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坡向对川东北丘陵区裸露边坡植被功能重建的影响

周杨 马勇 刘金平 王大伟 曾晓琳 邓力铭

周杨, 马勇, 刘金平, 等. 坡向对川东北丘陵区裸露边坡植被功能重建的影响[J]. 四川林业科技, 2023, 44(1): 40−46 doi: 10.12172/202203290004
引用本文: 周杨, 马勇, 刘金平, 等. 坡向对川东北丘陵区裸露边坡植被功能重建的影响[J]. 四川林业科技, 2023, 44(1): 40−46 doi: 10.12172/202203290004
ZHOU Y, MA Y, LIU J P, et al. Effects of slope aspect on vegetation function reconstruction of bare slope in hilly area of northeast Sichuan[J]. Journal of Sichuan Forestry Science and Technology, 2023, 44(1): 40−46 doi: 10.12172/202203290004
Citation: ZHOU Y, MA Y, LIU J P, et al. Effects of slope aspect on vegetation function reconstruction of bare slope in hilly area of northeast Sichuan[J]. Journal of Sichuan Forestry Science and Technology, 2023, 44(1): 40−46 doi: 10.12172/202203290004

坡向对川东北丘陵区裸露边坡植被功能重建的影响


doi: 10.12172/202203290004
详细信息
    作者简介:

    周杨(1997—),男,硕士研究生,1814638870@qq.com

    通讯作者: jpgg2000@163.com
  • 基金项目:  西华师范大学基本科研业务费(17D081);四川省植物资源共享平台(TJPT20160021)

Effects of Slope Aspect on Vegetation Function Reconstruction of Bare Slope in Hilly Area of Northeast Sichuan

More Information
    Corresponding author: jpgg2000@163.com
  • 摘要: 以建成5年3个坡向(半阴坡EN 40°,阳坡WS33°,阴坡WN 29°)川东北丘陵区护坡植被为对象,通过测定群落特征、景观品质和土壤性状,研究坡向对护坡植被综合治理裸露边坡效果的影响。结果表明:(1)坡向影响植被的群落密度、优势种高度和基盖度(P<0.05),同时影响物种密度、多样性、丰富度和均匀性(P<0.05),半阴坡群落密度和基盖度、物种多样性和均匀度大于阳坡和阴坡。(2)坡向影响景观品质和植被外观(P<0.05),阴坡景观优良度为中,半阴坡和阳坡景观度为差。(3)坡向影响土壤粒级组成、物化性状(P<0.05),阴坡土壤质地高于半阴坡和阳坡(P<0.05),阳坡土层厚度厚于阴坡和半阴坡。(4)第5年3个坡向土壤性状、物种多样性、群落高度和基盖度均大于第1年(P<0.05)。综上,坡向影响护坡植被群落特征、景观表现和土壤性状,草坪作为裸露边坡治理的先锋植被,第5年引进草坪草种消失殆尽,但对乡土草种定植、裸露边坡植被重建、景观修复和水土涵养起重要作用。
  • 表  1  3个坡向边坡基本情况

    Tab.  1  Basic information of 3 slope aspects

    坡向 Aspect坡度 Slope/°坡长 Slope length /m坡高 Slope height /m日照强度 Light intensity/(Lx·year−1
    半阴坡Semi-shady slope (EN 40°)35.18±2.03a52.36±0.24c5.67±0.82b23558.68b
    阳坡Sunny slope (WS 33°)36.64±2.47a82.67±0.82b6.37±1.07a34781.52a
    阴坡Shady slope (WN 29°)35.09±1.02a90.56±0.37a4.59±0.69c18051.79c
    F2.7511.316.3221.34
    P0.06<0.01<0.01<0.01
      注:同列不同小写字母表示坡向间的差异显著(P<0.05)。表中数值为平均值±标准差。下同。
      Note: Different lowercase letters in the same column indicate significant differences in slope aspect (P<0.05). The values in the table are average ±standard deviation. The same below.
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    表  2  坡向对植物群落特征的影响

