宋志强 （青海省高等级公路建设管理局，青海西宁８１０００８） 摘要：根据青海省内的自然地理条件，将恢复生态学中的生态因子限制原理、生态位学说、生态因子适应性原理以及群 落演替原理应用到青海省高等级公路绿化中，制定出有针对性的绿化对策。实践证明，恢复生态学的理论对于指导青海省的 公路绿化具有非常现实的意义。 关键词：恢复生态学：公路绿化：应用 中图分类号：Ｕ４１７．９ 文献标识码：Ａ 文章编号：ｌ０Ｏ２—４７８６（２０１１）０７—００３９—０４ ＤＯＩ：１０．３８６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００２－４７８６．２０１ １．０７．０１０ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｒｅｃｏｖｅｒｉｎｇ Ｅｃｏｌｏｇｙ ｉｎ Ｇｒｅｅｎｉｎｇ ｏｆ Ｈｉｇｈ－Ｇｒａｄｅ Ｈｉｇｈｗａｙ ｉｎ Ｑｉｎｇｈａｉ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ ＳＯＮＧ Ｚｈｉ—ｑｉａｎｇ （Ｑｉｎｇｈａｉ Ｐｒｏｖｉｎｃｉａｌ Ｈｉｇｈ—Ｇｒａｄｅ Ｈｉｇｈｗａｙ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ａｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎ，Ｘｉｎｉｎｇ ８１０００８，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｐｈｙｓｉｏｇｒａｐｈｉｃ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｉｎ Ｑｉｎｇｈａｉ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ，ｔｈｅ ｌｉｍｉｔｉｎｇ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ ｆａｃｔｏｒ，ｔｈｅ ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ ｎｉｃｈｅ ｔｈｅｏｒｙ，ｔｈｅ ａｄａｐｔｉｏｎ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ ｆａｃｔｏｒ ａｎｄ ｔｈｅ ＳＵＣＣ— ｅｓｓｉｏｎ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ｃｏｍｍｕｎｉｔｙ ａｒｅ ａｐｐｌｉｅｄ ｉｎ ｈｉｇｈｗａｙ ｇｒｅｅｎｉｎｇ ｏｆ ｈｉｇｈ—ｇｒａｄｅ ｈｉｇｈｗａｙｓ ｉｎ Ｑｉｎｇｈａｉ， ａｎｄ ｔｈｅ ｔａｒｇｅｔｅｄ ｇｒｅｅｎ ｓｔｒａｔｅｇｉｅｓ ａｒｅ ｄｒａｗｎ ｕｐ．