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Community characteristics and soil nutrient dynamics in the beginning two years after artificial vegetation on rock slope

石质边坡植被建植两周年群落特征与土壤养分动态



全 文 :书石质边坡植被建植两周年群落
特征与土壤养分动态
王志泰1,2,包玉2,李毅1
(1.甘肃农业大学林学院,甘肃 兰州730070;2.贵州大学林学院,贵州 贵阳550025)
摘要:为了解边坡生态防护工程植被建植初期植被特征与基质养分变化规律,依托实际工程,采用定位研究法,对3
个不同坡向、坡度的边坡在人工植被建植后2年主要群落特征(物种、盖度和高度等)和土壤养分因子(有机质和速
效态养分元素)等每月进行跟踪测试。结果表明,1)边坡人工植被建植初期,群落特征总体上存在明显的季节性变
化,建植后第1年物种主要以初播物种为主,物种数相对较少,第2年,随着当地植物的入侵,物种数大量增加。边
坡植被一年存在2个枯黄期,分别出现在夏季高温期和冬季低温期,存活部分盖度在冬春季平均盖度最低,到5月
随气温回升而突增,8、9月下降,10月又上升,到11月覆盖度最高。群落高度第2年同比第1年均高,表现出较旺
盛的长势。2)土壤中碱解氮和有效磷质量分数在植被建植后2年内波动下降,均低于建植初水平;1、2号坡速效钾
质量分数在波动变化后有所下降,3号坡在波动变化后略有上升;有机质的质量分数在第1年波动变化后大幅度增
加,第2年前3个月明显下降,之后基本持平,第2年末比第1年末有所下降。3)在植被建植初期的2个月内,不同
坡向和坡度的边坡之间在群落物种组成和盖度等特征方面存在显著差异(犘<0.01),之后随着边坡植被的大面积
覆盖,坡向和坡度对群落特征的影响已不明显。
关键词:土壤;养分;植被;岩石边坡;建植初期;植物特征
中图分类号:Q948.15;Q151.9+5  文献标识码:A  文章编号:10045759(2012)02003409
  随着人口增加,经济社会的不断发展,自然资源过度开发,自然生态系统退化的速度进一步加快[1]。在各类
人工干扰与破坏中,公路工程建设经常要开挖大量边坡,对原有路域范围自然生态环境的破坏是毁灭性的,导致
出现大量的次生衳地以及严重的水土流失,并引发更大范围的自然生态系统的退化[2]。因此高速公路生态修复
与生态环境建设越来越受到各界的重视[35]。2000年10月,国务院下发了《国务院关于进一步推进全国绿色通
道建设的通知》(国发(2000)31号),明确提出到2005年,全国的高速公路、60%的现有铁路、国道、省道、河渠、堤
坝全面绿化,到2010年,力争全国所有可绿化公路、铁路、河渠、堤坝全面绿化。人工植被恢复是公路石质边坡生
态系统恢复的重要途径,评估植被的恢复情况,是生态恢复有效性评估的重要环节,能够提示生态建设工程所取
得的实效,可为工程的顺利实施提供理论参考和科学支撑[6]。
岩石边坡植被护坡工程是用植物与工程措施结合进行岩石坡面保护的重要途径与手段,通过在坡面构建基
质-植被系统来防护整个坡面[7,8]。客土喷播技术以及在其基础上发展起来的厚层基质喷附技术、三维植被网
技术等是岩石边坡植被恢复的有效技术措施[8,9]。由于工程开挖形成的岩石边坡坡度较大(一般在45°以上),植
被护坡工程中植被建植的土壤非常有限(一般在10cm厚以下),且人工植被具有较大的密度,完全覆盖于坡面。
因此,植被建植初期,植被群落特征和土壤养分变化是边坡植被恢复效果及长期稳定发展的关键问题,对其进行
