（环境科学专业论文）公路绿化带植物群落特征与土壤质量研究以新会两条公路为例.pdf

带有所提高，但与马尾松林和常绿阔叶林的差距依然较大。 第三，分别以马尾松林土壤和常绿阔叶林土壤为基准，计算公路绿化带的土 壤退化指数。结果显示，公路绿化带土壤严重退化。新路绿化带土壤退化尤为突 出，各基准所得土壤退化指数均在一3 0 以下。 第四，根据实验所得土壤容重和营养物质含量，求得单位面积土壤保持营养 物质的量，并应用影子价格法，将土壤中所保持的营养物质价值化。结果表明， 公路绿化带土壤保持营养物质的量及其价值都较低，旧路绿化带土壤保持营养物 质的量及其价值整体大于新路绿化带。 关键词：公路绿化带，植物群落，物种多样性，土壤性质，土壤退化，土壤营养 物质 s t u d y o nc o m m u n i t i e sc h a r a c t e r i s t i c sa n ds o i lq u a l i t yo fr o a d sg r e e n b e l t s - - ac a s es t u d yo f t w or o a d si nx i n h u i m a j o r ：e n v i r o n m e n t a ls c i e n c e n a m e ：z h e n gh a i f e n g s u p e r v i s o r ：p r o f e s s o rg u a nd o n g s h e n g a b s t r a c t r o a dg r e e nb e l ti sas p e c i a lz o n ea f f e c t e db yr o a d sc o n s t r u c t i o n d u et os e r i o u s h u m a nd i s t u r b a n c e ，o r i g i n a lv e g e t a t i o no f r o a d sg r e e nb e l t sw a sd e s t r u c t e dc o m p l e t e l y , w h i c hi sr e p l a c e db ya r t i f i c i a lp l a n tc o m m u n i t y , a n ds o i lq u m i t ya n ds o i lv a l u a t i o no f m a d sg r e e nb e l t sw e l ed e c r e a s e d a n a l y s i so np l a n tc o m m u n i t yc h a r a c t e r i s t i c sa n d s o i lp r o p e r t i e so fr o a d sg r e e nb e l t si san e wp r o j e c to ft h em a j o re f f e c t so fr o a d so n e e o - e n v i r o n m e n ts i n c ee c o s y s t e ms e r v i c e sa l o n gm a d sa r ea s c r i b e dt ov e g e t a t i o na r e a , p l a n tc o m m u n i t ys t r u c t u r ea n d f u n c t i o na n ds o i lq u a l i t yi nr o a d sg r e e nb e l t s an e wr o a dg r e e nb e l t ( ly e a t ) a n da no l dr o a dg r e e nb e l t ( 1 5y e a t ) w e r e s e l e c t e dt os t u d yp l a n tc o m m u n i t yc h a r a c t e r i s t i c sa n ds o i lp r o p e r t i e s m e a n w h i l e ， p i n u sm a s s o n i a n af o r e s ta n dt w od i f f e r e n ta g e de v e r g r e e nb r o a d l e a v e df o r e s t sw e r e a l s oc h o s e nt oc o m p a r ew i t ht h er o a d sg r e e nb e l t s c o m m u n i t yc h a r a c t e r i s t i c sa n ds o i l p r o p e r t i e so ft h er o a d sg r e e nb e l t sw e r et h o r o u g h l yd i s c u s s e di nt h i sp a p e rt h r o u g h 舶l di n