北京市门头沟区石灰窑遗址及公路边坡裸露地表植被修复模式的生态评价

苗保河，郑延海，伏 芳，孙 楠，张文波，卢欣艳，吴 晶，苏本营，李永庚

（1.北京山地生态科技研究所，北京 102300；2.北京市门头沟区科技开发实验基地，北京 102300；3.中国科学院植物研究所，北京 100093）

北京市门头沟区石灰窑遗址及公路边坡裸露地表植被修复模式的生态评价

苗保河1，2，郑延海3，伏 芳1，2，孙 楠1，张文波1，卢欣艳1，吴 晶1，2，苏本营3，李永庚3

（1.北京山地生态科技研究所，北京 102300；2.北京市门头沟区科技开发实验基地，北京 102300；3.中国科学院植物研究所，北京 100093）

研究对北京市门头沟区石灰窑废弃地及公路边坡裸露地表8种生态修复模式中的植被生态学特征及生态恢复效果进行了调查评价。结果表明：石灰窑遗址人工景观再建模式、框格＋植被模式及无土碎石挡土墙灌浆模式修复效果较好，容器苗修复模式和挂网喷播模式效果最差。8种生态修复模式中，植被物种丰富度以客土移栽模式最高（29±1.15），石灰窑人工景观再建模式次之（23.6±2.02），保育棒模式最低（7±1.1）；植被盖度以石灰窑人工景观再建模式（88.3%）和框格＋植被模式（87%）最高，植生袋模式和挂网喷播模式最低，分别为48%和32%；植被高度以客土移栽模式最高（546.3cm），人工景观模式次之（316cm）；挂网喷播和植生袋最低，分别为44.97cm和54.13cm。综合评价结果认为，石灰窑人工景观再建、框格＋植被和挡土墙灌浆模式是门头沟区石灰窑及公路边坡裸露地表生态恢复较适合的修复模式。

门头沟；石灰窑遗址；公路边坡；植被恢复模式；生态评价

山地石灰窑开采和公路工程建设往往导致山区大面积废弃地和裸露坡面的产生。据不完全统计，自20世纪90年代以来，我国由于采矿而废弃的土地以2～3.3万hm2/a的速度增长［1－2］，高速公路裸露坡面面积每年以2～3亿m2的速度增长，在很大程度上破坏了自然生态，导致了严重的水土流失和植被破坏，严重影响原土、岩体的平衡，形成塌方、水土流失、土壤侵蚀等各种问题。人工植被恢复与重建已成为公路建设和石灰窑废弃地治理的重要组成部分［3－5］。美国等发达国家从20世纪30－40年代就开始在道路边坡开展植被恢复工作，而且技术研究已经较为成熟，常用的主要有种子喷播法、客土喷播法、厚层基材喷播法、肥料袋法、植生袋法等成熟的配套技术［4，6］。我国高速公路建设20世纪90年代后才迅速发展，1996年云南昆曲高速公路开始运用生态护坡进行绿化，从此公路植被恢复揭开了新的内容［6］。与传统的护坡形式相比，生态护坡不仅能稳定边坡，保持水土，而且节约成本［7］。但对于各种恢复模式的生态适应性研究严重滞后，也远远落后于一些发达国家［8－9］。本试验选择门头沟区不同石灰窑遗址及公路坡面植被恢复模式作为研究对象，针对坡面植物的生态恢复效果进行评价研究。

1 区域概况

门头沟区地处北京城区西部偏南，位于东经115°25′00″－116°10′07″，北纬39°48′34″－40°10′37″之间，全区面积1 455km2，其中山地面积达98.5%，平原面积仅为1.5%，79.2%的土地为林木所覆盖，森林覆盖率90%左右，是首都西部的天然生态屏障。低山丘陵地貌，中纬度大陆性季风气候，春季干旱多风夏季炎热多雨，秋季凉爽湿润，冬季寒冷干燥，年平均气温10.2℃，7月平均温度22℃［4，9］，降水量自东向西逐渐减少，且年际变化大，年降水量在720mm以上。门头沟区曾是北京的主要矿业基地，百余年的采矿史和砂、石的大量开采，以及近年来道路的扩建，严重的破坏了门头沟山区的生态系统［10－14］。随着门头沟“生态涵养区”建设的开展，门头沟生态修复工程建设已经启动多年［4］，对于门头沟区废弃地及公路边坡植被修复效果和评价却未见报道。

