三峡库区秭归县道路边坡植被状况调查与分析

朱 惇，韩小波，李 超，贾海燕

(长江水资源保护科学研究所，湖北武汉 430051)

三峡库区是长江上游重点水土流失区之一，库区地貌类型以山地为主，山高坡陡、土层疏松，加上降雨集中、强度大，水力冲蚀作用强烈，极易形成水土流失。随着库区人口的逐年增多，土地开发利用强度逐渐加大，森林覆盖率锐减，水土流失日益严重。据统计，三峡库区水土流失面积已达3.01万km2，占总面积的66.3%，比全国平均水平高28.3百分点，平均土壤侵蚀模数为4 482 t/(km2·a)，中度和强度水土流失面积占80%左右，每年入库泥沙高达1.4亿t［1］。同时，库区的移民工程和基础设施建设改变了原有的坡地形态，频繁的人类活动也将加剧库区水土流失问题，直接威胁水库运行安全，给库区生态环境带来不利影响。目前在三峡库区开展移民迁建、扶贫等工程建设，修建了大量的山区道路［2］，在修筑公路时挖方、填土使沿线两侧原始生长的植被遭到严重破坏，加剧了生态系统的退化，恢复起来十分困难，最终导致大量的次生裸地出现，并导致严重的水土流失［3］，因此必须加强库区道路边坡的生态环境保护措施。植物是边坡生态恢复的主体，边坡生态恢复工程就是利用植物进行坡面保护和侵蚀控制的一种途径与手段，而了解道路沿线的乡土植物资源则是进行植被生态恢复时选择合适植物物种的前提条件［4-5］。

本研究以三峡库区境内的秭归县为研究区，选择不同类型的道路，了解其沿线边坡恢复后的植被状况，主要对边坡上常见的植物物种组成和植物群落类型进行调查与分析，结合其生境特点和物种的生态习性，初步筛选出适合库区道路边坡环境特点的优势乡土种，以期为库区道路边坡的植被恢复和水土流失生态控制提供合理的植物选择。

1 研究区概况

秭归县位于湖北省西部，地处三峡库区的最东端，地理位置处于东经 110°18'—111°00'、北纬 30°38'—31°11'，东西最大距离66.1 km，南北最大距离60.6 km，总面积约为2 400 km2。秭归县地处中纬度，属亚热带大陆性季风气候，受地形和海拔影响，形成热量资源低山多高山少、光能资源阳坡多阴坡少的特征。全县年平均气温6～18.3℃，年降水量950～1 590 mm，年平均降水量为1 439.2 mm，从四季降水变率看，全年以春季降水变率为最小，夏季最大，水资源分布南多北少、高山多低山少。秭归县植被类型主要有常绿阔叶林、常绿落叶阔叶混交林、针阔叶混交林和落叶阔叶林及山地灌丛等，植被种类繁多，但开发较早，人为破坏较重，呈零星分布，现有植被多为天然次生林和人工林。县内有国道(高速公路为主)约10 km，有省道2条约220 km，县道4条约160 km，乡道44条约750 km，村道(含村内道路)204条约1 400 km。

2 研究方法

2.1 植被调查方法

本研究采用的是沿线踏勘与样方详查相结合的方法。选择研究区乡村道、县道、省道和国道(高速公路为主)4种道路部分路段的边坡进行植被调查。调查方法主要以现场调查和收集资料为主，包括对边坡的拍照、测量和记录，以及边坡植被样本采集和鉴定。由于除乡村道以外的调查路段边坡植物中乔木很少，因此主要对灌木和草本植物群落进行样方调查。沿调查路段随机设立了40个样方，其中灌木样方为4 m×4 m，草本样方为1 m×1 m，主要调查了样方内植被的物种组成、株丛数、高度、多度、盖度和频度等，调查时间为2011年8月。

2.2 数据处理方法

为了解各植物种群在群落中的数量特征，研究中用综合优势度(SDR4)来测定各植物种的优势度，它能反映该物种在群落中的地位和作用［6］。其计算式为

生物多样性是景观多样性和功能多样性的基础，物种多样性不仅反映了一个群落中物种的丰富度或均匀度，也反映了一个群落的动态特点和稳定性，以及不同的自然环境条件与群落的相互关系。研究中对物种多样性的测定用Simpson指数(D)，对物种分布均匀度的测定用pielou均匀度指数(E)［7-8］，计算式为