    Tab.  2  Community characteristics of three slope aspects in different years

    时间
    Time
    坡向
    Aspect
    群落密度
    Community density/
    (branch·m−2
    物种密度
    Species density/
    (species·m−2
    物种多样性
    Species diversity
    (Simpsion′s index)
    物种丰富度
    Species richness
    (Mar-glalef′s index)
    物种均匀度
    Species evenness
    (Pielou′s index)
    优势种高度
    Dominant height/cm
    基盖度
    Basal coverage/%
    5年
    Fifth year
    半阴坡Semi-shady slope3781.85±152.33Ba4.33±0.33Ab0.21±0.02Ab4.21±0.21Ab0.14±0.03Ab24.21±1.55Ac78.24±3.52Aa
    阳坡Sunny slope2149.64±186.67Bc9.67±2.33Aa0.36±0.04Aa9.53±1.16Aa0.16±0.01Aa72.64±45.09Aa56.37±12.57Ac
    阴坡Shady slope3242.63±62.33Bb4.67±1.33Ab0.14±0.01Ac4.55±0.31Ab0.09±0.01Ac36.64±8.94Ab69.64±6.36Ab
    1年
    First year
    半阴坡Semi-shady slope4248.55±226.12Ab3.67±0.33Bb0.12±0.01Ba3.55±0.37Bb0.09±0.00Bab10.18±3.34Bb39.31±4.22Ba
    阳坡Sunny slope3894.72±216.83Ac5.33±0.33Ba0.12±0.01Ba5.21±0.43Ba0.07±0.01Bb12.65±0.51Ba41.17±2.37Ba
    阴坡Shady slope4868.67±245.57Aa3.33±0.33Bb0.13±0.01Ba3.21±0.66Bb0.11±0.01Ba10.24±0.43Bb40.65±0.83Ba
    F38.7224.6553.1836.3216.31112.8441.37
    P<0.01<0.01<0.01<0.01<0.01<0.01<0.01
      注:同列不同大写字母表示年限间差异显著(P<0.05),不同小写字母表示坡向间差异显著(P<0.05)。下同。
      Note: Different capital letters in the same column indicate significant difference between times at 0.05 level, different lower letters within the same column indicate significant difference among aspects at 0.05 level. The same below.
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    表  3  坡向对景观质量指标得分的影响

    Tab.  3  Effect of slope aspect on landscape quality index score

    时间
    Time
    坡向
    Aspect
    密度
    Density
    强度
    Intensity
    质地
    Texture
    颜色
    Color
    盖度
    Coverage
    均一性
    Uniform
    总分值
    Total score
    5年
    Fifth year
    半阴坡Semi-shady slope2.62±0.07Ba4.24±0.08Aa1.68±0.03Bb1.14±0.06Bb2.44±0.02Bb1.29±0.04Bb13.41±0.07Bb
    阳坡Sunny slope2.08±0.11Bb4.04±0.03Ab1.23±0.11Bc1.09±0.07Bb2.12±0.04Bc1.08±0.06Bc11.64±0.21Bc
    阴坡Shady slope2.71±0.05Ba4.18±0.07Aa1.96±0.06Ba1.38±0.06Ba2.61±0.11Ba2.36±0.05Ba15.20±0.06Ba
    1年
    First year
    半阴坡Semi-shady slope4.98±0.01Aa2.68±0.01Ba4.98±0.01Aa4.98±0.01Aa4.46±0.03Ab4.85±0.01Ab26.93±0.15Ab
    阳坡Sunny slope4.97±0.01Aa2.69±0.01Ba4.98±0.02Aa4.98±0.02Aa4.57±0.04Aab4.96±0.03Aa27.15±0.09Aa
    阴坡Shady slope4.99±0.01Aa2.65±0.01Ba4.96±0.01Aa4.98±0.01Aa4.76±0.01Aa4.98±0.01Aa27.32±0.06Aa
    F92.2464.34112.87149.3584.56132.8469.39
    P<0.01<0.01<0.01<0.01<0.01<0.01<0.01
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    表  4  坡向对土壤颗粒组成影响

    Tab.  4  Effect of slope aspect on soil particle composition

    时间
    Time
    坡向
    Aspect
    黏粒
    Clay/%
    细粉粒
    Fine powder/%
    粗粉粒
    Coarse powder/%
    极细砂粒
    Very fine sand/%
    细砂粒
    Fine sand/%
    粗砂粒
    Coarse sand/%
    大砂粒
    Large sand/%
    5年
    Fifth year
    半阴坡Semi-shady slope12.16±0.37Ab22.81±0.87Ab10.51±0.63Ab13.64±1.01Ab14.58±0.09Ab13.38±0.27Bb12.92±0.02Bb
    阳坡Sunny slope10.02±0.24Ac19.18±0.46Ac9.60±1.32Ac13.26±1.01Ac16.18±0.02Aa15.53±0.23Ba16.23±0.02Ba
    阴坡Shady slope14.11±1.63Aa24.76±2.12Aa13.80±0.86Aa14.71±0.29Aa13.50±0.08Ac12.95±0.24Bc6.17±0.01Bc
    1年
    First year
    半阴坡Semi-shady slope9.36±0.52Ba16.68±1.04Ba9.67±0.23Bb12.36±0.68Bb13.37±0.12Ba15.25±0.24Ab23.31±0.08Aa
    阳坡Sunny slope9.05±1.24Bb16.01±2.51Bb8.11±0.86Bc13.71±0.91Ba13.48±0.08Ba17.98±0.24Aa21.66±0.01Ab
    阴坡Shady slope9.51±0.27Ba16.40±1.32Bab11.78±1.22Ba12.18±1.34Bb13.44±0.10Ba14.54±0.86Ac22.15±0.05Aab
    F16.2418.8213.699.1111.3612.4828.45
    P<0.01<0.01<0.01<0.01<0.01<0.01<0.01
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    表  5  坡向对土壤性状影响

