自20世纪下半叶，我国进入快速城市化阶段，城市化水平攀升至2015年底的56.1%^[1]。得益于快速城市化进程，高速公路发展迅速，遍布中国的每一个角落。据统计，仅河南一地，截至2015年底通车里程数已达到6 305 km^[2]。也正是由于这种快速粗犷的发展模式，公路建设扰动地表植被，产生大面积裸露边坡，导致土壤侵蚀加剧水土流失，生态环境遭到破坏。随着社会的发展、环保意识的增强，人们开始重视公路带来的环境问题，希望通过人为干预来修复破坏的生态系统，但公路贫瘠的土壤、严重的污染与恶劣的养护条件极大地限制了可选群落的范围，边坡群落的选择成为一项难题。

许多学者从不同的角度进行护坡植物的相关研究：田国行(2007) 从水土保持、固定CO₂、吸收有害气体、滞尘、降噪等方面对高速公路植被群落展开研究，通过影子工程法、生产成本法量化对比公路生态恢复前后的功能，结果表明生态防护提供的生态服务功能远高于防护前。刘丽(2004) 从防眩与景观绿化效果的角度出发对四川高速公路进行研究，分析不同配置模式的优劣，得出结论为乔、草结合的种植模式优于单一植草，大叶香樟比较其他植被更适合作为公路绿化树种。周正军(2011) 研究植物根系对土质边坡稳定性的影响，以加筋理论分析边坡不同部位加筋对土体稳定性提高的幅度与范围，并以此来评价护坡植被，为护坡群落配置提供依据。刘德斌(2014) 从水土保持能力与经济效益的角度探究植物组合的配置模式，寻求群落生产力的最大化。杨喜田(2006) 开展对于边坡绿化工程的效果评价，讨论满足边坡绿化的多目的性所需的后期维护管理，指出需根据调查与评价结果进行相应的后期管理。但由于地形、气候、土壤甚至污染种类与程度的不同，高速公路之间差异明显，不同地区的评价模型与植物配置无法通用，需要进行有针对性的研究。

结合前人研究，针对信南高速公路所在生态区的气候特点，公路地形特点与沿线群落生长状态设计综合评价方法，并根据评价筛选优秀的公路边坡植物群落，为高速公路边坡景观的建设与提升提供科学依据。

1 区域概况与研究方法 1.1 研究区域

信南高速于2006年通车，位于河南省南部(北纬32°53′07.64″—32°11′08.78″，东京112°34′20.79″—114°11′11.29″)，全场185 km，东西向横穿信阳、驻马店、南阳等3市6县区，是联系东部沿海地区与内陆地区的纽带，在省内乃至国家路网都具有重要的地位。

公路沿线多为平原与低山丘陵，公路横穿南阳盆地生态区，属典型的半湿润大陆性气候，四季分明，雨热充足。年均14.4~15.7 ℃，最高月均温度26.9~28.0 ℃，最低0.5~2.4 ℃。年均降雨量703.6~1 173.4 mm，集中于6—9月，占全年降雨量的60%~68%。年日照时间1 897.9~2 120.9 h，年无霜期220~245 d。

沿线主要植物：栓皮栎、马尾松、楝树、青冈栎、紫穗槐、构树、火棘、荆条、高羊茅、狗牙根、紫花苜蓿、艾草、茅草等。主要边坡类型(工程措施+土壤类型)：拱形架砂土边坡、镀锌铁丝网亚黏土边坡、镀锌铁丝网风化岩边坡、拱形架生土边坡。

1.2 数据采集 1.2.1 群落数据采集

在信南高速公路沿线随机选取32个样地，见图 1，样地规格为3 m×5 m，草本群落调研采用梅花五点法调查, 见图 2。记录植物的种类、高度、灌草分盖度、多度、层次等，并拍照存档，见表 1。

1.2.2 土壤数据采集

在每个3 m×5 m的样地中采集0~30 cm的土壤，充分混合后带回检测土壤化学性质。

1.3 群落数据处理

通过调研数据计算群落的多样性指数、均匀度指数、丰富度、乡土指数。

Shannon-Wiener指数H：

(1)

