商登高速公路边坡植物群落恢复过程中动态变化研究

徐恩凯， 陈延永， 胡永歌， 王艺琳， 田国行

（河南农业大学林学院，郑州 450002）

我国的高速公路在建设过程中，往往是高填方路基、深挖方路堑，产生大量边坡界面，严重扰动了地球表面［1］. 建设不可避免地会破坏原有的植被层，产生大量裸露的边坡，这类边坡地质不稳定，立地条件较差，生态系统难以自然恢复，不仅影响道路交通安全，又成为水土流失的巨大隐患［2］. 因此，将可持续的、自然生态理念应用到路域景观恢复建设中是当下研究的热点［3］，而许多学者研究［4-6］发现，植物群落在增进边坡稳定性和促进土壤恢复中具有重要作用. 高速公路边坡植被群落是典型的人工植物群落，但是立地条件特殊，具有坡度大、水肥条件差、人工痕迹明显等特点［7］. 土壤是植物赖以生存的物质基础，是植被恢复和生态环境建设的主要限制因素，影响着不同植被的变化，同时也受到植被的影响，植被与土壤处于不断相互影响的过程［8］. 因此栽植适宜的护坡植被对高速公路边坡土壤恢复显得尤为重要. 已有部分学者［9-11］为高速公路边坡恢复提供植物选择建议，且有研究表明有灌木覆盖土壤的有机质含量和水稳性指数均大大提高，增强了边坡的稳定性［12］. 但大多研究是将土壤和植物群落单独研究或简单研究其相关性和影响机制，较少将土壤的恢复情况与植物群落的恢复状况相联系，在生态系统层面共同研究其恢复质量. 本研究在全省高速公路边坡植被类型调研的基础上，以商登高速公路航空港区段边坡的土壤和植被为研究对象营造人工近自然植物群落，在商登高速通车初期对边坡植物进行筛选、搭配和种植，采用乔-灌-草搭配的模式以丰富路域植物群落结构，在最大限度上恢复自然群落. 将土壤指标和植物群落特征指标有机结合，通过科学的方法对高速公路边坡不同人工近自然群落的恢复质量状况作出研究和评价.

1 材料与方法

1.1 研究区概况

商登高速起于河南省商丘市西侧，与连霍高速公路相接，在登封市东与郑卢高速公路相接，全长222 km，于2017年9月26日全线通车. 试验段位于郑州市南部新郑市内，试验段全长80 m，坐标约为北纬34°28′07″，东经113°41′57″，海拔约148 m. 商登高速公路郑州境航空港区至登封段沿线属暖温带大陆性季风气候，年平均日照时数2297 h，年均温度14.3 ℃. 全年大于0 ℃的平均年积温为5 178.8 ℃，无霜期238 d，年均降水量614 mm. 四季分明，温差大，常年干旱少雨，降水量多集中在6—8月，占全年降水总量的33.8%.

1.2 群落动态观测

1.2.1 样地设置

4 组试验段均采用乔灌草的搭配模式，为更好进行种植试验对比，试验段均设置在阳坡. 乔木层为白榆+臭椿+刺槐+苦楝+构树，灌木层分别为锦鸡儿+胡枝子、绣线菊+柠条、迎春+黄刺玫和传统护坡植物紫穗槐，草本层为狗牙根+紫苜蓿+高羊茅+黑麦草+紫云英+波斯菊. 种植时间为2017年4月，乔灌草分别喷播等量草籽，试验段具体情况见表1. 由于边坡采用拱形架防护措施，一定程度上限制了样方设定，故在S1、S2、S3、S4每个试验段取同一坡位的3个拱形架（2.5 m×4.5 m）作为3个样方，共12个样方（命名为S1-1、S1-2…S4-3）. 植被群落调查于2017年8月和2018年8月完成，土壤取样于2018年8月份完成.

表1 试验段基本情况Tab.1 Basic situation of test sections

1.2.2 植物群落测定指标及测定方法 每个样方选取对角线3 个小样方（1 m×1 m）逐个调研其群落特征.调研采集数据包括样方内植物种类、数量、盖度、频度、高度等并进行拍照，选取植物群落的物种重要值（IV）、物种丰富度指数（R）、Shannon-Wiener 指数（H）、Pielou 均匀度指数（E）作为度量群落物种多样性的指标，来分析群落的动态变化特征［13-15］. 公式如下：

式中：Pi为物种i 的重要值；Ni为物种i 的个体总数；N 为所有物种个体数之和.

