《Journal of Environmental Management》：Sowing vegetation islets enhance plant diversity and habitat heterogeneity in Mediterranean long-established road verges
编辑推荐：
道路是人为主导景观中普遍存在的基础设施，全球路网总长度超过2100万公里，同时显著加剧了生境丧失与破碎化。然而，道路绿地作为毗邻道路的植被带，为缓解生物多样性丧失与景观同质化提供了契机，并被视为绿色基础设施建设的可及途径之一。尽管在中欧与北美地区，道路管理者日
道路是人为主导景观中普遍存在的基础设施，全球路网总长度超过2100万公里，同时显著加剧了生境丧失与破碎化。然而，道路绿地作为毗邻道路的植被带，为缓解生物多样性丧失与景观同质化提供了契机，并被视为绿色基础设施建设的可及途径之一。尽管在中欧与北美地区，道路管理者日益将本地种子混合纳入管理计划，但针对长期established道路绿地的定向、主动性保护措施仍十分有限，且区域适宜的本地种子供应在商业上受限。本研究假设，在非城市区域的长期established道路绿地中设置植被岛（vegetation islets），可在半干旱地中海条件下创造高多样性景观要素。研究人员设计了一种专门针对长期established道路绿地条件的本地种子混合，并在两个不同播种年份的实验区块中建立植被岛，开展为期四年的综合评估，包括种子混合表现、群落组成动态、分类多样性、群落组成及植被结构，并探讨局地土壤-气候条件对上述指标的影响。结果表明，播种后前两年内，超过55%的播种物种持续存在，种子混合相对盖度达0.63±0.17与0.51±0.21；植被岛显著提高了物种丰富度、物种丰富度加性（species richness additivity）与Simpson多样性指数，并增加了植被盖度与比盖度总和，同时降低了平均植被高度。群落组成分析显示，植被岛与对照样地之间在播种后各年份均存在显著差异，且随时间推移逐渐趋同。播种物种与土壤种子库物种共同丰富了道路绿地植物群落，而多年生物种在后期逐渐占据优势。局地土壤-气候条件，包括降雨、温度及土壤有机质与养分有效性，显著影响种子混合表现与群落多样性。研究认为，植被岛可在不损害道路安全的前提下，作为长期established道路绿地中资源高效的生物多样性保护措施，并有助于提升生境异质性及景观连通性。
研究背景与问题
道路网络是全球人为景观的普遍特征，其总长度超过2100万公里，在带来交通便利的同时也造成了严重的生境丧失与破碎化。然而，道路绿地作为道路两侧的植被带，被视为缓解生物多样性下降和景观同质化的重要机会，也是绿色基础设施建设中最易获取的途径之一。道路绿地覆盖广泛的线性区域，未来不太可能减少，且由相对较少的公共机构管理，有利于实施生物多样性友好措施。尽管在中欧和北美，道路管理者越来越多地将本地种子混合纳入管理计划，主要用于扰动后植被恢复和水土流失控制，但针对长期established道路绿地的定向、主动性保护措施仍然有限，区域适宜的本地种子供应也受到商业约束。在半干旱地中海条件下，气候限制和植被动态的低可预测性进一步增加了恢复成功的难度。因此，开展综合评估以检验专门设计的保护措施在长期established道路绿地中的有效性，对于将道路绿地管理与更广泛的保护战略相结合具有重要意义。
研究内容与结论
研究人员在葡萄牙南部Central Alentejo地区沿三条国道设置了两个实验区块，分别于2018年秋季和2020年秋季播种，共建立28个植被岛和25个对照样地。植被岛规格为10×2米，采用包含19种本地草本植物的种子混合，以2000粒/平方米的密度人工播种，不进行灌溉、施肥或施药，所有样地均接受标准的一年一次春季刈割管理。研究持续四年，每年春季刈割前进行植被调查，记录物种组成、盖度、植被高度和物候期，同时采集土壤样品分析pH、有机质、氮、磷、钾、镁等指标，并结合气象站数据评估局地气候条件。研究发现，种子混合在前两年保持了较高的物种持续率，超过55%的播种物种存在，相对盖度达0.63±0.17和0.51±0.21，Simpson均匀度指数超过0.75，表明播种物种间无显著优势。植被岛显著提高了物种丰富度和物种丰富度加性，平均增加了20±8个局地独有物种，Simpson多样性指数从对照的0.81±0.11提高到0.89±0.05。植被岛还改变了植被结构，表现为更高的总盖度和比盖度总和，但降低了平均植被高度。群落组成分析显示，植被岛与对照样地之间的差异在播种后各年份均显著，但随时间推移逐渐趋同。播种物种中，一年生物种在初期占主导，后期逐渐被多年生物种替代，群落动态符合“减缓演替”理论。局地土壤-气候条件显著影响种子混合表现和群落多样性：较高的降雨和较低的温度有利于种子混合的持续和开花，较低的土壤有机质和养分有效性有利于播种物种的持续和均匀度。
