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表土層包括自然土壤中的腐殖質層、含枯枝落葉層以及耕作土壤中的耕作層(孫向陽，2005)。在中國公路建設項目占用土地后，普遍把表土層作為一般土料來使用或直接亂堆亂棄，由此造成了對天然肥力較高的土壤資源的巨大浪費(孫宏斌和馬云龍，2007)。缺乏科學的表土應用技術是造成公路建設產生的大量表土資源無法被合理利用的直接原因。因此，研究能夠大范圍推廣的表土利用技術以實現土壤資源的可持續利用，是目前中國環保型公路建設亟需解決的重要問題(張玉斌，2010)。 國外發達國家通常將表土的利用技術納入到表土剝離制度中，形成一整套的技術方法(朱先云，2009)。如日本在二戰后就開始探索利用表土進行土壤改良，研究了將表土作為客土摻入要改良地區的表層土壤的工藝方法，如翻轉客土、改良式翻轉客土等(朱先云，2009);在工程建設中特別是公路邊坡綠化上，日本還研發了客土噴播技術等利用表土資源的綠化恢復新技術(劉新衛，2008)。隨著國內資源保護意識的增強，公路環保相關領域的學者也逐漸意識到表土資源對于路域生態恢復的重要性，進行了表土利用技術的嘗試。如王新軍等(2011)研究了吉林省營城子至松江河高速公路沿線3種典型公路占地類型(林地、旱地、水田)不同土層厚度的土壤質量水平，提出了不同類型土壤表土層的最佳收集厚度;陳濟丁等(2009)在青藏公路多年凍土路段邊坡植被種植試驗中利用了當地的表土，在公路邊坡建立了較好的植被群。目前，表土利用技術的局限性在于僅簡單采用表土用于公路邊坡植被的種植，對后期植被生長效果沒有科學的跟蹤調查方法，而具體的技術規范要求以及結合成熟的邊坡綠化施工方法的配套技術還處于空白，這將是今后中國公路生態恢復中表土利用技術研究的方向。 為了推動中國“資源節約型，環境友好型”公路建設的進程，保護有限的土地資源，尋求一種操作簡便、便于推廣、經濟效益高的公路邊坡生態恢復新技術，本研究以江西省彭湖高速公路為依托，利用表土資源和客土噴播技術進行了邊坡生態恢復技術試驗，結合生態調查方法對后期植被生長情況進行系統的分析，研究表土利用的適宜性同時篩選出最科學的恢復技術。 1材料與方法 1.1試驗地概況 試驗地位于江西省彭澤至湖口高速公路(簡稱彭湖高速，位于江西省北部九江市彭澤縣和湖口縣境內，樁號位置K12+000～K63+929)K15+536、K25+478、K35+600、K45+215、K55+800共5個試驗點，每個試驗點具有路左和路右2個邊坡坡率為1∶2的具有代表性的低緩邊坡。圖1顯示了試驗地左右坡與陰陽坡的對應關系。該區域為湖積沖積平原區、長江沖積洲和鄱陽湖濱湖平原微丘區。亞熱帶季風氣候，氣候溫暖、光照充足、雨量集中且充沛。多年平均氣溫15.5～17.3℃，最冷1月平均氣溫3～4℃，最熱7月平均氣溫28～29℃。年無霜期247d，年平均日照2048.6h，年均降雨量1497.3mm，降雨主要集中在4—7月。全線丘陵植被以灌叢和灌草叢為主，植被類型多樣，植被結構單一。試驗地土壤類型主要為山地紅壤，表土層0～20cm。 1.2試驗設計 試驗設計的主體思路是，利用施工期收集的公路清表土作為邊坡人工建植植被生長的基質，結合目前公路邊坡綠化常見的兩種施工方法即普通噴播和人工撒播所進行的一種公路邊坡生態恢復的創新嘗試。選取了全線5個試驗點的左右2個邊坡設計了在2種施工方法下多種表土覆蓋厚度及對照的恢復試驗。試驗的目的是研究表土在邊坡生態恢復中的適宜性和對現階段公路生態恢復的指導意義，探尋當地環境條件下利用表土資源進行生態恢復的最佳方法。 1.3試驗材料 試驗材料包括種子材料、土壤基質材料以及相關設備3部分。