《Urban Forestry & Urban Greening》：Establishment of native graminoids in roadside swales dominated by non-native grasses in Central Texas
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该研究在得克萨斯州中央平原Edwards Aquifer补给区道路旁漫沟中种植八种原生禾本科植物，监测两年生存率及根茎生物量，发现C4植物Tridens albescens等存活率高，生物质无显著差异。土壤高容重抑制根生长并导致厌氧，建议温暖地区使用耐旱原生C4禾本科植物以提升水质和生物多样性。
杰弗里·T·哈钦森（Jeffrey T. Hutchinson）| 安吉拉·马罗蒂（Angela Maroti）| 维克拉姆·卡普尔（Vikram Kapoor）| 萨梅尔·德苏基（Samer Dessouky）
德克萨斯大学圣安东尼奥分校生物、健康与环境系，美国德克萨斯州圣安东尼奥市，邮编78249
摘要
在德克萨斯州中部的爱德华兹含水层补给区，研究人员评估了八种本地草本植物在道路两侧的排水沟中的存活情况和生物量变化，观察时间覆盖了两个生长季节。排水沟中的植被主要由非本地草类占据，并且受到多种干扰因素的影响，包括修剪、洪水、干旱、道路污染物以及极端高温。通过监测这两种生长季节中的本地草本植物种植情况，发现Tridens albescens、Bothriochloa laguroides和Bouteloua curtipendula的存活率较高。虽然Panicum virgatum的存活率较低，但因其根系和地上部分的生物量与其他三种草类没有统计学上的差异，仍值得在排水沟和其他低影响开发（LID）项目中进一步研究。由于排水沟的水分周期较短，不建议在干旱环境中种植兼性湿地植物和专性湿地植物。排水沟的土壤类型为粘壤土，含有10-20%的石灰石。土壤在表面下20厘米处的容重较高，这可能抑制本地草本植物和草本植物的根系生长；同时，高容重还可能减缓水分在土壤中的渗透速度，导致根区缺氧。我们建议在温暖地区使用多年生C4草类进行LID项目，因为这些植物一旦建立起来就不需要额外维护，且草本植物会自然生长。在选择用于排水沟和其他LID结构的植物时，应考虑在受干扰环境中生长的本地植物，因为这些物种已经适应了当地的环境条件。
引言
道路两侧的线性生境越来越受到关注，以评估其生物多样性和生态系统服务（Auffret和Lindgren，2020年；Gardiner等人，2018年）。低影响开发（LID）结构被用于拦截道路上的雨水，防止其流入地表水体。沿道路设计的工程排水沟有助于收集雨水径流，而植被在控制侵蚀、水分渗透、植物修复、提供有机物质、促进初级生产以及增加土壤微生物多样性和无脊椎动物数量方面发挥着重要作用（Monberg等人，2019年；Robinson和Lundholm，2012年；Sikorski等人，2021年）。然而，道路和LID结构也可能成为入侵植物的来源，这些入侵植物会排挤本地植物，形成单一植被群落（Christen和Matlack，2009年；Dai等人，2025年；Phillips等人，2020年；Sinclair等人，2020年）。
人口增长和城市化导致不透水表面的增加，影响了水质和水量，并由于栖息地的丧失而降低了生物多样性（Eigenbrod等人，2011年）。随着流域自然植被的减少，降水事件会导致快速径流和地下水渗透量下降。在城市和开发区域，即使降水量小于0.2厘米，也可能因土壤压实和不透水结构的存在而引发快速径流（Li等人，2008年）。开发和栖息地破碎化不仅增加了雨水径流，还导致了生态系统服务和生物多样性的丧失，从而影响水质（Vitousek，1994年；Walsh，2000年）。在六年内，德克萨斯州的不透水覆盖面积增长速度超过了美国其他任何州（Xian等人，2011年）。植被化的排水沟和其他LID结构可以作为净化水、促进水分渗透和增加生物多样性的自然区域。