关键技术方法
研究人员采用了多种关键技术方法：一是设计包含19种本地草本植物的种子混合，涵盖一年生和多年生物种，经过离体试验和种子活力检测；二是在两个实验区块中建立植被岛和对照样地，采用分层随机抽样进行植被调查；三是利用主成分分析（PCA）提取土壤性质和环境梯度的独立变量；四是采用线性混合模型（LMM）评估实验因素和环境条件对植被指标的影响；五是利用置换多元方差分析（PERMANOVA）和非度量多维尺度分析（NMDS）评估群落组成差异；六是采用相似性百分比分析（SIMPER）识别群落相似性的主要贡献物种。
研究结果
种子混合表现
种子混合持续率在播种后前两年超过55%，第三和第四年约为36%。持续率随时间显著下降，但大部分下降发生在前三年。周转率呈相反趋势，随时间显著增加，到研究结束时均值约为0.46-0.48。开花率在研究期间保持稳定，预测均值为0.75。种子混合相对盖度在前两年分别为0.63±0.17和0.51±0.21，无显著物种优势。实验区块对种子混合指标总体无显著影响，但相对盖度存在区块与时间的交互效应，第二区块初始值较高且随时间下降，到第四年与第一区块趋同。局地土壤-气候条件显著影响种子混合表现：较高的降雨和较低的温度提高了持续率和开花率，降低了周转率；较低土壤有机质、氮、钾、磷水平的样地表现出更高的持续率和均匀度以及更低的周转率。
植被岛对植物群落的影响
研究共记录231种植物，其中99%为本地种，96%为草本植物。植被岛的物种丰富度从第一年的34±7降至第四年的25±7，而对照样地保持在22±8至21±6之间。植被岛的物种丰富度和丰富度加性显著高于对照样地，但随时间下降，而对照样地保持稳定。Simpson多样性指数在植被岛为0.89±0.05，显著高于对照的0.81±0.11，但随时间逐渐趋同。PERMANOVA分析显示，植被岛与对照样地之间的群落组成差异在所有播种后年份均显著，处理效应解释了10%的组成变异。NMDS排序和SIMPER分析进一步证实，植被岛主要由播种物种表征，第一年播种物种贡献66%的群落相似性，后续年份贡献至少40%，其中多年生物种如Dactylis glomerata和Salvia verbenaca在第三和第四年逐渐占据主导。对照样地群落组成保持稳定，主要由Bromus diandrus和Medicago polymorpha等自生一年生物种表征。植被岛表现出更高的总盖度（76±15%）和比盖度总和（97±22%），但平均植被高度较低（43±20厘米），增加了道路绿地的结构异质性。
讨论
局地土壤-气候条件对种子混合表现和群落动态具有显著影响。较高的秋季至春季累积降雨促进了种子混合的建立，提高了持续率和开花率，降低了周转率，并增加了物种丰富度和丰富度加性。较低的春季温度有利于种子混合的相对盖度和开花率。土壤有机质和养分有效性较低的样地中，播种物种表现出更高的持续率和均匀度，这可能与一年生物种的较高比例有关。道路绿地的刈割管理增加了土壤有机质和养分积累，可能促进速生物种并限制其他物种的建立和共存。实验区块间的差异，包括播种年份的气候差异和样地分布差异，影响了群落组成和种子混合相对盖度，但未显著影响中期播种物种动态或群落多样性和结构指标。种子混合结合本地一年生和多年生物种，加上自生物种的贡献，缓冲了环境变异性，促进了相对可预测的保护结果。
结论
综合评估表明，植被岛可作为半干旱地中海条件下长期established道路绿地的保护措施，通过局部支持额外的播种和自生物种，促进群落组成和植被结构的异质性。植被岛在最初几年显著提高了物种丰富度和多样性，随后促进了与周围草地不同的多年生物种的优势。这一时间轨迹强调了中期至长期监测对适应性管理的重要性。局地土壤-气候条件影响了植被发展和保护结果，但专门为道路绿地条件设计的本地种子混合，加上群落固有的稳定性，缓冲了环境变异性，促进了相对可预测的中期结果。与沿整个道路绿地实施恢复措施相比，植被岛可能是一种低成本的途径，需要更少的资源，同时促进目标物种并增强植物多样性，而不损害自生物种或安全要求。未来研究应探讨植被岛作为道路绿地网络中踏脚石的作用，包括是否能够支持野生动物并促进景观连通性。
