CN111357577A - 一种滇西北高原高寒地区铁路绿色通道植物配植方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种滇西北高原高寒地区铁路绿色通道植物配植方法，遵循容错与冗余法则，在试验中引入不确定的对象，通过后期的观测评估，以确定引入对象的运用价值，冗余是在配置恢复的具体物种时，在确定不存在强烈的植物种间竞争的情况之下，既有经过多年研究确定恢复效果好的物种，也有理论上存在起到恢复效果可能的物种，物种以并联形式组合，以保证一个物种的失效不会造成系统功能的失效。以解决目前滇西北高原高寒地区铁路绿色通道植被恢复没有合理的植物配植方法，当前植被生态恢复的评估方法只有感观的评判，无法系统的进行恢复监测和评估效果，无法科学合理的验证和改进植被恢复技术的问题。属于高海拔地区施工路段生态恢复领域。

Description

一种滇西北高原高寒地区铁路绿色通道植物配植方法

技术领域

本发明涉及一种滇西北高原高寒地区铁路绿色通道植物配植方法，属于高海拔地区施工路段生态恢复领域。

背景技术

据统计，我国在海拔3000m以上的铁路工程建设不多，建成的有青藏铁路、兰新铁路。海拔超过3000m的地区又是旅游开发、水利水电开发的地区，同时也是基础设施落后、生态环境脆弱地区。随着西部开发的进一步提速，高海拔地区基础设施建设将进入新高潮。

在基础设施建设过程中，将不可避免的会对脆弱的生态环境造成破坏，如何保护与恢复高海拔生态植被环境一直是困扰基础设施建设的一大难题。已建成的青藏、兰新铁路及其它基础设施建设在环境保护与恢复方面有相关的文献报道，但是由于环境植被恢复受制区域性气候条件、土壤水文条件、物种、种苗、种植和管养技术等诸多因素的影响，恢复方案也不尽相同。

当前正值我国滇西北地区铁路建设的高潮，针对滇西北高原高寒地区海拔高、气候寒冷，干湿分明，长冬无夏，春秋季短，年温差大，地表土薄，生态脆弱，没有合理的植物配植方法，外来物种容易破坏当地的生态平衡且不易存活、冬季管养措施复杂和管养成本高，植物生长缓慢，栽植的植物成活率低等问题，同时，当前植被生态恢复监测未见系统性的报道，对种植后的评估方法只有感观的评判，无法系统的进行恢复监测和评估效果。

发明内容

本发明提供一种滇西北高原高寒地区铁路绿色通道植物配植方法，以解决目前滇西北高原高寒地区铁路绿色通道植被恢复没有合理的植物配植方法，当前植被生态恢复的评估方法只有感观的评判，无法系统的进行恢复监测和评估效果，无法科学合理的验证和改进植被恢复技术的问题。

为解决上述问题，拟采用这样一种滇西北高原高寒地区铁路绿色通道植物配植方法，该配植方法需遵循容错与冗余法则，容错就是容许错误，在试验中引入不确定的对象，类似于数学上的反证法，通过后期的观测评估，以确定引入对象的运用价值，冗余是在配置恢复的具体物种时，在确定不存在强烈的植物种间竞争的情况之下，既有经过多年研究确定恢复效果好的物种，也有理论上存在起到恢复效果可能的物种，物种以并联形式组合，以保证一个物种的失效不会造成系统功能的失效。

在植物、植被及生态环境现状调查的基础上，对滇西北高原高寒地区的乡土植物进行筛选，重点从乔木、灌木、藤本、草本几个类型中筛选，结合在恢复中不同时期起到的作用选取适合本地生长的植物作为绿色通道防护植物种类，查阅相关资料，了解绿色通道能够运用的植物种类，不同种类在防护上起到的作用，为铁路绿色通道防护植物种类选型提供选择依据。

该配置方法还需通过植物种间联结性检验进行验证，具体方法为：设置试验段，在每个试验段设置样方，并记录样方内各物种的数据，根据采集的数据进行X²检验和JI系数的测定共同确定植物种的联结性，联结性大，种与种之间的结合好，在自然植被中组合在一起的几率大，说明配种较为成功，联结性小，则说明配种效果较差，则对配种调整后重新进行试验验证。

与现有技术相比，本发明融合了容错与冗余法则并进行试验段验证和分析，从生态学角度，生物多样性越丰富的区域，其生态系统的稳定性就越高，因此，在初步选定了植物物种的配置以后，再加上认为可行的物种，从容错的方面讲增加了物种多样性，可能会对整体的恢复效果起到促进作用，就算在恢复过程中有几种植物生长不佳或死亡，也会有其他替代物种继续在该区域生长繁殖，保证恢复工作能正常进行，筛选了不适应该区域的植物；从冗余方面讲，增加了区域生态系统的稳定性，比如黄花木在恢复中起到根系固氮及恢复土壤肥力的效果，但是我们增加其他豆科乡土植物如百脉根等，同样有根系固氮及提升土壤肥力的作用，保证了在整个系统中，某一功能性物种的消亡，其在生态系统内的作用及功能被另一物种代替，同时，通过植物种间联结性检验进行验证为系统地建立铁路绿色通道植被生态恢复监测及评估体系提供理论基础，以便反馈科学的信息改进和完善植被恢复手段，便于准确及时地评估，使植被生态恢复从定性评估走向量化评估，建立植被恢复过程中的纠偏和纠错机制，以更为科学的手段验证和改进植被恢复技术。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明作进一步的详细说明，应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例