易等人（Yi等人，2017年）报告称，1984年至2010年间，德克萨斯州中部圣安东尼奥县和贝克萨尔县失去了73,146公顷的森林、22,075公顷的牧场和19,224公顷的农业用地。自然栖息地和生物多样性的丧失是城市化密集地区的全球性问题（Aronson等人，2014年；Auffret等人，2018年；Giles-Corti等人，2020年）。2001年至2016年间，圣安东尼奥至新布劳恩费尔斯走廊地区的城市化程度增加了17.7%（Guo和Zhang，2021年）。随着不透水表面和结构的增加，自然和农业栖息地的丧失将继续影响贝克萨尔县的水质，并可能对爱德华兹含水层造成影响。在像爱德华兹含水层补给区这样的喀斯特地区，不透水结构导致的快速径流会使得污染物迅速进入含水层，而该含水层的过滤能力有限或不存在。在干旱、半干旱和亚湿润地区，使用本地多年生C4草类在雨水排水沟和其他LID结构中管理沉积物和污染物是一种经济有效的方法，同时还能增加城市地区的生物多样性。利用C4光合途径的植物更适应温暖气候，且更耐旱（Karami等人，2023年；Sage等人，2018年）。在德克萨斯州中部，C4草类占总草类种类的约80%（Luo等人，2024年），并且适应温暖的气候。据报道，道路两侧的植被化排水沟可以去除70%的总悬浮固体（Li等人，2008年；Schueler等人，1992年）。道路两侧超过90%的植被覆盖面积对去除总悬浮固体最为有效（Barrett等人，2004年；Li等人，2008年）。LID结构中的污染物去除可以通过根系吸收、微生物过程、土壤基质过滤以及吸附到有机物和矿物质上来实现（Barrett等人，1998年；Hermawan等人，2019年；Palacios等人，2021年；Stagge等人，2012年）。
本研究旨在填补关于城市环境中道路两侧排水沟中特定草本植物对干旱、淹没、高温和道路污染物等压力因素耐受性的知识空白，并探讨可用于恢复工作的本地草本植物种类。采用小规模干扰和种植已建立植株的实地研究方法是一个尚未充分探索但具有实际应用价值的研究方向。使用本地植物进行恢复工作的理论基础在于：本地植物已经进化并适应了当地气候和土壤条件，不需要维护，且具有抗病原体和昆虫的能力（Britt等人，2003年；Riley等人，2015年）。然而，引入的植物缺乏天敌，有些植物能在人为干扰形成的环境中茁壮成长（Daehler，2003年；Wolfe，2002年）。从种子种植的本地植物有更高的存活几率，可以避免在恶劣环境中种子成功发芽和生长的不确定性（Fattorini，2001年；Paschke等人，2000年）。研究表明，干旱和持续淹没会限制植物的发芽、生长和存活（Mazer等人，2001年；Zia等人，2021年）。了解在排水沟中存活率较高的本地C4草本植物信息有助于改进管理实践，从而降低道路、停车场和其他不透水覆盖区域雨水径流带来的成本并改善水质。在某些排水沟中，侵蚀作用形成了深达0.75米的浅坑，这些坑在降雨量较大的月份能够保持较长时间的水分，观察到专性湿地草本植物在这些坑中的覆盖率达到100%（杰弗里·哈钦森个人观察）。草本植物是适合用于排水沟的理想植物群，它们分布广泛、物种丰富、根系深，能够增加水分渗透、减少侵蚀、去除营养物质，并为微生物提供栖息地（Li等人，2024年；Liu等人，2022年；Linder等人，2018年；Turk等人，2017年）。
许多雨水管理系统，如排水沟，通常由非本地草类主导，仅有零星的本地草本植物和草本植物分布。研究表明，旧世界蓝茎草（
Bothriochloa属）会抑制南部大平原地区本地草类的生长（Schmidt等人，2008年）。用于恢复的
Panicum virgatum品种在低水分条件下与非本地草类竞争时生物量减少（Schwartz和Gibson，2014年）。然而，使用
