8种乡土植物在边坡植被恢复工程中的应用

宋凤鸣，刘建华，钱瑭璜，吴彩琼，雷江丽，徐义炎†

(1.深圳市铁汉生态环境股份有限公司，518008，深圳；2.深圳市中国科学院仙湖植物园，518004，深圳)



8种乡土植物在边坡植被恢复工程中的应用

宋凤鸣1，刘建华1，钱瑭璜1，吴彩琼1，雷江丽2，徐义炎1†

(1.深圳市铁汉生态环境股份有限公司，518008，深圳；2.深圳市中国科学院仙湖植物园，518004，深圳)

由于边坡修复工程中植物配置单一，尤其是草种比例过高，导致后期景观效果不佳，且物种退化现象严重，因而丰富边坡喷播植物群落多样性和提高其稳定性，已成为解决此问题的重要途径。针对华南地区首次选择8种乡土植物种子，通过设置不同的种子配比，进行边坡客土喷播绿化试验，持续观测其株高、密度和冠幅的变化，以及样方群落物种多样性指标，以评价其适应性及护坡效果。结果表明：车前草、白背枫、牡荆、蓖麻和木芙蓉这5种多年生乡土植物，其生长速度基本符合边坡绿化工程验收的需求，且具备绿化效果快、护坡效果显著、种子易收集等优点，为边坡的稳定和植物群落演替提供可行性途径，比较适合应用于边坡生态修复和其他水土保持工程，具有极高的推广应用价值；但应注意植物种子配比量，保证灌木所需的生长空间，以保持后期边坡植物群落的稳定性和多样性。

乡土植物； 边坡； 生态修复； 喷播绿化； 植物配置

国内外路桥、隧道等道路基础工程的大量建设，造成了越来越多的裸露坡面，影响了当地生态环境，加剧了水土流失[1]，因而也促进了边坡植被恢复工程技术的快速发展。目前已有湿法喷播、网袋植草、植生带、客土喷播、混播植草和仿原生态植被恢复等技术，而湿法喷播具有播撒均匀、节省劳力、省时和省种的特点，现已广泛应用于高速公路、铁路、采石场、矿山边坡和城市水土保持等边坡绿化防护工程中[2-3]。

由于对成本与覆绿速度的考虑，我国大部分工程在喷播中主要选用草种，喷播用乔灌木种类较少，因而造成边坡易退化、稳定性差和易滑坡等后果；加之我国各地气候、土壤条件迥异，目前植物选择与配置研究成果远远不能满足实际工程的需要[4-6]。陈兵等[7-8]认为，利用本地植物可适地适树，恢复植被，有利于水土保持和自然景观重建；因此，乡土植物资源应用于水土保持有着不可替代的优势，但目前乡土植物在边坡绿化中，较少以种子喷播的形式推广。孙发政等[9]将类芦应用于边坡植被修复，谢云等[10]报道了1年生先锋植物应用于喷播绿化的试验，然而这些种类并未推广。为筛选适宜的边坡绿化喷播植物乡土种，解决边坡群落稳定性差，增加边坡景观效果，利用在华南地区广泛分布的地桃花(Urena lobate L.)等8种乡土植物，于2014年采用客土喷播技术，取得了良好效果，为其用于边坡喷播绿化提供了试验基础和理论依据。

1　研究区概况

试验地位于深圳盐田区大水坑东信采石场边坡(E 114°16′56.34″，N 22°35′41.20″)，该区域属于南亚热带海洋性气候，无霜期为355 d，年平均气温22 ℃，极端高温38.7 ℃，最低0.2 ℃。年平均降雨量948.8 mm，年平均台风41次，多集中在4—9月。该边坡大多为断裂构造花岗质砾岩，并伴有褶皱，边坡面朝盐田港海岸，冬季北风大，坡上相对较冷。

试验区域选取于东信采石场边坡工程喷播区靠北边DB2、DB3 2级石质坡面，坡度在70°～90°之间，坡面长约30 m，高约10 m，DB2为样方A，DB3为样方B，样方A、B约为15 m，面积共600 m2。