v e s t i g a t i o na n dl a b o t o r ya n a l y s i s t h ed e t a i lc o n c l u s i o n sw e r el i s t e da s f o u o w s ： f i s t ，t h er o a d sg r e e nb e l t sw e r eu n d e rt h ec o n t r o lo fh u m a nc o m p l e t e l y , t h e i r p l a n tc o m m u n i t ys t r u c t u r ew a ss i m p l ea n dt h e i rs p e c i e sd i v e r s i t yw a sl o w c o m p a r e d w i t ht h en e wr o a dg r e e nb e l t ，c o m m u n i t ys t r u c t u r ea n ds p e c i e sd i v e r s i t yo ft h eo l d g r e e nb e l tw e r ei m p r o v e d ，b u ti nc o n t r a s tt ot h ep i n u sm a s s o n i a n af o r e s ta n dt h e e v e r g r e e nb r o a d - l e a v e df o r e s t s ，i t sc o m m u n i t ys t r u c t u r ew a ss i m p l e ra n di t ss p e c i e s d i v e r s i t yw a sl o w e r t t t s e c o n d ，s o i lf e r t i l i t yo f t h er o a d sg r e e nb e l t sw a ss l o ws i n c eh e a v yd i s t u r b a n c eo f s o i lw a sb r o u g h ta b o u tb yr o a d sc o n s t r u c t i o na n dp l e n t i t i f u ln u t r i e n ts u b s t a n c e sw e r e l o s t a f t e rm a n yy e a r s r e s t o r a t i o n ，s o i lq u a l i t yo ft h eo l dr o a dg r e e nb e l tw a s e n h a n c e di nc o m p a r i s o nw i t ht h a to ft h en e wr o a dg r e e nb e l t ，b u tc o m p a r e dw i t ht h e o t h e rt h r e ef o r e s t s ，i tw a ss t i l lw o r s e t h i r d ，f u r t h e rs t u d yo ns o i ld e g r a d a t i o ni n d i c a t e dt h a tt h es o i lo fr o a dg r e e nb e l t w a sh e a v i l yd e g r a d e d ，w h i c hw a se s p e c i a l l ys e r i o u sf o rt h en e wr o a dg r e e nb e l t a l l s o i ld e t e r i o r a t i o ni n d e x e s ( d i ) b a s e do nt h ep i n u sm a s s o n i a n af o r e s ta n dt h ee v e r g r e e n b r o a d - l e a v e df o r e s t sw e r el e s st h a n 3 0 f o u r t h ，a n a l y s i so nt h eq u a n t i t yo fs o i ln u t r i e n t sh e l da n di t sv a l u es h o w e dt h a t t h er o a d sg r e e nb e l t sh e l dl o w e rn u t r i e n t sc o n t e n ta n ds o i lv a l u et h a nt h eo t h e rt h r e e f o r e s t s b yc o n t r a s tw i t ht h en e wr o a dg r e e nb e l t ，t h eq u a n t i t yo fs o i ln u t r i e n t sa n di t s v a l u