北京市門頭溝區石灰窯遺址及公路邊坡裸露地表植被修復模式的生態評價

苗保河，鄭延海，伏 芳，孫 楠，張文波，盧欣艷，吳 晶，蘇本營，李永庚

（1.北京山地生態科技研究所，北京 102300；2.北京市門頭溝區科技開發實驗基地，北京 102300；3.中國科學院植物研究所，北京 100093）

北京市門頭溝區石灰窯遺址及公路邊坡裸露地表植被修復模式的生態評價

苗保河1，2，鄭延海3，伏 芳1，2，孫 楠1，張文波1，盧欣艷1，吳 晶1，2，蘇本營3，李永庚3

（1.北京山地生態科技研究所，北京 102300；2.北京市門頭溝區科技開發實驗基地，北京 102300；3.中國科學院植物研究所，北京 100093）

研究對北京市門頭溝區石灰窯廢棄地及公路邊坡裸露地表8種生態修復模式中的植被生態學特征及生態恢復效果進行了調查評價。結果表明：石灰窯遺址人工景觀再建模式、框格＋植被模式及無土碎石擋土墻灌漿模式修復效果較好，容器苗修復模式和掛網噴播模式效果最差。8種生態修復模式中，植被物種豐富度以客土移栽模式最高（29±1.15），石灰窯人工景觀再建模式次之（23.6±2.02），保育棒模式最低（7±1.1）；植被蓋度以石灰窯人工景觀再建模式（88.3%）和框格＋植被模式（87%）最高，植生袋模式和掛網噴播模式最低，分別為48%和32%；植被高度以客土移栽模式最高（546.3cm），人工景觀模式次之（316cm）；掛網噴播和植生袋最低，分別為44.97cm和54.13cm。綜合評價結果認為，石灰窯人工景觀再建、框格＋植被和擋土墻灌漿模式是門頭溝區石灰窯及公路邊坡裸露地表生態恢復較適合的修復模式。

門頭溝；石灰窯遺址；公路邊坡；植被恢復模式；生態評價

山地石灰窯開采和公路工程建設往往導致山區大面積廢棄地和裸露坡面的產生。據不完全統計，自20世紀90年代以來，我國由于采礦而廢棄的土地以2～3.3萬hm2/a的速度增長［1－2］，高速公路裸露坡面面積每年以2～3億m2的速度增長，在很大程度上破壞了自然生態，導致了嚴重的水土流失和植被破壞，嚴重影響原土、巖體的平衡，形成塌方、水土流失、土壤侵蝕等各種問題。人工植被恢復與重建已成為公路建設和石灰窯廢棄地治理的重要組成部分［3－5］。美國等發達國家從20世紀30－40年代就開始在道路邊坡開展植被恢復工作，而且技術研究已經較為成熟，常用的主要有種子噴播法、客土噴播法、厚層基材噴播法、肥料袋法、植生袋法等成熟的配套技術［4，6］。我國高速公路建設20世紀90年代后才迅速發展，1996年云南昆曲高速公路開始運用生態護坡進行綠化，從此公路植被恢復揭開了新的內容［6］。與傳統的護坡形式相比，生態護坡不僅能穩定邊坡，保持水土，而且節約成本［7］。但對于各種恢復模式的生態適應性研究嚴重滯后，也遠遠落后于一些發達國家［8－9］。本試驗選擇門頭溝區不同石灰窯遺址及公路坡面植被恢復模式作為研究對象，針對坡面植物的生態恢復效果進行評價研究。

1 區域概況

門頭溝區地處北京城區西部偏南，位于東經115°25′00″－116°10′07″，北緯39°48′34″－40°10′37″之間，全區面積1 455km2，其中山地面積達98.5%，平原面積僅為1.5%，79.2%的土地為林木所覆蓋，森林覆蓋率90%左右，是首都西部的天然生態屏障。低山丘陵地貌，中緯度大陸性季風氣候，春季干旱多風夏季炎熱多雨，秋季涼爽濕潤，冬季寒冷干燥，年平均氣溫10.2℃，7月平均溫度22℃［4，9］，降水量自東向西逐漸減少，且年際變化大，年降水量在720mm以上。門頭溝區曾是北京的主要礦業基地，百余年的采礦史和砂、石的大量開采，以及近年來道路的擴建，嚴重的破壞了門頭溝山區的生態系統［10－14］。隨著門頭溝“生態涵養區”建設的開展，門頭溝生態修復工程建設已經啟動多年［4］，對于門頭溝區廢棄地及公路邊坡植被修復效果和評價卻未見報道。