2　材料与方法

2.1试验材料与器械

华南地区自采地桃花(Urena lobate L.)、车前草(Plantago asiatica L.)、黄花稔(Sida acuta Burm.F.)、千斤拔(Flemingia prostrata C.)、白背枫(Buddleja asiatica Lour.)、木芙蓉(Hibiscus mutabilis L.)、蓖麻(Ricinus communis L.)、牡荆(Vitex negundo L.)等植物种子；工程喷播区域选用植物种类为银合欢(Leucaena leucocephala (Lam.) de Wit)、簕仔树(Mimosa sepiaria Benth)、多花木蓝(Indigofera amblyantha Craib)、木豆(Cajanus cajan L.)、山毛豆(Tephrosia candida DC.)、车桑子(Dodonaea viscosa (L.) Jacq.)、狗牙根(Cynodon dactylon (L.) Pers.)、百喜草(Paspalum notatum Alain ex Flüggé)、糖蜜草(Melinis minutiflora P.Beauv.)。其中，乔木类种子用量为3 g/m2，木豆为8 g/m2，其余灌木类种子用量均为5 g/m2，草本类种子用量为0.5 g/m2，种子总用量达30.5 g/m2。湿喷机等施工器械与基质材料通用，根据一般工程施工准备。

2.2试验方法

2.2.1乡土植物采种和萌发试验对参试植物进行物候观测，采集获得各种植物种子后，进行干燥后熟、种子剥离等处理，分别测千粒重和培养皿发芽率。对部分带坚硬果壳的种子及硬实种子，采取60 ℃热水处理30 min后，再置于培养皿萌发。

2.2.2种子配比原则样方A、B的植物配置主要考虑灌草结合、深根系与浅根系草种结合，以此达到合理配制，各种植物充分生长的需求；另外，设置样方A为全部常绿植物配置，B为常绿与落叶植物配置，后期比较入冬后的景观效果。种子配比量主要参考相关研究报道[16]，具体配置见表1、表2。

2.2.3客土喷播施工喷播时间为2014年11月，采用客土喷播绿化技术，对岩质坡面进行绿化，施工工艺流程为：坡面修整→挂铁丝网→喷附客土→喷播种子→覆盖无纺布→施工期养护。

表1　样方A喷播植物配比

表2　样方B喷播植物配比

2.2.4试验数据采集喷播后每月定期观测1次，进行随机采样测量，记录样方中各乡土植物的株高(每个材料测量15个样本)、冠幅生长量(植物南北和东西方向宽度的平均值，每个材料测15个样本)和密度(1 m2内各植物的数量)、覆盖度(1 m2内覆绿的面积)等指标的变化情况。喷播施工结束1年后，采用样方调研法[11]，在样地内4个角和中心设置5个2 m×2 m的调查区域，分别对试验区和工程区进行植物类型、种类和数量的统计。

2.2.5指标值的计算方法根据实地调查结果，依照参考文献的公式计算相关指标值[12]，利用Excel和SPSS软件进行试验数据处理和图表制作。

群落物种多样性测定公式[12-15]：

H =-∑(Pi)(lnPi)。

式中：H为实际观察的物种多样性指数；Pi为种的个体数占群落中总个体数的比例；Pielou均匀度指数是衡量植物分布均匀程度的指标，公式如下：E=H/Hmax。式中Hmax为最大的物种多样性指数，Hmax=lnS，S为群落中的总物种数。

3　结果与分析

3.1乡土植物种子发芽率

乡土植物种子发芽率及样方A、B喷播植物种子配比情况见表1和表2。其中，黄花稔、牡荆种子发芽率偏低，这可能是因为种子多在11月之前采集，且野外植株本身营养程度参差不齐，导致部分种子干瘪、成熟程度不够，从而发芽率偏低。

3.2乡土植物喷播后的生长量

3.2.1乡土植物植株密度变化图1示出样方A、B中各植物在喷播后12个月内的密度变化。总体而言，2个样方植株密度呈逐月下降趋势，在喷播7月后，逐渐趋于稳定。喷播施工完前期，种子萌芽后幼苗根系较浅，降雨甚至喷灌浇水均会造成一定程度的冲刷和水土流失，一些幼苗容易被泥土覆盖甚至深埋；此外，由于客土层薄，土壤层所持养分和水分有限，部分发芽、生长较慢速的植株，由于竞争劣势、得不到阳光而逐渐死亡。因此，在植株尚未生长茁壮之前，植株密度一直呈递减趋势。