    Tab.  5  Effect of slope aspect on soil properties

    时间
    Time
    坡向
    Aspect
    容重
    Bulk density/g·cm-2
    含水量
    Water content/%
    土层厚度
    Soil thickness/cm
    有效氮
    Available nitrogen/mg·kg-1
    有效磷
    Available phosphorus/mg·kg-1
    有效钾
    Available potassium/mg·kg-1
    有机质
    Organic matter /g·kg-1
    5年
    Fifth year
    半阴坡Semi-shady slope2.11±0.11Bb37.33±0.14Ab14.62±0.41Ab35.64±0.15Ab16.63±0.49Aa32.39±4.45Aa2.92±0.14Ab
    阳坡Sunny slope2.17±0.06Ba34.37±0.21Ac13.34±0.41Ac29.64±0.67Ac15.69±0.38Ab28.57±3.18Ab2.06±0.06Ac
    阴坡Shady slope1.96±0.14Bc39.34±0.12Aa15.35±0.41Aa41.18±1.07Aa16.39±1.02Aa32.22±0.09Aa3.13±0.09Aa
    1年
    First year
    半阴坡Semi-shady slope2.26±0.22Aa28.56±0.02Bb9.24±0.24Bc31.51±0.04Ba16.12±0.26Ba26.36±3.56Bb1.85±0.12Ba
    阳坡Sunny slope2.28±0.21Aa19.87±0.03Bc12.68±0.41Ba29.23±0.28Bb15.06±0.13Bb27.83±2.54Ba1.47±0.28Bb
    阴坡Shady slope2.29±0.09Aa31.86±0.02Ba10.21±0.36Bb31.02±0.16Ba13.34±0.21Bc26.18±6.11Bb1.82±0.14Ba
    F6.1910.9318.617.355.6311.5216.37
    P<0.01<0.01<0.01<0.01<0.01<0.01<0.01
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    出版历程
    • 收稿日期:  2022-03-29
    • 网络出版日期:  2023-01-12
    • 刊出日期:  2023-02-25

    坡向对川东北丘陵区裸露边坡植被功能重建的影响

    doi: 10.12172/202203290004
      作者简介:

      周杨(1997—),男,硕士研究生,1814638870@qq.com

      通讯作者: jpgg2000@163.com
    基金项目:  西华师范大学基本科研业务费(17D081);四川省植物资源共享平台(TJPT20160021)

    摘要: 以建成5年3个坡向(半阴坡EN 40°,阳坡WS33°,阴坡WN 29°)川东北丘陵区护坡植被为对象,通过测定群落特征、景观品质和土壤性状,研究坡向对护坡植被综合治理裸露边坡效果的影响。结果表明:(1)坡向影响植被的群落密度、优势种高度和基盖度(P<0.05),同时影响物种密度、多样性、丰富度和均匀性(P<0.05),半阴坡群落密度和基盖度、物种多样性和均匀度大于阳坡和阴坡。(2)坡向影响景观品质和植被外观(P<0.05),阴坡景观优良度为中,半阴坡和阳坡景观度为差。(3)坡向影响土壤粒级组成、物化性状(P<0.05),阴坡土壤质地高于半阴坡和阳坡(P<0.05),阳坡土层厚度厚于阴坡和半阴坡。(4)第5年3个坡向土壤性状、物种多样性、群落高度和基盖度均大于第1年(P<0.05)。综上,坡向影响护坡植被群落特征、景观表现和土壤性状,草坪作为裸露边坡治理的先锋植被,第5年引进草坪草种消失殆尽,但对乡土草种定植、裸露边坡植被重建、景观修复和水土涵养起重要作用。

