苔蘚植物在道路邊坡植被生態(tài)恢復中的應(yīng)用與分析

1、增刊左元彬等：苔蘚植物在道路邊坡植被生態(tài)恢復中的應(yīng)用與分析#Vol. 4 Supp.Dec. 2006苔蘚植物在道路邊坡植被生態(tài)恢復中的應(yīng)用與分析左元彬，辜彬，艾應(yīng)偉（四川大學生命科學院，610064 ,成都）摘要在分析我國邊坡植被生態(tài)恢復面臨問題的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)綜合目前有關(guān)苔蘚植物生物學生態(tài)學特征的研究成果，結(jié)合對成都附近鐵路邊坡自然植被中苔蘚植物進行的案例調(diào)查與分析，討論了將苔蘚植物應(yīng)用邊坡植被生態(tài)恢復的意義、問題，提岀促進苔蘚植物在邊坡植被生態(tài)恢復中應(yīng)用的途徑。關(guān)鍵詞 邊坡；植被；生態(tài)恢復；苔蘚植物；鄉(xiāng)土植物Investigation of application of bryophyte

2、 to road sideecological restorationZuo Yuanbin, Gu Bin , Ai Yingwei(College of life science, Sichuan University , 610064, Chengdu, China)Abstract Side slopsecological restorati on tech nique has bee n draw ing more and more atte nti onsin rese nt years, yet it is at a prematurestagei n our n ati on

3、with man yproblems un solved. This papersystematicalla n宓 lyzed the problemsChina faced in this field , and summarizedthe latest researchachievementson bryophyte s biological and ecologicalcharacteristics. Comb in edthe case studyof bryophyte i n the railway side slops n ati2 ral vegetati onn ear Ch

4、e ndu, Sichua n Provi nee, the paper discussedthe ben efits as well as the possibledisad vantagesof using bryophyte in road side slops vegetation restoration. A few approachesof promoting the bryophyte application were suggestedtoo.Key words side slope; vegetatiorj ecologicalrehabilitation/ restorat

5、ion; bryophyte; indigenousplants1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 增刊左元彬等：苔蘚植物在道路邊坡植被生態(tài)恢復中的應(yīng)用與分析#1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 增刊左元彬等：苔蘚植物在道路邊坡植被生態(tài)恢復中的應(yīng)用與分析123收稿日期：2006 - 02 - 18 修回日期：2006 - 10 - 14第

6、一作者簡介：國家自然基金資助項目“道路邊坡創(chuàng)面的成土特性及其機理研究”責任作者簡介：左元彬（1982 ）,男，碩士研究生。主要研究方向：園林植物與觀賞園藝在國內(nèi)各級道路建設(shè)大規(guī)模進行的同時 ，每逢 雨季，各地因公路水毀造成的直接損失和間接損失 數(shù)目驚人，由此引發(fā)的交通事故也頻發(fā)不斷。道路邊坡生態(tài)恢復技術(shù)因其不僅能降低硬性措施的投入 成本，還能起到綠化、美化環(huán)境的作用，越來越受到 各界的關(guān)注1。目前，我國的道路邊坡生態(tài)恢復工 程實踐和研究尚處于起步階段2 - 4，尚需要我們有目的、有針對性的借鑒和吸收國外先進的技術(shù)和經(jīng) 驗,結(jié)合各地的實際情況，試驗、研究、開發(fā)出科學合 理、經(jīng)濟實用的生態(tài)護坡技術(shù)

7、。本研究主要以前人的研究結(jié)果為基礎(chǔ)，以對苔蘚應(yīng)用成功案例的野外 調(diào)查成果為依據(jù)，研究探討苔蘚植物在道路邊坡綠 化中應(yīng)用的可能性，以為邊坡綠化植物的選擇和搭配提供參考。1苔蘚植物與邊坡植被生態(tài)恢復所謂的邊坡植被生態(tài)恢復技術(shù)是指單獨利用植 物或者植物與土木工程措施和非生命的植物材料結(jié) 合使用，以減輕坡面的不穩(wěn)定性和侵蝕，以達到減少 水土流失、維持生態(tài)多樣性和生態(tài)平衡，以及美化環(huán) 境、降低噪音、吸收粉塵等諸多目的的技術(shù) ，是以生 態(tài)工程學、工程力學、植物學、植物生物學、水利學以 及環(huán)境美學等為理論基礎(chǔ)的一門綜合性工程技 術(shù)5。它以因地制宜、整體、協(xié)調(diào)、自生、循環(huán)原則為 指導，在少量人工輔助措施的輔助