本实施例提供一种滇西北高原高寒地区铁路绿色通道植物配植方法，植物配植方法的具体技术路线：物种选型→地形调查和分类→制定恢复方案→开展恢复试验工程施工→开展恢复监测→分析数据→得出结论→反馈于方案修改和完善，植物配植研究所遵循的法则：生态位法则、互生共生法则、群落演替法则、生物多样性法则、容错与冗余法则，尤其是该配植方法遵循容错与冗余法则，容错就是容许错误，在试验中引入不确定的对象，类似于数学上的反证法，通过后期的观测评估，以确定引入对象的运用价值，冗余是在配置恢复的具体物种时，在确定不存在强烈的植物种间竞争的情况之下，既有经过多年研究确定恢复效果好的物种，也有理论上存在起到恢复效果可能的物种，物种以并联形式组合，以保证一个物种的失效不会造成系统功能的失效。

在植物、植被及生态环境现状调查的基础上，对滇西北高原高寒地区的乡土植物进行筛选，重点从乔木、灌木、藤本、草本几个类型中筛选，结合在恢复中不同时期起到的作用选取适合本地生长的植物作为绿色通道防护植物种类，查阅相关资料，了解绿色通道能够运用的植物种类，不同种类在防护上起到的作用，为铁路绿色通道防护植物种类选型提供选择依据。

该配置方法通过植物种间联结性检验进行验证，具体方法为：设置试验段，在每个试验段设置样方，并记录样方内各物种的数据，根据采集的数据进行X²检验和JI系数的测定共同确定植物种的联结性，联结性大，种与种之间的结合好，在自然植被中组合在一起的几率大，说明配种较为成功，联结性小，则说明配种效果较差，则对配种调整后重新进行试验验证。

其联结性检验方法具体如下：

①植物种间联结性X²检验

列出所筛选出的植物物种两两之间的2×2联列表，计算出a，b，c，d，的实测值，带入X²公式进行显著性检验；

当ad-bc＝0时，两个物种则相互独立，随机联结；ad-bc＞0时，两个物种之间呈正联结；ad-bc＜0时，两个物种间呈负联结。各个物种差异显著性程度比较X²表中以自由度n＝1时，P_0.05和P_0.01的值，查得，

当X²＜3.841时，2个种之间的正(负)联结不明显；当3.841≤X²＜6.635时，2个物种之间的正(负)联结性显著；当X²≥6.635时，2个物种之间的正(负)联结极性显著；

2×2联列表

注：a—表示2个物种同时存在的样方数；b—表示仅有物种A存在的样方数；

c—表示仅有物种B存在的样方数；d—表示2个物种都不存在的样方数；

②植物种间关联度JI的测定：

采用以下3个无中心指数，测度两个物种关联度：

Ochiai指数：OI＝a/[(a+b)^1/2(a+c)^1/2]

Dice指数：DI＝2a/(2a+b+c)

Jaccard指数：JI＝a/(a+b+c)

其中，OI指数在“无关联”时等于0，OI指数在“最大关联”为1；

JI常被称为共同出现百分率，值域为[0，1]，其值越趋近1，则表示该物种对的联结越紧密。

每次验证完成后，立即开展室内评估工作，主要程序有：鉴定标本，统计分析，对比分析，形成恢复评估报告，使植被生态恢复从定性评估走向量化评估，建立植被恢复过程中的纠偏和纠错机制，为系统地建立铁路绿色通道植被生态恢复监测及评估体系提供理论基础，以便反馈科学的信息改进和完善植被恢复手段，便于准确及时地评估，使植被生态恢复从定性评估走向量化评估，建立植被恢复过程中的纠偏和纠错机制，以更为科学的手段验证和改进植被恢复技术。

在本实验例中，最初的种子配方参考该理论进行了绿色防护通道植被恢复的物种搭配，在实施恢复的过程中额外增加了马先蒿(Pedicularis sp.)、早熟禾(Poa annua)、百脉根(Lotus corniculatus)、羊茅(Festuca ovina)四个物种单独同整个配方做对比，简单的通过种间联结性分析数据比较增加四个物种以后对整个区域恢复的效果及物种配置的合理性。如下表1所示：

表1基于冗余理论的物种配置合理性分析表

从数据来看，在恢复过程中同马先蒿生长有正相关的物种合计15种，占种子配方总物种数量的65.2％；同早熟禾生长有正相关的物种合计15种，占种子配方总物种数量的65.2％；同百脉根生长有正相关的物种合计14种，占种子配方总物种数量的60.9％；同羊茅生长有正相关的物种合计11种，占种子配方总物种数的47.8％。从表格数据可以看到羊茅(Festuca ovina)——白车轴草(Trifolium repens)卡方检验值5.812，并且Jaccard指数也相对较大，该组合呈显著关联，表明种与种间的结合相对其他种种间结合较好，在实际绿色通道防护植物选择过程中有一定参考意义，其他物种之间关联虽然没有达到极为显著的水平，但是也基本呈现出一定的正相关，在某些实际应用中也有搭配。