    English Abstract

    • 川东北紫色土丘陵区为典型亚热带季风气候的生态脆弱区[1],受自然因素和人为因素的影响,极易形成裸露边坡。常通过建植护坡草坪,来增强坡面稳定性和水土保持能力,增加边坡的景观效益和生态效益[2],以提高土地空间利用效率和提升城市森林生态系统功能。关于边坡草坪施工技术、草种配置优化技术、管理养护技术进行了大量研究[3-6],但因边坡土层薄、土质贫瘠、保水保肥能力差,管理困难和养护成本高,引进草坪草逐渐被乡土草种排挤替代,演替为乡土植物为主的植物群落。护坡植被的外观特征、物种组成、固土涵水能力,决定能否实现植被修复、固土护坡、景观重建等目的[8]。故研究护坡植被的群落特征和生长现状,对评价裸露边坡治理效果具有重要意义。

      坡向影响着太阳辐射和降水的空间再分配[4],改变了边坡土壤中水分和养分分布,使水、肥、气、热、光照等基本生境条件表现出异质性[2]。坡向显著影响护坡草坪草生长和重要值[2,7],使不同坡向草坪的退化速率和退化表现不同[8]。本研究以同一地点,3个坡向护坡植被为研究对象,通过测定建成5年的群落特征、外观特点、土壤质地和理化性状,与建成1年时的数据进行比较,分析第5年与第1年植被、土壤和景观的差异,研究坡向对植被修复、景观品质和涵水蓄养能力的连续影响。从绿化、观赏和固土等角度,评价护坡草坪建植对裸露边坡的综合治理效果,以期为边坡草坪建植评价、生态植被恢复及城市森林建设提供借鉴。

      • 试验地为开山修路形成的同一地点的裸露边坡,位于四川省南充市顺庆区,30°49′ N,106°03′ E,海拔265.40 m。属典型的中亚热带湿润季风气候,年均气温17.4 ℃,最高气温40.1 ℃,最低气温−2.8 ℃,年日照时间1266.7 h,年均有霜期13.7 d,年降水量1020.8 mm(见表1),按8坡向分类法确定为阴坡、阳坡和半阴坡。

        表 1  3个坡向边坡基本情况

        Table 1.  Basic information of 3 slope aspects

        坡向 Aspect坡度 Slope/°坡长 Slope length /m坡高 Slope height /m日照强度 Light intensity/(Lx·year−1
        半阴坡Semi-shady slope (EN 40°)35.18±2.03a52.36±0.24c5.67±0.82b23558.68b
        阳坡Sunny slope (WS 33°)36.64±2.47a82.67±0.82b6.37±1.07a34781.52a
        阴坡Shady slope (WN 29°)35.09±1.02a90.56±0.37a4.59±0.69c18051.79c
        F2.7511.316.3221.34
        P0.06<0.01<0.01<0.01
          注:同列不同小写字母表示坡向间的差异显著(P<0.05)。表中数值为平均值±标准差。下同。
          Note: Different lowercase letters in the same column indicate significant differences in slope aspect (P<0.05). The values in the table are average ±standard deviation. The same below.
      • 3个坡向边坡均于2013年建植冷季型混播护坡草坪[2],逐渐演替为乡土草种为主的护坡植被。分别在3坡向边坡上,距地1.5 m,间隔4 m,设定3 m×1 m样方6个。于2018年11月进行第5年数据测定,与建成1年的数据进行比较分析。

      • 优势种高度:以盖度大于20%的植物种类为优势种,随机10次,测优势种的自然高度。

        群落密度:用0.2 m×0.2 m小样方,随机在样方内抛置10次,测定株数或枝条数,计算单位面积的株数或枝条数为密度。

        物种密度:测定样方内植物种数,计数单位面积内植物种数。

        基盖度:测距坡面2.54 cm垂直高度的植物基部的覆盖面积。

        物种多样性(采用Simpsion′s index):D=1−∑Pi2,式中Pi 为第 i 种的个体数占群落中总盖度的比例;

        物种丰富度(采用Mar-glalef′s index):R=S−1/lnN,式中S 为群落中的总种数,N 为观察到的个体总数;

        物种均匀度(采用Pielou′s index):J=D/lnS式中,D 为群落的多样性指数,S 为群落中的总种数。

      • 测定植被的密度、强度、质地、颜色、盖度、均一性等6个指标,将指标定量分成五个等级,采用五分制进行打分,依定级范围对得分权重后,评定级别,判定景观优良度(优26.1~30.0,良20.1~26.0,中14.1~20.0,差8.1~14,劣≤8.0)[9,10]