图1　乡土植物植株密度变化情况Fig.1　Changes of planting density of indigenous plants

喷播后1～7个月内，2个样方的优势种均为车前草，8个月以后优势种变为地桃花，这是由于喷播后6～7个月为2015年4—5月，降水量大，温度适宜，乔灌木开始迅速生长，车前草逐渐被灌丛遮盖；而车前草为喜阳性植物，连续阴雨天气更导致车前草出现白粉病病症，此真菌病害仅在车前草有发病表现，虽不致死，但却为害车前草叶片，影响植物生长。在喷播后8月，地桃花以较大的株高和冠幅成为样方的优势种，覆盖掉部分车前草植株，此时车前草由先锋草种转变为群落伴生种，地桃花成为建群种。

3.2.2乡土植物株高生长量变化由图2表明，除车前草的株高在喷播后3～4个月达到最大值后趋于稳定以外，地桃花、白背枫、千斤拔、黄花稔、牡荆、蓖麻的株高在喷播后4个月开始显著增长。喷播后5～10个月为快速增长期，这与当年深圳主要集中在春夏季的汛期发生时间基本一致。

车前草的花序和果序未计入株高。The inflorescence and infructescence length of Plantago asiatica is not counted as height.图2　乡土植物株高变化情况Fig.2　Height changes of indigenous plants

样方B中地桃花和车前草所用配比高于样方A，但在株高这一指标上并无明显差异，表明一定的配比差异并不会对株高生长量有较大影响；而其他乔灌木的株高均在1.5 m左右，接近或略高于灌木优势种地桃花的株高，这可能是因为样方内植物较为密集，而这些种类多为喜阳植物，争相竞争阳光，故株高均不低于优势建群种。

3.2.3乡土植物冠幅生长量变化由图3表明，车前草的冠幅在喷播后3～4个月达到最大值后便趋于稳定，其他植物的冠幅均呈每月显著增长的趋势。地桃花、白背枫等分支低矮、分支较多的植物冠幅增长速度相对较快，较易成为群落优势种。

图3　乡土植物冠幅变化情况Fig.3　Crown changes of indigenous plants

样方A、B中地桃花和车前草所用配比不同，相同时期，样方B中这2种植物密度略高样方A，但样方B地桃花的冠幅较样方A小，可见高配比量导致植株密度较大，植物生长空间相对较小，从而影响植株的株型和生长。冠幅、株高偏小的植株容易在群落竞争中处于劣势，而逐渐被淘汰；因此，最终建植群落的植株密度既与植物种有关，也受配比量影响。

3.3样方覆盖度变化情况

图4　样方覆盖度变化情况Fig.4　Coverage changes in plots

样方A、B覆盖度变化情况基本一致(见图4)。在喷播后5个月，即2015年3月基本达到全部复绿，喷播后7个月和9个月，受台风带来的强降雨影响，边坡顶部冲刷较严重，出现一定面积裸露区域。样方B在复绿前期和台风影响期间表现比样方A略佳，较高的配比量可保证较稳定的覆盖度。样方B配置了2种落叶灌木，但由于深圳气候较适宜，其落叶时间迟，持续时间短，且这2种灌木都仅仅作为伴生种，秋冬季基本不影响整体覆盖度。

样方观测持续1年时间，目前仅观测出各物种竞争的初步结果，已初步呈现出灌草复合群落的效果。由于喷播后复绿较快，侵入的外来物种不多，仅为白花鬼针草(Bidens pilosa L.)、红毛草(Rhynchelytrum repens (Willd.) C.E.Hubb.)、少花龙葵(Solanum photeinocarpum Nakam.& Odash.)等稀薄数株，群落物种主要以喷播种为主，后期演替情况仍有待观察；但目前样方内，植物多为自我繁衍能力较强的乡土物种，预测后期这些物种退化的可能性较小。

3.4样方与工程喷播区域复绿前后对比

从植被建植的表观情况看，工程喷播区域与试验区复绿所需时间基本接近，但其植被恢复情况并不理想。由于坡面优势种主要为根系较浅的草本，5、6月份台风频发时，工程喷播区域有较大面积被严重冲刷，局部区域出现裸露；此外，与试验样方区域相比，夏秋高温季节工程区域草地近看显枯黄，景观效果较差。

