高寒草原公路建设对路域植物组成及多样性的影响.pdf
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1、第45卷第4期2023年7 月李永鹏,贾平海,云旦迦沧,等.高寒草原公路建设对路域植物组成及多样性的影响J.地球科学与环境学报,2 0 2 3,45(4):10 0 2-1014.LI Yong-peng,JIA Ping-hai,YUNDAN Jia-cang,et al.Influence of Highway Construction on Plant Species,Growth and Diversity inAlpine Grassland AreaJJ.Journal of Earth Sciences and Environment,2023,45(4):1002-1014.D
2、01:10.19814/j.jese.2023.03006高寒草原公路建设对路域植物组成及多样性的影响地球科学与环境学报Journal of Earth Sciences and EnvironmentVol.45No.4July2023环境与可持续发展专刊李永鹏,贾平海,云旦迦沧,陈治华1,田(1.甘南藏族自治州交通运输局,甘肃甘南7 47 0 0 0;2.兰州大学草种创新与草地农业生态系统全国重点实验室,甘肃兰州7 3 0 0 2 0;3.兰州大学草地农业科技学院,甘肃兰州7 3 0 0 2 0)摘要:为揭示青藏高原公路施工过程对周围草原生态环境的影响,选择甘肃省甘南藏族自治州在建的S10
3、卓尼一合作高速公路代表性路域的2 个施工点,在路基施工期间(2 0 2 1年6 月和9 月)距离路域建设红线外垂直10 m处和50 0 m处,采用样线法调查取样,获取植物群落物种构成、盖度、株高、生物量等参数;通过SPSS软件对植物群落的构成、物种多样性等相关指标进行分析,并运用最小显著性差异(LSD)法检验其差异显著性,以此分析公路施工对路域沿线植物种类、生长及多样性的影响。结果表明:研究区域调查到的8 6 种植物以线叶嵩草(Kobresiacapillifolia)、藏嵩草(K.t i b e t i c a)和垂穗披碱草(Elymus nutans)重要值较高。比较两个调查区域以及同一区
4、域在距离路域建设红线外10 m处和50 0 m处的差异,发现仅部分采样点香农指数及植物生物量有显著差异(P0.05),说明此次调查的区域以及距离路域建设红线外不同范围的植物群落构成差别不大,路域建设对植被影响较小。9 月大部分采样点的植被总盖度、植物平均株高、植物生物量、Menhinick指数相较于6 月有显著提高(P0.05),说明公路施工虽然造成局部破坏并影响周围自然环境,但路域建设红线外的植物通过自身适应自然修复并正常生长,周围施工并不影响植被的自然生长。综上所述,在严格控制施工行为的前提下,距离路域建设红线外不同范围内的植物群落及生长变化不大,生态系统破坏相对较小。关键词:生态环境工程
5、;高速公路;路域建设;植物种类;植物生长;生态修复;甘肃中图分类号:X37;Q 9 48.1Influence of Highway Construction on Plant Species,Growth andLI Yong-peng,JIA Ping-hai,YUNDAN Jia-cang,CHEN Zhi-hua,TIAN Pei2.3*(1.Transportation Bureau of Gannan Tibetan Autonomous Prefecture,Gannan 747000,Gansu,China;2.State Key Laboratory of Herbage I
6、mprovement and Grassland Agro-ecosystems,Lanzhou University,Lanzhou 730020,Gansu,China;3.College of Pastoral Agriculture Science and Technology,Abstract:In order to reveal the influence of highway construction on the natural grassland andecological system in Qinghai-Tibet Plateau,two representative
7、construction points at a distance of17 km which are ongoing construction area of S10 Zhuoni-Hezuo expressway in Gannan Tibetan收稿日期:2 0 2 3-0 3-0 3;修回日期:2 0 2 3-0 6-10基金项目:甘肃省交通运输厅科技项目(2 0 2 1-0 7);国家自然科学基金项目(3 19 7 17 6 8)作者简介:李永鹏(19 8 9-),男,甘肃临潭人,工程师,E-mail:9 49 6 6 2 56 4q q.c o m。*通讯作者:田沛(19 7 9-
8、),女,河南新郑人,教授,博士研究生导师,农学博士,E-mail:t i a n p l z u.e d u,c n。田沛2.3*文献标志码:A文章编号:16 7 2-6 56 1(2 0 2 3)0 4-10 0 2-13Diversity in Alpine Grassland AreaLanzhou University,Lanzhou 730020,Gansu,China)投稿网址:http:/je s e.c h d.e d u.c n/第4期autonomous prefecture of Gansu province were investigated.The sampling