      • 每样方随机用直径50 mm环刀,垂直坡面钻取土样(直抵岩石层),3次重复,去除杂物称鲜重后,装入铝盒,110 ℃烘干至恒重为干重。土壤含水量=(土样鲜重−土样干重)/土样鲜重×100%;土壤容重=环刀干土重/环刀容积。用钢钎随机20次测土层厚度。用干筛法振荡10 min,按中国制分离为粘粒(<0.002 mm)、细粉粒(0.002~0.02 mm)、粗粉粒(0.02~0.05 mm)、极细砂粒(0.05~−0.25 mm)、细砂粒(0.25~0.50 mm)、粗砂粒(0.50~1.00 mm)、大砂粒(1.00~2.00 mm)称重,计算各粒级比例。采用重络酸法测有机质,凯氏定氮法测有效氮,钼锑比色法测有效磷,火焰法测有效钾。

      • 采用SPSS19.0对测定数据进行双因素方差分析(ANOVA)和多重比较(SNK)。

      • 坡向对群落密度、基盖度和优势种高度有显著影响(P<0.05)。第5年3个坡向上群落密度小于第1年,而优势种高度和基盖度大于第1年(P<0.05)。第5年群落密度为半阴坡>阴坡>阳坡,第1年则为阴坡>半阴坡>阳坡。第5年和第1年阳坡的优势种高度均最大,第5年阴坡优势种高度显著大于半阴坡,而第1年半阴坡和阴坡的无差异。第5年半阴坡基盖度显著高于阴坡和阳坡,阴坡显著高于阳坡,而第1年3个坡向上基盖度差异较小。坡向对群落特征的影响大小为优势种高度>基盖度>群落密度,第5年半阴坡的群落密度和基盖度高于阳坡和阴坡,但阳坡的优势种高度是其他坡向的2~3倍,使3个坡向的外观特征显著不同(见表2)。

        表 2  坡向对植物群落特征的影响

        Table 2.  Community characteristics of three slope aspects in different years

        时间
        Time
        坡向
        Aspect
        群落密度
        Community density/
        (branch·m−2
        物种密度
        Species density/
        (species·m−2
        物种多样性
        Species diversity
        (Simpsion′s index)
        物种丰富度
        Species richness
        (Mar-glalef′s index)
        物种均匀度
        Species evenness
        (Pielou′s index)
        优势种高度
        Dominant height/cm
        基盖度
        Basal coverage/%
        5年
        Fifth year
        半阴坡Semi-shady slope3781.85±152.33Ba4.33±0.33Ab0.21±0.02Ab4.21±0.21Ab0.14±0.03Ab24.21±1.55Ac78.24±3.52Aa
        阳坡Sunny slope2149.64±186.67Bc9.67±2.33Aa0.36±0.04Aa9.53±1.16Aa0.16±0.01Aa72.64±45.09Aa56.37±12.57Ac
        阴坡Shady slope3242.63±62.33Bb4.67±1.33Ab0.14±0.01Ac4.55±0.31Ab0.09±0.01Ac36.64±8.94Ab69.64±6.36Ab
        1年
        First year
        半阴坡Semi-shady slope4248.55±226.12Ab3.67±0.33Bb0.12±0.01Ba3.55±0.37Bb0.09±0.00Bab10.18±3.34Bb39.31±4.22Ba
        阳坡Sunny slope3894.72±216.83Ac5.33±0.33Ba0.12±0.01Ba5.21±0.43Ba0.07±0.01Bb12.65±0.51Ba41.17±2.37Ba
        阴坡Shady slope4868.67±245.57Aa3.33±0.33Bb0.13±0.01Ba3.21±0.66Bb0.11±0.01Ba10.24±0.43Bb40.65±0.83Ba
        F38.7224.6553.1836.3216.31112.8441.37
        P<0.01<0.01<0.01<0.01<0.01<0.01<0.01
          注:同列不同大写字母表示年限间差异显著(P<0.05),不同小写字母表示坡向间差异显著(P<0.05)。下同。
          Note: Different capital letters in the same column indicate significant difference between times at 0.05 level, different lower letters within the same column indicate significant difference among aspects at 0.05 level. The same below.

        坡向对物种密度、多样性、丰富度和均匀度有显著影响(P<0.05)。第5年3个坡向草坪群落的物种密度、多样性、丰富度和均匀度均大于第1年(P<0.05)。第5 年阳坡物种密度、多样性、丰富度和均匀度均显著最大(P<0.05),半阴坡的物种多样性和均匀度显著大于阴坡,半阴坡和阴坡的物种密度和丰富度无显著差异(P>0.05)。而第1年3个坡向间物种多样性无差异(P<0.05),阴坡和半阴坡的物种密度和物种丰富度和均匀度均无差异。坡向对多样性影响为物种多样性>物种丰富度>物种密度>物种均匀度,使3个坡向上物种组成显著不同(见表2)。

