不同植物群落對高速公路邊坡固碳能力的影響研究

摘要：研究不同植物群落對高速公路邊坡固碳能力的影響具有重要意義，[ 3]"系統分析了植物群落結構特征、根系分布特點和邊坡環境因子，探討了植物群落的固碳機理，并以麻竹高速大悟段為例，對邊坡植被固碳量進行估算。研究發現：喬灌草復合群落具有最強的固碳能力，其次為灌草混合群落，而草本群落的固碳能力相對較弱；植物群落的固碳效果受到群落結構層次、生物量、根系發育、外部環境等因素的綜合影響。在此基礎上，[ 4]"提出了優化高速公路邊坡植物群落配置的建議。

關鍵詞：植物群[A5]"落 高速公路邊坡 固碳量 固碳能力

Study on the Effects of[A6]" Different Plant Communities on Carbon Sequestration Capacity of Highway Slopes

WEI Yan

Hubei Xiecheng Transportation and Environmental Protection Co.， Ltd.， Wuhan， Hubei Province， 430000 China

Abstract： It is of great significance to study the effect of different plant communities on the carbon sequestration capacity of highway slopes. This paper systematically analyzed the structure characteristics of plant communities， root distribution characteristics and environmental factors of slopes， and discussed the carbon sequestration mechanism of plant communities. Taking Dawu section of Mazhu Expressway as an example， the carbon sequestration amount of slope vegetation was estimated. Study has found that the composite community of trees， shrubs， and grasses has the strongest carbon sequestration capacity， followed by the mixed community of shrubs and grasses， while the carbon sequestration capacity of herbaceous communities is relatively weak; The carbon sequestration effect of the plant community was influenced by factors such as community structure level， biomass， root development and external environment， etc. Based on the study results， the paper put forward suggestions for optimizing the configuration of plant communities on highway slopes.

Key Words： Plant community; Highway slope; Amount of carbon sequestration; Carbon sequestration capacity[A7]

高速公路邊坡是重要的人工生態系統，合理的植物群落配置對提升邊坡生態功能具有重要作用，植物群落通過光合作用固定大氣中的二氧化碳，不僅能夠減緩溫室效應，還能夠改善邊坡土壤結構，增強邊坡的穩定性，深入研究不同植物群落的固碳特征對指導高速公路邊坡綠化具有重要的理論和實踐意義。

1植物群落類型與固碳特征

1.1喬灌草復合群落

喬灌草復合群落由喬木、灌木和草本植物構成多層次結構體系，形成了垂直空間的合理利用，喬木層主要選用楊樹、柳樹、刺槐等深根系樹種，具有較強的固碳能力，年均生物量積累可達15～20 kg[ 8]"/株，灌木層包括紫穗槐、胡枝子、火棘等，能夠有效固定淺層土壤，年均生物量積累3～5 kg/株，草本層以狗牙根、白三葉、黑麥草等植物為主，可以實現全面覆蓋，地上生物量可達0.8～1.2 kg/m2。復合群落通過不同植物的生態位互補，可以充分利用光照、水分、養分等資源，具有最大的生物量積累，年固碳量可以達到4.5～6.2 t/hm2^[1]。

1.2灌草混合群落

灌草混合群落主要由灌木和草本植物組成，適合在邊坡中上部區域種植，常見灌木包括迎春、連翹、小葉女貞、月季等淺根性灌木，草本以黑麥草、百喜草、狗牙根為主，該類群落的固碳能力介于喬灌草群落與純草本群落之間，年固碳量約為2.8～4.0 t/hm2，灌木層年均生物量積累2.5～4.0 kg/株，草本層地上生物量0.6～0.9 kg/m2。灌草混合配置可以改善邊坡土壤結構，提高水土保持能力，灌木根系分布深度一般在0.8～1.5[ 9]" m，草本根系主要分布在0～40[ 10]" cm土層，形成了較為完整的根系防護網絡。