上二式中:Pi为种i的个体数Ni占群落中总个体数N的比例;S为群落中的总物种数;H为实际观察的物种多样性指数;Hmax为最大的物种多样性指数。

3 结果与分析

3.1 道路边坡植被的物种组成及特征

根据调查结果，道路边坡的植被物种组成以一、二年生和多年生草本植物以及一些落叶小灌木和藤本植物为主，而乔木相对较少，主要出现在人为活动较少的乡村道和县道，且大多为小型乔木。由于道路建设时的影响，与邻近的自然地区物种相比，道路边坡植物种类相对简单，主要是适应性强、耐干旱瘠薄的植物保留了下来。

由表1可知，在乡村道、县道、省道和国道调查路段边坡发现的植被种类分别为51、31、18和10种，其中:乡村道和县道边坡植被类型较为相似，种类较多，其植被组成几乎涵盖了其他两类道路边坡的植物种类;而省道和国道边坡植被类型则比较单一，并且国道边坡植被大多为人工种植。样方调查共采集到51种植物，包括7种乔木、18种灌木和26种草本，隶属于17个科43个属。灌木种类较多的科为豆科和蔷薇科，草本种类较多的科为禾本科和菊科，具体为禾本科6种、菊科4种、豆科4种、蔷薇科3种，这4科植物种数占总物种数的1/3以上，同时它们在研究区的植物区系中占据着重要地位，在植被恢复演替过程中也起到较大作用，因此这4科植物对研究区道路边坡植被恢复起着十分重要的作用。

表1 调查路段边坡植被组成

由表2可知，乡村道边坡植被中综合优势比较大的物种有狗牙根、白茅、艾草、小飞蓬、荩草和一年蓬等;县道边坡综合优势比较大的有狗牙根、白茅、艾草、马桑等;省道边坡综合优势比较大的有狗牙根、紫穗槐、白茅和小蓬草等;国道边坡综合优势比较大的有胡枝子和紫穗槐。可见，这些优势度大的植物在道路边坡植被构成及生态恢复中有着十分重要的作用，可以作为道路边坡植被恢复的建群种和优势种。

表2 调查路段边坡部分常见植被及其综合优势比

3.2 道路边坡主要群落类型及其结构特征

研究区道路边坡的植物群落垂直结构较简单。从总体上看，道路边坡的植物群落结构与周边山坡植被相比较为简单，物种多样性水平也较低。道路边坡植物物种的多样性普遍呈草本＞灌木＞乔木的态势。根据调查结果，主要可分为3种结构类型，即乔—灌—草植物群落、灌—草植物群落和草本植物群落。根据调查样方的植被组成及各种类成分的优势比和群集度，可以将研究区道路边坡的植物群落分为11种稳定的植物群落(表3)，特别是在乡村道和县级公路这两类调查路段边坡，群落稳定性表现得更为显著。由于不同道路两侧的自然环境条件以及人为影响程度不同，因此其植物群落的组成与结构水平有一定程度的差异，其中:乡村道路边坡植物群落总体盖度较高，且垂直结构明显，层次分明，分布着乔木、小灌木及大量草本植物;县级公路边坡植物群落总盖度相对较小，一般在0～50%之间，物种相对较少，结构单一，多样性偏低;而省道和高速公路边坡的植物群落的种类组成和结构则比较简单，高速公路边坡的植被多为人工种植，植物种类也很单一，调查路段主要以刺槐和胡枝子为主，物种个体多、盖度大、多样性低。

常见的乔—灌—草植物群落为马尾松群落，该群落主要出现在乡村道边坡，乔木层伴生有短柄枹栎、银合欢、侧柏和盐肤木等，种类丰富，郁闭度较高，多样性指数较高，达到0.67。由于乔木层丰富，生境条件较好，使得林下灌木和草本层也比较丰富，灌木层主要有黄栌、马桑、胡枝子类等，还有马尾松和栎类及银合欢的幼苗，草本层主要物种有茅草、芒和蕨类。常见的灌—草植物群落为刺槐群落，该群落在4种类型道路边坡均有生长，为常见的优势种的群落，其盖度平均达80%左右，群落分布物种较多，多样性指数也比较高，为0.73，灌木层覆盖度不高，草本层阳光充足，植物种类丰富，各物种间个体数分布均匀，在空间分布上也比较均匀，从而均匀度较高。常见的草本植物群落为荩草+鸡眼草群落，该群落在各类型道路边坡均有发现，其群落高度为8～20 cm，总盖度在80%以上，多样性指数达0.64，群落的优势种为荩草，伴生种主要有狗尾草、艾蒿、白茅等，亦有乔、灌木种类侵入，如悬钩子、刺莓蔷薇、胡枝子等。

