苔藓植物在道路边坡植被生态恢复中的应用与分析

1、增刊左元彬等：苔藓植物在道路边坡植被生态恢复中的应用与分析#Vol. 4 Supp.Dec. 2006苔藓植物在道路边坡植被生态恢复中的应用与分析左元彬，辜彬，艾应伟（四川大学生命科学院，610064 ,成都）摘要在分析我国边坡植被生态恢复面临问题的基础上，系统综合目前有关苔藓植物生物学生态学特征的研究成果，结合对成都附近铁路边坡自然植被中苔藓植物进行的案例调查与分析，讨论了将苔藓植物应用边坡植被生态恢复的意义、问题，提岀促进苔藓植物在边坡植被生态恢复中应用的途径。关键词 边坡；植被；生态恢复；苔藓植物；乡土植物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：苔藓植物在道路边坡植被生态恢复中的应用与分析#1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 增刊左元彬等：苔藓植物在道路边坡植被生态恢复中的应用与分析123收稿日期：2006 - 02 - 18 修回日期：2006 - 10 - 14第

6、一作者简介：国家自然基金资助项目“道路边坡创面的成土特性及其机理研究”责任作者简介：左元彬（1982 ）,男，硕士研究生。主要研究方向：园林植物与观赏园艺在国内各级道路建设大规模进行的同时 ，每逢 雨季，各地因公路水毁造成的直接损失和间接损失 数目惊人，由此引发的交通事故也频发不断。道路边坡生态恢复技术因其不仅能降低硬性措施的投入 成本，还能起到绿化、美化环境的作用，越来越受到 各界的关注1。目前，我国的道路边坡生态恢复工 程实践和研究尚处于起步阶段2 - 4，尚需要我们有目的、有针对性的借鉴和吸收国外先进的技术和经 验,结合各地的实际情况，试验、研究、开发出科学合 理、经济实用的生态护坡技术

7、。本研究主要以前人的研究结果为基础，以对苔藓应用成功案例的野外 调查成果为依据，研究探讨苔藓植物在道路边坡绿 化中应用的可能性，以为边坡绿化植物的选择和搭配提供参考。1苔藓植物与边坡植被生态恢复所谓的边坡植被生态恢复技术是指单独利用植 物或者植物与土木工程措施和非生命的植物材料结 合使用，以减轻坡面的不稳定性和侵蚀，以达到减少 水土流失、维持生态多样性和生态平衡，以及美化环 境、降低噪音、吸收粉尘等诸多目的的技术 ，是以生 态工程学、工程力学、植物学、植物生物学、水利学以 及环境美学等为理论基础的一门综合性工程技 术5。它以因地制宜、整体、协调、自生、循环原则为 指导，在少量人工辅助措施的辅助

8、下，在生态系统自 我组织、自我调节功能的基础实现边坡植被的生态（40571064）E2mail : zuoyb2001 163. com 恢复。111道路边坡植被生态恢复中的问题1）目前道路边坡植被生态恢复的首要问题在于所选用的植物多为从国外引进的草本植物，而忽视了适应性更好、更易于与当地其他植物形成良好共 生关系、稳定群落结构的乡土植物种。2）由于草本植物对劣地的适应性优于乔灌木 ，而且生长迅速、成坪快，因而目前普遍采用单一或几 种草种简单混合的植物配置模式建植植被，这种植物护坡的前期效果不错，但由此建立的生态系统相 当脆弱，很容易衰退。3）草本植物只能稳固表层土壤，而不能保持整个土层的稳定