eo f t h eo l dr o a dg r e e nb e l tw e r ed r a m a t i c a l l yi m p r o v e d k e y w o r d s ：r o a dg r e e nb e l t ，c o m m u n i t ys t r u c t u r e ，s p i c e sd i v e r s i t y , s o i lp r o p e r t i e s ，s o i l d e t e n o r a t i o n ，s o i ln u t r i e n t s 引言 公路逐渐成为自然界中一种重要的土地利用形式，公路建设导致大面积自然 生境变为人工裸地，引起生境损失、生态干扰、阻碍作用、廊道作用、公路致死 和景观破碎化等主要的生态影响。公路的生态影响不只局限在公路路面和公路边 界小尺度范围，随着公路网络的形成和公路密度的加大，其影响己扩展到了景观 尺度范围。宽从几米到几十米的公路绿化带是公路建设影响的典型区域，绿化带 的植被完全由人工栽培，绿化带土壤受人工扰动严重。江门市新会区作为珠江三 角洲经济快速发展的地区之一，其公路建设速度非常之快，因此，研究本地区公 路绿化带植物群落特征和土壤质量对于揭示公路建设对区域生态系统的影响有 着重要的意义。 公路绿化带具有净化空气、洗尘滞埃、保持水土，净化水源等功能和作用， 植物通过气孔和根系不断地与周围环境进行着物质和能量的交换，通过光合作用 吸收大气中的二氧化碳，放出氧气。植物群落结构越完整，物种多样性越高，绿 化带的这种环境功能就越好，通过研究公路绿化带植物群落的特征可以间接地反 映出公路绿化带生态系统的功能和质量。 土壤源源不断为植物提供水分和养分，公路绿化带土壤质量的优劣关系到绿 化带植被生长的迸程，土壤质量越好，植物生长就越快，长势也越好，环境功能 就越好。因此，通过对公路绿化带土壤性质的研究不仅可以说明公路建设对区域 土壤理化性质的影响，确定绿化带土壤营养物质的保持量，而且可以揭示公路绿 化带土壤为植物提供营养物质的能力。 本研究虽然是对局部地区，个别公路进行调查分析，但是对反映公路绿化带 生态环境质量有着重要的作用，也为今后同区域公路生态影响的研究提供依据和 理论基础。本论文共分为六章，第一章是绪论，主要讲述了公路的主要生态影响， 选题的背景与意义，国内外研究进展以及论文的主要研究内容和技术路线；第二 章讲述的是研究区的基本概况；第三章为研究方法的介绍：第四章对公路绿化带 植物群落结构、群落物种多样性以及生物量进行分析：第五章主要论述了公路绿 化带土壤的理化性质，土壤的退化程度和土壤营养物质保持量及其价值；第六章 为本文研究所得的结论以及未来研究的方向。 第一章绪论 第一章绪论 1 1 公路的分类及其发展状况 i i 1 公路分类 公路根据功能和适应的交通量可以分为五个等级”，即高速公路、一级公路、 二级公路、三级公路和四级公路。 1 ) 高速公路 高速公路有四车道、六车道和八车道三种，四车道高速公路能适应将各种汽 车折合成小客车的年平均日交通量2 5 0 0 0 5 5 0 0 0 辆；六车道高速公路能适应将各 种汽车折合成小客车的年平均日交通量4 5 0 0 0 - 8 0 0 0 0 辆；八车道高速公路能适应 将各种汽车折合成小客车的年平均日交通量6 0 0 0 0 一i 0 0 0 0 0 辆。 2 ) 一级公路 一级公路有四车道和六车道两种，四车道一级公路能适应将各种汽车折合成 小客车的年平均日交通量1 5 0 0 0 3 0 0 0 0 辆；六车道一级公路能适应将各种汽车折 合成小客车的年平均日交通量2 5 0 0 0 5 5 0 0 0 辆。 3 ) 二级公路 双车道的二级公路能适应将各种汽车折合成小客车的年平均日交通量 5 0 0 0 1 5 0 0 0 辆。 第一章绪论 4 ) 三级公路 双车道的三级公路能适应将各种汽车折合成小客车的年平均日交通量 2 0 0 0 6 0 0 0 辆。 5 ) 四级公路 四级公路提供汽车行驶的双车道或单车道公路，双车道的四级公路能适应将 各种汽车折合成小客车的年平均日交通量2 0 0 0 辆；单车道的四级公路能适应将 各种汽车折合成小客车的年平均日交通量4 0 0 辆。 表卜1 我国公路的类别 t a b ，卜1c l a s s i f i c 8 t i o no fr o a d si nc h i n a 一_ 公路等级 交通 量：( 辆日) 高速公路 四车道：2 5 0 0 0 5 5 0 0 0 ：六车道：4 5 0 0 0 8 0 0 0 0 ；八车道：6 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 一级公路 四车道：1 5 0 0 0 - - 3 0 0 0 0 ；六车道：2 5 0 0 0 - - 5 5 0 0 0 二级公路 双车道：5 0 0 0 0 - - 1 5 0 0 0 三级公路 双车道：2 0 0 0 一6 0 0 0 四级公路 双车道：、 2 0 0 0 ；单车道：、 4 0 0 一_ 1 1 2 我国公路的发展状况 我国公路交通事业在改革开放2 0 多年来发生了历史性的巨变，成为推动国 民经济快速发展的主要力量，公路的发展状况。