Ｔｈｅ ｐｒａｃｔｉｃｅ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｔｈｅｏｒｙ ｏｆ ｒｅｓｔｏｒａｔｉｏｎ ｅｃｏｌｏｇｙ ｈａｓ ｇｒｅａｔ ｓｉｇｎｉｉｆｃａｎｃｅ ｆｏｒ ｇｕｉｄｉｎｇ ｔｈｅ ｈｉｇｈｗａｙ ｇｒｅｅｎｉｎｇ ｉｎ Ｑｉｎｇｈａｉ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｒｅｃｏｖｅｒｉｎｇ ｅｃｏｌｏｇｙ；ｈｉｇｈｗａｙ ｇｒｅｅｎｉｎｇ；ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ０ 引言 代应用生态学的一个分支，主要致力于那些在自然 恢复生态学（Ｒｅｓｔｏｒａｔｉｏｎ Ｅｃｏｌｏｇｙ）是研究生态系 灾变和人类活动压力下受到破坏的自然生态系统的 统退化的原因、退化生态系统恢复与重建的技术和 恢复与重建，它是最终检验生态学理论的判决性试 方法及其生态学过程和机理的学科。这里所说的 验。它所应用的是生态学的基本原理，尤其是生态 “恢复”是指生态系统原貌或其原先功能的再现， 系统演替理论。恢复生态学在加强生态系统建设和 “重建”则指在不可能或不需要再现生态系统原貌的 优化管理以及生物多样性的保护方面具有重要的理 情况下营造一个不完全雷同于过去的甚至是全新的 论和实践意义。公路建设过程中会对原有的生态系 生态系统。一般泛指改良和重建退化的自然生态系 统造成比较大的干扰．公路路域内开展的植被恢复 统，使其重新有益于利用。并恢复其生物学潜力， 也属于生态恢复学的研究内容之一。从２００１年平西 也称为生态恢复。生态恢复最关键的是系统功能的 高速公路建设之日起，青海省公路管理部门就开展 恢复和合理结构的构建。 了公路生态恢复的研究，将恢复生态学的基本理论 恢复生态学是２０世纪８０年代迅速发展起来的现 应用到高等级公路的植被恢复中。 － 『Ｊ ｌ ＩＬ３９ ｌ ｉ ｌ ｌ 青海省生态环境的特点 促进的，任何一个单因子的变化，都必将引起其他 因子不同程度的变化及其反作用，这种关系称为综 在公路路域内进行植被恢复．首先要了解公路 所在地的生态环境特点。因此在制定公路植被恢复 计划时，对青海省的生态环境进行了详细的调研。 通过调研，发现青海省内的生态环境存在这样几个 鲜明的特点： 合作用。生物的生存和繁殖依赖于各种生态因子的 综合作用，其中限制生物生存和繁殖的关键性因子 为限制因子。任何一种生态因子只要接近生物的忍 耐极限，它就会成为这种生物的限制因子。生态系 统的限制作用强烈制约着系统的发展，在系统的发 展过程中，往往有多个因子起限制作用，并且因子 之间也相互作用。当一个生态系统被破坏之后，要 进行恢复会遇到许多因子的制约，如水分、土壤、 温度等，生态恢复工程也是从多方面设计与改造生 态环境和生物种群。但是在进行生态恢复时必须首 ａ）青海地域辽阔，地势高亢，气候恶劣，特别 是气温普遍低，风大且多，气象灾害频繁，但太阳 辐射强，光照充足： ｂ）土地辽阔，植被覆盖率低，单位面积的生物 量很低。如青海西宁附近山上天然的植被覆盖率仅 为３％～５％左右，由于降雨比较稀少。山上阳坡几 乎寸草不生，植被主要集中在北坡，省内其他地区 也是类似规律： ｃ）部分地区干旱少雨，属于干旱半干旱、半湿 润地区，柴达木盆地属于极干旱地区。东南和东北 一先了解制约植被恢复的关键因素（限制因子），然后 通过这些因素的调控来促进植被的生态恢复．即 “最有效和最经济的方法，应该是对某些关键因素 进行有限的调控，其他的事情由自然过程来完成”。 明确生态系统的限制因子．有利于生态恢复工程的 设计，技术手段的确定，并缩短生态恢复所需的时 间。公路路域植被恢复过程中虽然植物的立地条件 带地区雨量稍多，多数地区水资源贫乏，对原草 地植被的生长保护、植树造林种草、荒漠治理等带 来严重威胁： ｄ）生态十分脆弱。