川西南公路工程廢棄地植被恢復(fù)與重建研究——以錦屏水電站對(duì)外交通公路為例

尤繼勇,覃志剛,張小平,魏宗華

(四川省林業(yè)科學(xué)研究院,四川 成都 610081)

引言

隨著川西南地區(qū)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的全面發(fā)展,各類工程(公路、鐵路、水利、礦山及工業(yè)民用建筑)的大規(guī)模建設(shè)造成一系列的環(huán)境問(wèn)題,其中最為突出的是破壞了當(dāng)?shù)卦兄脖?形成大面積不同程度裸露的邊坡和廢棄地,這些邊坡和廢棄地的存在進(jìn)一步增加了水土流失、滑坡、泥石流的發(fā)生頻率與強(qiáng)度,也造成局部小氣候的惡化及生物鏈的破壞等生態(tài)災(zāi)害。雖然人們非常重視公路工程廢棄地的植被恢復(fù)與重建,但常出現(xiàn)植物類型單一、外來(lái)物種入侵,維護(hù)費(fèi)用過(guò)大、后期效果不佳等眾多問(wèn)題。如何按照生態(tài)規(guī)律恢復(fù)破壞的生態(tài)系統(tǒng)是近年來(lái)研究與關(guān)注的重點(diǎn),我們針對(duì)錦屏水電站對(duì)外交通公路工程廢棄地采用的生態(tài)恢復(fù)模式,從立地類型的確定以及先鋒植物和不同立地類型的植被恢復(fù)模式等方面做了系統(tǒng)研究,對(duì)川西南公路工程廢棄地植被恢復(fù)具有重要的指導(dǎo)作用。

1 研究地區(qū)概況

試驗(yàn)地選擇為二灘水電開(kāi)發(fā)有限責(zé)任公司開(kāi)發(fā)建設(shè)的錦屏一級(jí)、二級(jí)水電站對(duì)外交通專用公路,該公路東起冕寧縣漫水灣鎮(zhèn),西至磨房溝鄉(xiāng),全長(zhǎng) 56 km。海拔高程范圍在 1380m～2500m之間,高差為 1120m。區(qū)域氣候?qū)賮啛釒Ъ撅L(fēng)氣候,雨熱同季,干濕分明,從 11月到次年 4月為干季,干季晴朗少雨,風(fēng)力大、蒸發(fā)強(qiáng),每月平均相對(duì)濕度 60%左右,半年降水量只占全年的 10%,5月至 10月為雨季,尤以 6月 ～9月更為集中,降水量占全年的79%,這種季節(jié)分配過(guò)度的不均衡,往往會(huì)導(dǎo)致冬春干旱和秋澇。沿線土壤種類由低到高分別為沖積土、紅壤和紅棕壤,由于公路施工對(duì)原生土壤破壞嚴(yán)重,土壤石礫、混凝土和廢棄物等含量較高,部分地段基巖裸露,土壤貧瘠,土壤質(zhì)地多為砂質(zhì),水土流失嚴(yán)重。

2 立地類型劃分

為便于對(duì)廢棄地實(shí)施生態(tài)治理和植被恢復(fù),有必要對(duì)現(xiàn)有廢棄地進(jìn)行立地類型劃分,以便做到因地制宜、分類施策。對(duì)公路工程廢棄地現(xiàn)狀進(jìn)行了分析,采用“地表破壞類型 +廢棄地類型”的方法,將錦屏水電站對(duì)外交通公路工程廢棄地共劃分為 9種類型,各類型的成因、結(jié)構(gòu)、穩(wěn)定性、形態(tài)、復(fù)墾條件和立地狀況差異較大,植被恢復(fù)難易程度和采用措施方法各不相同。類型劃分結(jié)果及各類型特征見(jiàn)表1。