如图1 - 1 和图1 - 2 所示。全国公 路通车里程1 9 4 9 年只有7 5 万公里，公路密度也仅为0 7 8 公里百平方公里；到 1 9 9 5 年全国公路通车里程增加到1 1 5 7 万公里，公路密度也增加到1 2 0 5 公里 百平方公里；2 0 0 2 年底全国公路通车里程达到1 7 6 5 万公里，公路密度为1 8 3 9 公里百平方公里，都比1 9 9 5 年增加了5 2 5 5 。高速公路从无到有，1 9 8 8 年公 2 第一章绪论 路通车里程仅为0 0 1 4 7 万公里，高速公路密度为0 0 0 1 5 公里，百平方公里；到2 0 0 0 年底高速公路通车里程竟达16 3 万公里，高速公路密度为0 1 7 公里百平方公里； 2 0 0 2 年底高速公路通车里程已经发展到25 1 万公里，高速公路密度达到02 6 公 里，百平方公里1 2 l ，相对2 0 0 0 年增加了5 39 9 。 年份 图1 - 1 我国历年公路通车历程统计图 f i g1 - 1t h o t o t a l l e n g t h o f r o a d s i n c h m a f r o m1 9 4 9 t 0 2 0 0 2 年份 图1 - 2 我国历年公路密度统计图 f i g1 2 r o a d s d e n s 竹i n c h i n a f i o m1 9 4 9 t o 加0 2 1 2 公路的主要生态影响 公路对生态环境的影响不只局限在公路路面和公路边界对自然生境的侵占 第一章绪论 而且还表现在公路运营污染物的影响，小气候、水文条件的改变容易扩展到景观 的尺度，导致较大尺度自然生态质量的下降。此外，公路的建设还会加强对大型 动物的驱散和植物群落的隔离，把原有生境分割为更小的、更孤立的缀块，致使 生境破碎化。较早的文献主要从局部生态系统的角度探讨公路建设项目对动植物 生境的影响【”】，论述了五种主要的公路生态影响( 如图1 3 ) ，其中包括生境损 失、生态干扰、边缘效应、公路致死、阻碍作用和廊道效应。 图1 - 3 导致生境破碎化的主要公路生态影响 f i g 1 - 3t h ep r i m a r ye c o l o g i c a le f f e c t so f r o a dw h i c hl e a dt ot h ef r a g m e n t a t i o no f h a b i t a t ( 引自v a n d e rz a n d ee ta 1 ，1 9 8 0 ) 1 2 1 生境损失 公路建设占用大面积陆地，使自然生境变为人工裸地，严重破坏了动植物的 生存环境。如果包括公路的边缘、筑堤、斜坡、路堑、停车场和服务站等，公路 占地面积为其路面面积的好几倍。据瑞典统计局资料，瑞典1 9 9 5 年公路总里程 达4 1 5 ，0 0 0 k m ，公路占地面积为5 ，0 0 0 k m 2 ，约为瑞典陆地面积的1 2 m 。更为 重要的是，公路建设直接导致建设区动植物死亡，生物量减少，生物多样性下降 和生态系统功能降低。此外，公路产生的生态干扰和污染，会扩展到公路两侧几 公里至几十公里，影响大面积区域动植物的种群数量、分布以及生理健康，造成 自然生境更大的损失和退化。 1 2 2 廊道效应 公路两侧的人工生境是受干扰较大的环境，常常会给野生动植物带来负面的 4 第一章绪论 影响，然而它们也可以为动植物提供及具吸引力的资源，例如庇护所、食物、筑 巢场所，并且方便物种的扩散。在过度开发的自然景观中，公路边缘为物种提供 了颇有价值的避难所，否则许多生物物种无法生存。 公路边缘还为物种的移动提供了通道。首先，公路路面可以被大型动物用作 通道。其次，沿着公路移动的车辆和人群为植物、种子、小型动物和较少移动的 动物提供了航向。w a c e 5 】研究发现澳大利亚堪培拉洗车泥浆中2 5 9 种植物物种 中，有些植物物种来源于1 0 0 公里以外的生境。这种现象足以说明公路为物种的 移动提供了条件，同时也反应外来物种的入侵对当地动植物群体的威胁。最后， 公路边界可以方便动物移动，使植物传播和其他无脊椎物种移动成为可能。 1 2 3 生态干扰 1 2 3 1 物理干扰 由于公路建设要清除、刮平、填埋和切割自然生境，这些过程严重影响区域 的物理环境。建设活动会改变土壤密度、景观地貌、地表和地下径流、小气候特 征以及改变土地利用方式、植被和生境的组分等。 1 2 3 2 化学干扰 化学污染物，如灰尘、盐分、重金属、化学肥料、毒素都是公路导致化学干 扰作用的典型代表。许多污染物在公路附近聚集，有时污染物对动植物的影响甚 至可以在公路两侧几百米范围内观测到8 1 。公路交通排放的污染物还包含毒素， 如多环芳烃、臭氧、氮氧化物、二氧化碳和化学肥料物质，都不同程度地影响着 公路两侧生物的生存。 1 2 3 3 噪声干扰 第一章绪论 噪声在短期内不会对动植物的生理产生较大的影响，但是如果动植物长时间 生存在噪声环境中就容易引起生理胁迫，最终导致生理紊乱p 。一些环境因子， 如公路边缘植被的结构、邻近生境的类型以及景观地貌特征不仅影响噪声的传 播，也会影响噪声传播的广阔度。