2 植被類型及研究方法

2.1 植被類型

門頭溝區植被在植被區劃上屬暖溫帶落葉闊葉林區的遼冀山地、丘陵油松、遼東櫟、槲櫟林區，共有高等植物131科、485屬、1 100種［15－17］。主要類型包括遼東櫟（Quercus liaotungensis）林、樺木（Betulaspp.）林、山楊（Populus davidiana）林、油松（Pinus tabulaeformis）林和華北落葉松（Larix principisrupprechtii）林等。該區灌叢廣泛分布，如山杏（Prunus ameniacavar.ansu）、山桃（Prunus davidiana）灌叢、荊條（Vitex negungdovar.heterophylla）灌叢等（表1）。

表1 門頭溝區植被分類系統

2.2 研究方法

本研究選擇門頭溝區8種典型植被恢復技術作為研究對象，針對植被恢復效果進行評價，旨在篩選出適合該地區公路邊坡及礦山廢棄地植被恢復模式。根據門頭溝礦區公路邊坡類型的多樣化及立地條件的差異性，對植被修復模式的選擇要根據生態適應性、持續穩定性、和諧一致性、生物多樣性等原則進行。門頭溝區石灰窯礦山廢棄地與公路邊坡主要的植被修復模式有掛網噴播、客土移栽、植生袋、擋土防護工程、框格防護工程、人工景觀再建、保育棒和容器苗等8種主要的植被修復模式。上述植被修復類型對應的植被優勢物種分別為：油蒿、白楊、黑麥草、欒樹、荊條、側柏、苜蓿和柳樹（表2）。

2.3 評價指標的確定及計算

2.3.1 植被高度 植被高度主要是指項目區優勢物種的平均高度，可有效反應恢復植物的高度及與周邊植物的競爭能力。該指標主要是通過隨機測量項目區10株優勢植物高度，取其平均值而獲得的。

表2 門頭溝山區植被修復類型及坡面特性

2.3.2 植被蓋度 植被蓋度是項目區林草面積占總面積的百分比，能夠有效地反映植被恢復效果。林草蓋度主要是通過樣方與目測相結合的方法獲取，在項目區進行樣方調查，灌木樣方設置4m×4m，草本樣方設置1m×1m，共調查樣方108個，并于6月、7月、8月分別進行一次調查。計算公式為：

式中：C——植被蓋度；S0——測定的樣方面積；S1——樣方內林草面積。

2.3.3 物種豐富度 植被物種豐富度是指項目區植物群落物種數，是生物多樣性的衡量指標。本文選用群落物種數作為豐富度指標，它能直接反映群落物種多樣性特點，調查方法采用樣方調查法。

式中：R——物種豐富度；S——物種的數目。

2.4 統計分析

將調查數據整理并錄入Excel中，建立相關數據庫，運用SPSS 15.0等軟件進行方差分析（One－way ANOVA）。圖表在Excel中繪制。

3 結果與分析

3.1 不同修復模式下的物種豐富度

物種豐富度是指所調查區域的物種數量，是反映生物多樣性的一個重要指標。本研究發現，不同植被恢復類型下的物種數量差異極顯著（P＜0.01），由圖1可以看出，客土移栽技術恢復下的物種豐富度最高（29±1.15）；石灰窯人工景觀再造技術恢復下的物種豐富度次之（23.6±2.02），這兩種恢復技術下的物種豐富度顯著高于其他恢復類型；所有恢復類型中，以保育棒恢復技術的物種數量最低，僅有7種，與其他幾種恢復類型的物種豐富度差異較大（P＞0.05）。不同植被恢復模式下的物種豐富度由大到小的排序為：B＞F＞E＞A＞C＝D＝H＞G。

圖1 不同恢復模式下的物種豐富度

圖2 不同恢復模式下的植被覆蓋

圖3 不同恢復模式下的優勢植物高度

3.2 不同修復模式下的植被覆蓋

植被蓋度能夠有效地反映植被恢復的效果。根據本研究發現幾種植被修復技術恢復的蓋度均取得了較好的效果，但方差分析表明不同植被恢復技術下的植被蓋度處理間差異顯著（P＜0.01），其中掛網噴播技術效果最差，植被覆蓋率最低，僅為32%，顯著低于其它恢復方法；植生袋技術恢復效果也較差，植被覆蓋率為48%；植被覆蓋率最高的為框格防護和人工景觀再造技術，覆蓋率分別達到了88.3%和87%，與另外幾種恢復技術相比，植被覆蓋的差異不顯著。不同植被恢復模式下的植被蓋度由大到小的排序為：E＞F＞H＞G＞D＞B＞C＞A，詳見圖2。