被破坏了的植被很难恢复， 植被生长缓慢，生态失调，恶性循环，格尔木地区 在２０世纪５０～６０年代由于不合理开荒种地，生态遭 非常差，在青海地区条件更差，但路域内的土壤是 公路干扰后存下来的土壤，其中也还含有多种植物 生存必须的物质，土壤团粒结构也没有被完全破 到破坏，２０世纪８０年代开始进行治理，但生态恶化 现象到目前为止没有根本改观： ｅ）生态环境差异较大，如东南部为湿润和半湿 润地区，而柴达木盆地为极干旱地区：年平均气温 坏．如果给予适当的条件也可以实现恢复，恢复的 时间与干扰强度呈负相关，干扰强烈则需要较长的 恢复时间．干扰小则恢复报需的时间缩短。 ２．２ 合理的生态结构 最高约为８．５ｃＣ，最低约为一５．７ｃｃ：许多高山顶广布 冰ＪｉＩ，冰川脚下为寒漠地带：森林只生长在雨量较 多的一定海拔高度的地段，乔木林以上为广阔的草 地和灌木林： 建立合理的生态系统结构有利于提高系统的功 能 生态系统是否合理体现在生物群体和环境资源 组合之间的相互适应程度，合理的生态系统结构能 充分发挥资源优势，并保持资源的持续利用。从时 空结构的角度，应充分利用光、热、水、土资源， ｆ）在自然灾害和人为因素的影响下．生态环境 趋于恶化，大小湖泊萎缩和干枯，水土流失加剧， 提高光能利用率；从营养结构的角度，实现生物物 质和能量的多级利用与转化，形成一个高效、无废 物的系统；从物种结构上，提倡物种的多样性，有 草地退化，土地沙漠化、土壤次生盐溃化加重。 ２ 恢复生态学的基本理论 ２．１ 生态限制因子原理 利于系统的稳定和发展。这些理论都能在公路植被 恢复中得以应用。在进行植被恢复时要根据所在地 生态因子是指环境中对生物生长、发育、生 殖、行为和分布有直接或问接影响的环境要素，例 如温度、湿度、土壤、水分、养料、光照、空气和 其他相关生物等。生态因子中生物生存所不可缺少 的环境条件，有时又称为生物的生存条件，所有生 态因子构成生物的生态环境。环境中各种生态因子 的生态系统类型．进行植物群落设计，将公路植被 有机地融入到本地生态系统的大环境中。 ２．３ 物种的生态适应性和适宜性原理 物种的选择是植被恢复和重建的基础，也是人 工植物群落结构的调控手段。一方面，物种的生物 学、生态学特性，决定了它正常生长发育要求一定 不是孤立存在的，而是彼此联系、互相制约、互相 的生态条件，只能分布在一定的区域范围内，即具 展的马平、宁大、西塔、西塔一级公路（西宁至 有生态适应性。因此，具体环境中的物种选择必须 倒淌河）、平阿高速公路、宁互一级公路（西宁至 遵循生态适应性原理，做到适地、适物种。 互助）和湟贵二级公路（湟中至贵德）的绿化设计中， 另一方面，物种具有一定的功能价值和经济功 根据恢复生态学的原理，不断进行改进和完善，以 能，能提供人们需要的产品或生态功能，能较好地 期达到更高、更好的生态恢复和景观效果。在应用 固土保水、改良土壤，或二者兼备，即具有适宜 生态恢复学进行绿化的过程中，对如何将恢复生态 性。选择物种时，也应遵从适宜性原理，引入符合 学的基本原理与公路具体实际相结合进行了较为深 人们某种重建愿望的目标物种。 入的探讨。 物种的生态适宜性原理告诉我们。在进行公路 ３．１ 科学的公路绿化决策程序 植被恢复的时候，必须要分析被选植物的生态适应 公路绿化受多种生态因子的制约，如水、气、 性，即便是本地物种也未必能适应公路的小气候环 温度、土壤、动物、植物等都对植被恢复过程产生 境，在以往进行植被恢复时很多人强调以乡土植物 影响。根据生态限制性因子原理分析，每个生态因 为主．