深入研究,可为边坡植被重建及养护管理提供科学依据,具有重要的理论和现实意义。目前,国内外岩石边坡植
被护坡的研究主要集中在新型生态材料、生态种植基质及护坡施工方法等方面[8,10],未见边坡植被建设初期群落
特征与土壤养分长期动态特征的相关研究报道。
依托贵阳市花溪区贵阳绕城高速公路金竹立交路堑边坡生态防护试验工程,定点定期系统跟踪测试客土喷
34-42
2012年4月
   草 业 学 报   
   ACTAPRATACULTURAESINICA   
第21卷 第2期
Vol.21,No.2
 收稿日期:20111114;改回日期:20120105
基金项目:贵州省社发攻关计划项目(黔科合SZ字[2009]3026号)资助。
作者简介:王志泰(1975),男,甘肃会宁人,副教授,在读博士。Email:wzhitai@163.com
通讯作者。
播完工后边坡人工生态系统主要土壤养分因子(有机质和速效态养分元素)及群落特征(物种、盖度和高度等),以
建植2年24个月实验数据分析边坡生态防护工程植被建植初期基质养分变化规律,为确立客土养分与植物生长
因子之间关系、建立生态护坡理论体系奠定基础。
1 材料与方法
1.1 研究区概况
研究区位于黔中腹地贵阳市花溪区,地处东经106°27′~106°52′,北纬26°11′~26°34′,海拔1100m,具有明
显的高原性季风气候特点,系亚热带湿润温和型气候。年均降水量1200mm左右。年平均温度15.3℃,最热月
(7月)平均温度24℃,最冷月(1月)平均温度4.6℃。春秋气温、晴雨多变,光、热、水同季,相对湿度大,无霜期
270d左右。代表性植物草本植物主要有菅草(犜犺犲犿犲犱犪犿犻狀狅狉)、细柄草(犆犪狆犻犾犾犻狆犲犱犻狌犿狆犪狉狏犻犳犾狅狉狌犿)、扭黄茅
(犎犲狋犲狉狅狆狅犵狅狀犮狅狀狋狅狉狋狌狊)、金茅(犈狌犾犪犾犻犪狊狆犲犮犻狅狊犪)、野古草(犃狉狌狀犱犻狀犲犾犾犪犺犻狉狋犪)、马唐(犇犻犵犻狋犪狉犻犪狊犪狀犵狌犻狀犪犾犻狊)、小
白酒草(犆狅狀狔狕犪犼犪狆狅狀犻犮犪)、灰苞蒿(犃狉狋犲犿犻狊犻犪狉狅狓犫狌狉犵犺犻犪狀犪)等。
试验区在公路建设前属于喀斯特岩溶低丘陵,岩石裸露率约为10%。植被为灌草丛次生植被,以火棘(犘狔狉
犪犮犪狀狋犺犪犳狅狉狋狌狀犲犪狀犪)、悬钩子(犚狌犫狌狊狆犪犾犿犪狋狌狊)、小果蔷薇(犚狅狊犪犮狔犿狅狊犪)等为主、间有截叶胡枝子(犔犲狊狆犲犱犲狕犪
犮狌狀犲犪狋犪)、山楂(犆狉犪狋犪犲犵狌狊狆犻狀狀犪狋犻犳犻犱犪)、烟管荚!(犞犻犫狌狉狀狌犿狌狋犻犾犲)等次生杂灌林,林下草丛层主要以禾本科金
茅、野青茅(犇犲狔犲狌狓犻犪犪狉狌狀犱犻狀犪犮犲犪)、野古草、硬杆子草(犆犪狆犻犾犾犻狆犲犱犻狌犿犪狊狊犻犿犻犾犲)、荩草(犃狉狋犺狉犪狓狅狀犺犻狊狆犻犱狌狊)、狗
尾草(犛犲狋犪犻狉犪狏犻狉犻犱犻狊)等40多种,盖度约占80%,莎草科细秆薹草(犆犪狉犲狓犮犪狆犻犾犾犪狉犻狊)、长梗薹草(犆犪狉犲狓犵犾狅狊
狊狅狊狋犻犵犿犪)、飘拂草(犉犻犿犫狉犻狊狋狔犾犻狊犱犻犮犺狅狋狅犿犪)等10多种,盖度约占10%,其余主要为菊科艾蒿(犃狉狋犲犿犻狊犻犪犪狉犵狔犻)、
野蒿(犎犲狉犫犪犲狉犻犵犲狉狅狀狋犻狊)、苦莴苣(犛狅狀犮犺狌狊犪狉狏犲狀狊犻狊)、野菊(犇犲狀犱狉犪狀狋犺犲犿犪犻狀犱犻犮狌犿)、小白酒草等10多种和豆科
的三叶草(犜狉犻犳狅犾犻狌犿狉犲狆犲狀狊)、酢浆草(犗狓犪犾犻狊犮狅狉狀犻犮狌犾犪狋犪)、野豌豆(犞犻犮犻犪狊犲狆犻狌犿)等,偶见十字花科、石竹科、苋
科和毛茛科等草种。灌草植被间散布一些零星小块农田,自2007年征地修路后撩荒,至2009年6月撩荒地已自
然恢复为以禾木科金茅、野青茅和荩草为主的草丛植被。
1.2 研究方法
1.2.1 样地选择及调查方法 为了保证不同坡度与坡向的群落样地间具有可比性,在贵阳市环城高速南环线金