丰富度指数：

(2)

Pielou均匀度指数E：

(3)

本地植物指数指数：

(4)

上述式中，H为S-H指数；R为丰富度指数；E为Pielou均匀度指数；P_i为种类i的重要值；S为物种总数。

2 结果与分析 2.1 立地类型分类

将所有样地按照检测的全氮、速效磷、速效钾、有机质等土壤养分数据，通过聚类分析对信南高速公路边坡常见的4类边坡共计32个样地进行分类(由于信南高速公路沿线以平原为主，坡度较缓，且坡度、坡长较为接近，故不选做指标)，见图 3，其中(a)、(b)以拱形架形式加固；(c)、(d)以镀锌铁丝圈形式加固。

由聚类分析树状图(图 4)得，32个边坡按不同的土壤养分含量分为3类(表 2)。

A类：19, 20, 18, 24, 17, 23, 22, 21；

B类：30, 31, 28, 29, 32, 5, 6, 1, 2, 7, 8, 4, 3, 26, 27；

C类：10, 11, 9, 15, 14, 16, 12, 13；

D类：25。

其中A类立地主要为全风化岩+生土边坡，土壤呈弱酸或弱碱性，有机质、速效磷、速效钾含量远高于其他3类立地；B类立地包括填砂边坡与风化岩边坡，土壤呈弱碱性，各项指标接近32个样地的平均值；C类立地主要为亚黏土边坡，有机质、速效磷与全氮明显低于平均值，其他值较为平均；D类仅有一块样地25，各指标远低于其他样地，且该样地接近上跨桥，可能由于施工结束后修筑公路或桥体的建筑废渣回填至该样方，导致各项指标过低，属于特殊情况，不单独讨论。

2.2 AHP层次分析法评价

运用AHP法评价样地，通过将不同指标两两比较的方法构建判断矩阵，将定性的问题定量化分析，能最大限度地减少主观因素的影响^[3]，其评价步骤如下：

(1) 评价体系的构建

从景观效果(B1)、生态效益(B2) 与土壤养分(B3)3方面出发，根据查阅文献与询问专家确定共计12个指标来客观地反映边坡现状，并根据指标浮动情况拟定评分标准^[4-6]。

(2) 因子权重确定及一致性检验

通过同一准则层下不同因子两两比较，由因子间的不同重要程度赋值(满分10分，最低0分)构造判断矩阵A-B，B1-C, B2-C，B3-C(表 3~表 6)，根据判断矩阵求出每个准则层的权重与准则层下各指标项的权重, 并根据λ_max与I_RI进行一致性检验。经检验得，每组矩阵的I_RI均小于0.1，通过一致性检验，得出每个指标的最终权重，见表 7。

(3) 边坡的综合得分计算

用景观综合评价法，即，其中B为样地的综合评价指数，X_i为第i个指标的权重，F_i为该样地i指标评价的分值。后根据公式综合评价指数I_ce=S/S₀×100%得出样地的最终评价，I_ce是综合评价指数，S是评价分数，S₀是每个因子最高级别得分与权重相乘的和，用百分数来表述样地的评价结果^[7]。

2.3 计算全部样地综合得分

将每个样地的各项指标代入评价矩阵，算出最终评价结果用以比较不同群落配置的优劣，见表 8、表 9。

2.4 植物护坡的功能

护坡群落需要在水文效应、力学效应与近远期搭配3方面有较为优秀的表现^[8-10]。

首先，水文效应体现在植物茎叶对边坡的水土保持上。茎叶与根系吸收雨滴的动能，降低对于边坡土壤的溅蚀，并且依靠根系把雨水导入土层，推迟地表径流的形成时间。这就要求护坡群落生长迅速，具有相当规模的盖度来阻挡雨水直接落入土壤，同时乔灌搭配富有层次的群落能更加有效地削弱雨滴的溅蚀能力^[11]，起到二次缓冲的作用，能更大程度保障边坡的安全。由此，优秀的群落需要高生长量，快速成荫，且层次丰富。