3.3 不同修復模式下的植被高度

植被高度可有效反映恢復群落中植物的高度及與周邊植物的競爭能力，圖3反映了不同植被恢復模式下的植被高度的情況。方差分析結果顯示，處理間差異顯著（P＜0.01）。以客土移栽技術下的植被高度最高，為（546.3±21.07）cm，人工景觀再造技術次之，植被高度約為316cm；以掛網噴播技術和植生袋技術下的植被高度最低，分別為44.97cm和54.13 cm。不同植被恢復模式下的植被高度由大到小的排序為：B＞F＞H＞E＞D＞G＞A＞C。

4 討論與結論

道路邊坡植被恢復能夠有效控制坡面泥沙、渣體滑落，減少坡體表層不穩定對公路安全運行造成的威脅，也可起到美化環境、改善生態條件的作用［1，2，18］。礦山廢棄地的生態恢復和重建，可以改善周邊地區的環境質量，實現社會經濟系統與資源環境系統協調進化、良性循環［7，19］。本研究發現，門頭溝區根據不同的自然地理條件所選擇的植被生態恢復模式均起到了一定的生態修復效果，但模式之間的差異較大。根據恢復后的典型植被生態學特征［20－21］，我們認為在8類生態修復模式中人工景觀恢復模式、框格防護工程生態恢復技術及擋土工程技術恢復效果最好；客土移栽技術和植生袋恢復技術次之；保育棒恢復技術、容器苗法恢復技術和掛網噴播技術不太理想，不適合在該地區應用。

根據研究結果，階梯式人造公園是山地石灰窯遺址生態修復的適用方法，不僅可彌補開礦對原位立地條件的破壞，而且可以增加多樣的人文景觀，為門頭溝區旅游業的發展起到一定的輔助作用。另外，在石灰窯遺址人工再建及公路建設過程中，邊坡排水系統尤為重要，良好的排水系統是保證邊坡穩定的重要條件，所以在今后的生態環境恢復評價中，排水系統的完善應作為一個重要的評價指標。

框格防護工程生態修復技術和無土碎石邊坡創新修復技術（擋土墻修復技術）是比較實用的邊坡修復技術，但也存在著一定的局限性，如框格＋植被技術對物種的要求比較局限，由于土層較薄，根系下扎比較困難，所以只適合栽植淺根系植物［22］。擋土墻灌漿技術是碎石無土坡面植被生態修復最為有效的方法，而且成本低，有效期長，值得在類似山地坡面生態修復中大力推廣應用。

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Ecological Evaluation on Vegetation Restoration in Bare Lands of Limekiln Site and Road Slope in Mentougou District of Beijing

MIAO Bao－he1，2，ZHENG Yan－hai3，FU Fang1，2，SUN Nan1，ZHANG Wen－bo1，LU Xin－yan1，WU Jing1，2，SU Ben－ying3，LI Yong－geng3
（1.Institute of Upland Ecology and Technology of Beijing，Beijing102300，China；2.Experimental Base of Scientific Exploitation of Beijing，Beijing102300，China；3.Institute of Botany，the Chinese Academy of Sciences，Beijing100093，China）

An investigation on evaluating the vegetation restoration effects among 8different modes（referred as A，B，C，D，E，F，G and H）was conducted in Mentougou District of Beijing.The results showed that D，E and F were much better than the others，A and H were the worst among those modes.Among those 8 vegetation restoration modes，species richness of B was the highest（29±1.15），with A in the second place（23.6±2.02）and G was the lowest（7±1.1）.Vegetation coverage of E and F was significantly higher than the others（87%and 88.3%，respectively），but that of A and C was much lower than the others（32%and 48%，respectively）.The plant height of B was the highest（546.3cm），with F in the second place（316 cm），A and C were much lower than the others（44.97cm and 54.13cm，respectively）.In conclusion，those results suggested that D，E and F were better than the others in vegetation restoration in bare lands of limekiln site and road slope in Mentougou District of Beijing.

Mentougou；limekiln site；road slop；vegetation restoration；ecological evaluation

X171.1；F062.2

A

1005－3409（2011）06－0125－04

2011－06－20

2011－07－14

北京市科技計劃項目“門頭溝生態修復產業化涵養發展研究與示范工程”（Z090006040310001）

苗保河（1969－），男，博士，主要研究方向：植物生態學。E－mail：miaobaohe＠163.com

李永庚（1970－），男，副研究員，主要研究方向：植被生態學。E－mail：liyonggeng＠ibcas.ac.cn