1.3 土壤理化性质分析

分别对商登高速公路4 个试验段12 个样方对应的土壤进行采样，采样及试验方法参考陈立新编著的《土壤实验实习教程》. 土壤物理性质测定采用环刀法，每个2.5 m×4.5 m的拱形架样方内，取对角线交点分层采样，分别取0～10 cm与10～20 cm土层深度土壤，每层环刀重复4次，每个样方以平均值进行计算. 4个试验段共得到土壤环刀样品96个，用于土壤容重、饱和持水量和总孔隙度的测定. 土壤化学性质测定采样：每个2.5 m×4.5 m的拱形架样方内，以对角线取上中下坡位3个样点，分别取0～10 cm 和10～20 cm 土层深度土壤，并将同一样方所取土壤进行混合，共得到12份土壤样品. 样品用自封袋带回实验室，去除植物根系和砾石，在室内风干，过筛后用于速效养分和全量养分的测定. 全氮采用半微量凯氏法，全磷采用钼锑钪比色法，全钾采用原子吸收火焰光度计法，水解氮采用碱解-扩散法，有效磷采用0.5 mol/L碳酸氢钠浸提-钼锑钪比色法，速效钾采用醋酸铵浸提-原子吸收火焰光度计法，有机质采用重铬酸钾-浓硫酸外加热法，土壤pH值采用酸度计法（水土比为2.5∶1）.

2 结果与分析

2.1 植物群落物种组成变化

将4个试验段在两年调研时期的物种组成情况进行对比（见表2）. 2017年样地内共生长有7种植物，分属4科7属；2018年增长到18种植物，分属11科17属. 在群落物种组成方面，禾本科、豆科的物种占多数，可见禾本科、豆科两大科植物在研究区公路边坡植被恢复初期占据主要地位. 边坡群落的灌木种类较为单一，共出现2科4属4种植物，其中豆科灌木占有明显优势，共有3种. 乔木层在恢复初期生长缓慢，共出现4科4属4种，除臭椿外均出现在恢复1.5 a时期，边坡防护效果无法保证. 生长迅速的豆科和禾本科植物作为高速公路边坡草本群落次生演替的先锋植物. 在植被建植初期适宜的生长环境下，草本层禾本科种子萌发快，表现出很强的竞争力［16-17］. 豆科植物在群落物种中增长最多，且在植被恢复的过程中表现出了良好的适应性.

表2 商登高速公路样地中植物种类Tab.2 Plant species in Shangdeng Expressway sample plots

对商登高速公路边坡的4 个试验段共12 个样方的调查中发现，由于各个试验段的3个样方初始配置模式一致，且恢复时间较短，群落物种组成较为相似和简单，故以试验段为单位探讨其物种组成变化，具体结果如下.

2018 年S1 较2017 年群落增加植物6 种. 初始配置植物锦鸡儿和秋英在次年消亡，草本高羊茅未见萌发. 紫穗槐和紫苜蓿盖度和高度较上一年均有所增长，在初期群落中表现出较强的稳定性和竞争力，豆科植物胡枝子也在2018年萌发出苗. 狗牙根的生长情况有所下降，次年狗尾草、马唐等禾本科植物出现并成为群落中的主要草本层. 乔木层臭椿次年数量和高度都比2017年增长3倍以上，并萌发白榆小苗.

2018年S2较2017年群落植物种数增加4种，其中豆科植物增加刺槐和胡枝子两种，紫苜蓿两年中生长较为稳定，数量虽有所减少但盖度增加20%以上. 初始植物配置中高羊茅、绣线菊、柠条和臭椿未见萌发，乔木层白榆次年出苗且生长情况优于S1. 灌木层萌发荆条和胡枝子小苗，数量较少且高度仅15～30 cm，锦鸡儿次年在群落中消亡. 一年生草本秋英次年在群落中消亡，但菊科增加一年蓬，生长能力较强；禾本科狗尾草出现并替代2017年群落中的主要草本牛筋草和狗牙根，盖度达到60%. 2018年S2群落丰富度较上年同样有所增加，豆科植物较为稳定且增加种类最多，群落整体由2017年的灌-草结构发展为乔-灌-草结构，群落层次丰富.