有关专家 1 0 l 认为对公路噪声干扰反映较为敏 感的物种主要有大型物种、长寿物种、低繁殖率物种、生长在闭塞生境的物种、 稀有物种和生存集中的物种。 1 2 3 4 视觉干扰 人工照明和车辆移动虽然没有像交通噪声和毒素影响那样倍受关注，但是它 们都不同程度地影响着生物的生存。例如，人工照明可以为鹿的移动提供屏障， 为蝙蝠捕获昆虫提供方便；人工照明也可以干扰植物的生长规律，影响鸟类、蝙 蝠和青蛙的繁殖和移动格局，影响蛀虫种群的变化。在公路光线对荷兰黑尾豫种 群影响的研究中表明，在灯光附近2 0 0 - - 2 5 0 米的区域内，荷兰黑尾豫的繁殖密 度明显减少【1 1 1 。 1 2 4 公路致死 随着公路的逐渐扩展，公路致死的数量也在不断的增加。f o r m a n 等【7 】人的结 论显示，美国在前三十年中的某些时期，公路致死的数量超过了人为捕杀陆地动 物的数量。公路致死是公路交通和动植物之间的冲突，不仅是物种保护和猎物捕 杀管理日益增长的问题，而且也是交通安全的问题。欧洲一项记录显示，每年大 约有5 0 万只蹄状动物死亡，至少造成3 0 0 人死亡，3 0 0 0 0 人受伤，共造成大约 十亿欧元的物质损失【1 2 1 。 有许多因素决定动物与公路的冲突。致死的数量一般随着交通强度、动物活 动和公路密度的增加而增加。公路致死一时的变化和物种活动的生理因素相联 系，例如，每日觅食和落巢的节奏、交配和生殖的季节、幼小物种的驱散或者是 冬夏生境季节性的迁移。气温的变化、降雨和雪的覆盖通常也会影响事故的发生。 公路致死似乎随着交通的强度的增加而增加，但是当交通强度超过一定的程度， 6 第一章绪论 致死数量便会稳定；当交通量继续增大时，公路致死的百分数便会减小。 1 2 5 阻碍作用 公路屏障中断自然进程，包括植物的扩散和动物的移动。公路对野生动植物 的阻碍作用来源于生态干扰和生境回避的综合作用( 如交通噪声、车辆移动、污 染和人类活动) ，物理阻碍和公路致死等所有的影响都降低了通过公路动物的数 量。公路路面、排水沟、沟渠、围墙和路基都可以提供物理屏障，使得动物不能 通过。虽然公路不能完全阻止动物的移动，但是可以明显减少动物通过的数量。 阻碍作用和交通强度呈非线性关系，交通强度和交通速度对阻碍作用有很大的影 响。公路的宽度、边界特征，动物的生活习性以及动物对生境干扰的敏感度都是 影响阻碍作用的重要因素。随着公路密度的增加和车辆速度的提高，动物的死亡 率也在逐渐的增加，直到交通的威慑作用足以阻止更多动物死亡为止。 公路几乎阻止所有陆地动物和许多水生物种。许多无脊椎动物对小气候、基 地、公路边缘以及公路路面的敞开程度反应不同，如高温、强光照且缺少遮蔽的 公路路面对于蜘蛛和甲虫的抵制作用大；两栖类、爬行类和小型哺乳动物对公路 开畅性、公路路面和交通强度较为敏感【i4 1 。 1 2 6 生境破碎化 公路建设导致的景观破碎化是指景观连接度的自然变化，它是公路阻碍作用 和生态干扰共同作用的结果。邬建国【1 5 1 定义景观连接度为景观空间结构单元之 间的连续性程度，其分为结构连接度和功能连接度两个方面。结构连接度是指景 观在空间上表现出来的连续性，而功能连续度是指研究生态学对象和过程的连续 性，如植物种子的传播距离、动物觅食和活动的范围以及养分循环空间尺度的连 续性。生境破碎化的程度取决于阻碍作用和干扰作用的广度，景观生境的多样性 和毗邻性以及未破碎生境的面积。 描述和定量公路对景观影响的指数有公路密度、公路网格指数和景观指数 等，f o r m a n 川指出公路密度是反映景观连接度和生境破碎化的一个简单而直接的 第一章绪论 评价指数，其表达式为 ， v = 一 d 式中，v 为公路密度( k m k m 2 ) ，l 为公路里程( k m ) ，a 为区域面积( k m 2 ) 许多研究描述了景观中野生动植物生存的公路密度极限值。例如，m l a d e n o f f t ea l1 1 6 发现在美国明尼苏达州，当公路密度超过0 6 k m & m 2 1 对，狼和山狮子不能 继续生存。 与公路密度紧密联系的另一个指数是公路网格尺寸 2 m = 一 v 式中，m 是网格尺寸( m ) ，v 是公路密度( k m k m 2 ) 。运用这个指数可以算出 公路网格大小， 撑= 埘，打 其中，n 为网格的大小( k m 2 ) ，m 为网格尺寸( k m ) 。 公路网格指数被用于确定空间连续景观单元大小的理论测度，其中潜在的假 设条件是每一个景观单元有相同大小的面积。 此外，还有一些其他表征公路景观破碎化的景观指数1 8 】，如缀块数、缀块 密度和景观多样性指数、景观破碎度等。 1 3 研究背景及研究目的和意义 1 3 1 研究背景 公路已成为全球景观中一种重要的景观类型，其历程和密度在逐年的增加， 公路生态影响研究在公路生态规划和生物多样性保护方面都有着重要的意义，是 生态学研究的重要领域【l9 1 。从上个世纪开始，尤其是“二战”结束以后，发达 国家的公路建设得到了快速发展，公路成为改变自然景观的重要形式之一口们。 据相关研究资料显示，英国公路路面和公路边界面积占全国陆地面积的o 9 ， 美国则可达1 0 1 7 。