其中噴播施工方法使用了草本5種、灌木4種、花1種的種子配比;撒播施工方法使用了草本4種、灌木7種的種子配比。土壤基質為沿線清表土，并混合了部分特殊的有機質及無機質材料。機械設備為表土運輸、覆蓋等施工過程提供保障。 1.4恢復試驗技術 2009年7月中旬開始對5個試驗點的9個試驗邊坡進行了試驗小區的劃分，并設計了不同的恢復方法(表2)。由于光照條件的不同，路左和路右的邊坡會形成陰坡和陽坡，因此將其分開設計是為了能夠在相同光照影響條件下進行試驗，減少數據的誤差。路左邊坡主要試驗設計目的是探求在中層厚度的表土覆蓋下，普通噴播、人工撒播、自然恢復的優劣;路右邊坡的試驗設計目的是在人工撒播的恢復方式下探求最佳的覆蓋表土厚度。 1.5研究方法 1.5.1土壤養分調查 2009年試驗開始前對所使用的混合表土的養分含量進行了測定，測定內容包括全氮、全磷、全鉀、有機質、有效磷、有效鉀、堿解氮和pH值，同時測定了試驗地附近的次生林林下表土養分含量和棉花地耕作層表土養分含量作為對比，分析收集的表土的養分情況。 1.5.2樣地調查 2010年7月采用樣線法(劉杰等，2006)對每個邊坡進行樣方調查。即從坡頂至坡底平行設置3條樣線，樣線之間的距離根據每個坡面的長度平均設置。樣線上等距分布4個1m×1m的小樣方，調查樣方內植物的種類、數量、高度、蓋度、地上生物量濕重和干重，隨后分別在樣線左右兩側距離2m的位置設置重復樣線進行樣方調查，每個坡面總計調查36個小樣方。由于邊坡植被均處于初級生長階段，喬灌草未明顯分層，故沒有進行2m×2m和5m×5m的大樣方調查。 1.5.3木本植物重要值計算 重要值是評價群落中各物種相對重要的綜合數量指標，重要值越高的植物在群落中占據優勢地位，能代表一個群落的特點(尚玉昌，2002)。本次計算采用的重要值指數，是相對密度或相對多度、相對頻度和相對顯著度3項指數的綜合，重要值=﹙相對密度+相對頻度+相對蓋度﹚/3(雷明德，1999)。邊坡植被群落中木本植物以及豆科多年生草本對后期群落結構的穩定和群落的持續生長有舉足輕重的作用，通過比較其在群落中的重要值來分析邊坡群落的質量。本文對試驗邊坡木本植物與多年生草本植物在群落中的重要值進行了分析。#p#分頁標題#e# 1.5.4物種多樣性計算 物種多樣性的計算選用豐富度指數(S)、均勻度指數和物種多樣性指數3類(馬克平和黃建輝，1995)。 1.6統計分析 采用MicrosoftExcel2010對調查數據進行生態公式計算，然后將計算得出的多樣性指數、均勻度指數，以及測定的鮮重、干重數據使用SPSS軟件進行單因素方差分析(α=0.05)，使用多重比較的方法檢驗最小差異顯著性。 2結果與分析 2.1土壤養分含量 由表3可見，公路清表階段收集的混合表土其養分含量與該地區普通表土相比，基本營養元素沒有缺失，養分含量或介于林下表土和棉地之間，或略高于二者，說明是適合該地區植被正常生長的土壤類型。 2.2群落垂直結構和種類組成 通過現場調查發現，路左右兩邊坡群落結構均較簡單，木本植物數量少處于生長初期，與草本無明顯分層，草本層豐富且在群落中占絕對優勢。木本植物以人工撒播和噴播的豆科種類為主，高度在10cm左右，在大多數樣方內的蓋度為1%～3%，而左邊坡(陰坡)的木本植物生長情況相對較好，在少數樣方內的刺槐和傘房決明生長迅速高度能達到20～30cm，木本蓋度能達到3%～8%。表4以K25+478具有典型代表性的試驗點為例進行說明。從表4可以看出，左邊坡的木本植物明顯多于右邊坡，植株高度也普遍較右邊坡高，兩邊坡以刺槐、傘房決明、馬棘分布最廣。試驗調查還發現，車桑子和截葉胡枝子在所有坡面未見分布。左右兩邊坡坡面的木本植被均和草本植被產生競爭，尤其是狗牙根在高度和密度上的優勢對木本植被的壓力最大。