S3在2017年群落组成单一，仅由豆科和禾本科、菊科组成简单的灌-草结构，群落主要植物为一年生草本秋英和狗牙根，且盖度占样段的70%，成为群落的优势种. 初始配置中的荆条于次年萌发且长势较好，乔木层白榆和臭椿未见萌发. 次年群落中豆科植物紫穗槐和紫苜蓿有所保留且长势稳定，其余植物种类均在2018 年消亡. 2018 年群落中灌木植物胡枝子和荆条萌发，长势较好. 草本层新增藜科猪毛菜和蔷薇科蛇莓，但依旧没有乔木层植物出现，群落结构与S1和S2相比较为简单.

2017年S4共有植物6种，物种丰富情况优于前三个样段，出现攀缘草本植物葎草和牵牛花，且在两年群落建成期间较好存活，葎草盖度达到40%～60%，能在短期内迅速覆盖坡面. 2018年增加乔木加拿大杨，但初始配置中的白榆、臭椿未见萌发. 灌木层豆科紫穗槐长势稳定，数量增加一倍且生长量大于1 m. 草本层禾本科新增狗尾草和马唐，其中马唐盖度达到70%，长势较好. 与前三个样段相同，次年均有猪毛菜出现，且高度可达65 cm，丰富以禾本科和菊科为主的草本层植物群落.

2.2 植物群落物种重要值变化

2.2.1 草本层物种重要值变化 由表3可知S1试验段草本层由2017年的秋英群落逐渐转变为狗牙根（S1-1）、紫苜蓿（S1-2）和黄芪（S1-3）群落. 一年生草本秋英在恢复1 a后消亡，多年生豆科植物紫苜蓿、黄芪在群落中重要值逐渐升高，其中黄芪并未进行人工播种，生长能力较强. 菊科植物一年蓬、藜科猪毛菜、旋花科牵牛花、禾本科马唐以及蔷薇科蛇莓，在群落中自我生长繁殖且长势良好（为方便比较，每个试验段的重要值变化表内包含4个试验段所有的植物种类）.

由表4 可知S2 试验段草本层由2017 年的秋英群落逐渐转变为狗尾草（S2-1）、紫苜蓿（S2-2、S2-3）群落. 除一年生草本秋英、马唐外，禾本科狗牙根在恢复1 a后消亡，紫苜蓿逐渐成为S2试验段中重要值最高的植物种类，其次禾本科狗尾草在群落中具有较大优势. 同时新增一年蓬、猪毛菜、黄芪植物种类，但重要值并不具备优势.

由表5可知S3试验段草本层由2017年的秋英群落逐渐转变为黄芪（S3-1）、紫苜蓿（S3-2）和马唐（S3-3）群落. 除秋英外，狗牙根在恢复1 a后消亡，三个样方分别为黄芪群落（0.29），紫苜蓿群落（0.44）和马唐群落（0.44），其中紫苜蓿两年中生长较为稳定且逐渐在群落中占据优势地位. 新增一年蓬、猪毛菜和蛇莓，但重要值在群落中并不其具备优势，S3-2中一年蓬（0.24）虽占据较高重要值，但其作为一年生草本植物并不代表能够长期在群落中占据优势地位.

表3 S1草本层物种重要值变化情况Tab.3 Changes of important values of herbaceous layer in S1

表4 S2草本层物种重要值变化情况Tab.4 Changes of important values of herbaceous layer in S2

表5 S3草本层物种重要值变化情况Tab.5 Changes of important values of herbaceous layer in S3

由表6可知S4试验段草本层由原本的秋英群落逐渐演变为马唐（S4-1）、一年蓬（S4-2）、猪毛菜（S4-3）群落，这与前三个试验段具有较大差别，且在S1、S2、S3试验段群落中占据较高优势的豆科草本紫苜蓿，新增植物黄芪和蛇莓在S4中并未出现，而猪毛菜作为自主出现的草本植物表现出较高重要值（0.38）. 菊科苍耳、秋英在1.5 a时消亡，旋花科牵牛花在S4-1和S4-2中出现，桑科葎草在S4-2和S4-3中出现，生长情况并不稳定.

