浑善达克沙地公路取土场边坡不同植被恢复模式效果评价

张琳琳 张艳 吴林川 高飞

摘要：以浑善达克沙地公路取上场边坡为研究时象，研究了其已经采取的不同植被恢复模式实施6 a后人工植被恢复效果及群落自然植被多样性恢复效果，并对比分析了其与原状坡面植被的差异。结果表明：取土场边坡3种主要植被恢复模式下人工植被空间特征及群落自然恢复物种多样性均存在明显差异。

关键词：浑善达克沙地;不同植被恢复模式;植被群落特征

中图分类号：Q948.15 文献标识码：A 文章编号：1674-9944（2019）22-0013-05

1 引言

由于气候和历史的原因，内蒙古干草原区分布有大面积的沙地[1]，干草原沙地区气候干燥，草层郁闭性差，物种成分单一，土壤水肥能力低，因此在该区进行人为活动极易对生态系统产生严重影响，引起草地沙漠化[2～4]。近年来，大规模的草原公路建设对干草原沙地区植被造成严重的破坏，植被破坏后表土裸露，形成风蚀粒子，强风作用下形成沙害，影响公路的正常运行及区域的生态环境。如何科学合理地对植被破坏区域进行植被恢复是干草原沙地区生态环境恢复建设的重要内容。目前，国内对于干草原沙地生态恢复的治理研究多集中于治沙措施、治沙效果[5，6]、治理当时的植被成活状况[7，8]等，针对破坏生境恢复若干年后的人工植被生长状况及群落自然恢复植被的多样性特征研究相对较少。人工植被生长状况及群落自然恢复植被的多样性特征是破坏生境绿化效果及适应环境的重要体现，研究干草原沙地区域不同植物措施采取若干年后群落恢复效果对于恢复和保护沙地植被、指导干草原区沙地施工过程中裸露边坡植被恢复技术设计、调控植被演替和预期植被恢复效果等具有重要意义。

本文选取的研究对象为207国道修建过程中位于浑善达克沙地腹地的不同取土场边坡，公路施工期间取土形成坡高2～3m，坡度25～30°。的裸露坡面，其原有植被体及繁殖体统统被取走，原生植被生态系统被破坏，加大了沙地流动性，为公路埋下风沙隐患，施工结束后施工单位于 2006年对其进行了治理，主要治理模式为：低立式芦苇沙障+樟子松（Pinus sylvestris var.mongolicaLitv）造林（芦苇沙障设为菱形，规格为1.0m×2.5m，障高20cm，孔隙度为50%，障内栽植4a生樟子松土坨苗，株行距3.0m×3.0m）;活沙柳（Salixcheilophila）沙障+杨柴（Hedysarumfruticosum var.mongolicumTurcz）造林（活沙柳沙障为方格形，规格为1.0m×1.0m，障高50cm，孔隙度为70%，沙障内种杨柴，每格一株）;活沙柳沙障十柠条（Caragana Korshin-skii Kom）造林（活沙柳沙障为方格形，规格为1.0m×1.0m，障高为50cm，孔隙度为70%，沙障内种植柠条，每格一株）。本文就其已经采取的主要植被恢复模式植被恢复效果进行调查与评价，为进一步开展公路生态修复技术的开发研究提供参考。

2 研究区概况及实验方法

2.1 研究区概况

研究区位于锡林郭勒草原南部，207国道沿线的浑善达克沙地腹地（41°46′～43°48′N，114°55′～116°38′E），海拔1349～1389m。属温带半干旱大陆性气候，年平均气温1.3℃，年均降水量为313.8mm，年均蒸发量1722.5mm，年均风速4～5m/s，主导风向为偏北风。土壤为栗钙土。研究區植被属于典型草原植被类型，具有特有的沙生植被，菊科、藜科及禾本科植物是本区的优势物种，包括沙篙（Artemisia desterorumSpreng）、五星篙（Bassiadasy phylla）、细叶苔草（Carexrigescens）、狗尾草（Setairaviridis（L.）Beauv）等，同时分布有沙地榆、小叶锦鸡儿等沙生植被。