坡面的草本植物分主要分為本地野生草本和人工建植草本，根據現場調查可以看出，左右邊坡的草本植物分布情況和生長情況基本類似，但根據最后統計計算結果可以看出，右邊坡的平均蓋度(62.9%)略高于左邊坡(57.2%)。坡面的調查情況見表5。 根據坡面的樣方調查綜合統計發現，共有植物8科26種(表6)。其中自然恢復野生植物8科16種，占總種數的62%;人工建植植被3科9種，占總科、種的38%、38%。木本植物2科6種，占總科、種的25%、23%;草本植物7科20種，占總科、種的88%、77%，草本植物種類占絕對多數。單子葉植物2科6種，占總科、種的25%、23%;雙子葉植物6科20種，占總科、種的75%、77%，群落中以雙子葉植物的種類占絕對多數。含4種及以上的科有豆科、菊科、禾本科3個，共計20種，占科、種總數的38%和77%，這3個科所含種占總數的大部分，是邊坡群落的主要組成科。僅含1～2種的科有5科，占總科數的63%。含4種及以上的科中，除豆科有些種為木本植物外，其余各科均為草本植物，群落中優勢明顯?？梢姡吰氯郝浣Y果組成簡單，科屬較少，均為喜陽物種，草本占絕對優勢，標志該群落只是演替的最初級階段。 2.3邊坡群落生態特征 由圖2可知，右邊坡4個試驗點的物種多樣性、均勻度各試驗處理具有相同的規律，即未覆表土恢復處理(平均多樣性、均勻度指數為0.83、0.78)顯著高于覆蓋表土的試驗，而不同覆土厚度之間差異卻不顯著。結合現場調查發現，未覆表土恢復的植被多為撒播草種(狗牙根為主，平均蓋度23%)和眾多本地野生的草本植被(以禾本科、菊科等11種雜草為主)且覆蓋度較高，而幾乎沒有木本植物出現，表明當地氣候條件有利于初期裸露邊坡的自然及人工快速復綠，并能達到較高多樣性和均勻度;覆有表土的試驗坡面在多樣性和均勻度方面不及未覆表土的試驗坡面，表明其在物種數和穩定性方面不如未覆表土的試驗，從現場調查可以看出，其坡面主要草本也是以撒播的狗牙根為主且平均蓋度更高(蓋度在20%～40%)，但其他野生草本種類相對更少，最大的不同是覆有表土的試驗坡面或多或少有人工建植的木本植被(刺槐、馬棘為主)分布，但其同時也受到狗牙根強大的競爭壓力。試驗說明覆蓋表土對木本的順利出苗有一定關系。 由圖2左邊坡5個試驗點分析結果可知，未覆表土普通噴播處理(平均多樣性指數為0.81)和覆蓋表土10cm人工撒播(0.80)及覆表土7～8cm人工撒播(0.79)3種試驗處理之間無顯著差異，且顯著高于覆蓋表土7～8cm普通噴播(0.75)及覆蓋表土7～8cm自然恢復(0.57)，再次說明當地的濕潤氣候條件有利于邊坡初期草本的迅速生長，且其影響超過土壤生長條件;覆蓋表土7～8cm采取的3種恢復技術其結果大小趨勢為撒播＞普通噴播＞自然恢復，且各處理之間差異顯著，說明撒播能取得較好的植被生長效果，而自然恢復效果較差，多為本地野生草本且生長不均因此多樣性最低。從物種均勻度比較結果看出，5個試驗處理結果之間差異顯著，大小趨勢表現為覆蓋表土10cm人工撒播(平均均勻度指數為0.84)＞覆蓋表土7～8cm人工撒播(0.82)＞未覆表土普通噴播(0.74)＞覆蓋表土7～8cm普通噴播(0.69)＞覆蓋表土7～8cm自然恢復(0.54)，可以看出，覆蓋表土人工撒播的恢復方式的群落結構穩定性最好，且覆蓋表土厚度與穩定性成正比。 由圖3可知，右邊坡4個試驗點的鮮重、干重2個因子在各試驗處理對比中結果同樣具有相同規律，即覆蓋表土10cm(平均鮮重、干重為415.9、140.3g)與覆蓋表土15cm(428.3、143.3g)之間的差異不顯著，而這2個試驗結果遠遠高于覆蓋表土5cm(320.3、111.3g)及未覆蓋表土(195.2、87.2g)試驗。