8、下，在生態(tài)系統(tǒng)自 我組織、自我調(diào)節(jié)功能的基礎(chǔ)實現(xiàn)邊坡植被的生態(tài)（40571064）E2mail : zuoyb2001 163. com 恢復。111道路邊坡植被生態(tài)恢復中的問題1）目前道路邊坡植被生態(tài)恢復的首要問題在于所選用的植物多為從國外引進的草本植物，而忽視了適應(yīng)性更好、更易于與當?shù)仄渌参镄纬闪己霉?生關(guān)系、穩(wěn)定群落結(jié)構(gòu)的鄉(xiāng)土植物種。2）由于草本植物對劣地的適應(yīng)性優(yōu)于喬灌木 ，而且生長迅速、成坪快，因而目前普遍采用單一或幾 種草種簡單混合的植物配置模式建植植被，這種植物護坡的前期效果不錯，但由此建立的生態(tài)系統(tǒng)相 當脆弱，很容易衰退。3）草本植物只能穩(wěn)固表層土壤，而不能保持整個土層的穩(wěn)定

9、性。4）道路沿線都采用同一綠化模式，不僅使道路沿線顯得呆板、沒有景觀的變化，對旅行舒適度和駕 駛安全也有很大影響。5）灌木根系強大，穩(wěn)固整個基質(zhì)層和坡體的作用很大，但目前的邊坡植被恢復中卻很少考慮灌木、草本的混植。6）現(xiàn)有的邊坡植被生態(tài)恢復技術(shù)常會出現(xiàn)土層貧瘠、導致植物生長不良的現(xiàn)象。 w I 、曜 i 11117）忽視了動物乃至微生物在道路邊坡生態(tài)系統(tǒng)中的作用，而動物、微生物也是整個生態(tài)系統(tǒng)中不可 缺少的重要元素。8）忽視了對苔蘚植物在邊坡植被生態(tài)恢復中的 應(yīng)用研究，工程應(yīng)用實例很少。112苔蘚植物的生物生態(tài)學特征1）苔蘚從裸露的巖石、干旱的沙漠、寒冷的極地到各種類型的森林、沼澤以及各種不同

10、的水體，幾乎 無處不在。即使在極其干旱的環(huán)境下和缺乏基質(zhì)的 環(huán)境下，苔蘚植物也能著生在砂礫和巖石表面，利用其分泌的酸性物質(zhì)酸解巖石，逐漸形成土壤，為其他 植物的生長創(chuàng)造條件。2）苔蘚具有強大的蓄水保土能力，結(jié)構(gòu)上苔蘚植物常呈大片墊叢狀群落，枝葉交錯形成大量毛細 空隙，這種結(jié)構(gòu)造就了苔蘚植物強大的吸水能力6。多數(shù)研究表明，很多苔蘚飽和吸水后的質(zhì)量是其干質(zhì)量的幾倍甚至幾十倍，而這在高等植物中是很少 見的。由于苔蘚植物的這種特殊的結(jié)構(gòu)，阻斷了降雨對地面土壤的直接沖擊，特別是暴雨的影響，有效 地減少了沖蝕、濺蝕。同時，苔蘚層毛細管對降雨的 快速吸收和緩慢釋放，有利于保持干旱期的濕潤微 環(huán)境，有效地調(diào)節(jié)