9、性。4）道路沿线都采用同一绿化模式，不仅使道路沿线显得呆板、没有景观的变化，对旅行舒适度和驾 驶安全也有很大影响。5）灌木根系强大，稳固整个基质层和坡体的作用很大，但目前的边坡植被恢复中却很少考虑灌木、草本的混植。6）现有的边坡植被生态恢复技术常会出现土层贫瘠、导致植物生长不良的现象。 w I 、曜 i 11117）忽视了动物乃至微生物在道路边坡生态系统中的作用，而动物、微生物也是整个生态系统中不可 缺少的重要元素。8）忽视了对苔藓植物在边坡植被生态恢复中的 应用研究，工程应用实例很少。112苔藓植物的生物生态学特征1）苔藓从裸露的岩石、干旱的沙漠、寒冷的极地到各种类型的森林、沼泽以及各种不同

10、的水体，几乎 无处不在。即使在极其干旱的环境下和缺乏基质的 环境下，苔藓植物也能着生在砂砾和岩石表面，利用其分泌的酸性物质酸解岩石，逐渐形成土壤，为其他 植物的生长创造条件。2）苔藓具有强大的蓄水保土能力，结构上苔藓植物常呈大片垫丛状群落，枝叶交错形成大量毛细 空隙，这种结构造就了苔藓植物强大的吸水能力6。多数研究表明，很多苔藓饱和吸水后的质量是其干质量的几倍甚至几十倍，而这在高等植物中是很少 见的。由于苔藓植物的这种特殊的结构，阻断了降雨对地面土壤的直接冲击，特别是暴雨的影响，有效 地减少了冲蚀、溅蚀。同时，苔藓层毛细管对降雨的 快速吸收和缓慢释放，有利于保持干旱期的湿润微 环境，有效地调节

11、地表径流，涵养水源。曾信波等7 利用特制的试验装置测定了苔藓层的抗冲性能，表明苔藓层对提高土壤抗冲性具有极其显著的效果。陈丽华等8在贡嘎山地区研究苔藓截持降水过程时 提出了降雨截留阶段、非饱和下渗阶段、饱和下渗阶 段和雨后水分消退阶段的模式。3）苔藓植物具有从环境中吸附滞留营养物质的能力。尽管总的来说苔藓植物的营养物质可以从土 壤、降水、大气、树冠淋溶、岩石表面以及枯枝落叶层 的淋溶等途径通过毛细作用获得，但由于苔藓植物在低浓度下也可以从大气中截流营养物质和碳素，所以一般认为大气是苔藓矿质养分的主要来源，某种程度上可作为苔藓生态系统的营养“库”。4）苔藓植物的毛细作用能够减少土壤溶液中矿物质的

12、流失，并可进一步增加营养物质的保留。同时，地表苔藓层通过减少排放和离子的化学结合，还有助于保持土壤肥力9 。5）苔藓植物的耐旱能力极强，水分主要来源于大气，有些种类对水分的需求极低。当植物体内的 含水量下降至其干质量的20 %或10%时，某些耐旱力较强的苔藓在此种条件下仍能存活，将其再湿润时代谢活动仍能恢复正常。据报道10，很多苔藓在 制成标本后的几年甚至十几年都具有生命活力。6）苔藓植物繁殖快，繁殖方式多样，可以利用苔藓植物强大的无性繁殖能力和极强的耐旱能力，从环境较适宜、苔藓群落面积较大的区域采样，通过机械粉碎或人工培养出芽体或芽孢，再进行大面积播种，并且只需在播种后的短时间内给予少量的人

13、工浇水即可。7）苔藓结皮形成的微地貌最为粗糙，产生了一个空气静止的边界层，从而保护土壤表面免受风蚀，阻止或减缓水的流动，使沉积物有足够的时间停留在土壤中，从而减少沉积物的流失。8）苔藓植物常和固氮菌共生，在苔藓植物较丰 富的地段或群落，苔藓植物所积累养分元素的归还 对于维持系统的稳定和其他生物的正常生长具有极 其重要意义。2苔藓植物绿化案例调查由于苔藓植物研究的滞后性，目前国内外还鲜有应用苔藓植物进行边坡植被生态恢复的案例。现有资料表明，日本的苔藓公园是国外的成功例子。我国仅九寨黄龙风景区在专用机场跑道岩体开挖面 的植被恢复工程中试验应用了苔藓植物进行边坡生 态恢复11，但时间尚短，难以调查获

