種草(Bothriospermumsecundum)、野菊(Dendranthemaindicum(L.))、蛇莓(Duchesneaindica)等均也廣泛分布于區域內。在群落表現上，調查區域內鄉土植物群落整體最為穩定，樣方內物種間無明顯侵占趨勢且物種豐富，多數樣方內具有10種以上物種，垂直分布上多呈現2層及以上的層次分布，覆蓋率較高。但是目前植被尚處于發育與演替的初期，受人為干擾、入侵植物影響，生長空間受到壓迫，存在鄉土草本植物資源在不同生境區域內物種數量與種群數量分布不均勻的現象。

參照《中國第一批外來入侵物種名單》(環保部和中國科學院，2003)和《中國第二批外來入侵植物及其防除措施》(環保部和中國科學院，2010)，同時，剔除人工引種栽植的部分品種，調查區域內野生入侵品種有13種，占總種數20.3%，分布在9個科。調查區域內，野生入侵植物多為優勢種群，但是入侵危害等級差異明顯(表5)。惡性入侵植物僅有1種，為小飛蓬(Conyzacanadensis)，占入侵物種的7.7%；嚴重入侵有3種，占入侵物種的23.1%。其中小飛蓬、一年蓬(Erigeronannuus)、加拿大一枝黃花(Solidagocanadensis)為一二年生草本，種子繁殖力強，傳播速度快，生態適應性廣，生長優勢明顯，在區域內以居群分布，群數量巨大，侵占能力極強，尤其在區域生境為干旱坡地的區域較為嚴重，在部分區域形成單一優勢群落。其他如野老鸛草(Geraniumcarolinianum)、阿拉伯婆婆納(Veronicapersica)、野胡蘿卜(Daucuscarota)、垂序商陸(Phytolaccaamericana)、野燕麥(Avenafatua)等外來物種種群數量較小，目前呈局部入侵態勢，但部分區域其種類和數量呈增長趨勢。

4 江岸生態護坡鄉土草本植物資源篩選與分析

在生態環境條件、護坡建植技術基本相同的情況下, 植物種群是影響護坡功能的主要因素，科學選擇、配置護坡植物種群，促進坡面植物群落穩定，是提高生態護坡植被護坡性能的有效途徑之一[8]。由調查分析可以看出，南京生態護坡草本植物資源中人工引種植物和外來入侵植物，大部分品種呈衰退和擴張兩個趨勢，群落穩定性較弱。表現較為穩定的群落主要為鄉土植物，充分說明了鄉土植物在生態護坡中的種群生態優勢。綜合調查區域內植物生活型、生態習性、觀賞特征以及護坡植物生物多樣性需求，參照任建武[9]、范欽棟[10]等學者的選擇具體的野生植物種的標準體系，結合植物適應能力、觀賞價值、生態價值、經濟成本、應用潛力等指標。初步篩選出生態功能及觀賞價值較高、適宜南京江岸護岸應用的優勢鄉土草本植物共8科18屬23種(表6)。

表5 入侵與有害野生草本植物分析

4.1 江岸生態護坡優選鄉土植物觀賞性分析

觀花植物可以是使生態護坡的景觀具有很強的面貌性功能，初步篩選的23種優選鄉土草本植物均具有較好的觀花效果，且花色豐富。其中紫紅色系植物最多共8種，占34.8%，包括廣布野豌豆、救荒野豌豆、益母草、刺兒菜、大薊(Cirsiumjaponicum)、節毛飛廉(Carduusacanthoides)、泥胡菜(Hemisteptialyrata)、小巢菜；明度較高的黃色花植物次之共7種，占30.4%，為朝天委陵菜、蛇莓、金爪兒、鼠麹草(Gnaphaliumaffine)、野菊、抱莖小苦荬、黃鵪菜；粉色和白色花植物分別有3種，各占13.0%，粉色花有截葉鐵掃帚(L.hedysaroidesvar.subsericea)、通泉草、荔枝草，白色花有龍葵(Solanumnigrum)、澤珍珠菜(Lysimachiacandida)、馬蘭(Kalimerisindica)；藍色花植物有1種，為多苞斑種草。荻(Triarrhenasacchariflora)的圓錐花序舒展成傘房狀，成熟后呈淺褐色，經冬不落，形成獨特的冬季景觀。

優選鄉土草本植物中具有較好觀果效果的有8種。其中龍葵黑色漿果，9～10月成熟；蛇莓紅色瘦果，6～7月份成熟；蝶形花科救荒野豌豆、小巢菜、廣布野豌豆等三種莢果7～9月成熟。具有較好觀葉特征植物共計6種，其中4種為羽狀或其他開裂葉片分別為泥胡菜、抱莖小苦荬、朝天委陵菜和益母草；1種葉腹凹背凸為荔枝草，1種葉脈白色、寬線形葉為荻。

優選鄉土草本植物中觀花、觀果、觀葉的物種分別為23種、8種和6種，觀賞特征應用的層度從高到底一依次為觀花、觀果和觀葉。根據圖1，可以看出花期主要集中月份為3～6月以及9～10月，12月和1月無鄉土觀花草本；有觀賞價值的果期主要集中在7～10月份，1～5月和12月基本無觀果草本。將花期和果期二者相疊加，每月份具有相應觀賞特征的植物超過5種的月份主要在3～10月，其中4～6月為觀賞期峰值，次之為3月和9～10月，遺憾的是冬季觀賞的鄉土植物資源嚴重缺失。