11、地表徑流，涵養(yǎng)水源。曾信波等7 利用特制的試驗裝置測定了苔蘚層的抗沖性能，表明苔蘚層對提高土壤抗沖性具有極其顯著的效果。陳麗華等8在貢嘎山地區(qū)研究苔蘚截持降水過程時 提出了降雨截留階段、非飽和下滲階段、飽和下滲階 段和雨后水分消退階段的模式。3）苔蘚植物具有從環(huán)境中吸附滯留營養(yǎng)物質(zhì)的能力。盡管總的來說苔蘚植物的營養(yǎng)物質(zhì)可以從土 壤、降水、大氣、樹冠淋溶、巖石表面以及枯枝落葉層 的淋溶等途徑通過毛細作用獲得，但由于苔蘚植物在低濃度下也可以從大氣中截流營養(yǎng)物質(zhì)和碳素，所以一般認為大氣是苔蘚礦質(zhì)養(yǎng)分的主要來源，某種程度上可作為苔蘚生態(tài)系統(tǒng)的營養(yǎng)“庫”。4）苔蘚植物的毛細作用能夠減少土壤溶液中礦物質(zhì)的

12、流失，并可進一步增加營養(yǎng)物質(zhì)的保留。同時，地表苔蘚層通過減少排放和離子的化學結(jié)合，還有助于保持土壤肥力9 。5）苔蘚植物的耐旱能力極強，水分主要來源于大氣，有些種類對水分的需求極低。當植物體內(nèi)的 含水量下降至其干質(zhì)量的20 %或10%時，某些耐旱力較強的苔蘚在此種條件下仍能存活，將其再濕潤時代謝活動仍能恢復正常。據(jù)報道10，很多苔蘚在 制成標本后的幾年甚至十幾年都具有生命活力。6）苔蘚植物繁殖快，繁殖方式多樣，可以利用苔蘚植物強大的無性繁殖能力和極強的耐旱能力，從環(huán)境較適宜、苔蘚群落面積較大的區(qū)域采樣，通過機械粉碎或人工培養(yǎng)出芽體或芽孢，再進行大面積播種，并且只需在播種后的短時間內(nèi)給予少量的人

13、工澆水即可。7）苔蘚結(jié)皮形成的微地貌最為粗糙，產(chǎn)生了一個空氣靜止的邊界層，從而保護土壤表面免受風蝕，阻止或減緩水的流動，使沉積物有足夠的時間停留在土壤中，從而減少沉積物的流失。8）苔蘚植物常和固氮菌共生，在苔蘚植物較豐 富的地段或群落，苔蘚植物所積累養(yǎng)分元素的歸還 對于維持系統(tǒng)的穩(wěn)定和其他生物的正常生長具有極 其重要意義。2苔蘚植物綠化案例調(diào)查由于苔蘚植物研究的滯后性，目前國內(nèi)外還鮮有應(yīng)用苔蘚植物進行邊坡植被生態(tài)恢復的案例?，F(xiàn)有資料表明，日本的苔蘚公園是國外的成功例子。我國僅九寨黃龍風景區(qū)在專用機場跑道巖體開挖面 的植被恢復工程中試驗應(yīng)用了苔蘚植物進行邊坡生 態(tài)恢復11，但時間尚短，難以調(diào)查獲

14、得規(guī)律性成果。為此，我們選擇位于成都附近的修建于不同年代的兩處鐵路邊坡進行調(diào)查。211概況調(diào)查區(qū)位于成都平原，海拔450750 m,亞熱帶 濕潤季風氣候,年均溫18 C左右,年均降水量在 1 000 mm以上，年均降雨時間約 300 d。筆者在四川省金堂縣白云廟和金堂縣五鳳溪設(shè)點，分別調(diào)查不同年代修建鐵路后被開挖坡面上的植被恢復情況,特別是苔蘚植物的分布、生長狀況。2個調(diào)查點的地理位置如表1所示。因地點相近，氣候、植被、土 壤、地質(zhì)等條件基本一致，具有可比性。1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All ri

15、ghts reserved. 增刊左元彬等：苔蘚植物在道路邊坡植被生態(tài)恢復中的應(yīng)用與分析#1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 增刊左元彬等：苔蘚植物在道路邊坡植被生態(tài)恢復中的應(yīng)用與分析#表1調(diào)查點地理位置Tab. 1 Geographical position of investigated sites緯度范圍(北緯)/(°)經(jīng)度范圍(東經(jīng))/ (°)海拔高度/m坡高/ m所屬鐵路干線修建時間金堂白云廟30. 7272830.72375104.6