其次，在力学上的互补有助于保障边坡土体的安全，依靠草本植物浅层须根的加筋作用与灌木深层次的锚固作用共同稳定边坡^[12]。浅层根系的加筋作用形成稳固的根土复合结构，提高了坡面土体的强度，使坡面受力相对均匀，减少表面裂缝的生成^[13-14]。灌木或主根明显的草本根系深入边坡内部，把浅层土壤锚固到深层的岩石或生土层上，对于预防滑坡和边坡崩塌有明显的效果。由此，多种植物的根系相结合能更好地保障边坡土体的安全，从而保障路面的安全。

最后，边坡的生态恢复是一个长期的过程，过分注重眼前与将来都是不明智的。在边坡的恢复初期，有大量的裸露土地，用生长迅速的先锋种铺满边坡，在短期内减少水土流失是当务之急。草本植物能很好地胜任先锋种角色，在短期内成坪见效。灌木生长较为缓慢，但能更长期、更稳定地存在，发达的根系也在不断地加固边坡，有更好的护坡效果^[15-16]。

此外，还要注意种间资源的合理分配。灌木地上部分高于草本，拦截了大部分的阳光，因此喜阳的灌木搭配耐荫的草本能增加阳光、土地的利用效率，取得更好的护坡效果^[17]；同理，深根植物与浅根植物的搭配除了有助提高边坡稳定性，还能让不同植物从不同的深度汲取养分，削弱中间的竞争，有助于加速边坡的生态恢复进程^[18-19]。

2.5 群落分析结果

信南高速公路边坡建成11 a，31个样方平均盖度达到80%，总体恢复情况良好。公路边坡多以紫穗槐、构树、荆条等阳生性灌木为建群种，搭配草本与藤本植物构成较为稳定的群落。其中3, 23, 24样方出现荆条，且样方总盖度均接近90%，但得分相对较低，是由于荆条长势好，在边坡内生长的密度过大，挤占了其他植被的生存空间，造成群落的组成较为单一，在群落层次、多样性与丰富度等方面都影响了群落的总体评分，部分纯紫穗槐群落如9, 24，面临同样的问题。

2.6 信南边坡优势群落分析

A类全风化岩+生土边坡的土壤，经过10 a的生态恢复已经完成了熟化，有机物N，P，K等营养物质大幅度提高，加上土壤通气透水、耐寒耐涝等优点，适宜大部分植物的生长，让A类边坡成为表现最好的一组。其中20, 21, 22这3个边坡得分最高(表 9)，群落组成较为接近，主要为：紫穗槐+构树+高羊茅搭配紫花苜蓿+茅草/+茅草/+紫花苜蓿等草本。茅草、紫花苜蓿是先锋种与伴生种，紫穗槐与高羊茅为主要的优势种，伴有少量构树。草本层：高羊茅+紫花苜蓿+茅草；灌木层：紫穗槐+构树。其中中上坡位多种植高羊茅、紫穗槐与构树，下坡位及坡脚处高羊茅、紫花苜蓿与茅草进行混植。紫花苜蓿花期5—7月，紫穗槐花果期5—10月，茅草入10月枯黄，不同季节色彩特征明显，具有较高的观赏价值。样地可增添野豌豆、牵牛花等乡土藤本植物，攀缘援缠绕高大的灌木，丰富绿化的层次，增加立体绿化的美感，也让不同层高的植被建立联系。中上层的灌木根系深入土层防治滑坡，坡脚的高羊茅、紫花苜蓿等草本植物增加坡面覆盖面积，减少水土流失，削弱地表径流。