2高速公路邊坡植被固碳估算

在當前全球氣候變化和碳中和背景下高速公路邊坡植被固碳能力研究日益受到重視，高速公路作為重要的線性工程，具有項目跨度大、建設周期長、沿線氣候差異顯著等特點，其邊坡植被的固碳效應值得深入研究。目前，高速公路邊坡植被固碳計量監測主要采用樣地清查法、同化量法、微氣象法、遙感技術法等方法，經過系統比較研究發現，樣地清查法較其他方法更適用于高速公路邊坡植被固碳研究，該方法具有操作規范、數據可靠、成本適中等優勢，能夠通過建立標準樣方、測定植物生物量、計算碳儲量等步驟，準確評估邊坡植被的固碳能力。在具體監測過程中，需要考慮植物種類組成、群落結構、生長狀況、立地條件、氣候因素等多個變量，通過系統性采樣和數據分析建立科學的固碳量計算模型，該方法還可以結合植物的生理生態特征，分析不同植物類型的固碳效率，為優化邊坡植被配置提供科學依據^[2]。

以麻竹高速大悟段（K44+000—K82+711）的邊坡植被固碳研究為例，該路段全長38.771[ 11]" km，路寬26[ 12]" m，土石方量為498.4萬m³[ 13]"，代表了典型的山區高速公路特征，通過實地調查發現該路段邊坡植被構成復雜，包括紅葉石楠、筆柏、烏桕、臭椿、木芙蓉、夾竹桃、海棠、桂花、紫薇等喬灌木類植物，以及紅花酢漿草、火棘球、狗牙根等草本植物，形成了多層次的植被結構。研究采用樣地清查法，通過設置標準樣方測定不同類型植物的生物量和固碳系數并結合邊坡面積和覆蓋度，進行固碳量估算，研究結果表明，該路段路塹邊坡植被（喬灌木）的年固碳量約為487.35[ 14]" t，路基邊坡植被（草木）的年固碳量約為106.61[ 15]" t，總年固碳量達到593.96[ 16]" t，這一研究成果不僅量化了高速公路邊坡植被的固碳效應，也揭示了不同類型植被的固碳貢獻。

3影響植物群落固碳能力的主要因素

3.1群落結構與物種組成

群落結構的復雜程度直接影響固碳效果，垂直分層結構越完整，固碳能力越強，多層次結構可以充分利用空間資源，提高光能利用率和土壤資源利用效率，研究表明三層結構群落的固碳量比單層結構高[A22]"120%～150%，比雙層結構高45%～60%。物種組成的多樣性有助于提升群落的生態穩定性，增強抗逆性。群落中，禾本科植物比例每提高10%，固碳量可以增加0.3～0.5 t/hm2；豆科植物比例每提高10%，土壤有機碳含量提升0.5～0.7 g/kg，群落蓋度是影響固碳效果的重要指標，當群落總蓋度達到85%以上時，固碳效率最高，喬木層適宜蓋度為40%～50%、灌木層30%～40%、草本層80%以上^[3]。

3.2植物根系分布特征

根系是植物固碳的重要器官，刺槐、楊樹等深根系植物根系可達3～5[ 23]" m，將碳儲存在深層土壤中，具有較強的固碳潛力，淺根系植物如狗牙根、白三葉等的根系主要分布在0～40[ 24]" cm土層，有利于表層土壤的穩定和有機質積累。研究發現，根系生物量每增加1 t/hm2，土壤有機碳含量可以提高0.8～1.2 g/kg，根系分布的均勻性和密度決定著土壤固碳能力，根系數量每增加100條/m2，土壤容重降低0.05～0.08 g/cm3，土壤孔隙度提高2[ 25]"%～3%，有利于微生物活動和有機質積累，根系分泌物是土壤碳庫的重要來源，深根系植物的根系分泌物分解較慢，有利于碳的長期固定，根冠比是衡量植物固碳能力的重要指標，一般以1∶4～1∶6為宜^[4]。