16、19 18104. 626754655達成鐵路1992 年金堂五鳳溪30. 5950630.59877104.488 72104. 488444348成渝鐵路1952 年1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 增刊左元彬等：苔蘚植物在道路邊坡植被生態(tài)恢復中的應(yīng)用與分析#1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 增刊左元彬等：苔蘚植物在道路邊坡植被生

17、態(tài)恢復中的應(yīng)用與分析125212方法對道路邊坡每隔20 m作一個樣方，調(diào)查苔蘚植 物的組成、厚度、生物量，同時調(diào)查其他植物類群的 高度、蓋度等，以考慮為苔蘚植物生長的生物環(huán)境因 素;取樣測定土壤的水分、密度以及其他相關(guān)的理化 性質(zhì)作為環(huán)境參數(shù),分析苔蘚植物的組成與生長狀 況，以及在上述2個分別建于不同年代鐵路邊坡環(huán) 境條件下的差異性，生物、環(huán)境、土壤因素等的差異 性,綜合分析比較苔蘚植物生長與環(huán)境因素的相互 關(guān)系，確認影響苔蘚植物生長發(fā)育的主導因素，為邊坡綠化中應(yīng)用苔蘚植物乃至植被恢復提供理論依據(jù)。 213結(jié)果與分析穿越白云廟附近的達成鐵路興建于1992年，邊坡開挖創(chuàng)面巖石裸露，很少有維管植物

18、生長，即使有 也大多生長于石縫之中，而苔蘚雖然數(shù)量不多，卻能 在巖石上面生長。究其原因在于鐵路新建不久，苔蘚植物還未大規(guī)模著生于巖石表面，尚未創(chuàng)造出適合維管植物生長的基質(zhì)條件。但是，興建于20世紀50年代的位于五鳳溪附 近的成渝鐵路兩旁的開挖坡面尤其是巖石坡面，由于當時的資金、技術(shù)條件的限制，大部分都沒有進行 生態(tài)恢復，而只是簡單地采用砌石護坡。時隔五六 十年，昔日裸露的巖石壁上長滿了植物，植被自然恢復的結(jié)果非常令人滿意，尤其是五鳳鎮(zhèn)附近的一處 鐵路邊坡的自然生態(tài)恢復最為典型。該邊坡坡度在 90°左右，基本垂直，高約12 m左右。調(diào)查中共發(fā)現(xiàn) 苔蘚植物5種左右，主要以粗裂地錢(Mar

19、ca ntia planitolia dix)為主，其他苔蘚植物為多芒尖毛口蘚(Trichostomumaristatulum (broth) hilp. excher),舌葉毛 口蘚(T. barbuloides(broth) chen)，喀什真蘚 (Bryum kashmire nsebroth)、闊葉子石蘚 (Weisia pla nitolia dix)。 苔蘚層的平均厚度為 1142 cm，覆蓋度61111 %，平均 自然含水量是其自身干質(zhì)量的 2184倍，最大持水量是其自身干質(zhì)量的7170倍。苔蘚層下的巖石表面已形成平均015110 cm厚的土層，巖石表層松軟、 潮濕。苔蘚作為先鋒

20、植物，它能分泌出一種酸性物 質(zhì)，不斷溶解巖石面，加上其自身枯死后分解的有機 質(zhì)，會在地表逐漸形成一層肥沃的土壤，這層土壤再加上苔蘚本身具有的蓄水保土功能，共同為其他后來植物的生長創(chuàng)造條件。此外,對于九寨黃龍風景區(qū)專用機場跑道巖體 開挖面植被恢復工程的初步調(diào)查也表明，苔蘚植物有促進草本植物發(fā)芽和生長的作用，雖然其機制還未探明，但卻為以后應(yīng)用苔蘚植物作為生態(tài)恢復植 物材料提供了參考。3苔蘚植物在邊坡植被生態(tài)恢復中的意義1) 苔蘚植物是分布廣、適應(yīng)性強的先鋒植物，對 于天然或人工干擾后立地條件惡劣的地段，苔蘚植物是最適宜的植被生態(tài)恢復植物材料6 。2) 對于裸露的巖質(zhì)邊坡，選用苔蘚植物進行邊 坡植被