竹立交处设为试验区(图1),所选实验边坡距离不超过50m范围之内,边坡于2009年5月开工,6月用三维网喷
播技术施工完毕,土层厚10cm,喷播物种有:刺槐(犚狅犫犻狀犻犪狆狊犲狌犱狅犪犮犪犮犻犪)、银合欢(犔犲狌犮犪犲狀犪犵犾犪狌犮犪)、伞房决明
(犆犪狊狊犻犪狋狅狉犪)、木豆(犆犪犼犪狀狌狊犮犪犼犪狀)、火棘(犘狔狉犪犮犪狀狋犺犪犳狅狉狋狌狀犲犪狀犪)、白三叶(犜狉犻犳狅犾犻狌犿狉犲狆犲狀狊)、高羊茅(犉犲狊
狋狌犮犪犲犾犪狋犪)、黑麦草(犔狅犾犻狌犿狆犲狉犲狀狀犲)、狗牙根(犆狔狀狅犱狅狀犱犪犮狋狔犾狅狀)、野菊花等。
采用定位研究法;2009年7月在选定的3个样坡[1号坡,坡向西北(WN)45°,坡度45°;2号坡,坡向东南
(ES)45°,坡度51°;3号坡,坡向东南(ES)15°,坡度63°]作为定位研究点,每样坡随机确定12个1m×1m样方,
共36个样方。从2009年7月至2011年6月,每月上旬定时进行常规群落学调查,记录样方内物种数、每种植物
盖度、高度、多度等。
1.2.2 土壤样品采集及分析方法 由于边坡人工喷播植被土层较薄(≤10cm),因此不做分层采样。与样方群
落调查相结合,每月上旬在每个样坡的每个样方内,用土壤环刀随机取3个土样,带回室内进行土壤养分测定分
析。采用常规土壤农化分析方法测定有机质、有效氮、速效钾、速效磷。分析测定方法[11,12]:土壤有机质用重铬
酸钾容量法、速效氮用扩散吸收法、土壤速效磷用0.5mol/LNaHCO3 浸提-钼锑抗比色法、速效钾用NH4OAc
浸提-火焰光度法进行分析测定。
研究期内月平均气温和月总降水量资料从贵阳市花溪区气象局获取(图2)。
2 结果与分析
2.1 边坡植被群落动态
2.1.1 群落物种组成动态 3个边坡群落样方平均物种数在边坡建植第1年与第2年的变化趋势相近(图3a),
总体上表现出“升-降-升”的规律性。第1年,1号坡在1月份、2、3号坡在2月份分别达“谷值”,第2年1、2号
坡在2、3月份达谷值,3号坡3月份达谷值;各月样方平均物种数第2年同比均高于第1年。自然年内(2010年1
53第21卷第2期 草业学报2012年
-12月)变化动态总体上呈单峰曲线变化,3个边坡峰值出现的时期不同步,1号坡8月份达峰值(8.9),2、3号坡
10月份达“峰值”,峰值分别为6.8和7.5。3个边坡之间的样方平均物种数在冬季枯黄期无明显差异,在其他生
长期,1号坡与2、3号坡之间存在显著差异(犘<0.01),2、3号坡之间差异不显著。
图1 样坡平面示意图
犉犻犵.1 犛犪犿狆犾犲狊犾狅狆犲狊狆犾犪狀犲狊犮犺犲犿犪狋犻犮
图2 月平均气温与月总降水量
犉犻犵.2 犕狅狀狋犺犾狔犪狏犲狉犪犵犲狋犲犿狆犲狉犪狋狌狉犲犪狀犱狋狅狋犪犾狉犪犻狀犳犪犾
边坡每月记录到的总物种数亦存在季节性的变化规律(图3b),冬季物种总数最少,这主要由于人工边坡建
植主要以草本植物为主,草本植物大多存在冬季枯黄期。第1年内物种总数普遍较低,以人工种植种类为主,植
被建植初期的第1、2个月,1、2号坡高羊茅作为先锋物种迅速占据边坡植被空间,之后黑麦草逐渐占据优势,高
羊茅从群落中退出;3号边坡建植伊始,黑麦草则表现出较为明显的优势地位。之后3个边坡均以黑麦草为优势
草种,在群落中占据明显的优势,直至冬季枯黄期(2010年1-3月)黑麦草枯黄,返青后又迅速占有优势。喷播
的其他物种中白三叶草和入侵的当地乡土草种苜蓿(犕犲犱犻犮犪犵狅狊犪狋犻狏犪)在冬季枯黄期取代黑麦草成为优势种,其
余时间二者表现为次优势物种。喷播物种中的刺槐、伞房决明、狗牙根、野菊花作为伴生种存在,木豆在2009年
12月全部死亡。第2年(2010年7月),当地乡土物种开始较多地入侵,致使边坡总物种数迅速增加,冬季大多数