表6 S4草本层物种重要值变化情况Tab.6 Changes of important values of herbaceous layer in S4

2.2.2 灌木层重要值变化 灌木层在1 a恢复时间内共出现豆科紫穗槐、锦鸡儿、胡枝子和马鞭草科荆条四种植物（见表7）. 其中S1初期配置中的锦鸡儿在0.5 a时期萌发出苗，且在S1-2中具有较高重要值（0.42），但在1.5 a时并未发现S1样方内存在锦鸡儿，S2-3和S3-2出现相同情况，可能由于种子喷播不利于种子萌发，或脆弱幼苗在初期满铺的秋英群落中无法获得足够的生存空间，也有可能是因为边坡恶劣的环境影响或疏于人工管理导致生存困难. 传统护坡植物紫穗槐在S1恢复0.5 a在群落中占据绝对优势，但在1.5 a时消亡，取而代之的是荆条（0.77、0.75）和豆科灌木胡枝子（0.23、0.25），同时，荆条在S2、S3、S4中也有自我生长的情况，且在S2的灌木层中占据优势地位（0.72、1）；胡枝子在S2-2和S3-2中也有出现，但重要值不占优势. S4中由于初期配置中不存在其他灌木层植物，紫穗槐在1.5 a的恢复过程中始终占据优势地位，成为S4灌木层的优势种，这也可能是限制S4灌木层物种多样性的原因之一.

表7 灌木层植物重要值变化情况Tab.7 Changes of important values of shrub layer

2.2.3 乔木层重要值变化 S1乔木层臭椿和白榆均有萌发并出苗，但可能生长缓慢，恢复0.5 a时除S1-2外并未见乔木植物出现（见表8）. 恢复1.5 a 时，S1-1、S1-3、S2-1、S4-1 均出现乔木，S1 中苦木科臭椿重要值（0.64）最高，S2中榆科白榆重要值（0.75）最高，S3和S4均只有一种乔木出现，分别是白榆和加拿大杨. 四种乔木植物种类均为初始配置中人工播种.

表8 乔木层植物重要值变化情况Tab.8 Changes of important values of tree layer

2.3 植物群落多样性变化

在群落建成初期的0.5～1.5 a时间段内（见表9），除样方S2-3的草本层S-W指数有所下降外，四个试验段的其余11个样方内群落草本层的S-W指数均有较大幅度的增长，说明群落草本层的整体丰富度增加；样方S1-3、S2-2、S2-3、S3-1、S4-1、S4-3内群落草本层的均匀度指数有所增加，表示群落中草本层物种个体数目的分配均匀度增强；除样方S2-3的草本层丰富度由4下降到3之外，其余11个样方内群落草本层的丰富度均明显增长，其中以S1最为明显.

表9 商登高速12个样方植物群落草本多样性指数Tab.9 Herbal diversity index of 12 samples plant communities on Shangdeng Expressway

在群落建成初期的0.5～1.5 a时间段内（见表10），样方S1-2的灌木层S-W指数有所下降，样方S1-3、S2-1、S2-3、S3-1和S4-3始终为0外，其余6个样方的群落灌木层S-W指数均有所增长，说明群落灌木层的整体丰富度增加；样方S1-2内群落灌木层的均匀度指数下降，与其草本层指数变化情况一致，表明该群落中物种分配均匀度下降；12个样方中有6个样方灌木层的丰富度增加，其中3个样方在恢复1.5 a时新出现了灌木层物种，表明四个试验段在恢复初期群落灌木层植物类型不断丰富. 但可以看出群落中灌木的多样性仍处于较低水平，而灌木在高速公路边坡植物群落恢复中起着至关重要的作用.

四个试验段在恢复0.5 a时（见表11），除样方S1-2有1种乔木存在以外，其余11个样方植物群落均没有乔木出现，群落组成简单且多样性差. 恢复1.5 a时，样方S1-3、S2-1、S3-1、S3-2和S4-1群落中出现了新的乔木层植物. 在群落恢复初期，乔木种子发芽难、发芽慢，不如草本层植物，能够在短期内迅速覆盖坡面，较快形成坡面的植被防护结构；也不如灌木层生长迅速，在恢复初期便能依靠其发达的根系和远高于草本的地上生物量为群落植被恢复和后期的群落演替提供良好的生长环境.