B类填砂边坡与风化岩边坡，保水保肥的能力相对较弱，在此类边坡上种植耐旱、耐贫瘠、抗逆性强的物种更易成活。其中1, 4, 7样地得分最高，为紫穗槐/构树/火棘+扶芳藤/蛇莓+高羊茅/黑麦草+其他伴生种。火棘、紫穗槐、构树等灌木抗逆性强，在此类边坡易于成活，且长势优良。草本层中，由于小叶扶芳藤更喜半阴生长环境，与灌木一起种植在中、上坡位，依托灌木枝叶的庇荫获取需要的生境，并向下生长增加边坡的盖度；蛇莓分布在中下坡位，丰富立体绿化与扶芳藤一起形成下爬上挂的绿化模式。黑麦草与高羊茅在中下坡位巩固土壤防护，减少水土流失。火棘花期3—5月，果期8—11月，白花红果富有特色；白三叶与小叶扶芳藤的叶形也较为独特，有较高的辨识度与观赏价值。

C类立地主要为亚黏土边坡，保水保肥能力相对较强，但土壤相对致密，不利于植物根系的生长发育。其中14, 11, 13这3个边坡得分最高。样方11由纯草本护坡植物构成：小叶扶芳藤+石竹+黑麦草+高羊茅+苦荬菜+金鸡菊。石竹、高羊茅、黑麦草等草本植物根系较为发达，让这几种植物在亚黏土边坡上有更好的表现。白晶菊与金鸡菊花期长，花朵颜色鲜艳夺目；石竹花色繁多且茎叶的苍绿色极富特点。较高的景观效果成为样方11最大的亮点，综合评分为75.48，虽然缺乏灌木，但边坡恢复十年演替至今仍有可观的盖度与长势，在一定情况下也可推广。

紫穗槐+黑麦草/高羊茅+石竹/金鸡菊+白晶菊的搭配与前面的群落类似，以灌木紫穗槐为群落的骨架，用石竹、白晶菊等根系较为发达的物种替代其他草本构成群落，同样拥有较高的景观效果。

3 结论

通过群落与土壤数据的采集与分析，得出结论：

(1) 信南高速公路边坡的总体恢复情况较为理想，平均盖度接近80%，能更好地发挥护坡群落的水土保持作用，也保证了沿线路域景观的整体质量。

(2) 信南高速公路土壤类型主要分为3大类：A类立地主要为全风化岩+生土边坡，土壤接近中性，有机质、速效磷、速效钾含量远高于其他3类立地；B类立地包括填砂边坡与风化岩边坡，土壤呈弱碱性，各项指标接近31个样地的平均值；C类立地主要为亚黏土边坡，有机质、速效磷与全氮低于平均值，pH值与速效钾含量也在平均值上下，立地条件较为恶劣。

(3) 经评价得到每一类立地得分前3位的群落(表 9)，结合各物种的重要值对群落配置进行凝炼，保留每个群落中的优势种，得到每类立地1-2种配置模式：

A类立地：紫穗槐+构树+高羊茅+紫花苜蓿：B类立地：紫穗槐+构树+高羊茅+黑麦草或紫穗槐+黑麦草+小叶扶芳藤；C类立地：紫穗槐+石竹+高羊茅(也可为黑麦草)+金鸡菊或小叶扶芳藤+石竹+黑麦草+高羊茅。

以上几类配置模式在各自所处立地类型中，其景观效果、生态防护效果较其他群落配置的综合表现更为优秀，可以为新建边坡的护坡群落配置提供参考，也有助于提升现有公路边坡生态恢复的效率与质量。

伏牛山南坡生态类型区、桐柏山生态类型区、淮北平原生态类型区、南阳盆地生态类型区均为北亚热-暖温带地区，湿润系数在0.7~1.1之间，气候类型接近，护坡植物种类的选择也可参照本文筛选的群落类型进行配置，对相邻、相近的其他地区也具有一定的参考价值。

高速公路边坡恢复是一个长期的动态的过程，需要坚持不懈的探索才能不断完善高速公路的理论研究。除了细致地观察还需积极主动地试验，对于新护坡植物材料的尝试与原有植物材料不同组合的探索，能在更大程度上满足公路对于植物护坡的要求，从根本上提升边坡景观的质量。