3.3環境因素影響

邊坡坡度、坡向、土壤條件等環境因子會影響植物群落的生長發育，進而影響固碳效果，南向邊坡光照充足，植物光合作用強，生長快，但水分脅迫大，需選擇耐旱物種，北向邊坡水分條件好，但光照不足，固碳效率相對較低，坡度每增加5度，群落固碳量降低3[ 26]"%～5%。土壤厚度是影響固碳效果的關鍵因子，土壤厚度每增加10 cm，群落固碳量可以提高0.2～0. 3t/hm2，土壤pH值影響養分有效性，pH值為6.5～7.5最適宜植物生長，土壤有機質含量每提高1%，固碳潛力增加0.4～0.6 t/hm2。水分條件顯著影響植物光合作用效率，土壤含水量在田間持水量60%～80%時固碳效果最好，邊坡微地形也會影響固碳效果，坡面起伏每增加10%，固定碳量減少0.1～0.2 t/hm2，大氣溫度每升高1 ℃，植物呼吸消耗增加5%～8%，降低凈固碳量，降雨量每增加100 mm，年固碳量提高0.3～0.5 t/hm2^[5]。

4優化植物群落固碳能力的措施

4.1科學配置植物群落

根據邊坡特點選物擇適宜的植物配置模式是提升固碳效果的關鍵環節，陡坡區域宜采用灌草結合方式，選擇紫穗槐、胡枝子、狗牙根等根系發達、抗逆性強的植物，緩坡地帶可以采用喬灌草復合配置，構建多層次群落結構，深淺根系搭配形成立體根系網絡。喬木選擇根系發達、生長快的樹種，株距為3～4[ 27]nbsp; m，灌木選擇分枝性強、覆蓋度大的品種，如連翹、小葉女貞等，株距為1～1.5 [ 28]"m，草本選擇根莖型草種與叢生型草種相結合，播種量控制在80～120 g/m2，群落配置需要充分考慮植物的生態習性和生長速率，快生與慢生物種合理搭配，確保群落結構穩定^[6]。

4.2積極優化植物生境

采用客土噴播技術改善邊坡土壤條件，增加基質厚度，提升保水保肥能力，客土基質由草炭土、腐殖土、珍珠巖等材料組成，厚度控制在8～12 cm，采用生態袋護坡技術，在陡坡位置設置植生袋填充性能優良的生長基質，增施有機肥提高土壤肥力，每平方米施用腐熟有機肥2～3[ 29]" kg，噴施保水劑改善基質持水性能，用量為15～20 g/m2。合理配置灌溉系統，南向邊坡增加噴灌頻次，北向邊坡適當控制灌溉量，設置完善的截排水設施，包括馬道排水溝、坡面橫向排水溝等，防止水土流失，邊坡坡度控制在1∶1.5～1∶2范圍內，確保植物群落穩定生長^[7]。

4.3全面提升養護管理

定期對喬木、灌木進行修枝整形，及時補植受損植被，確保群落完整性。建立長效養護機制，制訂詳細的養護計劃，保證固碳效果持續穩定，通過定期監測評估群落生長狀況，適時調整養護措施，邊坡防護工程要定期檢查維護，同時及時維護并修復損壞的邊坡防護工程，建立群落固碳效果評估體系，動態監測固碳量變化，為管理決策提供科學依據。此外，養護人員須定期培訓，提高其專業技能水平，確保養護質量。

5結語

通過系統研究不同植物群落對高速公路邊坡固碳的影響，發現喬灌草復合群落具有最佳的固碳效果，群落結構、物種組成、根系特征、外部環境等因素共同決定了固碳能力，基于研究結果應科學配置植物群落、優化植物生境、提升養護管理，充分發揮邊坡植物群落的固碳功能，為實現“碳達峰”“碳中和”目標貢獻力量。

參考文獻

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