圖1 鄉土草本植物觀花、觀果觀賞期分布

植物的自然高差，能夠營造垂直分層豐富的群落，提高覆蓋率，從而提高護坡功效。初步篩選的優勢草本植物植株的高度按照高(H)、中(M)、低(L)3個等級分類，株高0.8 m以上(H)為6種，占優勢種的26.1%，調查區域內超過1 m的有4種，為泥胡菜、大薊、益母草、荻；株高0.4～0.8 m(M)為6種，占優勢種的26.1%；株高0.4 m以下(L)的物種有10種，占43.5%，出現頻率較高的為馬蘭、鼠麹草、通泉草、朝天委陵菜、金爪兒、澤珍珠菜和多苞斑種草。

4.2 江岸護坡優選鄉土植物分布及生態型分析

洲島夾江側生態堤岸從堤頂到坡底，其土壤含水量、養分、光照等生境因子、尤其土壤含水量差異顯著。堤頂及中部由于坡度和等因素，土壤較長時間處于干旱和強光照狀態，而護坡底部根據長江水位變化，土壤水分含量總體較高。參照現場調查分析、長江南京段歷年水文規律，將坡地生境分為：堤頂干燥區域、坡上部較為干燥區域、護坡中下部濕潤區域、坡底水淹陽光充足區域、坡底林下水淹蔭蔽區域五個生境類型。23種鄉土草本植物中，在調查區內分布生境3種以上、出現頻率較高、體現其較強綜合適應能力的植物共計4種，為：泥胡菜、黃鵪菜、刺兒菜、朝天委陵菜。在江堤護坡坡底，因為每年汛期則有不同程度的水淹期，分布的物種最少，主要為適應性強的植物和部分耐水淹的物種，陽光充足的坡地分布植物有6種，主要為：適應性較強的泥胡菜、黃鵪菜，以及耐水淹并喜陽的荻、益母草、通泉草、金爪兒等，分布在林下坡底的物種則主要為：適應性強的泥胡菜、黃鵪菜，以及較為耐陰的狄、鼠麹草、澤珍珠菜、多苞斑種草；坡頂因為人為干擾嚴重、土壤干旱，分布植物物種主要為適應性強及耐貧瘠、耐干旱的品種，共計11種。在上坡及中下坡，人為干擾較少、土壤介于半干旱到濕潤之間，適合植物生長，物種最為豐富，均為14種，其中：泥胡菜、黃鵪菜、刺兒菜、朝天委陵菜、救荒野豌豆、小巢菜、廣布野豌豆、馬蘭等(表7)，整個坡面均有分布。優勢鄉土植物物種豐富的生態型，不僅能夠充分滿足生境條件復雜多樣的護坡環境，品種的多樣性也滿足營建結構復雜、穩定的生態護坡植物群落的需求。

表6 優勢鄉土草本植物比選名錄

表7 優勢鄉土草本植物生態型應用分析

5 結論與討論

研究區域生態護坡共有草本植物20科55屬64種。雙子葉植物有18科46屬53種，單子葉植物2科11屬11種，優勢科為菊科(Asteraceae)、禾本科(Poaceaee)、蝶形花科(Fabacea)，單種科及兩種科的比重較大，一定程度上提升了分類單元的植物種類；以一年生植物為主，其次為地面芽植物，高位芽和隱芽植物分布最少。部分植物其形態類型由于受到外部濕地生境的長期影響，生活型發生了轉變。生活型的多樣性，為護坡植物的生物多樣性提供了路徑。

群落演替趨勢上，人工栽植種群整體衰退明顯，被野生植物侵占較為嚴重。人工栽植的紫花苜蓿、白車軸草等由于適應性較強，在群落內處于優勢種群，雖然數量呈增長趨勢，但是由于其侵占性較強，導致群落內物種較為單一。調查區域內野生入侵品種有13種，占總種數20.3%，惡性入侵植物僅有1種，嚴重入侵有3種，其他9種，呈局部入侵態勢，但不同區域其種類和數量呈增長趨勢。入侵植物易與其他物種競爭資源并影響其生長發育，從而使區域內生物多樣性逐漸喪失。建議采用機械處理方式，在夏季進行人工打草與拔草等養護管理措施，控制惡性入侵、嚴重入侵植物種群擴散；對于局部入侵且具有較好的觀賞性狀的植物，進行適當控制，防止大規模擴散。

鄉土草本植物資源豐富，物種間無明顯侵占趨勢，垂直分布上多呈現2層及以上的層次分布，覆蓋率較高，在群落表現上整體最為穩定；初步篩選的23種優勢鄉土草本植物均具有較好觀賞價值和生態價值，涵蓋觀花、觀果、觀葉種類，4～6月為最佳觀賞期；生態型包括耐旱、耐水淹、耐貧瘠、喜陰、喜陽等，在調查區域內分布較廣，能夠適應滿足生境復雜多樣的護坡環境需求。由于立地條件較差，生境復雜，無論配植何種生態或景觀植物種，均易被地帶性入侵或鄉土植物所演替，建議保護并擴大鄉土植物如益母草、荔枝草、黃鵪菜、抱莖小苦荬、金爪兒、野菊等種群，重點保護并營建以鄉土觀賞草花植物為主的植物群落。針對冬季景觀較為單調問題，建議針對性改良鄉土植物品種，同時挖掘二年生草本植物資源，豐富冬季迎水坡景觀效果。