其实未必合适。 子在其中产生的影响程度不同，有的在系统中处于 ２．４ 生态位原理 支配的地位，另外一些可能属于从属地位。在开始 生态位是指一个物种在生态系统中的功能、作 绿化之前的分析过程中需要决策人员对众多的生态 用以及它在时间和空间中的地位，反映了物种与物 因子的影响程度进行排序，并根据排序结果制定解 种、物种与环境之间的关系。生态位重叠越多，物 决限制因子的措施。现以平西高速公路绿化为例介 种之间对营养的竞争越激烈。在自然界生态位完全 绍如何利用恢复生态学中的限制因子理论解决边坡 重叠的物种在同一地点是无法共存的，至少会有一 植被恢复问题（见图１）。 个从生态系统中退出。 ｌ 调查制约边坡绿化的生态因子 ｌ 公路建设中植被恢复应用生态位原理，就是把 适宜的植物引入．一方面要避免引进生态位相同的 ｌ 筛选生态因子 ｌ物种．避免种群间的直接竞争；另一方面尽量填补 重要生态因子排序：水＞土壤＞温度＞养分＞光照＞坡度等 空白的生态位。使原有群落的生态位逐渐饱和。这 不仅可以抵抗病虫害的侵入，增强群落稳定性，也 Ｉ控制的难易程度 ｌ 可增加生物多样性，提高群落生产力。 ２．５ 生态演替原理 演替是指植物群落更替的有序变化发展过程。 演替的过程和方向取决于外界因子对植物群落的作 嘉 用、植物群落自身对环境作用的响应变化、群落中 Ｊ调控的主要措施Ｊ 植物组成、植物繁殖体的散布和群落中植物之间的 图１ 平西商速公路绿化限制因子分析图 相互作用等因素。 通过上述分析不难发现，在公路绿化中重点是 演替按发展方向可分为正向和逆向两类：从简 如何解决水的问题，因为在本地区所有的生态因子 单而稀疏的植被发展到森林群落，称为正向演替： 中，水产生的作用最大，但解决的难度比较大，土 当受到干扰和破坏，森林群落又发展到稀疏植被、 壤和养分容易解决，氧气和温度不能控制。因此在 灌丛，甚至裸地，称为逆向演替。逆向演替导致植 平西边坡绿化设计中制定了这样的绿化方针：首 被结构破坏。引起功能退化和环境退化。进行公路 先．选择的植物应能够忍耐当地的最高温和最低 植物群落设计之前要对群落的未来类型进行分析。 温，正常年份西宁地区的温度范围为一２５ ３２℃：其 用动态的思想指导公路绿化、植被恢复。 次，应耐干旱，因为水的问题比较难解决；另外， ３ 恢复生态学在公路绿化中的应用 为了能解决水的问题，需要研究能够集水的栽培工 从平西高速公路开始，青海省就将生态恢复学 艺，通过实验比较，最后决定采用小型鱼鳞坑交错 的基本原理应用到公路植被恢复设计中．在随后开 分布，在坑里种植植物。经过上述分析，最终决定 在平西高速公路边坡上种植当地乡土植物如柽柳、 柠条和芨芨草等。经过多年后边坡的植物依旧生长 良好。 ３．２ 完善植物群落设计 前面已经提到在生态学中有一个重要的概 海高等级公路建设管理局的协助下曾对平西高速公 路绿化进行了４年的观察．发现公路建设之处种植 的先锋植物如苜蓿、星星草等。在其生长过程中， 通过根系的分泌物、地上部分的枯枝烂叶以及在土 壤微生物和其他生物的共同作用下，使土壤结构和 念——生态位。不同植物物种在生态系统中的生态 位不同。尽管目前的科技水平尚不能对不同植物的 成分以及对应的小气候条件不断发生变化。随着植 物立地条件的改变，本地喜阳的灌木如枸杞、沙 生态位进行准确的界定，但是目前已知的植物栽培 学知识可以协助人们在实际工作中应用这一原理。 以马平高速公路的绿化为例，青海海东地区进行山 区绿化时首选的灌木是柠条和沙棘。