14、得规律性成果。为此，我们选择位于成都附近的修建于不同年代的两处铁路边坡进行调查。211概况调查区位于成都平原，海拔450750 m,亚热带 湿润季风气候,年均温18 C左右,年均降水量在 1 000 mm以上，年均降雨时间约 300 d。笔者在四川省金堂县白云庙和金堂县五凤溪设点，分别调查不同年代修建铁路后被开挖坡面上的植被恢复情况,特别是苔藓植物的分布、生长状况。2个调查点的地理位置如表1所示。因地点相近，气候、植被、土 壤、地质等条件基本一致，具有可比性。1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All ri

15、ghts reserved. 增刊左元彬等：苔藓植物在道路边坡植被生态恢复中的应用与分析#1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 增刊左元彬等：苔藓植物在道路边坡植被生态恢复中的应用与分析#表1调查点地理位置Tab. 1 Geographical position of investigated sites纬度范围(北纬)/(°)经度范围(东经)/ (°)海拔高度/m坡高/ m所属铁路干线修建时间金堂白云庙30. 7272830.72375104.6

16、19 18104. 626754655达成铁路1992 年金堂五凤溪30. 5950630.59877104.488 72104. 488444348成渝铁路1952 年1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 增刊左元彬等：苔藓植物在道路边坡植被生态恢复中的应用与分析#1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 增刊左元彬等：苔藓植物在道路边坡植被生

17、态恢复中的应用与分析125212方法对道路边坡每隔20 m作一个样方，调查苔藓植 物的组成、厚度、生物量，同时调查其他植物类群的 高度、盖度等，以考虑为苔藓植物生长的生物环境因 素;取样测定土壤的水分、密度以及其他相关的理化 性质作为环境参数,分析苔藓植物的组成与生长状 况，以及在上述2个分别建于不同年代铁路边坡环 境条件下的差异性，生物、环境、土壤因素等的差异 性,综合分析比较苔藓植物生长与环境因素的相互 关系，确认影响苔藓植物生长发育的主导因素，为边坡绿化中应用苔藓植物乃至植被恢复提供理论依据。 213结果与分析穿越白云庙附近的达成铁路兴建于1992年，边坡开挖创面岩石裸露，很少有维管植物

18、生长，即使有 也大多生长于石缝之中，而苔藓虽然数量不多，却能 在岩石上面生长。究其原因在于铁路新建不久，苔藓植物还未大规模着生于岩石表面，尚未创造出适合维管植物生长的基质条件。但是，兴建于20世纪50年代的位于五凤溪附 近的成渝铁路两旁的开挖坡面尤其是岩石坡面，由于当时的资金、技术条件的限制，大部分都没有进行 生态恢复，而只是简单地采用砌石护坡。时隔五六 十年，昔日裸露的岩石壁上长满了植物，植被自然恢复的结果非常令人满意，尤其是五凤镇附近的一处 铁路边坡的自然生态恢复最为典型。该边坡坡度在 90°左右，基本垂直，高约12 m左右。调查中共发现 苔藓植物5种左右，主要以粗裂地钱(Mar

19、ca ntia planitolia dix)为主，其他苔藓植物为多芒尖毛口藓(Trichostomumaristatulum (broth) hilp. excher),舌叶毛 口藓(T. barbuloides(broth) chen)，喀什真藓 (Bryum kashmire nsebroth)、阔叶子石藓 (Weisia pla nitolia dix)。 苔藓层的平均厚度为 1142 cm，覆盖度61111 %，平均 自然含水量是其自身干质量的 2184倍，最大持水量是其自身干质量的7170倍。苔藓层下的岩石表面已形成平均015110 cm厚的土层，岩石表层松软、 潮湿。苔藓作为先锋