表 1 川西南公路工程廢棄地類型及特征一覽表

3 植被恢復(fù)與重建模式

3.1 渣料場(chǎng)植被恢復(fù)與重建

試驗(yàn)安排在 3個(gè)不同的海拔段(分別為 1500 m,2000m,2500m)進(jìn)行,試圖找出適宜不同海拔的喬、灌木和草種。由于渣料場(chǎng)立地條件差,沒(méi)有植物生長(zhǎng)的基本條件,必須對(duì)渣料場(chǎng)表面進(jìn)行客土鋪填,采用 3個(gè)不同的覆土厚度(分別為 10cm,20 cm,30cm)進(jìn)行試驗(yàn)。在植物品種選擇上,盡量選擇鄉(xiāng)土樹種或草種,同時(shí)要方便采種,易繁殖。喬木選用了蒙自榿木、云南松、高山櫟、油桐,灌木選用了馬桑、火棘、車桑子、火炬樹、新銀合歡,草本選用了山蓼、酸模、艾蒿、香薷、洋金花。

于 2007年 5月 3日 ～15日進(jìn)行種植或點(diǎn)播。種植方式采取營(yíng)養(yǎng)袋植苗、點(diǎn)播和撒播,蒙自榿木和云南松采用 1a生營(yíng)養(yǎng)袋苗,火棘為 1a生實(shí)生苗,其它喬木和灌木采用點(diǎn)播,草本采用撒播,草種的播種量為 20g?m-2～30g?m-2,組合上均采用喬、灌、草模式。在秋季對(duì)試驗(yàn)各項(xiàng)措施測(cè)定。測(cè)定內(nèi)容:栽植的營(yíng)養(yǎng)袋苗測(cè)定成活率、當(dāng)年苗高生長(zhǎng)量、冠幅(連續(xù)測(cè)定 60株),點(diǎn)播的喬木和灌木本測(cè)定出苗率、當(dāng)年高生長(zhǎng)量、冠幅(連續(xù)測(cè)定 60株),草本測(cè)定植物的株高、蓋度。木本測(cè)定采用 2m×2m樣方,草本采用 1m×1m樣方,均做 3次重復(fù)。

2007年 9月 10日 ～15日對(duì)各試驗(yàn)進(jìn)行調(diào)查測(cè)定,其結(jié)果見(jiàn)表 2,表中數(shù)據(jù)為 3次重復(fù)的平均值。

受山地氣候的影響,水熱狀況在地貌上的垂直差異直接影響和制約著植被的分布和生長(zhǎng),從表 2中可以看出,喬木樹種在各海拔段生長(zhǎng)較好,僅油桐在海拔 2500m以上時(shí)生長(zhǎng)指標(biāo)較差。所有灌木的發(fā)芽率都較高,馬桑在海拔 2000m以下的生長(zhǎng)量可達(dá) 20cm,而火棘的生長(zhǎng)量?jī)H有 2.1cm～3cm,車桑子、火炬樹和新銀合歡雖然發(fā)芽率高,但到冬季時(shí)全部死亡。草本的蓋度大多在 50%以上,其中山蓼和艾蒿在海拔 2500m以上時(shí),其蓋度小于 50%,洋金花在海拔 2000m以上時(shí),其蓋度小于 50%。其余草種都生長(zhǎng)較好。

表 2 各試驗(yàn)植物的生長(zhǎng)狀況表

因此,對(duì)渣料場(chǎng)進(jìn)行植被恢復(fù)與重建時(shí),在不同的海拔段應(yīng)選擇不同的喬、灌、草種進(jìn)行組合。在海拔 1500m左右,喬木可以選擇蒙自榿木、云南松、高山櫟和油桐,灌木可選擇馬桑、火棘,草本可選擇山蓼、酸模、艾蒿、香薷、洋金花。在海拔 2000m左右,喬木可選擇蒙自榿木、云南松、高山櫟,灌木可選擇馬桑和火棘,草本可選擇山蓼、酸模、艾蒿、香薷。在海拔 2500m左右,喬木選擇蒙自榿木、云南松、高山櫟,灌木可選擇火棘,草本選擇酸模、香薷。