結合現場調查發現，未覆表土恢復的植被多為多為禾本科撒播草本(狗牙根)和野生的雜草(11種)，雖然種類較多，但總體生長高度和總蓋度都遠不及覆蓋表土邊坡的植被;覆蓋表土5cm的試驗其優勢種狗牙根的平均蓋度僅20%左右，野生草本共計8種，高度和蓋度也不及覆蓋厚層表土的試驗。結果表明，利用覆蓋富含養分的表土進行生態恢復更有助于植被生物量的積累，且與表土厚度有一定的正向關系。由圖3可知，左邊坡各試驗處理鮮重和干重之間差異均顯著，大小趨勢為:覆蓋表土10cm人工撒播(平均鮮重、干重:475.4、151.3g)＞覆蓋表土7～8cm人工撒播(468.2、159.4)＞覆蓋表土7～8cm普通噴播(323.7、115.6)＞未覆表土普通噴播(170.5、83.1)＞覆蓋表土7～8cm自然恢復(159.7、57.7)。其中覆蓋表土10cm與7～8cm人工撒播2種處理之間平均生物量(鮮重與干重)差異在8g以內，而其與覆蓋表土7～8cm普通噴播之間差異達30%～40%左右，與覆蓋表土7～8cm自然恢復之間差異可達200%左右。表明，覆蓋表土然后進行人工撒播進行綠化恢復，有利于生物量的積累，效果優于普通噴播和自然恢復。#p#分頁標題#e# 2.4群落重要值 由圖4可知，試驗右邊坡撒播的木本植物物種重要值在覆表土10cm(以刺槐、馬棘、多花木藍生長為主)和15cm(以刺槐、截葉胡枝子生長為主)2個處理中能達到較高的水平(分別為11.9和11.7)且差異不明顯;而未覆表土的試驗處理(以刺槐、銀合歡、馬棘、白灰毛豆生長為主)的木本植物物種重要值最低僅為6.1，與其他試驗處理結果對比差異顯著(相差達95%左右)。試驗結果說明，覆蓋表土10cm或15cm有利于木本提高在群落中的重要值。試驗邊坡撒播的多年生草本(均以白花草木犀為主)的重要值隨著覆蓋表土厚度的增加而呈現梯度增加的趨勢(9.4、12.3、15.0、18.6)且各數據之間差異顯著，試驗結果表明其在群落中重要值與表土覆蓋厚度成正比。由圖4可知，試驗左邊坡木本植被的重要值以覆蓋表土10cm(刺槐、馬棘、白灰毛豆生長為主)和7～8cm(刺槐、馬棘生長為主)撒播的恢復方式最高而且之間差異不顯著;覆蓋表土7～8cm普通噴播的恢復方式(傘房決明、馬棘生長為主)其木本植物重要值比前2種試驗結果低20%左右，差異顯著，表明撒播的方式有利于木本提高在群落中重要值;木本重要值最低的為覆蓋表土7～8cm自然恢復恢復方式，其中的木本植物主要為其他試驗邊坡飄來的種子。草本植物恢復試驗結果與木本植被恢復結果基本一致，只是在覆蓋表土10cm的試驗處理(白花草木犀為主)草本的重要值達到最高。 3討論 3.1表土利用的目的和指導意義 退化群落自然恢復過程分為草本群落階段、草灌群落階段、灌叢灌木階段、灌喬過渡階段、喬林階段和頂極群落階段6個演替階段(喻理飛等，2000)。本次研究利用表土使邊坡植被群落達到了演替的初級階段，初步完成了邊坡生態恢復的首要目標，即以草本為優勢種，輔以人工建植導入的木本植物幼苗的生長階段，后期養護措施應以促進木本植物生長為目的。從調查情況看，自然恢復的野生草本以速生的多種菊科、禾本科為主(表4)，且由于氣候條件適應植被生長旺盛，對木本植被的生長有較大的競爭壓力，因此人工建植植被時可適當減少禾本科、菊科類草本的用量，為木本植被的生長留出足夠空間。陸旭東等(2009)在長白山區進行了公路邊坡客土噴播試驗，結果發現，植物配比中草本植物用量過大會抑制灌木的生長，建議多用灌木種子，減少甚至不用草本種子來以確保灌木生長，本次試驗結果與上述結果較為一致。同時本次試驗使用的多年生草本植物白花草木犀生長高度較高(＞50cm)，與木本植物(＜10cm)之間存在明顯分層，在光照因子上不與木本產生較大競爭，而且還具有改良土壤的效果，因此也是改良種子配比的一種選擇。