20、植物，它能分泌出一种酸性物 质，不断溶解岩石面，加上其自身枯死后分解的有机 质，会在地表逐渐形成一层肥沃的土壤，这层土壤再加上苔藓本身具有的蓄水保土功能，共同为其他后来植物的生长创造条件。此外,对于九寨黄龙风景区专用机场跑道岩体 开挖面植被恢复工程的初步调查也表明，苔藓植物有促进草本植物发芽和生长的作用，虽然其机制还未探明，但却为以后应用苔藓植物作为生态恢复植 物材料提供了参考。3苔藓植物在边坡植被生态恢复中的意义1) 苔藓植物是分布广、适应性强的先锋植物，对 于天然或人工干扰后立地条件恶劣的地段，苔藓植物是最适宜的植被生态恢复植物材料6 。2) 对于裸露的岩质边坡，选用苔藓植物进行边 坡植被

21、的生态恢复，符合植被演替的阶段性规律，它 的应用将有助于避免部分边坡采取高投入工程措施强行绿化、过度绿化的弊端。在边坡植被的生态恢 复中应用苔藓植物，虽然初期需要的研究、试验、示 范费用较多，但从边坡植被的稳定性、道路生态系统 的可持续发展，以及投资效果的长期性考虑，在边坡 植被生态恢复中应用苔藓植物是必要和合理的。3) 由于苔藓植物可从大气中吸收营养物质和水 分，应用苔藓植物恢复边坡植被，可降低边坡植被的 后期维护管理费用。4苔藓植物在边坡植被生态恢复中应用的问题与解决途径虽然苔藓植物具有边坡植被生态恢复中对植物 材料期望的多重特征，但由于种种原因，苔藓植物至 今还没有真正作为植被护坡工程中

22、的重要植物材料 被利用，究其原因主要有：1) 苔藓植物在中国的研究起步较晚，不论从生 态学还是生物学方面，尤其是对苔藓植物的生态学 研究，都远远落后于国外，以致对苔藓植物作用认识 不足。2) 苔藓植物的采集费时费力，也是很少将其作为边坡植被生态恢复植物材料的一个原因。3) 对苔藓植物的生物学实验研究在中国基本上还是一片空白，对苔藓的大规模繁殖技术(组培)还处于空缺状态，因而使得工程中难于大规模使用苔 藓植物。4) 由于国内外关于苔藓植物的应用基础研究基 本上处于空白，要开发苔藓植物作为边坡植被生态恢复的植物材料，需要投入大量的经费，而由于对苔 藓植物认识的不足，这一庞大研究投入的解决尚需 要时

23、日。有鉴于此，我们必须首先解决将苔藓植物 运用到边坡植被生态恢复中所面临的上述问题。为此，必须改变目前对于边坡生态恢复植物材料范畴 的认识，它不仅包括草本、木本、藤本植物，更应该包 括苔藓植物；国家或者相关企事业单位应加大对苔 藓植物生态学、生物学研究的投入，为苔藓植物的应 用奠定理论与技术基础；提高对苔藓植物从生态学 到生物学方面的认识。这样，苔藓植物才有可能作 为一种植物材料得到广泛应用。5结语总的来说，苔藓植物的充分遮掩有利于保护表 层土免受水蚀、风蚀的侵害，同时涵养水源；草本植 物的浅根系有加筋作用，植草的根系在土中错综盘结，使边坡土体在其延伸范围内成为土与草根的复 合材料，草根可视为带预应力的三维加筋材料;木本植物垂直根系作用在于深根的锚固作用，植物的垂直根系穿过坡体浅层的松散风化带，锚固到深处较稳定的岩土层上，可以起到预应力锚杆的作用。同时，植物通过吸收和蒸腾坡体内水分，降低土体的孔隙水压力，增加土体内聚力，提高土体的抗剪强度，有利于边坡体的稳定。只有苔藓、草本、木本植物综 合作用的发挥才能够达到形成坡面岩体-基质-植被有机体的整体效果12。6参考文献1 Robbin B S. Soil Bioengineering Takes Root. New York:Civil Engineer