      • 坡向对植被密度、强度、质地、颜色、盖度、均一性等6个指标均有显著影响(P<0.05)。第5年6个指标得分在坡向间均呈现出显著差异(P<0.05),不同指标在坡向间的差异表现不同,但密度、质地、颜色、盖度、均一性均低于第1年,仅强度高于第1年。第1年3个坡向上草坪的密度、强度、质地、颜色无差异,仅阴坡盖度与均一性大于半阴坡和阳坡(P<0.05)。坡向和年限影响大小均为颜色>均一性>质地>盖度>强度>密度(见表3)。

        表 3  坡向对景观质量指标得分的影响

        Table 3.  Effect of slope aspect on landscape quality index score

        时间
        Time
        坡向
        Aspect
        密度
        Density
        强度
        Intensity
        质地
        Texture
        颜色
        Color
        盖度
        Coverage
        均一性
        Uniform
        总分值
        Total score
        5年
        Fifth year
        半阴坡Semi-shady slope2.62±0.07Ba4.24±0.08Aa1.68±0.03Bb1.14±0.06Bb2.44±0.02Bb1.29±0.04Bb13.41±0.07Bb
        阳坡Sunny slope2.08±0.11Bb4.04±0.03Ab1.23±0.11Bc1.09±0.07Bb2.12±0.04Bc1.08±0.06Bc11.64±0.21Bc
        阴坡Shady slope2.71±0.05Ba4.18±0.07Aa1.96±0.06Ba1.38±0.06Ba2.61±0.11Ba2.36±0.05Ba15.20±0.06Ba
        1年
        First year
        半阴坡Semi-shady slope4.98±0.01Aa2.68±0.01Ba4.98±0.01Aa4.98±0.01Aa4.46±0.03Ab4.85±0.01Ab26.93±0.15Ab
        阳坡Sunny slope4.97±0.01Aa2.69±0.01Ba4.98±0.02Aa4.98±0.02Aa4.57±0.04Aab4.96±0.03Aa27.15±0.09Aa
        阴坡Shady slope4.99±0.01Aa2.65±0.01Ba4.96±0.01Aa4.98±0.01Aa4.76±0.01Aa4.98±0.01Aa27.32±0.06Aa
        F92.2464.34112.87149.3584.56132.8469.39
        P<0.01<0.01<0.01<0.01<0.01<0.01<0.01

        坡向对草坪质量总分值均显著影响(P<0.05)(见表3),第5年阴坡总分值显著大于半阴坡,半阴坡分值大于阳坡,年限对质量总分值影响大于坡向。而第1年半阴坡总分值低于阴坡和阳坡,但阴坡和阳坡无差异。第1年3个坡向草坪得分均大于26.9,草坪质量优良度为优,无退化表现。第5年阴坡优良度为中,半阴坡和阳坡为差且为重度退化。坡向对草坪优良度和退化度有显著影响。

      • 坡向对土壤粒级组成有显著影响(P<0.05),第1年3个坡向土壤的粗粉粒和粗沙粒差异显著,阳坡的黏粒、细粉粒、粗粉粒、大砂粒低于阴坡和半阴坡(P<0.05)。阴坡粗砂粒显著低于阳坡和半阴坡,而粗粉粒显著高于阳坡和半阴坡(P<0.05)。第5年3个坡向土壤的黏粒、细粉粒、粗粉粒、极细砂粒和细砂粒显著大于第1年,粗沙粒和大砂粒比例显著小于第1年(P<0.05)。第5年土壤粒级组成在坡向间差异显著,阴坡的黏粒、细粉粒、粗粉粒、极细砂粒显著高于半阴坡和阳坡(P<0.05),细砂粒、粗沙粒和大砂粒显著低于半阴坡和阳坡(P<0.05),且半阴坡和阳坡间7个粒级均有显著差异,阳坡的黏粒、粉粒和极细砂粒显著最低。坡向对7个土壤粒级比例均有极显著影响(P<0.05),影响大小为大砂粒>细粉粒>黏粒>粗粉粒>粗沙粒>极细砂粒>细砂粒(见表4)。