表10 商登高速公路12个样方植物群落灌木多样性指数Tab.10 Shrub diversity index of 12 samples plant communities on Shangdeng Expressway

表11 商登高速公路12个样方植物群落乔木多样性指数Tab.11 Tree diversity index of 12 samples plant communities on Shangdeng Expressway

2.4 植物群落土壤理化性质评价分析

根据《全国第二次土壤普查养分分级标准》结合表12可知，商登高速边坡试验段土壤的全氮含量平均值达到三级标准（1～1.5 g/kg），其中S1-3最优达到一级标准（>2 g/kg），S2-2最差为六级（<0.5 g/kg）. 水解氮含量平均值属于六级（<30 mg/kg），只有S4-1 达到五级水平（30～60 mg/kg），可见土壤中虽具有较大的氮素储备，但可供植被生长恢复近期吸收利用的氮素较少. 土壤其他速效成分中，有效磷平均值属五级（3～5 mg/kg），S3-3、S4-2、S4-3 属四级（5～10 mg/kg），S1-1、S1-2 属五级，其余均属六级（<3 mg/kg）；速效钾平均值属五级（30～50 mg/kg），S1-1 最优属四级（50～100 mg/kg），S1 的其他样方以及S2-2、S2-3、S3-2 属五级，其余均属六级（<30 mg/kg），可见土壤中的速效成分含量均处于较低水平. 有机质含量平均值属六级（<6 g/kg），除S4-2 属五级（6～10 g/kg）外，其余样方均属六级. 4种人工近自然群落下的土壤均呈碱性，12个样方中有4个样方pH值高于国家标准（5.5～8.5）.

土壤饱和持水量最低为样方S4-1的30.10%，最高为S1-2的40.77%. 样方S1-2土壤容重最小为1.328 g/cm3，属正常土壤容重范围1.30～1.35 g/cm3，样方S2-2土壤容重最大，为1.543 g/cm3，高于黏土土壤的一般容重范围1.0～1.5 g/cm3，可见其土壤板结情况较为严重. 样方S1-2 土壤总孔隙度最优为26.519%，与土壤容重、总孔隙度结果一致，在一定程度上反映了物理指标之间的互相影响作用，样方S3-3 土壤总孔隙度最差，为18.385%，而土壤一般土壤的总孔隙度在55%～65%，可见研究区土壤透气性较差.

由表13可知，土壤物理性质与土壤化学性质各项指标之间并无相关性（P>0.05），而土壤物理性质指标之间均呈现明显相关性，其中土壤饱和持水量和土壤容重呈显著负相关（P<0.01），即较大的土壤容重会影响到土壤的持水能力；土壤容重和土壤总孔隙度成负相关，土壤饱和持水量和土壤总孔隙度呈显著正相关. 土壤化学性质指标中全氮与速效钾成正相关，有效磷与有机质含量成正相关关系（P<0.05），其余指标间并没有呈现明显相关关系.

表12 12个样方土壤理化性质测定结果Tab.12 Determination results of soil physical and chemical properties in 12 sample plots

表13 土壤主要理化性质相关系数矩阵Tab.13 Correlation coefficients matrix among main physical and chemical properties of soil

对12个样方的土壤理化性质进行主成分分析，评价出4个试验段的土壤理化性质状况，总结出影响土壤质量恢复的主要理化性质指标. 根据碎石图（图1）提取出特征值>1，且明显高于其他变量的5个主成分变量，其累计贡献率达84.325%，可以基本解释土壤质量信息.

由表14、表15可知，第一主成分的方差贡献率最大，达到29.045%，其中饱和持水量、容重、总孔隙度对其影响最大，将其命名为M1；第二主成分的方差贡献率为18.370%，其中全氮、速效钾含量对其影响最大，将其命名为M2；第三主成分的方差贡献率为14.838%，其中有机质、有效磷含量对其影响最大，将其命名为M3；第四主成分的方差贡献率为11.531%，其中全钾含量和pH值对其影响最大，将其命名为M4；第五主成分的方差贡献率为10.541%，其中全磷、水解氮含量对其影响最大，将其命名为M5. 同时得到5 个主成分转换后的特征向量A1、A2、A3、A4、A5 并将各主成分中变量的特征向量按从大到小排序.