2.2 研究方法

本研究对施工单位采取的3种主要植被恢复措施实施6a后植被恢复效果进行样方调查，对比分析三种植被恢复措施实施后人工植被长势及所形成群落内的自然恢复植被物种多样性差异，探讨不同植被配置模式下群落物种变化及群落稳定性变化。

根据研究区边坡类型及植被治理方式选取坡向相同，坡度、高差相似，距离相近的樟子松林、杨柴林、柠条林3种典型群落及对照群落（类型相同，距离相近但未进行地表取土的自然群落）于2012年7～8月进行样方调查，每种类型群落设置2个乔木样方，4个灌木样方、30个草本样方，以典型抽样的方法进行样方布设。样方规格为草本1m×1m、灌木5m×5m、乔木10m×10m。乔木调查主要内容包括：分布位置、高度、地茎、冠幅、闭郁度、生长量;灌木调查内容包括：分布位置、高度、盖度、冠幅、地茎、生长量;草本调查包括植被种类、数量、分盖度（种盖度）、总盖度（群落盖度）。

群落类型以优势种法进行划分，优势种根据植物的重要值大小确定，重要值之和超过群落所有物种重要值总和的50%时的前排物种为优势种[9]。

2.3 数据处理

2.3.1 重要值

重要值（I.V.）=相对密度+相对频度+相对优势度（相对基盖度）（1）

2.3.2 群落多样性指数

植物群落丰富度Margalef' s指数（O）=（S-1）/lnN（2）

植物群落均匀度指数Pielou' s指数（J）J=H/lnS

（5）

式（2）～（5）中，S为植物种总数;N为全部植物种个体数总和，P_i为第i种植物的个体数占全部植物个体数的百分比[10]。

应用SPSS17.0和Eexcel软件完成数据处理和统计分析。

3 结果与分析

3.1 人工植被绿化效果分析

植被恢复措施的目的是促进项目区坡面绿化，植被栽植后的绿化效果体现在植被生长状况及植被覆盖率上[11]。研究区域人工栽植樟子松、杨柴及柠条，人工植被经过6a的生长发生较大的变化。

（1）栽植樟子松的沙障内植物以樟子松为主，基本无灌木层，其最高植株2.84m，最低植株0.8m，平均高度1.5m，平均生长高度0.9m，冠幅最大值1.21m，冠幅均值0.42m，样地内乔木林闭郁度35%，草本植被盖度5%。乔木高低差别较大，草本长势不良。

（2）栽植杨柴的活沙柳沙障内杨柴及活沙柳为建群种，无乔木层，杨柴最高植株为2.05m，最低植株0.2m，平均高度1.22m，平均生长高度0.83m，冠幅最大值0.11m，冠幅均值0.11m，活沙柳沙障有枝条萌发，枝条最高植株1.6m，最低植株0.23m，平均高度0.49m，平均生长高度0.2m，冠幅最大值0.15m，冠幅均值0.09m，样地内灌木层投影盖度57%，草本植被盖度17%，灌木层生长茂盛，草本长势较好。

（3）栽植柠条的活沙柳沙障内柠条及沙柳为建群种，其中柠条最高植株为1.9m，最低植株为0.45m，平均高度1.07m，平均生长高度0.58m，冠幅最大值1.3m，冠幅均值0.19m;活沙柳沙障萌发的枝条最高植株1.2m，最低植株0.25m，平均高度0.69m，平均生长高度0.4m，冠幅最大值0.11m，样地内灌木层投影盖度44%，草本植被盖度26%，灌木层生长茂盛，草本长势较好。

（4）自然恢复群落内植被以草本为主，草本植被最大高度0.8m，最低0.03m，平均高度0.3m，样地内乔灌木投影盖度6%，草本植被盖度51%，乔灌木零星分布，草本层长势较好（图1）。

方差分析表明，不同植被恢复类型下的人工植被均成为群落建群种，不同生活型的人工植被空间结构不同，植被高度及冠幅存在显著差异（P<0.05）。其中，樟子松均值高度是柠条均值高度的1.4倍，是沙柳均值高度的2.1倍，樟子松与杨柴均值高度不存在显著性差异。樟子松均值冠幅是柠条及沙柳均值冠幅的3.7倍，是杨柴冠幅的2.2倍，樟子松冠幅显著大于样地内灌木冠幅（P<0.01），自然群落内植被高度显著低于其他群落（P<0.05）。不同恢复模式植被均值盖度为杨柴+沙柳群落>柠条+沙柳群落>自然群落>樟子松群落（表1）。