草本植物枯死,总物种数又降低,2011年4月,返青后物种总数又迅速上升,到2011年6月,3个边坡记录到的物
种总数分别为24,20和21种,主要由禾本科、豆科和菊科三大科植物组成,偶见十字花科、石竹科、苋科和毛茛科
草种。
2.1.2 群落盖度的动态变化 工程边坡生态重建的近期目标是使人工植被覆盖边坡,改善边坡生态环境,有效
保持植物赖以生存的土壤环境,为人工植被可持续正向恢复打好基础。在整个试验期间,统计每边坡样方存活部
分和枯死部分植物的盖度,在人工植被建植第1年(2009年7-8月),3个边坡盖度存在显著差异(犘<0.01)(图
3c),这主要由于建植初期,各个边坡由于坡向的不同,导致喷播的物种发芽出苗率不同,表现出盖度的差异,另外
由于工程边坡在人工植被萌发初期,作为主要限制因子光照和土壤水各边坡有不同表现,也是导致建植初期群落
盖度差异的主要因素。2009年9月-2011年6月的22个月中,3边坡存活部分盖度在部分月份存在差异(犘<
0.01),但总体的变化趋势一致,且表现出明显的季节性,在建植2年内,经历了2010年一个自然年,其年内变化
规律存在2个明显的峰值,具体表现为1-4月份维持在最低的水平,5月份突升,6月份达第1个峰值(3个边坡
分别为62%,61%和65%),7月份开始下降至9月份出现谷值(3个边坡分别为25%,34%和28%),10月份突
升,11月出现第2个峰值(3个边坡分别为80%,74%和80%),12月份又突然下降。2011年6月份与2010年6
月份相比,1号坡与3号坡差异不显著,盖度在60%~65%,2号坡略有下降,由61%下降为53%。
从建植后的第3个月(2009年9月)起,3个边坡持续出现枯黄现象,枯死部分盖度变化也表现出一定的规律
性。2009年9月-2010年2月,3个边坡植被群落枯死部分平均盖度变化存在显著差异(犘<0.01),1号坡9-
63 ACTAPRATACULTURAESINICA(2012) Vol.21,No.2
11月在低位波动,12月突然升高,之后逐渐升高(图3d);2号坡在2009年9月至2010年2月,平稳保持70%左
右较高的盖度,2010年2月上升;3号坡2009年9-11月快速下降,12月之后又迅速上升。2010年3月份以后,
3个边坡枯死部分盖度变化步调一致,相互之间存在差异(犘<0.05),但差值较小。3边坡枯死部分盖度在自然
年(2010年)内的变化规律为 “升-突降-缓升-降-突升”,出现一大一小两峰值和两谷值,大峰值统一出现在
4月份(3边坡枯死部分盖度分别为:92%,90%和87%),小峰值出现不同步,1、2号坡在8月(36%和34%),3号
坡在7月(36%)。
图3 样坡植被群落数量特征动态变化图
犉犻犵.3 犆狅犿犿狌狀犻狋狔狇狌犪狀狋犻狋狔犮犺犪狉犪犮狋犲狉犻狊狋犻犮狊犱狔狀犪犿犻犮狊狅犳狊犾狅狆犲狏犲犵犲狋犪狋犻狅狀
2.1.3 群落高度动态变化 边坡植物群落的高度是植被恢复水平与土壤肥力高低的反应。在整个调查期,3个
边坡群落存活部分高度呈2个“倒反S”形的动态变化(图3e),第1年普遍较小,除1号坡在2009年12月达最高
73第21卷第2期 草业学报2012年
0.5m外,其余时间均小于0.4m。边坡之间存在显著差异(犘<0.01),2009年9-12月,2号坡群落高度明显高
于其他两坡,2010年1月起,1号坡高度逐渐高于2、3号坡,一直持续到2010年11月。第2年群落高度总体较
高,在2010年7-11月,高度持续达0.6m以上,12月突然下降。这主要由于在第2年,当地菊科植物中的小白
酒草、艾蒿和豆科的苜蓿等生长较快的植物入侵,总体上提升了群落的高度,另外喷播的黑麦草长势良好,高度超
过0.4m。12月份后大量草本植物枯死,群落高度猛然下降,在整个冬季和春季处于较低水平。自然年内的变
