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

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。

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−∑P_i²，式中P_i 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）。

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）。

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）。

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）。

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。