公路生态影响的范围在不断地扩大，目前已扩展到景观尺 度上【2 ”，f o r m a n 评价美国公路建设产生的生态干扰区域面积是其占用土地面积 第一章绪论 的1 9 倍，1 5 2 0 陆地生态环境直接受到公路的影响2 ”。随着公路网络的形成 和加密，以及公路和其他建设项目( 如工业区，居民区等) 的连接，公路对自然 生境的影响比线状公路的生态影响更大2 2 1 。 1 9 9 7 年，i e n e ( i n f r a e c o n e t w o r k e u r o p e ) 的1 6 个国家和欧洲自然保护中 心确认了项目建设引起生境破碎化信息合作与交流的必要性。c o s t3 4 1 项目( 线 状交通项目引起的生境损失) ( h a b i t a tf r a g m e n t a t i o nd u et ol i n e a rt r a n s p o r t a t i o n i n f r a s t r u c t u r e ) 是欧共体在科技研究领域中( e u r o p e a nc o o p e r a t i o ni nt h ef i e l do f s c i e n t i f i c a n d t e c h n i c a lr e s e a r c h ( c o s t ) 的项目之一。2 0 0 3 年1 1 月1 3 1 5 日，关 于交通建设项目引起生境破碎化的国际会议在佛兰德斯( c o n s c i e n c eb u i l d i n go f t h e f l a n d e r s a u t h o r i t y ) 召开，会议的主旨主要是确定欧洲交通网络导致生境损失 的现状；制定有效的方针、政策和生态措施减缓道路建设产生的生境破碎化【2 3 1 。 公路对生态环境的影响在时间和空间尺度上日益加强，相应的科学研究迫切需要 展开。 珠江三角洲作为我国经济最为活跃的地区，公路交通事业发展非常迅速，尤 其是上世纪9 0 年代以来，公路建设得到了空前的发展。到1 9 9 4 年底，珠江三角 洲的公路通车里程为2 0 ，2 0 0 k m ，区域公路网密度为0 4 8 2 k m k m 2 e 24 1 ，是全国平均 公路密度的4 倍。江门市新会区是珠江三角洲地区公路快速发展的典型区域之 一，研究此区域内公路生态影响对整个珠江三角洲乃至全国公路生态影响都具有 重要的意义。 随着公路建设项目环境影响评价规范的实行，要求对所有的公路建设项 目必须进行环境质量评价，公路建设对生态环境影响的研究也初步展开。本研究 是结合几个公路环境质量评价项目，包括九江大桥( g 3 2 5 线) 至江门市区公路 新建工程、新( 会) 中( 山) 一级公路新建工程等，对公路引起的生态环境问题 做进一步深入地研究。 1 3 2 研究目的 公路建设导致施工范围内的植被和部分爬行动物直接死亡，区域内生物量下 降，物种减少，生境损失；同时，公路建设也改变了土壤的理化性质，土壤密度 9 第一章绪论 增大，土壤侵蚀和水土流失加重。本研究应用野外调查与室内分析的方法，对公 路建设影响下的典型区域一公路绿化带进行深入地研究，其主要目的是为了揭示 公路绿化带植物群落的特点，包括绿化带植物群落结构、物种多样性和群落生物 量的特点，通过分析可以明显地看出绿化带植物群落与研究内其他植物群落的差 别，也可以反映出绿化带植物群落在环境效应方面与其他植物群落的差别；其次， 通过分析公路绿化带土壤的性质，可以明确绿化带土壤质量的优劣程度，揭示公 路建设对土壤的扰动程度，以及揭示绿化带土壤保持营养物质的能力和价值。 1 3 3 研究意义 研究区公路建设的速度极快，公路建设引起的生态环境问题日益突出，但目 前对公路的生态影响尚未得到深入的研究。因此，本研究对于启动区域公路生态 影响的研究有着积极的推进作用。 一切点状研究和线状研究都是大范围面状研究的前提和基础，本研究为整个 ，r i - j 市公路生态影响研究，乃至珠江三角洲地区公路生态影响研究提供了基础， 同时也为大范围公路网络生态影响研究提供依据。 本研究为公路项目建设前考虑公路的生态影响提供理论基础，也为公路沿线 生态恢复提供了依据。通过分析公路绿化带植物群落特征和土壤性质，在一定程 度上可以对公路生态影响进行量化，明显地反映公路建设带来的生态损失。 研究公路绿化带植物群落特征和土壤特性对于提高公路项目建设部门和公 民生态环境保护意识有着积极的作用，促使人们认识到公路建设带来的生态环境 问题，以及公路建设对区域环境效应的影响。 另外，本研究也希望更多的学者投入到公路生态影响的研究中，发展与完善 国内道路生态学的学科体系。 1 4 国内外研究进展 1 4 1 公路对动物生态行为影响研究进展 1 0 第一章绪论 公路生态影响的研究最初起源于2 0 世纪7 0 年代，o x l e y 等j k f 2 5 研究公路影 响下路旁小型哺乳动物和大型野生动物格局的变化，这时公路生态学的研究主要 集中在公路对野生动物行为的影响。