3.2 臺(tái)地植被恢復(fù)與重建

2008年春季實(shí)施試驗(yàn),共設(shè)兩個(gè)試驗(yàn)段。選擇較為規(guī)整的臺(tái)地兩塊,總面積為 0.20hm2。喬木選用蒙自榿木、女貞、油桐,灌木選用了馬桑、火棘、新銀合歡,草本選用了早熟禾、高羊茅、山蓼、酸模、艾蒿、香薷。對(duì)石質(zhì)臺(tái)地、泥夾石臺(tái)地進(jìn)行回填土壤處理,為了增加土壤肥力,另撒鋪 5cm的腐質(zhì)土。在將喬木分別種植在面積各為 0.10hm2兩塊地上。將其中面積各為 0.01hm2的四塊地中的 3塊分別撒播酸模、山蓼、早熟禾、高羊茅,一塊地作為空白對(duì)照,不進(jìn)行任何播種或栽植。選取植被覆蓋度作為臺(tái)地植被恢復(fù)狀況指標(biāo),數(shù)據(jù)采集采用梅花式 5點(diǎn)取樣,樣方面積 1m2。試驗(yàn) 1a后,2009年 5月 1日 ～10日對(duì)其試驗(yàn) 段進(jìn)行了調(diào)查,觀測(cè)其恢復(fù)效果(表 3)。

表 3 1a臺(tái)地植被恢復(fù)群落結(jié)構(gòu)變化

調(diào)查結(jié)果表明 1號(hào)、2號(hào)實(shí)驗(yàn)地喬木、灌木長(zhǎng)勢(shì)較好,其根系在 50cm的土壤層呈傘形廣泛分布,植株平均高度從移栽時(shí)的 5cm生長(zhǎng)到目前的 10cm,植被覆蓋度逐年提高;野生鄉(xiāng)土草種植被覆蓋度較高,且根系分布較深,植被恢復(fù)效果最好;而 3號(hào)地塊早熟禾、高羊茅混播地塊植被生長(zhǎng)狀況較差,根系主要分布在土層 10cm以內(nèi);且根系不發(fā)達(dá),地上植株單一 ,攔蓄降水能力相對(duì)差一些,植被覆蓋度增加較慢;對(duì)照地塊 1號(hào)、2號(hào)鄉(xiāng)土草種分布生長(zhǎng)較快,須根系普遍位于 30cm土壤層內(nèi),植被覆蓋增加速度相對(duì)較慢,在有大的降水過(guò)程中,蓄水保土能力相對(duì)較強(qiáng)。綜合來(lái)看,人工種植的野生草本植物生長(zhǎng)速度、根系分布和群落覆蓋度方面明顯優(yōu)于其他試驗(yàn)處理地塊,臺(tái)地植被的恢復(fù)效果較好。

根據(jù)川西南公路工程廢棄地臺(tái)地土壤結(jié)構(gòu)特點(diǎn),確定以下恢復(fù)模式:喬木可以選擇蒙自榿木、女貞、油桐,灌木可選擇馬桑、火棘,草本可選擇山蓼、酸模、艾蒿、香薷。

3.3 邊坡植被恢復(fù)與重建

3.3.1 石質(zhì)邊坡立地條件植被的恢復(fù)與重建

我們于 2006年 10月 ～2007年 10月在錦屏水電站對(duì)外交通專用公路 K34+K57路塹石質(zhì)邊坡進(jìn)行了為期一年的植被恢復(fù)與重建野外試驗(yàn)。

結(jié)合沿線原有植被的調(diào)查結(jié)果,本試驗(yàn)植被恢復(fù)所選的植物種類如下:灌木選用了馬桑、火棘、火炬樹、新銀合歡,草本選用了早熟禾、高羊茅、山蓼、酸模、艾蒿、香薷、洋金花、孔雀草、波斯菊,藤本選用了地錦、油麻藤、葛藤。根據(jù)不同海拔高度、邊坡坡比、坡向以及周邊背景植被類型和景觀要求的差異,設(shè)置了不同的植物配置方式。以 K42+42～126為例,該邊坡面積 1131.4m2,該坡面為裸露巖石坡面,立地條件較差,植物生長(zhǎng)困難。