        表 4  坡向对土壤颗粒组成影响

        Table 4.  Effect of slope aspect on soil particle composition

        时间
        Time
        坡向
        Aspect
        黏粒
        Clay/%
        细粉粒
        Fine powder/%
        粗粉粒
        Coarse powder/%
        极细砂粒
        Very fine sand/%
        细砂粒
        Fine sand/%
        粗砂粒
        Coarse sand/%
        大砂粒
        Large sand/%
        5年
        Fifth year
        半阴坡Semi-shady slope12.16±0.37Ab22.81±0.87Ab10.51±0.63Ab13.64±1.01Ab14.58±0.09Ab13.38±0.27Bb12.92±0.02Bb
        阳坡Sunny slope10.02±0.24Ac19.18±0.46Ac9.60±1.32Ac13.26±1.01Ac16.18±0.02Aa15.53±0.23Ba16.23±0.02Ba
        阴坡Shady slope14.11±1.63Aa24.76±2.12Aa13.80±0.86Aa14.71±0.29Aa13.50±0.08Ac12.95±0.24Bc6.17±0.01Bc
        1年
        First year
        半阴坡Semi-shady slope9.36±0.52Ba16.68±1.04Ba9.67±0.23Bb12.36±0.68Bb13.37±0.12Ba15.25±0.24Ab23.31±0.08Aa
        阳坡Sunny slope9.05±1.24Bb16.01±2.51Bb8.11±0.86Bc13.71±0.91Ba13.48±0.08Ba17.98±0.24Aa21.66±0.01Ab
        阴坡Shady slope9.51±0.27Ba16.40±1.32Bab11.78±1.22Ba12.18±1.34Bb13.44±0.10Ba14.54±0.86Ac22.15±0.05Aab
        F16.2418.8213.699.1111.3612.4828.45
        P<0.01<0.01<0.01<0.01<0.01<0.01<0.01

        坡向对土壤物理性状有显著影响(P<0.05),建成第1年土壤容重在坡向间无差异,第5年土壤容重均低于第1年,且阳坡>半阴坡>阴坡。第5年3个坡向土壤含水量均大于第1年,但均为阴坡>半阴坡>阳坡。第1年土层厚度为阳坡>阴坡>半阴坡。第5年土层厚度均显著大于第1年,坡向间差异显著(P<0.05),为阴坡>半阴坡>阳坡(见表5)。

        表 5  坡向对土壤性状影响

        Table 5.  Effect of slope aspect on soil properties

        时间
        Time
        坡向
        Aspect
        容重
        Bulk density/g·cm-2
        含水量
        Water content/%
        土层厚度
        Soil thickness/cm
        有效氮
        Available nitrogen/mg·kg-1
        有效磷
        Available phosphorus/mg·kg-1
        有效钾
        Available potassium/mg·kg-1
        有机质
        Organic matter /g·kg-1
        5年
        Fifth year
        半阴坡Semi-shady slope2.11±0.11Bb37.33±0.14Ab14.62±0.41Ab35.64±0.15Ab16.63±0.49Aa32.39±4.45Aa2.92±0.14Ab
        阳坡Sunny slope2.17±0.06Ba34.37±0.21Ac13.34±0.41Ac29.64±0.67Ac15.69±0.38Ab28.57±3.18Ab2.06±0.06Ac
        阴坡Shady slope1.96±0.14Bc39.34±0.12Aa15.35±0.41Aa41.18±1.07Aa16.39±1.02Aa32.22±0.09Aa3.13±0.09Aa
        1年
        First year
        半阴坡Semi-shady slope2.26±0.22Aa28.56±0.02Bb9.24±0.24Bc31.51±0.04Ba16.12±0.26Ba26.36±3.56Bb1.85±0.12Ba
        阳坡Sunny slope2.28±0.21Aa19.87±0.03Bc12.68±0.41Ba29.23±0.28Bb15.06±0.13Bb27.83±2.54Ba1.47±0.28Bb
        阴坡Shady slope2.29±0.09Aa31.86±0.02Ba10.21±0.36Bb31.02±0.16Ba13.34±0.21Bc26.18±6.11Bb1.82±0.14Ba
        F6.1910.9318.617.355.6311.5216.37
        P<0.01<0.01<0.01<0.01<0.01<0.01<0.01

        坡向对土壤化学性状有显著影响(P<0.05)。第1年阳坡有机质和有效N显著低于阴坡和半阴坡,有效K高于阴坡和半阴坡,有效P则低于半阴坡而高于阴坡(P<0.05),但第1年阴坡和半阴坡的有机质、有效N和有效K含量无差异。第5年3个坡向土壤的有机质、有效N、有效P、有效K均显著大于第1年(P<0.05)。第5年阴坡的有机质、有效N、有效P、有效K均显著大于阳坡(P<0.05)。半阴坡的有效P、有效K与阴坡几无差异,但有机质、有效N低于阴坡而大于阳坡。有机质和有效N在坡向间差异显著(P<0.05)。坡向极显著影响土壤理化性质(P<0.01),影响为土层厚度>有机质>有效K>含水量>有效N>土壤容重>有效P(见表5)。