9、sites were 10 and 500m away from the construction red line,and the sampling dates were June and September 2021.Line transect method was used to collect the samples,and species composition,coverage,heightand biomass of plant community were calculated;the composition of plant community and speciesdive
10、rsity were analyzed by SPSS software,and the least significant difference(LSD)method wasused to test the significance of the above indexes,meanwhile the influences of highwayconstruction on plant species,growth and diversity were discussed.The results show that thereare 86 plant species presenting i
11、n investigation sites and the important values of Kobresiacapillifolia,K.tibetica and Elymus nutans are higher;there are no significant differencebetween two investigation sites or between two distances(10 and 500 m away from the red line ofhighway construction)in the same location for most of the i
12、ndices;only Shannon index andbiomass of plant have significant difference(P0.05)in a few sampling sites,suggesting thatthere is little difference of plant community composition in the investigation sites and the differentdistances away from the red line of highway construction.The vegetation height,
13、average height,biomass and Menhinick index of plant in September are significantly higher(P0.05)than thosein June,indicating that the plants away from the red line of highway construction recovernaturally and grow normally through their own adaptation,although the highway constructionpartially destr
14、oys and affects the surrounding natural environment.In general,under strictcontrol of construction behavior,plant communities and growth in different distances away fromthe red line of highway construction have little change,and the damages to the ecosystem arerelatively small.Key words:ecological e
15、nvironment engineering;highway;road construction;plant species;plantgrowth;ecological restoration;Gansu0引 言高速公路建设规模逐年攀升可以带动区域经济快速发展,为当地社会提供新的发展机遇,但其施工过程涉及的开挖路基、桥梁涵洞等施工行为不可避免地使植被遭到大范围破坏,造成地表裸露,土壤物理化学性质恶化,并时常伴有扬尘、噪音、废水排放等环境污染活动1。这些问题使得路域生态系统的维系面临严峻的挑战,尤其对于高寒草原等生态脆弱区来说,若没有适宜的处理措施甚至可能引起不可逆的生态衰退。因此,基于可持续
16、发展理念,开展公路施工与运维过程中生态环境的修复、重构、维系等研究具有重要意义。研究表明,公路建设会直接导致植物群落层次缺失,结构错乱,土壤与植被间关系失衡,沿线群落退化,形成大量特殊、恶劣的生态系统2 。与此同时,在车流量、生境特征(路边原有植被和土壤特征)、风以及路面特征等多重因素影响下3-41,公路穿越周边区域的自然因素也将随之改变,植物的分布、群落组成以及物种人侵、隔离、迁移等生物行为均受李永鹏,等:高寒草原公路建设对路域植物组成及多样性的影响有必要展开有针对性的研究。本文以甘肃省甘南藏族自治州在建的S10卓尼一合作高速公路(简称“S10卓合高速”)所处的高寒草原路域生态环境为研究对象
17、,通过野外调查,全面梳理甘南藏族自治州草原自然植被中物种分布情况,避选适用于高寒草原区域公路建设绿化防护的植物品种,分析公路施工对路域建设红线外不同时1003到不同程度的影响,典型表现为植被盖度、密度、物种组成和丰富度与相邻天然植被相比存在明显差异3.5-9 。此外,不同生态系统、不同道路建设类型的负面影响各有不同,即使在同一生态系统中,道路建设对其生态系统影响也是不尽相同的10-1。不难看出,公路建设对于整片路域植物物种组成及多样性存在复杂、多样、长期的负面影响。针对这一工程问题,结合物理防护工程的混播植草、挂网客土喷播植草、植生袋等公路建后快速修复技术不断涌现,以期实现道路沿线生态环境的快