图1 主成分分析碎石图Fig.1 Screen plot of principal component analysis

表14 主成分分析的特征值和方差贡献率Tab.14 Eigenvalues and contribution rate of variance of principal component analysis

表15 主成分因子的特征向量Tab.15 Eigenvector of principal component

由表16可以看出，样方S1-3土壤质量最优，且S1试验段其余三个样方排序分别为第2和第6，整体排名靠前；样方S2-2土壤质量最差，其次为S2-1. 从优到劣分别为：S1、S3、S4、S2. 可见S2的紫苜蓿-荆条群落并不利于土壤理化性质的改良，这从可持续性的角度上来看并不适宜于高速公路边坡植被恢复. S1的狗牙根-荆条群落下土壤的理化性质相对较优，分析是由于狗牙根常生不定根，在一定程度上增加了根系水平入土面积，帮助疏松土壤，增加了土壤总孔隙度和水分含量. 且从前文对植物群落恢复质量的评价结果得知，S1的群落多样性最为丰富，这些都可能导致试验段S1的土壤质量优于其他试验段.

表16 土壤理化性质综合评价得分Tab.16 Comprehensive evaluation score of soil physical and chemical properties

2.5 植物群落恢复质量综合评价结果

本研究选取AHP-模糊综合评价法对高速公路边坡群落的恢复现状进行评价［18-19］. 对高速公路边坡人工植被恢复质量的评价指标体系进行重新划分及归类处理和优化，将评价指标体系分为3层：第一层为目标层；第二层为准则层，从生态要素、群落特征、土壤养分含量和土壤物理性质4方面考虑；第三层为指标层，是对评价指标的细化. 遵循生态恢复原则选取相关评价指标，最终确定14个指标层，具体如表17.

表17 商登高速边坡景观综合评价指标Tab.17 Landscape comprehensive evaluation index of Shangdeng Expressway slope

2.5.1 准则层评价结果 根据模糊综合评价计算出12 个样方准则层的评价结果如图2 所示，12 个样方中B1生态因素评价结果大多为“中”，相对集中，没有“优”和“极差”；B2植物群落评价结果大多为良；B3土壤养分评价结果相差较大，以“优”和“差”居多，B4土壤物理性质结果相对均衡，主要集中在“优”和“差”. 可见研究区试验段边坡土壤质量情况在一定程度上限制了群落的恢复情况.

图2 12个样方准则层评价结果Fig.2 Evaluation results of 12 sample criterion levels

2.5.2 指标层评价结果 根据模糊综合评价计算出12个样方指标层的评价结果如图3所示，指标层C4、C7、C9、C14评价结果主要集中在“优”；C2、C5评价结果集中在“良”，且不存在评价结果为“优”样方群落；C3、C13评价结果多为“中”，且不存在“极差”的样方；C1、C10、C12评价结果以“差”居多；C6、C8、C11评价结果主要为“极差”. 表明研究区试验段边坡整体群落盖度、土壤全氮含量、土壤速效钾含量及土壤总孔隙度的评价结果较好，而群落物种均匀度指数、土壤有效磷含量以及土壤pH值在一定程度上限制了样地群落的恢复效果.

图3 12个样方指标层评价结果Fig.3 Evaluation results of 12 sample index layers

根据二级评价结果得到12个样方恢复质量的综合评价结果如下：由表18可知，12个样方中不存在恢复效果为“优”和“极差”的群落，其中样方S1-3、S2-2、S2-3、S3-1和S3-3恢复效果最差，评价结果为“差”；样方S2-1、S3-2、S4-2和S4-3恢复效果较好，评价结果为“中”；样方S1-1、S1-2、S4-1恢复效果相对较好，评价结果为“良”. 可以看出，S1试验段主要为“良”，S2和S3试验段主要评价结果为“差”，S4试验段主要评价结果为“中”.