Panicum virgatum和其他德克萨斯州中部的本地草类品种可能比那些基于美学等属性选育的品种更具竞争优势。在非本地植物主导的高度受干扰环境中，创造间隙并种植本地物种可能有助于提高物种丰富度、多样性和覆盖度（Schnoor等人，2015年）。Stevens和Fehmi（2009年）发现，在非本地草类入侵的地区，立即种植本地植物是一种实用的恢复技术。本研究提出了以下问题：
1.六种在德克萨斯州中部常见的本地草本植物和两种专性湿地草本植物能否在以非本地草类为主的排水沟中存活？
2.存活两个生长季节的植物种类之间的根系和地上部分生物量有何差异？
3.排水沟中的土壤特性如何影响所种植植物的存活和生长？
基于这些问题，本研究假设在德克萨斯州中部常见的六种本地草本植物的存活率会高于两种专性湿地草本植物。另一个假设是排水沟中的土壤适合这些植物的存活。本研究的目标是观察八种本地草本植物在两个生长季节中的存活情况和生物量，并分析德克萨斯州中部六个道路排水沟的土壤特性。
研究地点
研究地点
研究在德克萨斯州中部的六个植被化排水沟中进行，这些排水沟位于或靠近爱德华兹含水层补给区（图1；补充材料附录A）。该地区属于亚湿润气候，夏季炎热，冬季干燥，局部地区会有强降水事件导致洪水（Martin和Edwards，1995年）。1991年至2020年，圣安东尼奥地区的年平均气温为20.9°C（最低14.9°C，最高26.8°C），年平均降水量为82.3厘米（NOAA，2022年）
现场排水沟种植实验
八种种植的草本植物中有四种在两个生长季节后存活下来。A. glomeratus、B. dactyloides、P. distichum和E. rostellata三种植物在两个生长季节内均未存活，因此被排除在分析之外。Tridens albescens的存活率显著高于其他五种本地草本植物（F = 6.57，df = 3，P = 0.03，图2a；表2）。T. albescens的存活率为88%（标准误差 = 4；95%置信区间 =
讨论
在排水沟中种植的本地草本植物的存活情况因物种而异，但在存活的物种之间，地上部分的生物量没有差异。四种本地草本植物之间的存活率和地上部分生物量差异可能反映了它们在德克萨斯州中部排水沟中面临的不同环境条件，以及促进植物物种多样性的必要性，因为不同植物对环境条件和修剪的反应各不相同。
结论
本研究确定了四种C4本地草本植物的存活率不同，但在两个生长季节中，它们的根系和地上部分生物量没有显著差异。这些草本植物表现出在多变季节环境条件下的生存能力，表明它们具有抗旱性。有限的降水量和高土壤容重可能是导致其他四种植物未能存活的环境因素。
作者贡献声明
萨梅尔·德苏基（Samer Dessouky）：资源获取、项目管理、资金筹集、概念构思。杰弗里·哈钦森（Jeffrey Hutchinson）：撰写——审稿与编辑、初稿撰写、监督、资源管理、方法论研究、资金筹集、数据分析、数据整理、概念构思。维克拉姆·卡普尔（Vikram Kapoor）：撰写——审稿与编辑、监督、资源管理、资金筹集、数据整理。安吉拉·马罗蒂（Angela Maroti）：方法论研究、数据整理。
资金
本研究的资金由圣安东尼奥市及其合作伙伴通过提案1（拨款编号#SAT0002684）提供，这是一项获得选民批准的旨在保护爱德华兹含水层的措施。
利益冲突声明
作者声明以下可能构成潜在利益冲突的财务利益和个人关系：杰弗里·T·哈钦森报告称获得了圣安东尼奥市的财政支持。如果还有其他作者，他们声明没有已知的可能影响本文研究的财务利益或个人关系。
致谢
主要研究者感谢圣安东尼奥市及其合作伙伴通过提案1为本研究提供资金，这是一项获得选民批准的旨在保护爱德华兹含水层的措施。圣安东尼奥河管理局和圣安东尼奥市公共工程部门的工作人员提供了支持、后勤保障以及所有研究地点的访问权限。我们特别感谢多位UTSA学生提供的温室和野外支持，以及两位匿名审稿人的宝贵意见。