此时，对动物生态行为影响的研究主要有 f r e e 等人【2 6 1 研究公路对某些种类昆虫行为带来的影响，l a u r s e n 等人【2 7 1 研究公路 对鸟类空间分布和出现频率带来的影响，k n n t s o n 等人 2 8 】重点研究道路对动物区 系生态行为极其生境的影响。r e i j n e n 和f o p p e n 【2 9 1 对荷兰鸣鸟的项研究表明，公 路附近鸟类的繁殖能力会降低，且公路附近的鸟类具有低生存率和高迁移率的特 征。m a d e ：3 0 】对鼠的研究发现，当车流量为2 5 0 辆d , 时，6 米宽的公路可以完全 阻碍1 2 1 只有标记的白脖老鼠和岸堤野鼠的移动。同样，r i c h a r d s o ne t a l 3 0 1 研究 发现，白脖老鼠和岸堤野鼠不情愿通过宽于2 0 2 5 米的公路路面。 1 4 2 公路生态环境质量评价进展 1 9 8 8 年欧共体( e cd i r e c t i v e ) ( 8 5 3 3 7 ) 号指令颁布实施了公路环境影响评 价法；瑞典在1 9 8 7 年开始要求对公路建设项目进行环境质量评价，1 9 9 2 1 9 9 3 年公路环境影响评价开始落实。d a v i d eg e n e l e t t i 3 1 3 提出公路生物多样性影响评 价的方法( b i a ) ，此方法建立在生态系统稀有性的基础之上，具体步骤可以分 为生态系统制图( e c o s y s t e mm a p p i n g ) 、生态系统现状评价( e c o s y s t e me v a l u a t i o n ) 和生态系统损失影响评价( e c o s y s t e m l o s si m p a c ta s s e s s m e n t ) 。我国从1 9 7 3 年开 始陆续开展环境质量评价工作，自1 9 9 6 年7 月第四次全国环境保护会议之后， 公路建设项目环境影响评价工作才得到高度的重视。同年，交通部编制了公路 建设项目环境影响评价规范( 试行) ，使公路建设项目环境影响评价工作步入规 范化d 2 】。 1 4 3 公路生态影响在景观尺度上的研究进展 到2 0 世纪末期，公路生态影响的研究逐渐扩展到景观的尺度，即从景观尺 度上研究公路和公路网的生态影响。澳大利学者a n d r e w s 3 如首次提出公路廊道的 生态效应： l a m o n t t 3 4 1 研究了公路网络对自然生态系统的分割、干扰和 第一章绪论 破坏作用。瑞典学者a n d r e a ss e i l e r 等人【2 1 峙旨出为了获得土地的持续利用，必须 从景观的尺度上分析公路的生态影响。f o n a n ”1 研究公路网络对美国森林空间 格局与过程的影响。近年来，国内也开始研究公路对景观格局的影响，张镱锂【3 q 分析了青藏公路对区域土地利用和景观格局的影响，重点揭示了公路缓冲带的土 地利用变化、景观格局变化和公路缓冲带土地利用格局的变化。宗跃光【” 提出 景观生态网络的概念，并且研究在京昌高速公路廊道效应作用下，城市景观动态 变化的特征。 1 4 4 道路生态学学科体系的形成 2 0 0 2 年，美国景观生态学家f o r m a n 在北卡罗来纳州立大学发表“道路生态 学一地球上的巨著( r o a de c o l o g y ：o u rg i a n to nt h el a n d ) ” 3 8 1 。同年，f o r m a n 等 人的巨著道路生态学：科学与解答( r o a de c o l o g y ：s c i e n c ea n ds o l u t i o n ，2 0 0 2 ) 开始发行，在本书的1 4 个章节中，f o r m a n 教授详细论述了道路生态学的形成基 础、发展过程以及道路与各种景观要素、动植物区系相互作用的关系 3 7 】。2 0 0 3 年，由欧共体举办的关于交通建设项目引起生境破碎化的国际会议在佛兰德斯 ( c o n s c i e n c eb u i l d i n go f t h ef l a n d e r sa u t h o r i t y ) 召开，探讨公路的生态学影响及 其缓解措施。英国学者t a nfs p e u e r b e r g 在2 0 0 2 年出版了公路生态影响一书， 全书分为七章，主要论述了公路的各种生态影响，包括生境破碎化( h a b i t a t f r a g m e n t a t i o n ，) 、障碍作用( b a r r i e re f f e c t s ) 、廊道效应( c r e a t i n gc o r r i d o r s ) ，交通 物理化学影响( p h y s i c a la n dc h e m i c a le f f e c t so f t r a f f i c ) 和道路致死( r o a dk i l l s ) ， 最后一章用实例论述了减少公路负面影响的措施和方法【3 9 】。 1 4 5 公路生态规划与管理研究进展 公路生态规划可以定义为以生态学原理为指导，应用系统学、生态学等多学 科手段确定公路建设与运营中资源开发、利用与保护的生态适宜度，探讨公路影 响域宽度，确定公路缓冲区范围，同时对公路自身和公路用地范围外一定宽度和 带状走廊的自然景观和人文景观进行保护、利用、开发、创造、设计和完善，促 第一章绪论 进人与环境协调发展。