3.2 群落自然恢复植被物种组成分析

经调查统计，研究区域4种不同生境类型中共出现植物84种，分属于30科71属。其中乔木2种，分别为樟子松和山杏;灌木和半灌木11种，主要为沙柳、柠条、杨柴、沙地榆、沙篙（Artemisia desterorumSpreng）等;草本植物71种，以藜科、禾本科、豆科和菊科为主，分别占总数的17.9%，14.3%，13.1%，9.5%，主要物种有猪毛菜（Salsolacollina Pall）、五星篙（Bassiadasyphyl-la（Fisch·Mey）（）·Kuntze）、刺藜（Chenopodiumaristatum L）、细叶苔草（Carexrigescen s）、狗尾草（Se-tairaviridis（L.）Beauv）、胡枝子（Lespedexa bicolorTurcz）、蒙古篙（Artemisiamongolica Fisch.etBess）及叉分蓼（Polygonum divaricatum Linn.）等。

不同恢复措施中，樟子松群落中出现物种总数30种，其中乔木仅樟子松1种，无灌木，自然恢复植被以细叶苔草、胡枝子、叉分蓼为主，重要值分0.25、0.05、0.04;杨柴+沙柳群落中出现物种总数17种，無乔木，灌木2种;自然恢复植被以沙篙、狗尾草、刺藜为主，重要值分0.10、0.09、0.08，柠条+沙柳群落中出现物种总数21种，无乔木，灌木2种，自然恢复植物以沙篙、刺藜为主，重要值分别为0.11、0.10，其他零星分布有唐松草（Thalictrum aquilegi folium L.var.sibiricum Re-gel）、灰绿藜（Chenopodium glaucum Linn）等;自然群落中出现物种总数42种，乔木仅山杏1种，零星分布，灌木及半灌木10种，包括沙柳、柠条、杨柴、沙地榆、小叶锦鸡儿、沙篙等，均为零星分布，优势种体现不明显，草本植物包括细叶苔草、狗尾草、沙篙、猪毛菜等，重要值分别为0.11、0.09、0.08、0.07.各群落中重要值>0.01的物种见表2。

由表2可以看出，自然群落中，无明显优势种，各物种分布较为均匀，植物群落生活型以草本为主，类别较多。人工恢复群落中，各人工栽植树种成长为主要树种，灌木及草本植物有入侵，但数量及类别远小于自然群落。其中，栽植樟子松的沙障内樟子松成为群落建群种，活沙柳沙障萌发的沙柳成活率极低，栽植柠条及杨柴的沙障中活沙柳沙障萌发的沙柳长势良好，与杨柴及柠条共同组成为群落的建群种。

3.3 群落自然恢复植被多样性分析

不同群落自然恢复植被物种丰富度指数、多样性指数和均匀度指数如图2。由图2可以看出，不同群落物种丰富度指数的大小排序为自然群落>樟子松群落>柠条+沙柳群落>杨柴+沙柳群落，其中自然恢复群落植被以草本为主，其多样性指数最大，达6.99;杨柴+沙柳群落最小，仅2.61，群落间差异显著（P<0.05）;Simpson多样性指数为自然群落>柠条+沙柳群落>樟子松群落>杨柴+沙柳群落，其中自然恢复群落最大，为0.44，与其他群落差异极显著（P<0.01），杨柴+沙柳群落最小，为0.30，与柠条+沙柳群落及樟子松群落差异均不显著;Shannon指数变化规律与Simpson多样性指数变化规律一致，自然恢复群落最大，为1.79，杨柴+沙柳群落最小，为1.2;均匀度指数的变化规律为自然群落>柠条+沙柳群落>杨柴+沙柳群落>樟子松群落，自然恢复群落最大，为0.48，杨柴+沙柳群落最小，为0.38。