从冗余理论上看，羊茅(Festuca ovina)、早熟禾(Poa annua)两个物种除了生长较快外，其萌蘗能力较强；百脉根(Lotus corniculatus)同作为本次种子配方主要优势种豆科尼泊尔黄花木(Piptanthus nepalensis)一样的根系固氮植物，在功能上能成为其备件；马先蒿(Pedicularis sp.)种子萌发能力强，在恢复过程中增加了叶的冗余，以上新增物种在监测中出现频度较高，在今后持续的植被恢复过程中，也可能逐渐会成为该群落的优势种，增加生态系统的稳定性，虽然简单的通过种间联结性关系不足以完全说明物种或群落的冗余理论，但也能从其数据看出一定的相关性。

总的来说，所选的四个物种也在生长过程中除了同种子配方一半以上五种呈正相关以外，两两之间也呈正相关关系，是否在该区域恢复中有显著相关，还需继续做监测并分析。

冗余是采用备用来提高系统的稳定性的,而备用的性质又决定了冗余的作用。当然，植物群落与机械系统不同，因为植物的器官不仅“工作元件”(例如主茎)有备用，而且“备用元件”(如萌蘗)也有备用。当备用元件取代受损工作元件后，它又能自动产生新的备用，如此反复下去，几乎是无限的。机械系统则不具备这种能力。因此，植物群落是可自我修复的，而机械系统则不可自我修复。

在采取了基于冗余原理的相关措施后，就目前监测情况来看，结果是积极的，希望在今后的监测中能得到更加有力有支撑该理论的数据，做好监测工作。并在今后的绿色防护通道植被恢复过程中基于该理论适当增加恢复物种，即增加生态系统中的元件的备件，增加系统的稳定性和恢复速度，同时也能达到良好的景观效果。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种滇西北高原高寒地区铁路绿色通道植物配植方法，其特征在于：该配植方法需遵循容错与冗余法则，容错就是容许错误，在试验中引入不确定的对象，类似于数学上的反证法，通过后期的观测评估，以确定引入对象的运用价值，冗余是在配置恢复的具体物种时，在确定不存在强烈的植物种间竞争的情况之下，既有经过多年研究确定恢复效果好的物种，也有理论上存在起到恢复效果可能的物种，物种以并联形式组合，以保证一个物种的失效不会造成系统功能的失效。

2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，在植物、植被及生态环境现状调查的基础上，对滇西北高原高寒地区的乡土植物进行筛选，重点从乔木、灌木、藤本、草本几个类型中筛选，结合在恢复中不同时期起到的作用选取适合本地生长的植物作为绿色通道防护植物种类，查阅相关资料，了解绿色通道能够运用的植物种类，不同种类在防护上起到的作用，为铁路绿色通道防护植物种类选型提供选择依据。

3.根据权利要求1所述方法，其特征在于，该配置方法还需通过植物种间联结性检验进行验证，具体方法为：设置试验段，在每个试验段设置样方，并记录样方内各物种的数据，根据采集的数据进行X²检验和JI系数的测定共同确定植物种的联结性，联结性大，种与种之间的结合好，在自然植被中组合在一起的几率大，说明配种较为成功，联结性小，则说明配种效果较差，则对配种调整后重新进行试验验证。

4.根据权利要求1所述方法，其特征在于，其联结性检验方法具体如下：

①植物种间联结性X²检验

列出所筛选出的植物物种两两之间的2×2联列表，计算出a，b，c，d，的实测值，带入X²公式进行显著性检验；

当ad-bc＝0时，两个物种则相互独立，随机联结；ad-bc＞0时，两个物种之间呈正联结；ad-bc＜0时，两个物种间呈负联结。各个物种差异显著性程度比较X²表中以自由度n＝1时，P_0.05和P_0.01的值，查得，

当X²＜3.841时，2个种之间的正(负)联结不明显；当3.841≤X²＜6.635时，2个物种之间的正(负)联结性显著；当X²≥6.635时，2个物种之间的正(负)联结极性显著；

2×2联列表

注：a—表示2个物种同时存在的样方数；b—表示仅有物种A存在的样方数；

c—表示仅有物种B存在的样方数；d—表示2个物种都不存在的样方数；

②植物种间关联度JI的测定：

采用以下3个无中心指数，测度两个物种关联度：

Ochiai指数：OI＝a/[(a+b)^1/2(a+c)^1/2]

Dice指数：DI＝2a/(2a+b+c)

Jaccard指数：JI＝a/(a+b+c)

其中，OI指数在“无关联”时等于0，OI指数在“最大关联”为1；

JI常被称为共同出现百分率，值域为[0，1]，其值越趋近1，则表示该物种对的联结越紧密。