起初计划采用 柠条和沙棘混播的方式进行边坡绿化，充分发挥两 种植物各自的长处。在进行方案论证时，有专家提 出这两个物种有些生物学性质相近。生态位重叠比 较大。柠条根系发达，地上部分特化，叶片小并覆 盖一层角质层，有适应干旱气候而特化的刺，这些 结构可以使其从比较深的土层中汲取水分，特化和 覆盖角质的叶可以有效降低叶面的蒸发量，因此其 棘、金露梅等，其种子通过诸如鸟类、动物及风等 传播媒介进入路域生态系统后定居下来，随着它们 的发展壮大。先期进入的草本植物被逐渐排挤掉。 同样这些小灌木也会被后来的植物所取代．最终形 成具有地带性特点的、物种丰富的植物群落。由于 公路的特殊性，其要求的植物群落属于演替过程中 的中间阶段，即以灌木群落为主的阶段，这是本地 区路域植被恢复的目标。基于这种研究成果，并将 恢复生态学中的演替观点引入后期高速公路植被恢 复设计中．在设计之初要求设计人员不仅要考虑目 前的绿化要求，还要对未来的群落发展进行预测， 并要明确未来５年甚至１Ｏ年后公路路域内的群落结 可以在极其干旱的条件下生存。但是其本身也有局 限性，如播种起初两年地上部分生长非常慢，强阳 性，在水分条件适宜的地区很难与其他物种竞争， 构类型，同时研究制定如何能够经济快速地实现目 标群落。 ４ 结语 所以不宜与其他物种混播。沙棘也有类似的生物学 特性．在自然状态下很难看到这两种物种在一起。 恢复生态学是一门新兴的学科，目前仍有很多 区域尚不能解释，在指导公路绿化中也存在一些误 区．但是其有很多原理可以直接指导人们正确认识 为此进行了设计更改，采用柠条与当地低矮野生草 本植物混合栽植的形式，一方面利用了柠条的抗旱 护坡能力，另一方面利用当地低矮的草本植物来覆 盖柠条所不能覆盖的地表。草本植物的根系分布与 柠条冲突比较小。柠条属于豆科植物，根系能固定 植被恢复的目的、目标以及如何去努力。青海省在 进行公路绿化时充分运用了生态恢复学中一些比较 成熟的理论以指导设计和施工，并取得了一定的成 绩，实现了预先制定的绿化目标。 参考文献 空气中的氮素，而多余的氮素正是禾本科低矮植物 需要的。二者生态位重叠比较少。２００４年马平高速 公路通车，目前公路边坡上依旧是以柠条和一些低 矮的禾本科草本植物为主，群落比较稳定。 西宁至倒淌河一级公路，虽然只有５０ｋｍ左右， 但是气候差异很大，西宁的降水量只有３００ｍｍ左 『１１刘龙，钱东升．从生态学角度恢复公路征地范 围的植被『Ｊ１．公路交通科技，１９９９，１６（１）：８２—８５． ［２】包薇红，范兢．浅谈公路建设对生态环境的影 响『Ｊ１．交通环保，２０００，２１（３）：４２—４４． 右，而倒淌河附近降水量接近５００ｍｍ。如果沿用原 来的模式进行绿化，势必会产生很多问题。设计中 利用生态恢复学中物种的生态适应性和适宜性原 『３１刘龙，叶慧海．高速公路路域植被恢复设计与 施工技术初探【Ｊ１．交通环保，２００２，２３（１）：１３—１６． ｆ４】刘孔杰，刘龙．生物多样性在路域植被恢复的 应用 ．交通环保，２００２，２３（４）：１０—１２． 『５］刘龙．西宁至马场垣高速公路路域植被的演替 与管护ｌＪ１．公路交通科技，２００７，２４（１）：１５５—１５８． 收稿日期：２０１０—０７—２８ 理，在确保公路边坡稳定的前提下，因地制宜选用 当地野生植物作为主要绿化材料，不仅绿化效果更 好．从景观上也更能体现本地区的特点。 ３－３ 动态的植物设计理念 原交通部公路科学研究所高级工程师刘龙在青