化动态表现为单峰曲线型,1-4月保持低位水平,5月份开始迅速上升,到10月份达高峰值,之后下降,12月迅
速下降。第2年群落表现出较强的长势。枯死部分植物的高度在第1年维持在0.2~0.4m,呈水平状态,第2
年前3个月高度逐渐增加,第4个月突然增加到0.6m以上高度,并水平状态保持了4个月后,突然下降到最低
水平。在观察期的24个月中,3个边坡枯死部分高度总体上呈“低-高-低”台阶形的动态特征,自然年内的变
化规律为1-6月低位小波动,7-9月逐渐上升,10-12月高位小波动。
2.2 边坡土壤养分动态
2.2.1 碱解氮动态变化 3个边坡碱解氮在第1年12个月呈波动变化,相互之间差异显著(犘<0.01)(图4a),
总体趋势为:2009年7月-2010年1月上下波动变化,3边坡步调基本一致,2010年1-6月表现为降-升-降
的动态特征。第2年3个边坡统一呈单峰曲线的平缓变化动态,1、3号坡在2010年12月达最高值(49.443和
63.261mg/kg),2号坡在2010年10月达最大值(65.472mg/kg)。第2年末(2011年6月),3边坡碱解氮质量
分数比第1年末(2010年6月)分别降低了5.067,4.873和6.660mg/kg,与建植初(2009年7月)相比都有下
降,降幅分别为18.35%,20.50%和31.78%。3个边坡碱解氮质量分数的自然年内变化规律表现为降-升-降
-升的一峰两谷的动态特征,谷值分别出现在2、3月和7月,峰值出现在6月。
2.2.2 有效磷动态变化 3个边坡有效磷变化规律在第1年存在差异(犘<0.01),且差别较大(图4b),但步调
基本一致,第2年部分月份存在差异(犘<0.05),差别不大,变化动态趋势基本统一。第1年3个边坡有效磷表
现为波动变化,1、2号坡2009年7月-2010年1月波动下降,2010年1-4月曲折上升,3号坡2009年7-11月
波动下降,2009年11月-2010年2月波动上升,2010年4月后,3个边坡几乎同步调变化,继续下降到7、8月后
上升,在2010年9月同步出现峰值(7.204,8.314和7.746mg/kg),之后下降到2011年1月同步出现低谷值
(4.326,4.198和4.963mg/kg),然后继续上升。自然年内变化规律为1-4月曲折上升,4-7、8月下降,7、8-9
月上升,9-12月直线下降。
2.2.3 速效钾动态变化 3个边坡速效钾在建植后20个月时间内存在极显著差异(犘<0.01),2009年7月-
2010年12月波动变化,在2009年11月、2010年2月、11月共同出现了3个小低谷值,除2010年12月同步出现
小峰值后一致下降外,其他时间波峰出现不同步(图4c)。自然年内变化规律不明显。第2年(2011年6月)与建
植初(2009年7月)相比,1、2号坡有所下降,降幅分别为1.86%和17.69%,3号坡增加了27.820mg/kg,增幅为
25.35%。
2.2.4 有机质动态变化 边坡建植初(2009年7月),3个边坡土壤有机质存在显著差异(犘<0.01),分别为
12.191,13.832和8.805g/kg,在植被建植第1年内,各边坡变化动态亦存在差异(犘<0.01)(图4d),但变化规
律有相似性,总体表现为波动上升,1号坡在2010年3月出现突然升高的现象,形成一明显波峰,其余时间波动
较小;2号坡波动幅度大于其他两坡;3号坡变化较为缓和。2010年4月至观察期末,3边坡有机质变化步调趋于
一致,相互之间的差别缩小,第2年前3、4个月明显下降,之后保持较为平稳状态,最后2、3个月有所上升。第1
年比建植初均有大幅增加,增幅分别为49.62%,44.06%和108.73%,2011年6月与2010年6月相比,有小幅下