2 植被类型及研究方法

2.1 植被类型

门头沟区植被在植被区划上属暖温带落叶阔叶林区的辽冀山地、丘陵油松、辽东栎、槲栎林区，共有高等植物131科、485属、1 100种［15－17］。主要类型包括辽东栎（Quercus liaotungensis）林、桦木（Betulaspp.）林、山杨（Populus davidiana）林、油松（Pinus tabulaeformis）林和华北落叶松（Larix principisrupprechtii）林等。该区灌丛广泛分布，如山杏（Prunus ameniacavar.ansu）、山桃（Prunus davidiana）灌丛、荆条（Vitex negungdovar.heterophylla）灌丛等（表1）。

表1 门头沟区植被分类系统

2.2 研究方法

本研究选择门头沟区8种典型植被恢复技术作为研究对象，针对植被恢复效果进行评价，旨在筛选出适合该地区公路边坡及矿山废弃地植被恢复模式。根据门头沟矿区公路边坡类型的多样化及立地条件的差异性，对植被修复模式的选择要根据生态适应性、持续稳定性、和谐一致性、生物多样性等原则进行。门头沟区石灰窑矿山废弃地与公路边坡主要的植被修复模式有挂网喷播、客土移栽、植生袋、挡土防护工程、框格防护工程、人工景观再建、保育棒和容器苗等8种主要的植被修复模式。上述植被修复类型对应的植被优势物种分别为：油蒿、白杨、黑麦草、栾树、荆条、侧柏、苜蓿和柳树（表2）。

2.3 评价指标的确定及计算

2.3.1 植被高度 植被高度主要是指项目区优势物种的平均高度，可有效反应恢复植物的高度及与周边植物的竞争能力。该指标主要是通过随机测量项目区10株优势植物高度，取其平均值而获得的。

表2 门头沟山区植被修复类型及坡面特性

2.3.2 植被盖度 植被盖度是项目区林草面积占总面积的百分比，能够有效地反映植被恢复效果。林草盖度主要是通过样方与目测相结合的方法获取，在项目区进行样方调查，灌木样方设置4m×4m，草本样方设置1m×1m，共调查样方108个，并于6月、7月、8月分别进行一次调查。计算公式为：

式中：C——植被盖度；S0——测定的样方面积；S1——样方内林草面积。

2.3.3 物种丰富度 植被物种丰富度是指项目区植物群落物种数，是生物多样性的衡量指标。本文选用群落物种数作为丰富度指标，它能直接反映群落物种多样性特点，调查方法采用样方调查法。

式中：R——物种丰富度；S——物种的数目。

2.4 统计分析

将调查数据整理并录入Excel中，建立相关数据库，运用SPSS 15.0等软件进行方差分析（One－way ANOVA）。图表在Excel中绘制。

3 结果与分析

3.1 不同修复模式下的物种丰富度

物种丰富度是指所调查区域的物种数量，是反映生物多样性的一个重要指标。本研究发现，不同植被恢复类型下的物种数量差异极显著（P＜0.01），由图1可以看出，客土移栽技术恢复下的物种丰富度最高（29±1.15）；石灰窑人工景观再造技术恢复下的物种丰富度次之（23.6±2.02），这两种恢复技术下的物种丰富度显著高于其他恢复类型；所有恢复类型中，以保育棒恢复技术的物种数量最低，仅有7种，与其他几种恢复类型的物种丰富度差异较大（P＞0.05）。不同植被恢复模式下的物种丰富度由大到小的排序为：B＞F＞E＞A＞C＝D＝H＞G。

图1 不同恢复模式下的物种丰富度

图2 不同恢复模式下的植被覆盖

图3 不同恢复模式下的优势植物高度

3.2 不同修复模式下的植被覆盖

植被盖度能够有效地反映植被恢复的效果。根据本研究发现几种植被修复技术恢复的盖度均取得了较好的效果，但方差分析表明不同植被恢复技术下的植被盖度处理间差异显著（P＜0.01），其中挂网喷播技术效果最差，植被覆盖率最低，仅为32%，显著低于其它恢复方法；植生袋技术恢复效果也较差，植被覆盖率为48%；植被覆盖率最高的为框格防护和人工景观再造技术，覆盖率分别达到了88.3%和87%，与另外几种恢复技术相比，植被覆盖的差异不显著。不同植被恢复模式下的植被盖度由大到小的排序为：E＞F＞H＞G＞D＞B＞C＞A，详见图2。