荷兰学者c a t h a r i n u s 4 0 1 将t c r a ( t r a f f i cc a l m e dr u r a la r e a ) 空间观念引入公路生态管理中，这种观念的核心是疏散乡间公路的交通量，使其 集中在主要的交通干线上，从而有助于减缓公路引起生态环境问题。a r i e le l u g o 4 1 在对森林公路的研究中指出，公路应被看作是一个复杂的生态系统，并 从生态和社会经济的角度来管理公路生态系统。r u u dc u p e r u s 4 2 】论述了公路生态 补偿主要方针、措旎，包括避免、消减和补偿。欧美一些国家通过增加人工廊道， 如建立桥梁、隧道、地下通道等降低公路对生物物种迁移的阻碍作用，如法国通 过修建隧道和桥梁来保护蟾蜍和鹿【4 3 1 。此外，公路影响域和公路缓冲区的研究 也是公路生态规划与管理的重点 1 6 , 3 6 , 4 4 j 5 4 6 1 。 总之，国外道路生态学学科体系初步形成，而且已经拓展到公路生态规划与 管理等应用性领域；国内公路生态影响的研究尚处于起步阶段，目前只有极少数 学者分析了公路对土地利用和景观格局的影响，有关公路生态影响更为深入的研 究很少见报道，华南地区更为少见。 1 5 研究对象的选择 江门市新会区是我国城市化快速发展，公路历程和公路密度增长迅速的典型 区域，因此，选择区域内的公路作为研究对象，对于反映公路建设引起的生态环 境问题具有一定的代表性。本研究选择的两条公路均为二级公路，其中一条为新 建公路，建设年限小于1 年；另一条为旧建公路，建设年限约为1 5 年。确定具 体的研究对象为新建公路绿化带和旧建公路绿化带，同时也选择研究区公路附近 的马尾松林和两种不同生长年龄的常绿阔叶林作为参照，为更好地揭示公路绿化 带植物群落的特征和土壤的特性。 1 6 研究内容 1 6 1 公路绿化带植物群落的群落结构特征和物种多样性分析 第一章绪论 通过野外调查公路绿化带植物群落和研究区内的马尾松林和两类常绿阔叶 林，分析不同植物群落的群落结构和物种多样性，比较公路绿化带植物群落与其 他三种植物群落的差异，比较新路绿化带和旧路绿化带之间的差异，从而更好地 揭示公路绿化带植物群落的特征。群落结构分析包括对植物群落和植物群落不同 层高度与盖度的分析，植物生活型谱分布和乔木树种径级分布的分析；群落物种 多样性分析包括对植物群落各层物种丰富度指数( s m o ) 、多样性指数( h ) 、均匀度 指数( j 。w ) 和优势度指数( d ) 的分析。 1 6 2 公路绿化带植物群落的生物量与生产力分析 结合野外调查，应用经验公式，推算出各植物群落的生物量与净生产力。主 要分析公路绿化带植物群落生物量与净生产力的大小，并对其进行分级，同时与 其他植物群落进行比较，从而进一步研究公路绿化带在固定二氧化碳和释放氧气 功能方面与其他植物群落的差异。此外，也对植物群落生物量的垂直分布以及群 落乔木树种生物量的分布情况做了详细地分析。 1 6 3 公路绿化带植土壤理化性质研究 研究公路绿化带植物群落土壤的容重，p h 值，机械组成，土壤c n 比值， 土壤有机质含量和土壤的速效养分含量，分析比较公路绿化带植物群落土壤理化 性质与马尾松林和常绿阔叶林植物群落的异同。同时，分别以马尾松林和两类常 绿阔叶林为基准，应用土壤退化指数探讨公路绿化带土壤的退化程度。 1 6 4 公路绿化带土壤营养物质保持量及其价值研究 主要研究公路绿化带土壤保持有机质、总碳，总氮、速效氮、速效磷、速效 钾的量及其价值，并与马尾松林和两类常绿阔叶林进行比较，进而可以更深入地 揭示公路绿化带生态系统营养物质循环的功能。 1 4 第一章绪论 1 7 研究技术路线 本文结合野外调查与室内分析，应用生态学、植物学和土壤学等有关知识对 公路绿化带生态系统特征进行了研究，其研究过程详见技术路线图( 图1 4 ) 。 用混合采样法采取0 1 5 e r a 和1 5 3 0 c m 两层的土壤样品 分析土壤容重、p h 值、机械组成、有机 质含量、c ：n 、速效 n 、速效p 、速效k 分析绿化带土壤的 理化性质土壤退化 指数，土壤保持营养 物质的量及其价值 收集查阅资料，确定 研究对象等前期准备 野外调查与采样 室内样品分析 数据分析 公路绿化带植物群落特 征与土壤特性 调查各植物群落高度、盖 度，群落各层高度、盖度， 群落内物种名称、物种 数、高度、冠幅及乔木层 树种的胸径等 分析公路绿化带群落结 构特征( 高度、盖度) 、 多样性指数( 物种丰富度 指数、多样性指数、均匀 度指数和优势度指数) 、 及其生物量与净生产力 理公 鹾 及营公 基养路 籍嫠茬 保带 持土 量壤 群公 落路 雏 物 图l _ 4 技术路线图 f i g 1 - 4t e c h n i c a lr o u t eo f t h er e s e a r c h 群公 落路 瓣 生群公 产落路 察耋霉 和植 净物 第二章研究区概况 2 1 地理位置 第二章研究区域概况 研究区位于