总体上，多样性指数的分异规律反应出不同植被恢复措施的群落结构特征，自然恢复群落物种丰富度大，包含的物种数多，分布比较均匀，优势种不明显，群落结构稳定;杨柴+沙柳群落及柠条+沙柳群落，物种丰富度不高，多样性指数偏低，但群落物种分布较为均匀，群落结构相对稳定;樟子松群落物种丰富较高，但分布不均，单种优势度更高，群落结构不稳定。

4 讨论

本研究中的3种沙地区取土场边坡人工栽植植被经过6a的恢复，均取得了一定的绿化效果，不同生活型植被空间差异较大。其中樟子松群落空间变化最大，个体植株高的均值标准差达0.91，其冠幅显著高于其他群落，对上层空间及光照利用率较高，导致其下层草本植被盖度不高，生长状况不良;杨柴+沙柳群落低层植被密度极高，杨柴长势良好，坡面绿化率显著高于其他群落;柠条+沙柳群落植被高度显著低于杨柴及樟子松群落，但绿化率较高，植被盖度较高。3种不同植被栽植群落植被高度均大于自然群落，杨柴十沙柳群落及柠条+沙柳群落植被盖度大于自然群落，说明人工修复促进了边坡植被景观层次的构建，一定程度上促进了优化了绿化效果。

不同植被恢复模式植被自然演替以草本为主，乔木未出现自然演替物种，灌木自然演替中出现沙地榆、胡枝子等，这与秦伟等[12～14]的研究结果一致。群落组成中樟子松群落植被物种总数偏多，但总量不多，主要是因为樟子松林下空间较大，草本入侵的类别偏多，但受水分及光照等因素的影响[15]，草本层长势不均匀，以细叶苔草为主，基本无灌木层;柠条+沙柳群落及杨柴+沙柳群落物种总数微低，偶见种较少，地面草本以沙蒿为主，是因为柠条及杨柴地面枝干密度较高，不利于草本植物入侵，故其种类数偏低。3种不同植被栽植措施治理后的边坡植被群落物种总数均低于自然群落，说明短期内人工修复边坡很难达到原有的自然状态。

樟子松群落植物类别较多，故其丰富度指数较高，但植物数量偏少，分布不均，一定程度上降低了其多样性指数及均匀度指数;杨柴+沙柳群落及柠条+沙柳群落地面空间较低，草本类型相对较少，植物多样性指数较低，但入侵植物以沙篙等抗沙埋、耐干旱植物[161为主，入侵后大量蔓延，相对频数偏高，故其多样性指数及均匀度指数较高。3种恢复模式多样性指数相对自然群落均偏低，说明人工栽植乔灌木造林在促进干草原沙地区绿化速度及景观构建的同时减缓了群落结构及稳定性的恢复，建议后续工程可根据项目区水肥条件，适当考虑补植草本类植物，促进绿化的同时增加群落多样性的恢复，提高群落稳定性，优化群落生态功能。5结论

（1）不同治理方式下人工植被生长高度均大于自然群落，樟子松均值高度是柠条均值高度的1.4倍，是沙柳均值高度的2.1倍;樟子松均值冠幅是柠条及沙柳均值冠幅的3.7倍，是杨柴冠幅的2.2倍，不同恢复模式植被均值盖度为杨柴+沙柳群落>柠条+沙柳群落>自然群落>樟子松群落。

（2）不同恢复措施中，樟子松群落中出現物种总数30种;杨柴+沙柳群落中出现物种总数17种;柠条+沙柳群落中出现物种总数21种;自然群落中出现物种总数42种。群落组成物种及生活型出现较大差异。

（3）不同恢复措施群落物种多样性指数各不相同。丰富度指数表现为自然群落>樟子松群落>柠条+沙柳群落>杨柴+沙柳群落，Simpson多样性指数及Shannon指数表现为自然群落>柠条+沙柳群落>樟子松群落>杨柴+沙柳群落，均匀度指数表现为自然群落>柠条+沙柳群落>杨柴+沙柳群落>樟子松群落。

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收稿日期：2019-11-01

基金项目：交通运输建设科技项目（编号;201103180772830）

作者简介：张琳琳（1987-），女，工程师，硕士，主要从事水土保持与荒漠化防治研究。

通讯作者：张艳（1984-），女，工程师，硕士，主要从事水土保持与荒漠化防治研究。