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道路建设对路边植物群落的影响

曾胜兰  
【摘要】:来自道路建设、维护和使用的干扰频繁影响周围的栖息地状况,并改变区域植物群落的组成和生态功能,但传统的研究局限于相对成熟的生态系统,比如森林和草原生态系统。其次,大多数道路研究更关注道路对栖息地和植被的负面影响,这促使人们在其研究的生态系统中探讨道路干扰与局域环境和植被的确定关系以试图评价负面影响的普遍性,而这些先入为主的观点限制了对道路生态系统的客观评价。显然,为保证经济的发展,道路建设还将持续,现阶段迫切需要对道路建设的生态影响进行客观评价,或者探讨通过改变道路结构缓解其负面影响的可行性,但现阶段相关研究较少。本研究通过对黄河三角洲路边植被的调查,探讨在新生的、高盐碱化的环境中道路对植物群落物种多样性、组成和环境的影响。本研究开展了连续3年(2007-2009年的7月到8月)的野外植物群落调查,其中调查样方2808个(样方法),考察样线352条(样线法),制作植物标本185份,采集土样3269份。作为本研究的预实验,2007年的研究开展了黄河三角洲地区道路特性和路边植被的本底调查,同时对调查分析方法的可行性进行了评估,这为2008年和2009年的进一步研究奠定基础。具体来说,本研究首先检验道路的属性(道路宽度、路面材料)和道路密度对植物群落物种丰富度的影响,其次探讨道路对植物群落时空分布和组成的影响,最后探讨道路沟渠对路边植物群落的影响。 本研究的主要结果和结论总结如下: (1)道路的属性显著影响路边植物群落的物种丰富度。与土质路面的道路相比,沥青路面的道路边界具有更高的物种丰富度。无论是物种丰富度还是植物密度,高道路密度区域都显著高于低道路密度区域。路面为20m的道路其边界具有更高的物种丰富度,即使考虑与道路边界距离的影响,本研究也得到类似的结果。本研究指出道路对植物群落的影响与来自道路使用的干扰频度、强度和程度相关。 (2)空间尺度上,与远离道路边界的自然区域(200m)相比,道路边界的物种丰富度和多样性显著高于其他距离区域,并且它们都随着与道路边界距离的增加而降低;时间尺度上,道路对植物群落的正面和负面影响体现在从道路建设到长期使用的不同发展阶段。在道路建设初期,道路边界的总物种丰富度显著低于自然区域,道路建设的干扰对于整个群落来说是不利的。随着道路使用时间的增加,在大多距离区域中,群落总物种丰富度和多样性都随着道路使用时间的增加而增加并在道路建成20年达到顶峰,此后总物种丰富度和多样性的变化都处于相对稳定的状态。在这个阶段中,道路显著增加了局域的物种丰富度,这是道路的正面影响。道路建成20年后,道路边界的总物种丰富度略有下降的趋势,这与本地植物数量的降低有关。对应分析(CA)结果表明道路边界的植被主要由非盐生的本地植物构成。此外,盐生植物所占比例随着与道路边界距离的增加而增加,并随着道路使用时间的增加而降低。调查还发现道路能够为濒危物种提供关键的生存环境,比如野大豆。 (3)空间尺度上,本地和外来植物具有类似的分布模式,即物种丰富度和多样性随着与道路边界距离的增加而显著降低,这说明道路的传播功能本身无选择性;时间尺度上,本地和外来植物对道路干扰的响应不同。在大多数的距离区域中,本地植物物种丰富度随着道路使用时间的增加而增加并在道路建成20年时达到顶峰,此后物种丰富度显著下降;而外来植物的物种丰富度随着道路使用时间的增加而持续增加。大多数外来植物的频度都随着与道路边界距离的增加而降低,但仍有少数外来植物如柽柳均匀分布于道路影响区。这样的分布模式与外来植物的生物学特性(生活史、扩散机制和形态)相关。 (4)在盐碱化的环境中,道路建设使得由盐生植物占优势的群落向非盐生植物占优势的群落转换。在两个时间梯度上,道路边界的植物物种丰富度都显著高于相对应的非道路影响的自然区域。道路边界和非道路影响的自然区域植物群落相异指数较高说明这两个区域的群落组成差异较大。在两个时间梯度上,道路边界植物群落中盐生植物所占比例都显著低于相对应的非道路影响的自然区域。对应分析(CA)和双向指示种分析(TWINSPAN)结果显示,盐生植物在非道路影响的自然区域中占优势,相反,典型的非盐生植物在道路边界区域占优势。与相对应的非道路影响的自然区域相比,道路干扰显著降低土壤含水量和盐度,增加了pH和硝态氮含量。典范对应分析(CCA)对环境变量的选择结果显示,土壤盐度是影响道路边界和非道路影响的自然环境中植物群落物种组成差异的主导因素。研究证实道路干扰显著影响邻近区域的土壤和植被,但土壤特性和植物群落变化的趋势不随道路年龄而变化,但程度有所增加。 (5)在盐碱化的环境中,道路沟渠的存在能够增加局域景观异质性,相对湿润的环境能够有效的降低土壤盐度及减少盐度胁迫对物种分布的影响,因此沟渠的存在能够在距离道路边界30m的区域内为非盐生植物的生存提供环境。除道路边界区域外,具有沟渠的道路系统中物种多样性和非盐生植物所占比例都显著高于不具有沟渠的道路系统相对应的区域。沟渠的宽度和结构将影响沟渠的功能。相对于不具有沟渠的道路系统,具有边坡的大沟渠道路系统的总物种多样性更高,相反,具有无边坡的小沟渠的道路系统的总物种多样性低于不具有沟渠的道路系统。具有大沟渠和小沟渠的道路系统虽都能有效地降低土壤盐度,但盐度降低的原理不同,由此造成物种多样性和盐生植物分布的差异。具有大沟渠的道路系统,其物种多样性和非盐生植物所占比例都显著高于具有小沟渠的道路系统。另外,沟渠的存在降低了道路边界区域的土壤含水量并可能限制某些植物的生长,从而降低边界区域的物种多样性。最后,沟渠是典型的廊道结构,它具有传播的功能,研究结果表明,沟渠的存在可以增加局域外来物种的数量。盐度的降低仍然是造成局域物种组成差异的关键因素,但盐度的降低受控于土壤含水量和容重的变化。


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