此外，以紫穗槐、黄荆、白茅、胡枝子、艾蒿等为主的灌木群落在调查路段中较为常见，它们是三峡库区自然恢复中的优势种，对边坡自然恢复和人工生态修复有重要的参考价值。

表3 调查路段边坡常见植物群落类型及特征

3.3 道路边坡植被生态恢复的物种选择

为维护道路边坡自然生态系统的安全，有效地控制水土流失，可以筛选当地自然定居的土著植物作为生态重建植被的物种组成［9］，以便在道路边坡建立稳定的植物群落。道路边坡生态恢复的植物品种选配目的，是使植物在无人工养护的条件下具有良好的抗逆性和自我繁衍能力，最终营建与周边生态环境相协调和稳定的目标群落［10］。因此，植物配置要符合植物的生态学特性，所选择的植物要具备先锋性、可演替性及持续稳定性，并且随着恢复年限的增加，能与周围植物群落协调一致。同时，也要避免为了提高生物多样性而不切实际地增加植物物种［11］。根据植物演替及生物多样性理论，生态护坡植物选择应遵循以下原则:所选植物最好是乡土类植物或与当地植被环境及已有植物种类一致，能在较短时间内融入当地自然环境，适应当地的气候、土壤条件(水分、pH值等);植物根系发达，生长迅速，抗逆性强(抗旱、抗寒、抗病虫害、耐贫瘠)，且为多年生;种子易得，栽培管理粗放，成本低［12］。

根据植物群落的演替规律，可将植物分类为先锋、中期和目标植物［13-14］。先锋植物早期生长速度快，能够起到尽快恢复植被的作用，主要用于道路修筑时遭受严重破坏，植被长久不能生长，致使环境日益干旱的区域。利用先锋植物形成比较稳定的群落，固土防冲刷，可以为其他植物的引进创造条件。目前在植被恢复过程中较多选用的荩草、狗牙根等草本植物均可应用。此外，还可以考虑采用对土壤具改良功能的植物，如鸡眼草、白三叶等豆科植物。中期植物为速生灌木和藤本植物，能够初步形成草灌结合的立体生态系统，保持水土并改善土壤质地，为后期灌木生长和乡土植物的侵入创造条件。目前在生态恢复过程中应用较成功的有紫穗槐、马桑等，而此次调查中发现的刺槐、胡枝子、黄栌、小果蔷薇和石海椒等也可以作为日后进行生态恢复选用的重点物种，其中胡枝子在道路边坡生态恢复中已有良好性状的表现［15-16］。目标植物为小乔木和常绿灌木，能够形成较为稳定的草灌乔结合、灌木为主的立体生态系统，进行植物群落的自我营养循环和自我繁衍［17］。此类植物以周边物种的逐步侵入为主，也可以适当考虑在建设时添加少量乔木物种作为过渡树种，如马尾松、盐肤木和构树等。

4 结语

三峡库区道路建设留下大量裸露边坡，破坏了原有的生态系统，造成了比较严重的水土流失。本研究针对库区山体坡度大、水土流失严重、土壤条件差及植物残缺严重的特点，就道路边坡植被恢复物种筛选进行了调查与分析。研究结果表明，在库区道路边坡上自然生长的草本植物最多，其次为灌木和藤本，乔木最少，并且都是在后期边坡稳定后出现，说明在边坡生态防护初期应该尽量考虑多使用草本和灌木植物。其中，禾本科、菊科、豆科和蔷薇科4科植物具有较强的适应能力，并且能够在边坡上良好生长，因此在进行边坡生态防护时可适当多采用上述4科物种，以提高生态恢复与防护效果。对道路边坡植物物种优势度的分析结果表明，边坡生态防护时可以采用狗牙根、紫穗槐、胡枝子和刺槐等适应三峡库区自然环境和土壤条件，性状表现良好的矮灌木、草本植物或小型乔木作为植被恢复的先锋物种进行生态恢复，选取搭配好比例的灌草物种，并适当加入乔木物种，提高群落多样性和稳定性，从而起到生态护坡和保持水土的效果。

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