      • 坡向决定着坡面的受光方向、光照强度及光照时数,影响了植株光合作用、生长原初动力和形态建成诱导信号的光照条件[2],坡向影响着土壤供氧、供养、供水能力。植物与立地条件的相互关系,混生植物种间竞争和共生能力及互惠水平,是植物群落相貌、结构、数量及动态特征形成和维持系统稳定性及生物多样性的主要动力。第2年入侵杂草半阴坡为5 科15种,阳坡为9科16种,阴坡为6科13种[10],入侵杂草通过定居与竞争,使第5年3个坡向草坪草重要值仅为5%左右[8],相对生物量仅为2%左右[7],草坪草对植物群落外观特征和抗侵蚀功能的贡献率极低。但草坪草作为护坡植被的先锋植物为杂草入侵、定居和生长起到保护播种的作用。坡向与入侵植物的相互选择和相互作用,使坡向与群落特征呈现出适应性表现,3个坡向均形成匹配生境的群落高度和基盖度,均起到缓冲雨水冲击、抵御风吹日晒和阻止地表径流的作用,实现了裸露边坡植被重建和功能修复的目的。

      • 护坡植被主要由草本植物的茎叶层、根系层和土壤表层组成[11],受景观尺度小、要素简单、功能多元的限制,尚无边坡重建植被景观评价方法。本研究采用6个指标对护坡植被评价表明,坡向显著影响护坡植被外观质量。受组成要素、干扰等级、抗性阈值及景观功能和格局的限制,很难对护坡景观的现状、生态功能和利用方案等综合评价。诸多学者提出“景观—性能—应用适合度[12]”,“外观—生态—使用[13]”等综合评价方法,很难全面量化评价护坡植被的外观、生态和使用质量。景观评价需反映了系统结构与功能的特征与本质,边坡植被需从视觉效果、景观效果、生态效益与土壤养分等角度进行景观评价。地貌、植被等自然景观和建筑、图形等人文景观都是护坡景观的组成内容[14],把坡度、坡长、坡高等边坡自身特点,结合植被覆盖度和水土流失度等防护效果植被[15],对公路边坡自然景观评价较为实用。但对小尺度范围植物形态、色彩等观赏性及植物配置所蕴含的文化性评价不够。需结合坡向间非生物因子季节性变化规律和生物因子群落特征季相变化,探究“坡向-植物-景观”耦合关系形成与运行规律,建立符合生态文明思想体系的护坡植被景观评价体系。

      • 护坡植被通过根系固土,叶、茎阻挡雨水冲击,降低地表径流的冲刷力和风蚀强度[16],抗风减排、防止水土流失,诸多研究从植物层面[17,18]和侵蚀沟层面[19]评价防护效果,极少关注边坡植被对土壤改良和水土涵养的作用。阳坡光照充足、群落密度和基盖度低,使养分流失快,阳坡黏粒、细粉粒、粗粉粒、极细砂粒显著低于半阴坡和阴坡,砂粒、粉粒、黏粒的物理性质、物理机械性质和营养程度不同,颗粒越小养分越高且蓄水保肥力越强[20],阳坡土壤容重增加而含水量下降,致使水土涵养能力低于半阴坡和阴坡,限制了植物获取资源和根系生长与固土能力[21]。但第5年3个坡向土壤粒级组成显著由于第1年,说明护坡植被产生的代谢产物与凋落物,促进了土壤熟化与质地提升,植物覆盖增加了土壤水肥截留能力与抗侵蚀能力[22],植物根系钻探能力引入的水分和分泌物,加速底层岩石的风化,而增加土层厚度。阳坡有机质和有效N含量低于阴坡和半阴坡,符合土壤含水量与有机质呈显著正相关[23]的观点。不同坡向滞留凋落物、转化有机质、释放养分能力不同[24],间接影响土壤酶数量与活性[22],阳坡碳输入少、粉粒流失多、凋落物分解快,使阳坡有机质和有效氮含量等均低于阴坡和半阴坡。但通过建植护坡草坪,显著增加了3个坡向边坡的土层厚度、土壤含水量和土壤质地,提高了土壤有机质和养分含量,提升了边坡土壤的供水供肥能力,起到了护坡植被涵养水土的作用。

      • 坡向对第5年护坡植被密度、盖度、物种多样性有显著影响,草坪自然演替为乡土草种为主的护坡植被,使不同坡向的群落特征和景观特点不同。坡向对护坡植被水土涵养功能有显著影响,使不同坡向土层厚度、质地组成、土壤含水量、养分组成不同,护坡植被可改良坡面土壤和增加水土涵养能力。第5年引进草坪草种消失殆尽,但通过建植草坪先锋植被,对乡土植物定植、护坡植被重建、景观修复和水土涵养的具有重要作用。

    参考文献 (24)

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