降,降幅分别为1.94%,9.91%和4.46%。
2.3 边坡植物特征、土壤养分和气象因子相关性分析
通过对群落特征、土壤养分以及每月总降水量和月均气温之间两两相关程度的分析(表1),结果表明,12个
指标之间存在显著相关的指标对只有18对,在0.01置信水平上具有显著相关性的有:月均气温跟有效磷正相
关;降水量跟月均气温和有效磷之间正相关;样方平均物种数与边坡总物种数、存活高度正相关,与枯死盖度负相
关;边坡总物种数与存活高度正相关,与枯死盖度负相关;存活盖度与枯死盖度负相关;枯死盖度与存活高度负相
83 ACTAPRATACULTURAESINICA(2012) Vol.21,No.2
关;存活高度与枯死高度正相关;碱解氮与速效钾正相关。在0.05置信水平上具有相关性的有:月总降水量与存
活高度正相关;月均气温跟样方平均物种数和边坡物种总数正相关;存活盖度和速效钾正相关;枯死盖度与高度
负相关。
图4 边坡土壤养分动态特征
犉犻犵.4 犇狔狀犪犿犻犮犮犺犪狉犪犮狋犲狉犻狊狋犻犮狊狅犳狊犾狅狆犲狊狅犻犾狀狌狋狉犻犲狀狋狊
表1 群落特征、土壤养分和气象因子之间的犘犲犪狉狊狅狀相关系数
犜犪犫犾犲1 犘犲犪狉狊狅狀犮狅狉狉犲犾犪狋犻狅狀犮狅犲犳犳犻犮犻犲狀狋犪犿狅狀犵犮狅犿犿狌狀犻狋狔犮犺犪狉犪犮狋犲狉犻狊狋犻犮狊,狊狅犻犾狀狌狋狉犻犲狀狋犪狀犱犿犲狋犲狅狉狅犾狅犵犻犮犪犾犳犪犮狋狅狉狊
指标Index R T MS TS LC DC LH DH AN AP AK
T 0.706
MS 0.379 0.490
TS 0.382 0.463 0.810
LC 0.327 0.260 0.554 0.399
DC -0.415 -0.376 -0.775 -0.578 -0.905
LH 0.439 0.276 0.739 0.708 0.397 -0.643
DH 0.123 -0.060 0.307 0.157 0.387 -0.477 0.563
AN -0.364 -0.349 -0.064 -0.345 0.275 -0.126 -0.356 0.017
AP 0.599 0.757 0.163 0.176 -0.030 0.066 0.109 -0.238 -0.293
AK 0.024 -0.003 0.277 -0.119 0.415 -0.404 0.101 0.353 0.619 -0.023
OM 0.096 -0.126 -0.229 -0.096 -0.133 0.159 0.116 -0.169 -0.323 -0.138 -0.307
 R:月总降水量;T:月均气温;MS:样方平均物种数;TS:总物种数;LC:存活部分盖度;DC:枯死部分盖度;LH:存活部分高度;DH:枯死部分高度;
AN:碱解氮;AP:有效磷;AK:速效钾;OM:有机质。:相关性犘<0.01;:相关性犘<0.05。
 R:Monthlytotalrainfal;T:Monthlyaveragetemperature;MS:Sampleaveragespecies;TS:Totalspecies;LC:Livingpartcoverage;DC:Deadpart
coverage;LH:livingpartheight;DH:Deadpartheigth;AN:Alkalihydrolyzablenitrogen;AP:Availablephosphorus;AK:Availablepotassium;OM:
Organicmatter.:Correlationissignificantatthe0.01level(2tailed);:Correlationissignificantatthe0.05level(2tailed).