3.3 不同修复模式下的植被高度

植被高度可有效反映恢复群落中植物的高度及与周边植物的竞争能力，图3反映了不同植被恢复模式下的植被高度的情况。方差分析结果显示，处理间差异显著（P＜0.01）。以客土移栽技术下的植被高度最高，为（546.3±21.07）cm，人工景观再造技术次之，植被高度约为316cm；以挂网喷播技术和植生袋技术下的植被高度最低，分别为44.97cm和54.13 cm。不同植被恢复模式下的植被高度由大到小的排序为：B＞F＞H＞E＞D＞G＞A＞C。

4 讨论与结论

道路边坡植被恢复能够有效控制坡面泥沙、渣体滑落，减少坡体表层不稳定对公路安全运行造成的威胁，也可起到美化环境、改善生态条件的作用［1，2，18］。矿山废弃地的生态恢复和重建，可以改善周边地区的环境质量，实现社会经济系统与资源环境系统协调进化、良性循环［7，19］。本研究发现，门头沟区根据不同的自然地理条件所选择的植被生态恢复模式均起到了一定的生态修复效果，但模式之间的差异较大。根据恢复后的典型植被生态学特征［20－21］，我们认为在8类生态修复模式中人工景观恢复模式、框格防护工程生态恢复技术及挡土工程技术恢复效果最好；客土移栽技术和植生袋恢复技术次之；保育棒恢复技术、容器苗法恢复技术和挂网喷播技术不太理想，不适合在该地区应用。

根据研究结果，阶梯式人造公园是山地石灰窑遗址生态修复的适用方法，不仅可弥补开矿对原位立地条件的破坏，而且可以增加多样的人文景观，为门头沟区旅游业的发展起到一定的辅助作用。另外，在石灰窑遗址人工再建及公路建设过程中，边坡排水系统尤为重要，良好的排水系统是保证边坡稳定的重要条件，所以在今后的生态环境恢复评价中，排水系统的完善应作为一个重要的评价指标。

框格防护工程生态修复技术和无土碎石边坡创新修复技术（挡土墙修复技术）是比较实用的边坡修复技术，但也存在着一定的局限性，如框格＋植被技术对物种的要求比较局限，由于土层较薄，根系下扎比较困难，所以只适合栽植浅根系植物［22］。挡土墙灌浆技术是碎石无土坡面植被生态修复最为有效的方法，而且成本低，有效期长，值得在类似山地坡面生态修复中大力推广应用。

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Ecological Evaluation on Vegetation Restoration in Bare Lands of Limekiln Site and Road Slope in Mentougou District of Beijing

MIAO Bao－he1，2，ZHENG Yan－hai3，FU Fang1，2，SUN Nan1，ZHANG Wen－bo1，LU Xin－yan1，WU Jing1，2，SU Ben－ying3，LI Yong－geng3
（1.Institute of Upland Ecology and Technology of Beijing，Beijing102300，China；2.Experimental Base of Scientific Exploitation of Beijing，Beijing102300，China；3.Institute of Botany，the Chinese Academy of Sciences，Beijing100093，China）

An investigation on evaluating the vegetation restoration effects among 8different modes（referred as A，B，C，D，E，F，G and H）was conducted in Mentougou District of Beijing.The results showed that D，E and F were much better than the others，A and H were the worst among those modes.Among those 8 vegetation restoration modes，species richness of B was the highest（29±1.15），with A in the second place（23.6±2.02）and G was the lowest（7±1.1）.Vegetation coverage of E and F was significantly higher than the others（87%and 88.3%，respectively），but that of A and C was much lower than the others（32%and 48%，respectively）.The plant height of B was the highest（546.3cm），with F in the second place（316 cm），A and C were much lower than the others（44.97cm and 54.13cm，respectively）.In conclusion，those results suggested that D，E and F were better than the others in vegetation restoration in bare lands of limekiln site and road slope in Mentougou District of Beijing.

Mentougou；limekiln site；road slop；vegetation restoration；ecological evaluation

X171.1；F062.2

A

1005－3409（2011）06－0125－04

2011－06－20

2011－07－14

北京市科技计划项目“门头沟生态修复产业化涵养发展研究与示范工程”（Z090006040310001）

苗保河（1969－），男，博士，主要研究方向：植物生态学。E－mail：miaobaohe＠163.com

李永庚（1970－），男，副研究员，主要研究方向：植被生态学。E－mail：liyonggeng＠ibcas.ac.cn