21、的生態(tài)恢復，符合植被演替的階段性規(guī)律，它 的應(yīng)用將有助于避免部分邊坡采取高投入工程措施強行綠化、過度綠化的弊端。在邊坡植被的生態(tài)恢 復中應(yīng)用苔蘚植物，雖然初期需要的研究、試驗、示 范費用較多，但從邊坡植被的穩(wěn)定性、道路生態(tài)系統(tǒng) 的可持續(xù)發(fā)展，以及投資效果的長期性考慮，在邊坡 植被生態(tài)恢復中應(yīng)用苔蘚植物是必要和合理的。3) 由于苔蘚植物可從大氣中吸收營養(yǎng)物質(zhì)和水 分，應(yīng)用苔蘚植物恢復邊坡植被，可降低邊坡植被的 后期維護管理費用。4苔蘚植物在邊坡植被生態(tài)恢復中應(yīng)用的問題與解決途徑雖然苔蘚植物具有邊坡植被生態(tài)恢復中對植物 材料期望的多重特征，但由于種種原因，苔蘚植物至 今還沒有真正作為植被護坡工程中

22、的重要植物材料 被利用，究其原因主要有：1) 苔蘚植物在中國的研究起步較晚，不論從生 態(tài)學還是生物學方面，尤其是對苔蘚植物的生態(tài)學 研究，都遠遠落后于國外，以致對苔蘚植物作用認識 不足。2) 苔蘚植物的采集費時費力，也是很少將其作為邊坡植被生態(tài)恢復植物材料的一個原因。3) 對苔蘚植物的生物學實驗研究在中國基本上還是一片空白，對苔蘚的大規(guī)模繁殖技術(shù)(組培)還處于空缺狀態(tài)，因而使得工程中難于大規(guī)模使用苔 蘚植物。4) 由于國內(nèi)外關(guān)于苔蘚植物的應(yīng)用基礎(chǔ)研究基 本上處于空白，要開發(fā)苔蘚植物作為邊坡植被生態(tài)恢復的植物材料，需要投入大量的經(jīng)費，而由于對苔 蘚植物認識的不足，這一龐大研究投入的解決尚需 要時

23、日。有鑒于此，我們必須首先解決將苔蘚植物 運用到邊坡植被生態(tài)恢復中所面臨的上述問題。為此，必須改變目前對于邊坡生態(tài)恢復植物材料范疇 的認識，它不僅包括草本、木本、藤本植物，更應(yīng)該包 括苔蘚植物；國家或者相關(guān)企事業(yè)單位應(yīng)加大對苔 蘚植物生態(tài)學、生物學研究的投入，為苔蘚植物的應(yīng) 用奠定理論與技術(shù)基礎(chǔ)；提高對苔蘚植物從生態(tài)學 到生物學方面的認識。這樣，苔蘚植物才有可能作 為一種植物材料得到廣泛應(yīng)用。5結(jié)語總的來說，苔蘚植物的充分遮掩有利于保護表 層土免受水蝕、風蝕的侵害，同時涵養(yǎng)水源；草本植 物的淺根系有加筋作用，植草的根系在土中錯綜盤結(jié)，使邊坡土體在其延伸范圍內(nèi)成為土與草根的復 合材料，草根可視為帶預(yù)應(yīng)力的三維加筋材料;木本植物垂直根系作用在于深根的錨固作用，植物的垂直根系穿過坡體淺層的松散風化帶，錨固到深處較穩(wěn)定的巖土層上，可以起到預(yù)應(yīng)力錨桿的作用。同時，植物通過吸收和蒸騰坡體內(nèi)水分，降低土體的孔隙水壓力，增加土體內(nèi)聚力，提高土體的抗剪強度，有利于邊坡體的穩(wěn)定。只有苔蘚、草本、木本植物綜 合作用的發(fā)揮才能夠達到形成坡面巖體-基質(zhì)-植被有機體的整體效果12。6參考文獻1 Robbin B S. Soil Bioengineering Takes Root. New York:Civil Engineer