18、速修复12 。然而,有关公路施工过程对路域建设红线外生态系统的影响研究相对较少,更是缺乏针对高寒区域及适合恶劣条件路域的公路生态影响恢复技术理论和方法,因此1004空跨度下植物物种组成及多样性的影响,梳理高寒草原公路施工条件下路域生态维系的难点,并提出相应的建议,以期为保护高寒草原区域原有生态资源和沿线自然景观、维系路域生态环境和生物多样性提供指导。1研究区概况甘南藏族自治州大部分地区属于黄河流域,境内主要河流有黄河、白龙江、洮河、大夏河,是甘肃省水资源富集区之一13 。甘南藏族自治州蕴含着丰富的草地资源,草地面积约为2 8 1.53 10 4hm,占该自治州土地总面积的7 0.2 8%,占甘
19、肃省草地总面积的17.51%,区域内动植物资源丰富,具有较高的生态保护和美学旅游价值141。近年来,为了开发甘南藏族自治州丰富的旅游资源,促进乡村振兴,增加农牧民收人,大量公路交通项目建设在该自治州开展,其中包括S10卓合高速。S10卓合高速地处青藏高原东北边缘,是西北内陆风沙防治区、黄土高原水土流失重点防治区与青藏高原高寒区的过渡地带,地势由西北向东南逐渐降低,海拔为2 40 0 3 7 0 0 m15,属高原大陆性气候,年降水量为40 0 8 0 0 mm,年平均气温为113,最低气温接近一3 0,冻结期为9 月至10月,解冻期为3 月至4月,最大冻土深度为147玛曲30kmL地球科学与与
20、环境学报cm。在地理位置、海拔、气温、土壤等因素的综合影响下,S10卓合高速路域植被类型复杂多样(图1)。主要草地类型为高寒草甸,并具有相当数量的杂草和灌丛,为高寒阴湿、气候恶劣、生态环境脆弱的高寒草原地区。2分析方法与数据处理2.1分析方法本文采用样线法16 对植被物种组成及多样性进行统计调查,调查日期为2 0 2 1年6 月19 日至6月2 1日和2 0 2 1年9 月7 日至9 月9 日,调查地点为S10卓合高速沿线代表性路域2 处直线距离17km的施工点(图2)。其中,施工点1(8 标)位于卓尼县,地处青藏高原和黄土高原过渡带,植被类型为高寒嵩草、杂草类草甸;施工点2(11标)位于合作
21、市,是典型的青藏高原高寒草甸区域,植被类型为高山稀疏植被。考虑到公路对邻近植被的影响程度随着离公路建设距离的增加而减小,在2 0 0 m内的影响尤为明显,而在50 0 左右开始趋于稳定2.17 。因此,选取离公路建设红线(公路建筑区域边缘位置)外垂直距离10 和50 0 m的未被施工破坏的区域,平行于公路路线区域设置样方,每个位点设置4个重复,样方间距为10 0 m,样方面积为1m1m(图2)。需要注意的是,8 标主线左侧,距离路域建N采样点寒温带和温带山地针叶林温带针叶林亚热带针叶林亚热带和热带山地针叶林夏河合作S10啤谷高速卓尼绿曲迭部02023年亚热带山地针叶、常绿阔叶、落叶阔叶混交林温
22、带落叶阔叶林亚热带落叶阔叶林温带落叶灌丛亚热带、热带常绿阔叶、落叶阔叶灌丛(常含稀树)亚高山落叶阔叶灌丛亚高山硬叶常绿阔叶灌丛温带丛生禾草典型草原温带丛生矮禾草、矮半灌木荒漠草原高寒禾草、苔草草原温带禾草、杂草类草甸温带禾草、杂草类盐生草甸高寒蒿草、杂草类草甸寒温带、温带沼泽舟曲高寒沼泽高山稀疏植被一年一熟短生育期耐旱作物(无果树)一年一熟粮食作物及耐旱经济作物、落叶果树园两年三熟或一年两熟旱作和落叶果树园数据来源于中国科学院资源环境科学与数据中心(http:/w w w.r e s d c.c n/);图片绘制通过ArcGIS10.8软件与人工勾画完成图1甘肃省甘南藏族自治州植被类型分布及S
23、10卓合高速地理位置Fig.1 Distribution of Vegetation Types in Gannan Tibetan Autonomous Prefecture of Gansu Province and GeographicLocation of S10 Zhuoni-Hezuo Expressway第4期李永鹏,等:高寒草原公路建设对路域植物组成及多样性的影响500m处样方1005500m10m处样方一100m在建的S10卓合高速一8标设红线外垂直10 m处的样方标记为8-10;8 标主线左侧,距离路域建设红线外垂直5 0 0 m处的样方标记为8-5 0 0;11标主线左侧
24、,距离路域建设红线外垂直10 m处的样方标记为11-10;11标主线左侧,距离路域建设红线外垂直5 0 0 m处的样方标记为11-500。调查过程中记录每个样方出现的物种,以及样方中各物种的株数、株高、盖度、分盖度等指标。此外,将样方植被自地下30 cm整株挖出,分为地上和地下部分,称取鲜重,带回实验室在6 5 下烘干称重。2.2数据处理根据调查内容计算物种重要值和多样性指数。指数类型包括综合指数、丰富度指数、均匀度指数和优势度指数。综合指数有香农(Shannon)指数、辛普森(Simpson)指数,用以评估样本的物种多样性;综合指数越高,表明多样性越复杂 18 。丰富度指数主要为Menhin
25、ick指数,该指数不需要考虑研究面积的大小,强调了物种丰富度,具有直观的生态学意义 19 。均匀度指数主要有Evenness 指数和Eq-uitability指数。Evenness指数用以反映一个群落或生境中全部物种个体的分配状况,对物种丰富度敏感 2 0 1;Equitability指数反映各物种个体分配的均匀程度,取值范围为0 1,如果所有物种观测值相同,则物种均匀程度最高 2 1。优势度指数主要有Berger-Parker 指数和 Dominance 指数。Berger-Parker指数具有直观简单、计算容易的特点,综合反映丰富度、均匀度和优势度,在大的群落中(物种种数大于10 0),B
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