样地调查的群落物种多样性测度指标显示(见表3)，样方A、B的物种丰富度、香农威纳指数、Pielou均匀度指数均较为接近，与工程区则有较大差异。工程区群落及木本植物的香农威纳指数和均匀度指数均低于样方A、B，草本多样性却高于样方A、B。工程区域喷播的植物种类和种子量都显著多于试验区，但其建植群落的物种多样性却并不高。由于施工季节为冬季，且边坡上有较大海风和盐雾，山毛豆、车桑子发芽小苗几乎全部在施工后1～2个月内冻死。木豆、多花木蓝耐寒性稍强，但多数与银合欢、簕仔树小苗一起被草本覆盖。群落内竞争1年后草本优势种为狗牙根，草层厚度达40～50 cm，灌木优势种为木豆。乔灌木仅生长在坡顶部和底部，乔灌木的整体密度显著低于试验区。

目前的边坡绿化往往倾向于早期依赖草本先锋种，为了使工程较快复绿，施工时往往喷播过量草种、施过量氮素肥料，草本很容易覆盖乔灌木小苗或与其竞争养分，而绞杀乔灌木，且草本根系较浅，单一品种的草地容易退化，不利于建植稳定群落和坡面的水土保持。另外，边坡常用喷播植物主要以外来种为主，这些外来种在不同气候的地区适应性表现不一，如车桑子、银合欢等也有报道在局部地区有不耐寒、易冻死的问题[17]，外来种构成的群落往往不够稳定，容易出现退化，导致边坡水土流失和再次裸露；同时，这些外来种结种量巨大，容易逸生，严重者更是容易造成生态入侵，如最早作为水土保持植物引进的银合欢[18]、簕仔树等：因此，不同区域选择配置何种植物种子，以及灌草种子配比等问题，值得进一步深入研究。

表3　样地边坡恢复群落物种多样性测度指标

4　结论与讨论

1)车前草作为多年生常绿草本，经观测发现：生长迅速，在3个月内达到成苗冠幅，使坡面达到较好的覆盖度；须根根长平均可达40～50 cm，耐旱、固土能力强[19]；车前草叶片为莲座状，斜展或直立，较干旱时平卧地面生长，与匍匐或分蘖生长的禾本科草种相比，其草丛较浅，植株间空隙较多，基本不会绞杀灌木小苗；喜阳不耐荫，在灌木生长旺盛以后其密度会减少，避免与灌木竞争养分和空间；结种量大，结种周期短，群落覆盖效果欠佳时，车前可持续自播繁殖，加速复绿。这些特点都表明车前草较适合作为边坡绿化的先锋种。

2)白背枫、蓖麻、木芙蓉和牡荆根系发达，适应能力强[20-21]。土壤肥沃时，可在1、2年内生长成小乔木，土层较薄、土壤较贫瘠时，又可保持灌木株高。地桃花、黄花稔是华南地区野生灌丛常见种类，且已有报道其耐旱能力强[19]。一般石质边坡喷播绿化，由于客土层薄，较少用到乔灌木种子，但本次喷播验证了这些植物用于坡面绿化的可能性。研究[20]表明，通过种子喷播，乔灌木根系也可通过延伸进入岩缝、岩石节理等深处，形成不易退化的稳定群落。经过1年跟踪观测，参试植物的分布都仅限于喷播区域，没有向周围逸生扩散的趋势，且这些植物均为乡土种，不存在入侵风险。

3)根据前期采种经验，车前草、蓖麻为已推广种植的药用植物，木芙蓉为园林观赏苗木，这些种子作为经济作物或苗木种子均已商品化，较适合推广应用到喷播绿化中。车前草、白背枫和牡荆均可采其果序，且结种量巨大，单位面积用量较小，苗圃采收或施工单位自行采集，均可满足工程需要。地桃花、黄花稔和千斤拔这3种植物仅在南方地区的野外有零星分布，种子采集困难，需大量劳动力，也不适合扦插等扩繁方式；同时，这些植物并不具备观赏苗木或经济作物的属性，苗圃集约化种植生产种子的可能性也较小：故这些植物种子推广应用时，均会有一定难度，暂时不建议大量使用。