93第21卷第2期 草业学报2012年
3 讨论
群落的植被特征变化能够反应基质的质量状况与生产力,物种组成及其多样性是衡量植被群落结构与功能
复杂性的一个重要指标,群落演替过程中物种组成及多样性的变化反映了植被的恢复程度和潜在演替方向[1316]。
通过定点定期对群落数量特征的研究发现,植物群落建植初期,坡面日照充足、土壤养分丰富,导致初始播种物种
迅速生长,无论从种类组成,还是盖度与高度方面均处于优势地位,但物种种类较少,随着人工植被的定植,公路
边坡生境条件得到一定程度的改善,为当地物种的入侵提供了可能的条件,一些1年生的先锋植物在第2年开始
入侵,物种数在第2年由初植萌发的4、5种增加到20余种。有学者认为,当地乡土草种入侵在边坡营建过程中
可以起到改良土壤、增加覆盖的作用[17,18],也有学者认为杂草对草坪观赏性和使用价值产生负面影响[19],本研究
边坡植被恢复处于初期阶段,杂草对于丰富群落组成种类以及改善群落结构方面的生态服务功能具有积极作
用[20],对于公路边坡而言,作者认为其生态意义的重要性远远大于观赏意义。
研究群落的盖度、高度以及生物量可以反映人工植被的恢复效果和生产能力[21,22]。由于人工边坡植被建植
初期,群落物种主要是草本植物,随时间推移边坡植被在物种、盖度和高度等方面发生着明显的季节性变化。由
于初始播种物种中的黑麦草、高羊茅和早熟禾等属于冷季型草种,在夏秋高温季节存在枯死现象,导致边坡植被
一年中有2个枯黄期,存活部分盖度在8、9月和冬季突然降低。总体来看,边坡植被盖度在生长旺季(11月)保
持了较高的水平(80%以上),且第2年高于第1年。建植后的第1年,喷播物种处于优势地位,群落高度在季节
性变化的过程中总体较低,第2年同比第1年,群落高度明显增加。说明在人工植被建植的2年内,群落保持了
旺盛的长势,恢复效果较为良好。实现恢复群落的稳定和可持续性发展是边坡植被恢复的生态学目标[23],人工
植被是植被恢复的基础,是生态系统重建的第一步[24],其能否健康、可持续发展仍需长期持续观察分析。
公路边坡不同的坡向影响着光照、土壤水分等一系列生态因子。研究结果表明,在植被建植初期的2个月
内,不同坡向和坡度的边坡之间在群落物种组成和盖度等特征方面存在显著差异(犘<0.01),之后随着边坡植被
的大面积覆盖,坡向和坡度对群落特征的影响已不明显,这说明人工植被在短期内可以有效改善边坡生态环境。
植物与土壤是一个有机整体,二者相辅相成、互相影响,两者的关系一直是土壤学和生态学研究的热
点[25,26],也是植被恢复重建的理论基础[27,28]。不同植物对土壤营养的需求及吸收能力的差异,必然导致土壤和
植物N、P和K的不同[29]。郭曼等[25]在不同退耕年限植被恢复与土壤养分关系的研究中指出随着植被演替推
进,土壤养分含量呈波动性增加趋势。张展等[5]、余海龙等[30]和赵德志等[31]在公路边坡植被恢复的相关研究结
果中表明,人工植被建立后,土壤养分含量会逐渐增加。本研究中土壤碱解氮和有效磷在植被建植后2年内波动
下降,均低于建植初水平;1、2号坡速效钾在波动变化后有所下降,3号坡在波动变化后略有上升;有机质在第1
年波动变化后大幅度增加,这种大幅度增加的部分原因是植物回馈,主要原因可能是土壤样品中包含了枯枝落叶
所致,第2年前3个月明显下降,之后基本持平,第2年比第1年有所下降。土壤有效态N、P、K的变化结果与大
多数学者的研究结果不同,主要由于研究期为人工植被建植初期阶段,植物对土壤养分回馈补给作用滞后于土壤
养分的消耗,相对于其他研究,本研究观察2年的时间尺度较小,还不足以揭示植物-土壤系统相互作用和影响
的规律。
土壤中的养分及有机质质量的动态变化受到植物生长、土壤微生物活动、大气降水和温度等多重因子的影
响[16]。由于岩石边坡坡度大、土层薄,降水、光照、气温等气象因素对边坡土壤养分状况会产生较为明显的影响。
分析边坡植被群落特征、降水量及气温对边坡土壤养分特征之间的相关关系,用以解释和说明植被变化与土壤养
分的时间变异的内在联系,研究结果表明在植被建植的初期阶段(2年内),植物特征相关指数与土壤养分因子之
间的相关性不显著,说明这一时期植物生长、边坡土壤结构、土壤理化性质及土壤微生物等发生更为复杂的交互
影响关系,这在今后研究中须进一步讨论。
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14第21卷第2期 草业学报2012年
犆狅犿犿狌狀犻狋狔犮犺犪狉犪犮狋犲狉犻狊狋犻犮狊犪狀犱狊狅犻犾狀狌狋狉犻犲狀狋犱狔狀犪犿犻犮狊犻狀狋犺犲犫犲犵犻狀狀犻狀犵狋狑狅狔犲犪狉狊
犪犳狋犲狉犪狉狋犻犳犻犮犻犪犾狏犲犵犲狋犪狋犻狅狀狅狀狉狅犮犽狊犾狅狆犲
WANGZhitai1,2,BAOYu2,LIYi1