根據(jù)該坡面結(jié)構(gòu)特點(diǎn),首先對(duì)邊坡進(jìn)行客土人工回填,以保證植被恢復(fù)需要。植物種植安排:火炬樹、馬桑、新銀合歡等大灌木單排種植間距 0.8m～1.0m,杜鵑等小灌木栽植密度 0.2m×0.2m～0.4 m×0.4m。植苗或插條栽植時(shí)將苗木置于種植穴中心,用泥土分層覆土壓實(shí)。植苗完成后立即澆定根水,定根水必須澆足澆透,最后用秸稈等物進(jìn)行覆蓋。點(diǎn)播的播種量因植物種類而異,一般為 3粒 ～5粒?穴-1,播種后隨即覆土,并澆水灌溉。藤本采用植苗方式種植,藤高(藤長(zhǎng))20cm～40cm。沿邊坡上下邊緣及不規(guī)則配置,栽植密度平均為 0.3m×0.3m～0.8m×0.8m,單排栽植時(shí)株距 0.3m～0.4m。栽植時(shí)將苗木根部置于種植穴中心,用泥土分層覆土壓實(shí)。植苗完成后立即澆定根水,定根水澆足澆透,最后用秸稈等物進(jìn)行覆蓋,由其地理?xiàng)l件不同而有所差異,采用自然組合方式,草本采用人工點(diǎn)播。

試驗(yàn) 1a后,2008年 10月 5日 ～20日對(duì)其試驗(yàn)段進(jìn)行了調(diào)查,觀測(cè)其恢復(fù)效果(表 4)。

表 4 1a內(nèi)石質(zhì)邊坡植被恢復(fù)群落結(jié)構(gòu)變化

根據(jù)野外試驗(yàn)結(jié)果,可以得出以下 3個(gè)結(jié)論:

(1)石質(zhì)邊坡土壤結(jié)構(gòu)差,十分不利于植物的生長(zhǎng),在進(jìn)行植被生態(tài)恢復(fù)與重建之前,必須對(duì)基質(zhì)進(jìn)行處理。

(2)鄉(xiāng)土灌木、草本、藤本植物均能正常生長(zhǎng),說(shuō)明鄉(xiāng)土植物更能適應(yīng)該地氣候。新銀合歡、地錦由于海拔較高,積溫低,生長(zhǎng)極差。

(3)在含泥土很少的石質(zhì)邊坡上進(jìn)行植被恢復(fù)與重建,最關(guān)鍵的是能找到合適的植物種類。從試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看,鄉(xiāng)土灌木、草本、藤本植物可作為石質(zhì)邊坡上植被恢復(fù)與重建的先鋒植物。

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果,確定了石質(zhì)邊坡兩種植被恢復(fù)模式:馬桑 +艾蒿 +香薷 +山蓼 +高羊茅,火棘 +艾蒿 +香薷 +山蓼 +高羊茅 +葛藤為基本模式。

3.3.2 泥夾石邊坡立地條件植被的恢復(fù)與重建

考慮到錦屏水電站對(duì)外交通專用公路泥夾石邊坡的土壤特性,在植物選擇上,選用一些優(yōu)良的鄉(xiāng)土植物,灌木選用了馬桑、火棘、火炬樹、新銀合歡,草本選用了早熟禾、高羊茅、山蓼、酸模、艾蒿、香薷、波斯菊、孔雀草。

試驗(yàn)安排在 K43+50-100段泥夾石邊坡,其海拔在 1900m的 3個(gè)不同坡度(分別為 0°-15°,15°-35°,35°-45°)的邊坡,試圖找出不同坡度最適宜的種植模式。實(shí)驗(yàn)原則是生物措施與工程措施相結(jié)合,生物措施為主,并以鄉(xiāng)土植物為先鋒植物(表 5)。

表 5 泥夾石邊坡的坡度與植物恢復(fù)模式

2008年 10月,對(duì)其實(shí)驗(yàn)段進(jìn)行了觀測(cè),其情況如下:

(1)0°～15°泥夾石邊坡:火炬樹的成活率為6%,新銀合歡為 85.6%,火棘為 84%。年均樹高增長(zhǎng)量新銀合歡為 0.7m,火棘則較低,為 0.13m。年均胸徑增長(zhǎng)量新銀合歡最高,為 0.7cm,而火棘為0.1cm。山蓼、酸模、高羊茅的混播草坪的覆蓋率達(dá)到 95%,酸模生長(zhǎng)較好,其次為艾蒿、香薷、山蓼。