4)高密度配比喷播不影响灌木株高，但会导致灌木冠幅偏小，这与王倜等[23]的研究结论一致。应调整灌木种子配比量，保证其生长空间，以保持其生长势；同时，应合理配置植物，以维持后期边坡群落的多样性。如白背枫和蓖麻自播能力较强，喷播中用少量种子即可，配比量过多，则可能导致单优势种群落的出现。以往的报道和工程实践与本次研究结果均表明，植物种子在坡面土壤中的发芽和出苗情况，远比实验条件复杂[24]，生境对不同植物种的影响和植物种间竞争较复杂[25-26]，导致建成植被呈现的效果和特征有一定随机性，与最初预测的情况有所差异。合适的种子配比量不但受立地条件、施工季节等因素影响，可能也因具体的植物种和植物配置而异，尚有待深入研究。

综上所述，车前草、白背枫、牡荆、蓖麻和木芙蓉分布较为广泛，本身采集难度小，且有些种类的种子已有销售，可考虑大面积推广喷播应用于边坡。本研究验证了这些种类应用于华南地区边坡喷播的可行性，但这些植物在其他地区的适应性以及如何调节植物配比配置，保证群落后期演替效果和优化景观效果等方面，则有待进一步研究。

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Application of 8 indigenous plants in slope revegetation engineering

Song Fengming1,Liu Jianhua1,Qian Tanghuang1,Wu Caiqiong1,Lei Jiangli2,Xu Yiyan1

(1.Shenzhen Techand Ecology & Environment Company Limited in Guangdong Province,518000,Shenzhen,China;2.Fairylake Botanical Garden,Shenzhen & Chinese Academy of Sciences,518004,Shenzhen,China)

[Background] In recent years,due to the single plant configuration in slope revegetation engineering,especially the high proportion of grasses causing poor late landscape and serious species degradation,enriching the diversity of spraying plant community species,and improving the community stability has become an important strategy to solve the problem.[Methods] Based on data collection and field investigations,8 kinds of indigenous plants with wide distribution,large seed amount,rapid growth,and long green period were selected for hyproseeding experiment for the first time.Taking slope on Dongxing quarry as the study object,these 8 plants was applied through external-soil spray seeding.Then a year-long investigation was conducted,indicators such as plant height,density and plots species diversity were continuously observed and recorded to assess adaptability and slope protection effects of these plants.To compare the vegetation restoration effect of experimental plots with that of project area,through the quadrat investigation method,type of plant,species and quantity of each area were counted a year after the completion of construction.Main plant community species diversity was studied by using species richness index,Shannon-Wiener index,and Pielou evenness index.[Results] Results showed that Plantago asiatica,Buddleja asiatica Lour.,Vitex negundo var.cannabifolia (Sieb.et Zucc.) Hand.-Mazz.,Ricinus communis,and Hibiscus mutabilis,these indigenous plants were suitable for ecological restoration and soil and water conservation on the slope.After hyproseeding,these 5 kinds of seeds germinated and developed seedling gradually in a month.The plant height and crown width of these plants increased month by month,showing strong ability to adapt the slope environment.As the communities competed and developed,the plant density decreased,but a number of plants still survived in the competition.The developed root system resisted a certain degree erosion,having strong soil reinforcement ability.The experiment plot achieved fine vegetation coverage effect in 3～6 months,and the growth rate of these plants reached the demands of the acceptance of slope greening engineering.In addition,those tested plants were located in the seeding area,so it was not easy for the seeds to spread and cause ecological invasion.Having the characteristics of higher construction efficiency,optimal ecological recovery effect,significant slope-protection,easy to harvest or purchase and other advantages,these plants may provide conditions for slope stability and plant community succession.[Conclusions] The results showed that the application of these plants in slope revegetation engineering was feasible and having high promotional value.However,the ratio of the amount of seeds should be adjusted to ensure the growth space of shrubs to maintain the stability and diversity of the late plant community on the slope.

indigenous plants; slope; ecological restoration; hyproseeding; plant disposition

2015-11-27

2016-06-07

项目名称：铁汉生态研究院建设(2014B090903015)；铁汉生态院士工作站建设(2015B090904008)

宋凤鸣(1988—)，女，硕士研究生。主要研究方向：边坡修复。E-mail:sharp6066@163.com

简介：徐义炎(1936—)，男，研究员。主要研究方向：边坡修复和抗逆植物选育。E-mail:xuyiyan@126.com

X171.4

A

1672-3007(2016)04-0134-08

10.16843/j.sswc.2016.04.017