(1.ForestryColege,GansuAgriculturalUniversity,Lanzhou730070,China;2.ForestryColege,
GuizhouUniversity,Guiyang550025,China)
犃犫狊狋狉犪犮狋:Inordertoknowthevegetationcharacteristicsandnutrientvariationinthebeginningperiodofeco
logicalprotectionengineeringontherockslope,astudywasdonetotestmaincommunitycharacteristicssuch
asspeciescomposition,coverageandheight,andsoilnutrientfactorssuchasorganicmatterandavailablenu
trientelements.Theresearchhasbeentakenmonthlyonthreeslopeswithdifferentaspectandgradientintwo
yearsaftervegetationplanted.Resultsshowedthat:1)Therewassignificantseasonalchangesonquantitative
characteristicsofplantcommunitiesgeneralyattheearlyperiodsinceartificialvegetationplanted.Duringthe
firstyearthenumberofspecies,whichmostbelongedtoplanting’s,wasfew,andenrichedgreatlywithinva
sionoflocalnativeplantsinthenextyear.Thereweretwowitheredperiodsofslopevegetationinayear,hot
summerandcoldwinter.Livingpartcoverageofthecommunitywasminimumduringlaterwinterandspring,
recoveredgreatlyfromMayandascendeduntilJuly,declinedinAugustandSeptember,thenascendedagainin
OctoberandgottothebestinNovember.Communityheightinsecondyearwashigherthanthatinfirstyear.
2)Contentofavailablenitrogenandphosphorusdecreasedfluctuantlyintwoyears,andlowerthanthatofthe
beginningofartificialvegetationestablished.AvailablepotassiumcontentinNo.1andNo.2slopesdeclinedaf
tertwoyearswavedchanging,butincreasedinNo.3slope.Contentoforganicmatterincreasedgreatlyafter
fluctuantmovementinfirstyear,declinedsignificantlyinfirstthreemonthofthesecondyear,thenstabilized
untiltheendoftheyear.Thecontentoforganicmatterattheendofthesecondyearwaslowerthanthatatthe
sametimeofthefirstyear.3)Therewasobviousdifferenceofspeciescomponentandcommunitycoveragea
mongthreeslopesinfirsttwomonthofthebeginningperiod,withtheslopeswerecoveredgeneraly,slopeas
pectandgradienthadnoobviousinfluencetocommunitycharacteristics.
犓犲狔狑狅狉犱狊:soil;nutrients;vegetation;rockslope;beginningperiodofplanting;plantcharacteristics
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