表18 12个样方恢复质量综合评价结果Tab.18 Comprehensive evaluation results of restoration quality of 12 samples

3 结论与讨论

3.1 结论

商登高速公路试验段在恢复1.5 a后，豆科植物增长最多，主要为紫苜蓿、黄芪，其次为禾本科，主要为狗牙根、马唐. 从群落组成上分析，四个试验段科属丰富情况排序为S1>S4>S3>S2，除S3为灌-草结构外，其余四个试验段均已成为乔-灌-草结构，其中乔木层都为2018年出现的，可见群落在恢复过程中群落层次是一个不断丰富的过程. 通过对群落多样性的分析发现，草本层和乔木层多样性指数最高的均为S1试验段，灌木层多样性指数最高的为S3试验段. 分析群落物种重要值发现，S1试验段为荆条-狗牙根群落，S2为荆条-狗尾草群落，S3为紫穗槐-紫苜蓿群落，S4为紫穗槐-马唐群落. 综合物种组成、多样性及重要值变化情况，植物群落整体恢复情况排序为S1>S3>S4>S2. S1 试验段的初始植物配置“白榆+臭椿-荆条+锦鸡儿-狗牙根+波斯菊”更有利于群落在恢复初期迅速丰富植物类型以及完善群落结构，紫穗槐虽在恢复初期生长迅速，但在一定程度上抑制了群落内其他植物的生长，导致S3和S4的物种多样性及群落结构层次较差.

通过对商登高速公路试验段群落土壤的11个主要理化性质指标进行主成分分析，第一主成分为饱和持水量、土壤容重和土壤总孔隙度，表明研究试验段土壤理化性质的恢复主要受所选物理性质指标的影响. 第二主成分土壤全氮含量和土壤速效钾含量组成，表明化学成分中土壤全氮和速效钾的含量是影响研究区试验段土壤养分恢复的主要影响因子. 12个样方土壤理化性质优劣排序为S1>S3>S4>S2，与群落植物生长状况评价结果一致，可见土壤质量与群落植物生长状况相辅相成、密不可分.

对4个试验段的12个样方进行恢复质量综合评价. 通过层次分析法加权后可以看出，影响群落恢复质量的主要准则层指标排序为植物群落B2>土壤养分B3>土壤物理性质B4>生态因素B1；14个指标层中对群落恢复质量影响最大的群落多样性指数、群落均匀度指数以及土壤的饱和持水量，可见植物群落的生长状况是高速公路边坡群落恢复效果最为直观且最具影响力的指标. 评价最终结果表明12个样方恢复质量集中在“良”、“中”和“差”，其中S1评价结果最优，S2评价结果最差，与前面评价结果一致. 因此如何帮助高速公路边坡植物群落更加健康稳定可持续地恢复和发展，仍具有较大的研究价值和实践指导意义.

3.2 讨论

边坡生态恢复的植物选择应在遵循乡土性的基础上，采用多样的组合形式，观察并筛选出种间能够互惠互利、和谐共生的种植模式. 群落建植初期应采用乔-灌-草的搭配模式，营建丰富的群落层次. 乔木树种选择抗性强的白榆、臭椿、刺槐等；灌木可选用豆科植物胡枝子、锦鸡儿和马鞭草科荆条等；草本尽量选用多年生及根系发达的草本，狗牙根和紫苜蓿等可以在恢复初期迅速覆盖坡面，且其丰富的根系有助于土壤结构的改良.

植被恢复的过程是植物和环境相互作用的过程，同时也是人和自然相互影响的过程. 在植被恢复的过程中，一方面要尊重生态学和地理学基本原理，做到“适地适树”；另一方面，也要因势利导，通过调节立地条件影响植物群落演替的方向. 由于气候的地带性规律是目前人类难以改变的，因此改良土壤等局限性生境因子，是人类能够促进植被正向演替的主要措施［20］. 土壤水分和养分含量是除植被生长状况之外对群落恢复质量影响最大的因素，作用于植被的同时也受到植被的影响，高速公路的客土边坡往往无法提供植被进行生态恢复所必需的养分，适当的人工干预很有必要. 针对土壤水分、土壤容重、土壤总孔隙度、土壤全氮含量和速效钾含量的改良，可以对边坡土壤改良及植被恢复起到事半功倍的作用.

边坡生态恢复是一个长期的动态演替过程，本次研究选取的试验段及植物配置模式具有特殊性，且观察时间较短，不能更加全面地对高速公路这一特殊立地条件下的人工植物群落恢复进行深入的研究，故能够建立长久的监测研究机制将为今后高速公路边坡生态恢复提供更加全面的数据和理论支撑.