統計結果還顯示了試驗地的左邊坡(陽坡)的平均覆蓋度略低于右邊坡(陰坡)，這是由于陽坡光照更充足，一些本地喜陽雜草自然更新與噴播物種形成競爭，加上水分供應不足的客觀原因使總體覆蓋率略低，因此陽坡進行生態恢復更應注意草本的用量和后期水肥的補充供應。上述結論僅適用于氣候條件優越地區，對其他地區有待進一步研究。 3.2表土的重要性和研究面臨的問題 未使用表土進行恢復雖然能達到一定的覆蓋度，但均為本地草本植物(表4)，結構簡單;而采用了表土的試驗邊坡，不僅自然恢復了大量本地野生草本，人工建植植被也生長較好，其群落覆蓋度、多樣性和均勻度都較高(圖2和圖4)，尤其是生物量的積累和木本植物在群落中的重要性(圖6和圖7)都顯著高于不使用表土的試驗邊坡。試驗說明了表土對群落的結構穩定和持續生長意義重大，這是邊坡群落進展演替的基礎條件。相關研究表明，表土的珍貴之處在于其不僅含有大量植物生長所需的養分(表3)，而且表層土壤(包括凋落物)中的有生命的種子形成了土壤種子庫，是潛在的植物種群或群落，是植被天然更新的物質基礎(Moles＆Drake，1999)。土壤種子庫能部分反應群落的歷史，對退化生態系統的恢復起著重要的作用(于順利和蔣高明，2003)，這些研究都支持了本次試驗采用表土進行生態恢復的前瞻性及合理性。但本次調查并沒有發現本地灌木或喬木的幼苗更新。Brown和AlMazrooe(2003)在退化的林地移植土壤表層5cm來進行恢復試驗，草本植物成為了優勢物種，而在更新苗中沒有發現任何木本植物，這和本試驗結果一致，這是由于不清楚移植土壤的時間、環境及移植技術方法造成的(尚占環等，2009)。本次研究使用的表土是在路基清表階段收集并集中堆放的，堆放時間接近1年，而且對表土種子庫構成、最佳表土移植時間、可萌發種子喪失萌發能力的時間、構建什么樣環境用來保證種子正常發育等方面還不清楚，如果條件允許開展相關研究是非常必要的。 3.3表土利用厚度及恢復方式的合理應用 在對多樣性指數、均勻度指數、生物量以及木本植物重要值進行統計分析后發現，在覆蓋表土厚度上存在一定規律，即覆蓋中層厚度的表土(7～10cm)與厚層(＞10cm)取得的恢復效果沒有差異，在成本和資源統籌利用的條件下，可以考慮采取中層厚度的表土，以達到資源的合理及可持續利用。普通噴播是將種子與種植土等噴播材料混合后即可噴射到邊坡進行恢復，優點是節省人力，施工速度快，但是費用較高;人工撒播是在土壤噴播完成后再進行人工撒播種子，施工速度較慢，但費用成本低，出苗率較高。試驗結果雖然表明人工撒播植被生長效果較優，但并不能說明人工撒播技術更優，在實際恢復工程中應考慮成本、工期等條件合理搭配2種恢復方式。 4結論 彭湖高速公路邊坡適宜利用當地表土進行生態恢復，表土所含的養分和種子庫對邊坡群落生長、正向演替及維持群落結構穩定意義重大，同時配合人工建植手段導入適宜外來植被對群落的穩定和延續非常必要。利用表土進行生態恢復應注意適當減少禾本科等人工草本植物種子的單位面積的用量，可適當增加多年生植被，特別是豆科多年生植物和木本植物的用量和種類，這對改善邊坡土質、促進邊坡群落更新都有積極作用。使用中層厚度表土(7～10cm)可滿足群落的正常生長和結構的穩定，在實際施工中還應合理安排普通噴播和人工撒播恢復方式。 #p#分頁標題#e# 本研究利用了當地表土并采用了多種恢復方式對當地公路邊坡進行了生態恢復，生態調查是在恢復1年后進行的，調查時間間隔較短可能會使調查結果或多或少受一些不確定因素的影響。因此，為了檢驗試驗結果的科學性，本研究還將繼續對試驗邊坡進行多年跟蹤觀測，對結論進行完善。