(2)15°～35°泥夾石邊坡:火炬樹的成活率為4%,新銀合歡為 87.6%,馬桑為 89%。年均樹高增長(zhǎng)量新銀合歡為 0.6m和馬桑為 0.7m;年均胸徑增長(zhǎng)量新銀合歡為 0.5cm,馬桑為 0.4cm。山蓼、酸模、高羊茅的混播草坪的覆蓋率達(dá)到 97%,酸模生長(zhǎng)較好,其次為為艾蒿、香薷、山蓼。

(3)35°～45°泥夾石邊坡:火炬樹的成活率為4.4%,馬桑為 85%,火棘為 88%。年均樹高增長(zhǎng)量馬桑為 0.5m;火棘為 0.15m。年均胸徑增長(zhǎng)量馬桑 0.4cm,火棘為 0.15cm。山蓼、酸模、高羊茅的混播草坪的覆蓋率達(dá)到 95%,山蓼生長(zhǎng)較好,其次為為艾蒿、香薷、山蓼。

在海拔 1900m坡度 45°以下,風(fēng)化頁(yè)巖平均占90%,風(fēng)化頁(yè)巖、泥巖土壤有機(jī)質(zhì)含量甚微,干旱期達(dá) 186d和日降雨達(dá) 92.4mm的極端環(huán)境條件下所選擇植物基本能正常生長(zhǎng),除火炬樹外,其他植物都能正常生長(zhǎng),并形成了自然生態(tài)景觀。由于植物根系的抗拉強(qiáng)度,增強(qiáng)了該風(fēng)化邊坡土巖的固持能力,恢復(fù)松散堆積物的內(nèi)聚力,穩(wěn)固了該病害邊坡,從根本上解決了水土流失的誘因。應(yīng)用生態(tài)防護(hù)技術(shù)這一軟性生物措施,對(duì)川西南地區(qū)強(qiáng)風(fēng)化巖質(zhì)邊坡的病害防護(hù)與穩(wěn)固是非常有效的,與傳統(tǒng)的土石方工程對(duì)比經(jīng)濟(jì)效益是非常顯著的。

根據(jù)泥夾石邊坡土壤結(jié)構(gòu)特點(diǎn),確定以下 3種恢復(fù)模式:

(1)0°～15°采用新銀合歡 +火棘 +草本為基本模式;

(2)15°～35°采用新銀合歡 +馬桑 +草本;

(3)35°～45°采用火棘 +馬桑 +草本為基本模式。

4 結(jié)論

工程廢棄地植被恢復(fù)與重建工作是工程建設(shè)生態(tài)環(huán)境恢復(fù)與重建的主體,受到世界各國(guó)的廣泛重視。通過(guò)川西南山地公路工程廢棄地植被恢復(fù)與重建研究取得以下結(jié)論:

(1)對(duì)公路工程廢棄地現(xiàn)狀進(jìn)行了分析,采用“地表破壞類型 +廢棄地類型”的方法,將川西南山地公路工程廢棄地按照地表破壞情況、廢棄地形態(tài)部位及工程創(chuàng)面特征等要素劃分成了 9種具體類型,為采取適宜的植被恢復(fù)技術(shù)措施提供了基礎(chǔ)條件。

(2)植物種類選擇的適當(dāng)與否是廢棄地植被恢復(fù)成敗的關(guān)鍵之一。根據(jù)川西南山地區(qū)域植被特征和植物區(qū)系特點(diǎn),選擇了適宜該區(qū)植被恢復(fù)的先鋒植物。

(3)根據(jù)公路工程廢棄地類型,選擇了渣場(chǎng)、邊坡和臺(tái)地 3種典型類型,進(jìn)行了植被恢復(fù)試驗(yàn),通過(guò)試驗(yàn)提出了 3種類型的植被恢復(fù)措施和植被恢復(fù)重建模式。

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